RTM成型工艺及其派生工艺

RTM成型工艺及其派生工艺孙赛刘木金王海崔天放(沈阳化工大学应用化学学院沈阳110142)文摘简述了传统RTM工艺的成型原理和树脂工艺参数,详细介绍了两种常见的RTM派生工艺:真空导入模塑工艺、柔性辅助RTM工艺。展望了通过降低树脂黏度和成型工艺改进的两种方法,使RTM工艺更广泛的应用于航空航天等领域。关键词树脂传递模塑工艺(RTM),原理,派生工艺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引言成型技术。树脂传递模塑工艺(RTM)具有高效、低成本、制1.2RTM成型工艺对树脂的要求件质量好、尺寸精度髙、受环境影响小等优点,应用于(1)RTM工艺专用树脂在常温下为液体或固体,体积大、结构复杂强度高的复合材料制件的成型,该可在室温下稳定的存在,贮存时不出现树脂化学成分工艺已经成为近几年航空航天材料加工领域研究最和性质的改变为活跃的方向之一。经过近几十年的发展,派生出了(2)树脂体系在工艺温度下有适当的黏度(工作真空导入模塑工艺(ⅥMP)、柔性辅助RTM( Flexible范围内约为02-0.8Pas)),黏度过高会导致树脂RTM)和共注射RTM(Co- injection RTM, CIRTM)等流动和纤维/树脂浸润困难;过低会导致树脂不稳定技术”。这些技术在保留了传统的树脂传递模塑流动与扩散形成孔隙。工艺可浸渍成型带有夹芯、加觞、预埋件的大型构件(3)足够长的凝胶时间以满足树脂流动充模、纤维等优势的基础上,具有生产构件范围广、产品质量稳浸润的要求。同时,树脂的低黏度保持时间应大于40定、易与其他编织工艺相结合和低成本的制造优势。min,形成RM工艺树脂所需的低黏度平台特性。VIMP、柔性辅助RTM作为近几年新兴的RTM派生(4)树脂在注射及固化过程中无挥发产物的生成,工艺,受到了人们格外的关注。本文对RTM的成型同时树脂对增强材料应具有良好的浸润性和粘附性。原理进行简述,对两种新型RTM派生工艺做介绍,展1.3RTM成型工艺的优点望RTM工艺的发展方向。RTM成型工艺与传统成型工艺相比,最大的优点1RTM成型工艺介绍就是以一步浸润代替了传统成型工艺两步或多步浸润1.1RTM成型工艺的基本原理的过程,减少了预浸料制备、铺层、真空袋及在热压罐RTM成型工艺是指在预先制作符合特定工艺尺中固化等工序9,从而大大的降低了成型时间和成型寸的模腔中,铺放好按设计要求计算得到的纤维增强的成本,成为降低先进复合材料加工成本的重要方法。材料预成型体。,在一定的压力范围内采用注射设2两种新型RTM派生工艺备将专用的树脂体系注入闭合模腔内,通过树脂与增2.1真空导入模塑工艺强体的浸润固化成型为所需高性能复合材料的一种中国煤化工起来的一种新型的大CNMHG收稿日期:2010-06-28作者简介:孙赛,1989年出生,本科,主要从事功能髙分子材料及复合材料研究。E-mail:suni89042l@ yahoo.chtpe://w.yhclgy.com宇航材料工艺2010年第6期尺寸复合材料制件的低成本液体模塑成型技术0,其过流控制),还有待于进一步研究。随着压力传感检工艺原理是在单面刚性模具上用柔性真空袋膜包覆、测、微波传感检测9、光纤传感检测等先进手密封纤维增强材料,利用真空负压排除模腔中的气体,段的使用,VMP工艺在未来势必会得到更广泛的应并通过真空负压驱动树脂流动而实现树脂对纤维及其用织物浸渍的一种工艺-121,如图1所示。2.2柔性辅助RTM工艺真空袋膜树脂邇道导流介质脱积布真空通道柔性辅助RTM( Flexible rtm)工艺是利用制造空增强材料心结构,通过柔性模对预成型体的压实作用来加工先预成型体透气材料密封胶袋进复合材料的一种成型技术。根据柔性模膨胀的方式,又分为气囊辅助RTM工艺和热膨胀软模辅助RTM工艺。与传统的RTM工艺相比,此法解决了内腔结构较复杂而无法脱模的问题,同时制件纤维体积含量得真空梨到提高2,产品性能得到改善。该工艺在成型复杂复树脂桶树脂收集器合材料构件中具有独特优势。气囊辅助RTM工艺是目前国外研究较多的一种先进工艺,它是通过将预成图1VMP封装原理示意图型体安放在密封气囊,通过气囊充压压实预成型体,使Fig. 1 Working principle diagram of VIMP molding processVMP又称树脂浸渍模塑法( SCRIMP),近几年其附着于模腔内表面而成型。U. Lehmann等人利用此已在大型风力发电叶片、飞机机舱罩、船舶制造等领法曾制成了空心构件a)。如图2所示。域得到了广泛的应用1)。其基本的加工流程步骤如下:设计和加工单面的刚性模具;铺设增强材料和辅助材料;使用真空袋膜密封;抽真空并检查气密性;置入预成型体吸住树脂;固化成型;脱模后处理。VIMP的成型过程也可分为树脂的充模流动、热传递和固化反应三大步骤。充模流动作为工艺过程的第一步骤直接影响加工产品性能,因此成为该工艺脱模注射和固化的主要研究内容。图2柔性辅助RTM工作原理导流介质的应用,使得ⅥIMP工艺中树脂的充模Fg2 Working principle diagram of flexible RTM molding流动模式与RTM工艺中明显不同。近年来人们采用从图2中可以看出构件外形的形成方式了诸如贴体坐标/有限差分法、有限元控制体积单元 Michaeli等人也利用此法制成了特殊构件2,其成型法纯有限元法和边界单元法,对充模过程中各项工原理与U. Lehmann等人的合成原理相似。N. Bernet艺参数进行了预测0。尤其是依据渗漏模型,利用等人1对气囊辅助RTM工艺在复杂形状构件中的应Darcy定律和渗流量计算方程建立的有限元数值模用也做了相应的阐述。目前,在气囊辅助RTM工艺中拟方程,应用于模拟预测其流动行为,并取得了不存在的问题是,由于气囊较薄膨胀不均匀,有可能使复错的效果,这些都为优化工艺,降低工艺实验成本及合材料构件的筋条位置偏移,从而影响其力学性能保证产品质量提供了有力的支持。热膨胀软模辅助RTM工艺,则是将预成型体安与传统的RTM工艺相比,VIMP工艺的优点如放在硅橡胶等软质材料上后,置入刚性阴模内,利用下:(1)对模具的要求大大降低。RTM工艺则需要阴软质材料和阴模材料热膨胀系数的不同,造成的膨胀阳双面模具,VMP用模具只需要单面的刚性模具,体积差异对预成型体进行挤压成型。与传统的复合模具制造成本大大降低;(2)工艺操作简单,产品材料相比该工艺无需外加的压力来源,尤其适合结的尺寸和几何形状不受限制、力学性能优异;(3)构复杂腔体构件的整体成型。国防科技大学在“十VIMP工艺是在真空负压下吸注树脂,克服了传统一五”期间开展的“软模辅助RTM成型工艺”制备大RTM工艺容易产生树脂孔隙的问题"。型复合材料主承力结构的研究中,对其在大型构件成VIMP工艺树脂目前在不饱和聚酯树脂、乙烯基型的具体应用开展了细致的研究并取得了阶段性成树脂、环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂和聚碳果2。目前,如何克服在应用中软模压力控制不稳酸树脂上得到了广泛的应用。为研究与预测这些树的问中国煤化工肝究热点。脂在ⅥMP工艺窗口时的各项物理参数而建立的各种模型不断完善,但是如何在实践中能够得到吻合的测CNMH乙制备的高精度天线儿死主儿体内衬,效果较数据,以及对于树脂流动过程中的行为监控(尤其是好。利用此工艺成功成型了复合材料背架构件htp://w. yhclgy. com宇航材料工艺2010年第6期和内部结构复杂的复合材料舱段构件刈。静载性PanA,200,34:551-56能实验表明舱段整体力学性能优异,可满足航天主承[14]杨金水.真空导入模塑工艺树脂流动行为研究力构件的使用要求。[D].长沙:国防科技大学,2003结语[15]Sun xiudong, Li Shoujie, Lee L J. Molding filling a-RM工艺及其派生工艺经过近几十年的发展和 ysis in vacuum assisted resin transfer molding. PolymerComposites,1998,19(6):807-817完善,已经成为低成本加工技术中主要发展对象。如16] Vaidya U K, Abraham A, Bhide S. Affordable pr何将该技术更为广泛的应用于航空航天等领域,成为 cessing of thick section and integral multi-function formulation当前人们研究最为热点的课题。降低树脂黏度和改[刀]. Composites,panA,2005:164516 Mnction formulation进成型工艺是今后的研究方向。[17许亚洪秦明,李小刚,等.6421双马来酰亚胺树脂在不能很好的降低部分优良复合基体材料黏度的反应流变特性及树脂传递模塑成型工艺研究[冂].材料工的情况下,对现有成型技术进行适当改进以适合树脂程,2002):39-40,35高黏度,也成为人们解决RTM及其派生工艺应用瓶18] Lynch K, Hubert P, Poursartip A. Use of a simple颈的有效方法之一。尝试在树脂注射过程初期采取 pensive pressure sensor to measure hydrostatic resin pressure dur-低压力注射,使得高黏度树脂得到完全的浸润,而当ng processing of composite laminates [J]. Polymer Composites树脂完全浸润时采用高压力排除模具内残余空气的199,20(4):581-593[19] Vaidya U, Jadhav N, Hosur M, et al. Assessment of方法来加工高黏度的树脂材料,也不失为人们探索解 flow and cure monitoring using direct current and altemating cur-决RTM及其派生工艺应用瓶颈的一个方向。rent sensing in vacuum assisted resin transfer molding[ J].Smart参考文献Material Structure, 2000, 9(6): 727-736[1]张彦飞,刘亚青,等.复合材料液体模塑成型技术[20]Bemstein J, Wagner J. Fiber optic sensors for use(LCM)的研究进展[J]塑料,2005(2):31monitoring flow front in vacuum resin transfer molding process[2]董永祺我国树脂复合材料成型工艺的发展方向[刀.Rev68(5):2156-2157[J].纤维复合材料,2003(2):32[21]彭超义曾竟成,肖加余,等基于柔性模辅助RTM[3]卢峰国外RTM发展状况[]玻璃钢复合材料,技术的整体推力结构的分析和设计[J].玻璃钢/复合材料,1993(5):462006(3):28-30[4]王东,等树脂模熔渗工艺(RF)的研究现状[].纤[22] Lehmann U, et al. Cores lead to an automated produc维复合材料,2000(3):11tion of hollow composite parts in resin transfer modeling [J][5]张宗科RTM工艺用预成体技术研究[D]北京:北 Composites, Part A,1998,(29):803京航空航天大学,2001:20[23]Michaeli W, Dyckhoff J, Jehrke M. Produced with a com-[6]张明龙,尹昌平梁济丰,等.复合材料柔性RTM工 bined RTM and bladder moulding technology[J]. 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