RTM成型工藝及其派生工藝孫賽劉木金王海崔天放(沈陽化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)學(xué)院沈陽110142)文摘簡述了傳統(tǒng)RTM工藝的成型原理和樹脂工藝參數(shù),詳細介紹了兩種常見的RTM派生工藝:真空導(dǎo)入模塑工藝、柔性輔助RTM工藝。展望了通過降低樹脂黏度和成型工藝改進的兩種方法,使RTM工藝更廣泛的應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞樹脂傳遞模塑工藝(RTM),原理,派生工藝RTM Molding Process and Its Derive TechnologyCollege of Applied Chemistry, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142Abstract This article presents to the readers a brief description of the principle of RTM and physical parametersadvanced composite. Then two common derived RTM process: vacuum infusion molding process and flexible RTM arediscussed in detail. And, an outlook on two methods which are going to widen the use of rtm in aerospace field lowering the viscosity of the resin and improving this technology, also put forwardKey words Resin transfer molding( RTM), Principles, Derive technology引言成型技術(shù)。樹脂傳遞模塑工藝(RTM)具有高效、低成本、制1.2RTM成型工藝對樹脂的要求件質(zhì)量好、尺寸精度髙、受環(huán)境影響小等優(yōu)點,應(yīng)用于(1)RTM工藝專用樹脂在常溫下為液體或固體,體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜強度高的復(fù)合材料制件的成型,該可在室溫下穩(wěn)定的存在,貯存時不出現(xiàn)樹脂化學(xué)成分工藝已經(jīng)成為近幾年航空航天材料加工領(lǐng)域研究最和性質(zhì)的改變?yōu)榛钴S的方向之一。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,派生出了(2)樹脂體系在工藝溫度下有適當?shù)酿ざ?工作真空導(dǎo)入模塑工藝(ⅥMP)、柔性輔助RTM( Flexible范圍內(nèi)約為02-0.8Pas)),黏度過高會導(dǎo)致樹脂RTM)和共注射RTM(Co- injection RTM, CIRTM)等流動和纖維/樹脂浸潤困難;過低會導(dǎo)致樹脂不穩(wěn)定技術(shù)”。這些技術(shù)在保留了傳統(tǒng)的樹脂傳遞模塑流動與擴散形成孔隙。工藝可浸漬成型帶有夾芯、加觴、預(yù)埋件的大型構(gòu)件(3)足夠長的凝膠時間以滿足樹脂流動充模、纖維等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,具有生產(chǎn)構(gòu)件范圍廣、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)浸潤的要求。同時,樹脂的低黏度保持時間應(yīng)大于40定、易與其他編織工藝相結(jié)合和低成本的制造優(yōu)勢。min,形成RM工藝樹脂所需的低黏度平臺特性。VIMP、柔性輔助RTM作為近幾年新興的RTM派生(4)樹脂在注射及固化過程中無揮發(fā)產(chǎn)物的生成,工藝,受到了人們格外的關(guān)注。本文對RTM的成型同時樹脂對增強材料應(yīng)具有良好的浸潤性和粘附性。原理進行簡述,對兩種新型RTM派生工藝做介紹,展1.3RTM成型工藝的優(yōu)點望RTM工藝的發(fā)展方向。RTM成型工藝與傳統(tǒng)成型工藝相比,最大的優(yōu)點1RTM成型工藝介紹就是以一步浸潤代替了傳統(tǒng)成型工藝兩步或多步浸潤1.1RTM成型工藝的基本原理的過程,減少了預(yù)浸料制備、鋪層、真空袋及在熱壓罐RTM成型工藝是指在預(yù)先制作符合特定工藝尺中固化等工序9,從而大大的降低了成型時間和成型寸的模腔中,鋪放好按設(shè)計要求計算得到的纖維增強的成本,成為降低先進復(fù)合材料加工成本的重要方法。材料預(yù)成型體。,在一定的壓力范圍內(nèi)采用注射設(shè)2兩種新型RTM派生工藝備將專用的樹脂體系注入閉合模腔內(nèi),通過樹脂與增2.1真空導(dǎo)入模塑工藝強體的浸潤固化成型為所需高性能復(fù)合材料的一種中國煤化工起來的一種新型的大CNMHG收稿日期:2010-06-28作者簡介:孫賽,1989年出生,本科,主要從事功能髙分子材料及復(fù)合材料研究。E-mail:suni89042l@ yahoo.chtpe://w.yhclgy.com宇航材料工藝2010年第6期尺寸復(fù)合材料制件的低成本液體模塑成型技術(shù)0,其過流控制),還有待于進一步研究。隨著壓力傳感檢工藝原理是在單面剛性模具上用柔性真空袋膜包覆、測、微波傳感檢測9、光纖傳感檢測等先進手密封纖維增強材料,利用真空負壓排除模腔中的氣體,段的使用,VMP工藝在未來勢必會得到更廣泛的應(yīng)并通過真空負壓驅(qū)動樹脂流動而實現(xiàn)樹脂對纖維及其用織物浸漬的一種工藝-121,如圖1所示。2.2柔性輔助RTM工藝真空袋膜樹脂邇道導(dǎo)流介質(zhì)脫積布真空通道柔性輔助RTM( Flexible rtm)工藝是利用制造空增強材料心結(jié)構(gòu),通過柔性模對預(yù)成型體的壓實作用來加工先預(yù)成型體透氣材料密封膠袋進復(fù)合材料的一種成型技術(shù)。根據(jù)柔性模膨脹的方式,又分為氣囊輔助RTM工藝和熱膨脹軟模輔助RTM工藝。與傳統(tǒng)的RTM工藝相比,此法解決了內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜而無法脫模的問題,同時制件纖維體積含量得真空梨到提高2,產(chǎn)品性能得到改善。該工藝在成型復(fù)雜復(fù)樹脂桶樹脂收集器合材料構(gòu)件中具有獨特優(yōu)勢。氣囊輔助RTM工藝是目前國外研究較多的一種先進工藝,它是通過將預(yù)成圖1VMP封裝原理示意圖型體安放在密封氣囊,通過氣囊充壓壓實預(yù)成型體,使Fig. 1 Working principle diagram of VIMP molding processVMP又稱樹脂浸漬模塑法( SCRIMP),近幾年其附著于模腔內(nèi)表面而成型。U. Lehmann等人利用此已在大型風(fēng)力發(fā)電葉片、飛機機艙罩、船舶制造等領(lǐng)法曾制成了空心構(gòu)件a)。如圖2所示。域得到了廣泛的應(yīng)用1)。其基本的加工流程步驟如下:設(shè)計和加工單面的剛性模具;鋪設(shè)增強材料和輔助材料;使用真空袋膜密封;抽真空并檢查氣密性;置入預(yù)成型體吸住樹脂;固化成型;脫模后處理。VIMP的成型過程也可分為樹脂的充模流動、熱傳遞和固化反應(yīng)三大步驟。充模流動作為工藝過程的第一步驟直接影響加工產(chǎn)品性能,因此成為該工藝脫模注射和固化的主要研究內(nèi)容。圖2柔性輔助RTM工作原理導(dǎo)流介質(zhì)的應(yīng)用,使得ⅥIMP工藝中樹脂的充模Fg2 Working principle diagram of flexible RTM molding流動模式與RTM工藝中明顯不同。近年來人們采用從圖2中可以看出構(gòu)件外形的形成方式了諸如貼體坐標/有限差分法、有限元控制體積單元 Michaeli等人也利用此法制成了特殊構(gòu)件2,其成型法純有限元法和邊界單元法,對充模過程中各項工原理與U. Lehmann等人的合成原理相似。N. Bernet藝參數(shù)進行了預(yù)測0。尤其是依據(jù)滲漏模型,利用等人1對氣囊輔助RTM工藝在復(fù)雜形狀構(gòu)件中的應(yīng)Darcy定律和滲流量計算方程建立的有限元數(shù)值模用也做了相應(yīng)的闡述。目前,在氣囊輔助RTM工藝中擬方程,應(yīng)用于模擬預(yù)測其流動行為,并取得了不存在的問題是,由于氣囊較薄膨脹不均勻,有可能使復(fù)錯的效果,這些都為優(yōu)化工藝,降低工藝實驗成本及合材料構(gòu)件的筋條位置偏移,從而影響其力學(xué)性能保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的支持。熱膨脹軟模輔助RTM工藝,則是將預(yù)成型體安與傳統(tǒng)的RTM工藝相比,VIMP工藝的優(yōu)點如放在硅橡膠等軟質(zhì)材料上后,置入剛性陰模內(nèi),利用下:(1)對模具的要求大大降低。RTM工藝則需要陰軟質(zhì)材料和陰模材料熱膨脹系數(shù)的不同,造成的膨脹陽雙面模具,VMP用模具只需要單面的剛性模具,體積差異對預(yù)成型體進行擠壓成型。與傳統(tǒng)的復(fù)合模具制造成本大大降低;(2)工藝操作簡單,產(chǎn)品材料相比該工藝無需外加的壓力來源,尤其適合結(jié)的尺寸和幾何形狀不受限制、力學(xué)性能優(yōu)異;(3)構(gòu)復(fù)雜腔體構(gòu)件的整體成型。國防科技大學(xué)在“十VIMP工藝是在真空負壓下吸注樹脂,克服了傳統(tǒng)一五”期間開展的“軟模輔助RTM成型工藝”制備大RTM工藝容易產(chǎn)生樹脂孔隙的問題"。型復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)的研究中,對其在大型構(gòu)件成VIMP工藝樹脂目前在不飽和聚酯樹脂、乙烯基型的具體應(yīng)用開展了細致的研究并取得了階段性成樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂和聚碳果2。目前,如何克服在應(yīng)用中軟模壓力控制不穩(wěn)酸樹脂上得到了廣泛的應(yīng)用。為研究與預(yù)測這些樹的問中國煤化工肝究熱點。脂在ⅥMP工藝窗口時的各項物理參數(shù)而建立的各種模型不斷完善,但是如何在實踐中能夠得到吻合的測CNMH乙制備的高精度天線兒死主兒體內(nèi)襯,效果較數(shù)據(jù),以及對于樹脂流動過程中的行為監(jiān)控(尤其是好。利用此工藝成功成型了復(fù)合材料背架構(gòu)件htp://w. yhclgy. com宇航材料工藝2010年第6期和內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料艙段構(gòu)件刈。靜載性PanA,200,34:551-56能實驗表明艙段整體力學(xué)性能優(yōu)異,可滿足航天主承[14]楊金水.真空導(dǎo)入模塑工藝樹脂流動行為研究力構(gòu)件的使用要求。[D].長沙:國防科技大學(xué),2003結(jié)語[15]Sun xiudong, Li Shoujie, Lee L J. Molding filling a-RM工藝及其派生工藝經(jīng)過近幾十年的發(fā)展和 ysis in vacuum assisted resin transfer molding. PolymerComposites,1998,19(6):807-817完善,已經(jīng)成為低成本加工技術(shù)中主要發(fā)展對象。如16] Vaidya U K, Abraham A, Bhide S. Affordable pr何將該技術(shù)更為廣泛的應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域,成為 cessing of thick section and integral multi-function formulation當前人們研究最為熱點的課題。降低樹脂黏度和改[刀]. Composites,panA,2005:164516 Mnction formulation進成型工藝是今后的研究方向。[17許亞洪秦明,李小剛,等.6421雙馬來酰亞胺樹脂在不能很好的降低部分優(yōu)良復(fù)合基體材料黏度的反應(yīng)流變特性及樹脂傳遞模塑成型工藝研究[冂].材料工的情況下,對現(xiàn)有成型技術(shù)進行適當改進以適合樹脂程,2002):39-40,35高黏度,也成為人們解決RTM及其派生工藝應(yīng)用瓶18] Lynch K, Hubert P, Poursartip A. Use of a simple頸的有效方法之一。嘗試在樹脂注射過程初期采取 pensive pressure sensor to measure hydrostatic resin pressure dur-低壓力注射,使得高黏度樹脂得到完全的浸潤,而當ng processing of composite laminates [J]. Polymer Composites樹脂完全浸潤時采用高壓力排除模具內(nèi)殘余空氣的199,20(4):581-593[19] Vaidya U, Jadhav N, Hosur M, et al. Assessment of方法來加工高黏度的樹脂材料,也不失為人們探索解 flow and cure monitoring using direct current and altemating cur-決RTM及其派生工藝應(yīng)用瓶頸的一個方向。rent sensing in vacuum assisted resin transfer molding[ J].Smart參考文獻Material Structure, 2000, 9(6): 727-736[1]張彥飛,劉亞青,等.復(fù)合材料液體模塑成型技術(shù)[20]Bemstein J, Wagner J. Fiber optic sensors for use(LCM)的研究進展[J]塑料,2005(2):31monitoring flow front in vacuum resin transfer molding process[2]董永祺我國樹脂復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展方向[刀.Rev68(5):2156-2157[J].纖維復(fù)合材料,2003(2):32[21]彭超義曾竟成,肖加余,等基于柔性模輔助RTM[3]盧峰國外RTM發(fā)展狀況[]玻璃鋼復(fù)合材料,技術(shù)的整體推力結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,1993(5):462006(3):28-30[4]王東,等樹脂模熔滲工藝(RF)的研究現(xiàn)狀[].纖[22] Lehmann U, et al. Cores lead to an automated produc維復(fù)合材料,2000(3):11tion of hollow composite parts in resin transfer modeling [J][5]張宗科RTM工藝用預(yù)成體技術(shù)研究[D]北京:北 Composites, Part A,1998,(29):803京航空航天大學(xué),2001:20[23]Michaeli W, Dyckhoff J, Jehrke M. 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