树脂传递模塑成型技术
Resin Transfer Molding
...纤维增强复合材料的RTM成型技术 经过几十年的发展，用于生产纤维增强复合材料的树脂传递模塑成型技术（Resin Transfer Molding，RTM） [28] 己引起许多学者的关注。
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4 纤维增强复合材料的RTM成型技术 经过几十年的发展，用于生产纤维增强复合材料的树脂传递模塑成型技术（Resin Transfer Molding，RTM） [28] 己引起许多学者的关注。
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采用四步法编织技术，对三维整体编织管增强体进行了设计，利用树脂传递模塑工艺成型了复合材料管，并测试了其拉伸性能。
D integrally braided composite pipes were designed by four step braiding method. Composite pipes were made by RTM and tensile property was tested.
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?树脂传递模塑成型
（树脂传递模塑成型）
RTM（Resin Transfer Molding）是成型的简称，是航空航天低成本制造技术（Cost Effective Manufacture Technology）的主要发展方向之一。
rtm材料起源
它起源于 20世纪 50 年代的冷模浇铸工艺，至今已有 50 多年的历史，由于其具有产品质量好、生产效率高、设备及模具投资小，易于生产整体复合材料构件等突出特点得到了迅速发展，可应用于汽车（在我国已成功应用于多种型号汽车部件的制造上，如富康轿车后尾门和尾翼、北京吉普汽车硬顶总成、IVECO 汽车高顶、奥拓轿车扰流板和尾翼等、建筑、体育用品、航空航天及医院器件等领域，能规模化生产出高品质复合材料的制品。
rtm发展情况
虽然国内引进 RTM 设备始于 1980 年代，但其大规模发展是在 1993 年中国玻璃钢学会组织召开的第十届全国玻璃钢/复合材料学术年会以后开始的。随后对 RTM 的各项技术问题和 RTM专用材料的研究工作也在一些研究院所和高校中展开。当前位置： >>
新型树脂传递模塑技术
V ol 34 N o 3 1 1 # 36#化 工 新 型 材 料 N EW CHEM ICA L M A T ERIA LS第 34 卷第 3 期 2006 年 3 月新型树脂传递模塑技术齐燕燕 刘亚青 张彦飞 ( 中北大学化学工程系, 太原 030051)摘 要 概述了传统树脂传递模塑( RT M ) 及在其基础上发展起来的新型 RT M 工艺, 包括真空辅助树脂传递模塑( VART M) 、 Seemann 复合材料树脂浸渍模塑成型工艺( SCRIMP ) 和树脂膜渗透成 型工艺( RFI) 的成型原理、 优点, 并指出目前存在的缺点及解决方法。 关键词 树脂传递模塑, 真空辅助树脂传递模塑, Seemann 复合材料树脂浸渍模塑, 树脂膜渗透Process and application of new -type resin transfer moldingQ i Yany an L iu Yaqing Zhang Yanfei( Depart ment of Chemical Engineering , N ort h Universit y of China, T aiyuan 030051) AbstractT his paper outlineed t raditio nal r esin tr ansfer molding and a ser ies o f new t ype RT M techno lo gy , such -as v acuum assist ed resin tr ansfer molding , Seemann co mpo site r esin infusio n molding , r esin film infusion, and intr o duced their manufactur ing pro cess, t ypical advantages, their present lim itatio ns and so lution.Key wordsresin tr ansfer mo lding, vacuum assisted resin tr ansfer mo lding, seemann co mpo site resin infusionmolding , resin film infusion树脂传递模塑 RT M ( Resin T ransfer M olding ) 是树脂基复合材料加工中应用最广泛的工艺。它起 源于上世纪 50 年代的冷模浇铸工艺, 是为适应飞机 雷达罩成型发展起来的。RT M 工艺虽然成本较低, 但技术要求高, 特别是对原材料和模具的要求较高, 而且由于难以排尽气泡、 纤维浸润性差、 树脂流动出 现死角等问题未能很好解决, 所以当时未能大规模 推广[ 1] 。 90 年代初开始, 掀起了对 RT M 工艺及理论研 究的高潮, RT M 设备、 树脂和模 具技术日 趋完善。 专家估计, RT M 工艺将成为 21 世纪玻璃钢复合材 料行业的主导成型工艺之一 。英国的增强塑料杂 志预 测, 在 未来 的 5 年中, RT M 零件 将会 以每年 12% 的速度稳定增长; 而在过去的 10 年中, 英国的 RT M 零件增长率为每年 20% ~ 25% 。美国塑料工 业协会预测, 在今后的 5 年中, 美国 RT M 零件的年 增长率为 30% ~ 32% [ 3] 。基金项目: 民口配套/ 十五0 重点项目( 项目编号: M K PT-) 作者简介: 齐燕燕( 1978- ) , 女, 硕士研究生。主要从事高分子材料的研究。[ 2]1RTM 工艺及其特点RT M 又称树脂压铸模塑, 是指低粘度树脂在闭合模具中流动、 浸润增强材料并固化成形的一种工 艺技术。RT M 有以下特点 [ 3~ 5] : ( 1) RT M 工艺分增强材料预成型坯加工和树脂 注射固化两个步骤, 具有高度灵活性和组合性; ( 2) 采用了与制品形状相近的增强材料预成型 技术, 纤维树脂的浸润一经完成即可固化, 因此可用 低粘度快速固化的树脂, 并可对模具加热而进一步 提高生产效率和产品质量; ( 3) 增强材料预成型体可以是短切毡、 连续纤维 毡、 纤维布、 无皱折织物、 三维针织物以及三维编织 物, 并可根据性能要求进行择向增强、 局部增强、 混 杂增强以及采用预埋和夹芯结构, 可充分发挥复合 材料性能的可设计性; ( 4) 闭模树脂注入方式可极大减少树脂有害成第3期齐燕燕等: 新型树脂传递模塑技术# 37 #分对人体和环境的毒害; ( 5) RT M 一般采用低压注射技术( 注射压力& 4kg/ cm ) , 有利于制备大尺寸、 外形复杂、 两面光洁 的整体结构, 及不需后处理制品; ( 6) 加工中仅需用树脂进行冷却; ( 7) 模具可根据生产规模的要求选择不同的材 料, 以降低成本。2高压成 型相比, 纤维含量低。随着工艺的发 展, 在 VART M 基础上发展了一种新工艺 SCRIM P。 2. 2 Seemann 复 合 材 料 树 脂 渗 透 模 塑 成 型 ( SCRIMP) SCRIM P 成型技术是由美国西曼复合材料公司 在美国获得专利权的真空树脂注入技术。SCRIMP 工艺原理是, 在真空状态下排除纤维增强体中的气 体, 通过 树 脂 的 流 动、 透, 实 现 对 纤 维 的 浸 渍。 渗 SCRIM P 工艺的成型模具要用真空袋密封后, 真空 吸注胶液。事先将一层或几层纤维织物铺放于模具 上, 再放好各种辅助材料后用真空袋密封。封装示 意图如图 1 所示 [ 10] 。2RTM 工艺的发展目前, RT M 技术国内外普遍存在的难点和问题[ 6, 7]表现在以下三个方面 : ( 1) 树脂对纤维的浸渍不够理想, 导致成型时间 加长, 制品空隙率较高; ( 2) 制品的纤维含量较低( 一般约 50% ) ; ( 3) 大面积、 结构复杂的模具型腔内, 树脂流动 不均衡, 而这个动态过程无法观察, 更不能进行预测 和控制。 产生上述难点和问题的主要原因有: 物料里残 存、 截留着气泡, 树脂的浸渍性差等。 近年来, 为解决这些问题, RT M 工艺广泛吸取 其他成型工艺的特点, 发展成为 RT M 系列, 常用的 有真空辅 助 RT M ( Vacuum Assist ed RT M ) 、 See m ann 复 合材 料树 脂浸 渍模 塑 成型 工艺 SCRIM P ( Seem ann Co mpo sit es Resin Infusion Mo lding Pro cess) 、 树脂膜渗透成型工艺 RFI ( Resin film in f usion) 。 2. 1 真空辅助 RTM 工艺( VARTM) VART M 是在注射树脂的同时, 在排出口接真 空泵抽真空。 与 RT M 相比, VART M 的优点有: ( 1) 模腔内抽 真空使压力减小, 增加了使用更轻型模具的可能性, 从而使模具的使用寿命更长、 可设计性更好; ( 2) 真空 袋材料取代了在 RT M 中的需相配对的金属模具 ; ( 3) 真空也可提高玻璃纤维与树脂的比率, 使玻璃纤 维的含量更高, 增加制品的强度; ( 4) 无论增强材料是 编织的 还是非编 织的, 无论 树脂类型 及粘度如 何, VART M 都能大大改善模塑过程中纤维的浸润性, 使 树脂和纤维的结合界面更完美, 提高制品的质量; ( 5) 用 VART M 工艺可使直径 38. 11 mm 的致密预成型 坯的纤 维体 积含 量为 16% ~ 68% , 累计 孔 隙率 为 1 17% , 而普通的预浸料的孔隙率为 5 % ~ 7% [ 9] 。 虽然 VART M 工艺以上的优点 可提高制品的 成品率和力学性能[ 3] [ 8]图 1 SCRIM P 工艺示意图与传统的 RT M 工艺相比, 它只需一半模具和一 个弹性真空袋, 这样可以节省一半的模具成本, 成型 设备简单; 由于真空袋的作用, 在纤维周围形成真空, 可提高树脂的浸湿速度和浸透程度; 与 RT M 工艺相 反, 它只需在大气压下浸渍、 [ 11] ; 真空压力与大气 固化 压之差 为树 脂注 入提 供 推动 力, 从 而缩 短成 型时 间[ 12] ; 浸渍主要通过厚度方向的流动来实现, 所以可 以浸渍厚而复杂的层合结构, 甚至含有芯子、 嵌件、 加 筋件和紧 固 件 的 结 构 也 可 一 次 注 入成 型[ 13] 。与 VART M 相比, 发展了再利用袋, 使费用减少, 而且使 用的整体加热系统将减少固化炉的使用[ 14] 。 SCRIM P 工艺适用于中、 大型复合材料构件, 施 工安全、 成本降低, 此方法已逐渐被各厂家采用。虽 然 SCRIM P 有 以上优 点, 但脱模 后构件 表面 不光 滑, 需要对表面做粉光的处理, 耗时耗力。目前对造 成此问题的原因尚 未理清, 亦无有 效的解Q 方案。 SCRIM P 工艺的确可增加制品的纤维含有率, 然而 树脂含量p少会造成层压板的厚度减少, 在压缩、 弯 曲强度、 疲劳特性及抗击强度等方面是否有负面影 响, 亦是未来需进一步探讨的问题[ 15] 。 2. 3 树脂膜渗透成型( RFI) RFI 首次是由 L . L et t erman( 美国波音公司) 申 请的专利, 最初是为成型飞机结构件而发展起来的。 近年来, 这种技术已改进了 RT M 中纤维含量低、 模, 但是 VART M 的 缺点是: 与# 38 #化工新型材料[ 3]第 34 卷张治菁, 曹运红. 树脂传递模塑工艺的发展 及其在飞行器上 的 应用[ J] . 飞航导弹, ) : 56 -611具费用昂贵、 树脂完全浸润预聚体纤维的流程短和 易生成气泡等缺点[ 16]。[ 4] [ 5]RF I 也是采用单模 和真空袋来驱动浸渍过程。 工艺过程是将树脂铺放在模具上, 再铺放纤维预成 型体并用真空袋封入模具; 将模具置于烘箱或热压 下加热并抽真空, 达到一定温度后, 树脂膜熔融成为 粘度很低的液体, 在真空或外加压力的作用下树脂 沿厚度方向逐 步浸润预成 型体, 完成树脂 的转移。 继续升温使树脂固化, 最终获得复合材料制品。( 工 艺原理图略) 。 RFI 工艺与现有的成型技术相比具有以下优点: ( 1) 不需要复杂的树脂浸渍过程, 成型周期短, 能 一次浸渍超常厚度纤维层, 具有高度三维结构的缝 编、 机织预制件都能浸透, 并可加入的芯材一并成型; ( 2) 树脂膜在室温下有高的粘结性, 可粘着弯曲面; ( 3) 成型压力低, 不需额外的压力只需真空压力; ( 4) 模具制造与材料选择的机动性强。不需要 庞大的成型设备就可以制造大型制件, 设备和模具 的投资低 ; ( 5) 成型产品空隙率低( 0~ 0. 1% ) , 纤维含量高 ( 重量含量接近 70% ) , 性能优异。 RF I 工艺也存在一些 不足之处: 对树脂体系要 求严格; 不太适合成型形状复杂的小型制件; 由于采 用真空袋压法, 制品表面受内模的影响, 达不到所需 的复杂程度及精度要求; RF I 工艺中, 树脂的用量不 能精确计量, 需要吸胶布等耗材除去多余树脂, 因而 固体废物较 RT M 等工艺多[ 19] , 需要改进工艺来解 决相关的问题。[ 18] [ 17]M ark V . Bow er. Com posit e M at erial s[ N ] . T he U niversit y of A lab ama in H unt s vi lle H unt svill e,
- 1 H excel Corporat ion. A dvanced Fiber -reinf or ced M at rix Prod u ct s For Di rect Proces s[ N ] . A lab ama, 2005 1 段华军, 马会茹等. RT M 工艺国内外研究现状 [ J] . 玻璃 钢/ 复 合材料, 2000( 5) : 46 -471 A ugus ti ne O N . Developm ent O f T he Ridf t Process In corpora t ion Of U l t raviolet Curing T echnique[ D] . A T hesis submit t ed t o t he Depart m ent of Indus t rial En gineering In part ial f ulf ill m ent of t he Requ irem ent s f or t he degree of M as t er,
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Resin Transfer Molding
树脂传递模塑技术(Resin Transfer Molding, RTM)是一种典型的液态复合材料成型工艺。纤维织物的渗透…
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