树脂基复合材料成型工艺.doc

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树脂基复合材料成型工艺
复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发镇,其老的成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种,塑成型
树脂传递模塑成型简称RTM〔Resin Transfer Molding〕。RTM起始于50年代,是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术,可以生产出两面光的制品。在国外属于这一工艺X畴的还有树脂注射工艺〔Resin Injection〕和压力注射工艺<Pressure Infection>。
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RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内,用压力将树脂胶液注入模腔,浸透玻纤增强材料,然后固化,脱模成型制品。
从上前的研究水平来看,RTM技术的研究发展方向将包括微机控制注射机组,增强材料预成型技术,低成本模具,快速树脂固化体系,工艺稳定性和适应性等。
RTM成型技术的特点：①可以制造两面光的制品；②成型效率高,适合于中等规模的玻璃钢产品生产〔20000件/年以内〕；③RTM为闭模操作,不污染环境,不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放,容易实现按制品受力状况例题铺放增强材料；⑤原材料与能源消耗少；⑥建厂投资少,上马快。
RTM技术适用X围很广,目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。已开发的产品有：汽车壳体与部件、娱乐车构件、螺旋浆、、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、 亭、电线杆、小型游艇等。
〔1〕RTM工艺与设备
成型工艺 RTM全部生产过程分11道工序,各工序的操作人员与工具、设备位置固定,模具由小车运送,依次经过每一道工序,实现流水作业。模具在流水线上的循环时间,基本上反映了制品的生产周期,小型制品一般只需十几分钟,大型制品的生产周期可以控制在1h以内完成。
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成型设备 RTM成型设备主要是树脂压注机和模具。①树脂村注机 树脂压注机由树脂泵、注射枪组成。树脂泵是一组活塞式往复泵,最上端是一个空气动力泵。当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时,树脂泵将桶中树脂经过流量控制器、过滤器定量地抽入树脂贮存器,侧向杠杆使催化剂泵运动,将催化剂定量地抽至贮存器。压缩空气充入两个贮存器,产生与泵压力相反的缓冲力,保证树脂和催化剂能稳定的流向注射枪头。注射枪口后有一个静态紊流混合器,可使树脂和催化剂在无气状态下混合均匀,然后经枪口注入模具,混合器后面设计有清洗剂入口,,当机器使用完后,打开开关,溶剂自动喷出,将注射枪清洗干净。②模具 RTM模具分玻璃钢模、玻璃钢表面镀金属模和金属模3种。玻璃钢模具容易制造,价格较低,聚酯玻璃钢模具可使用2000次,环氧玻璃钢模具可使用4000次。表面镀金属的玻璃钢模具可使用10000次以上。金属模具在RTM工艺中很少使用,一般来讲,RTM的模具费仅为SMC的2%～16%。
〔2〕RTM原材料
RTM用的原材料有树脂体系、增强材料和填料。
树脂体系 RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂。
增强材料 一般RTM的增强材料主要是玻璃纤维,其含量为25%～45%〔重量比〕；常用的增强材料有玻璃纤维连续毡、复合毡与方格布。
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填料 填料对RTM工艺很重要,它不仅能降低成本,改善性能,而且能在树脂固化放热阶段吸收热量。常用的填料有氢氧化铝、玻璃微珠、碳酸钙、云母等。其用量为20%～40%。
◇ 成型工艺
袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法成型
袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法统称为低压成型工艺。其成型过程是用手工铺叠方式,将增强材料和树脂〔含预浸材料〕按设计方向和顺序逐层铺放到模具上,达到规定厚度后,经加压、加热、固化、脱模、修整而获得制品。四种方法与手糊成型工艺的区别仅在于加压固化这道工序。因此,它们只是手糊成型工艺的改进,是为了提高制品的密实度和层间粘接强度。
以高强度玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维和环氧树脂为原材料,用低压成型方法制造的高性能复合材料制品,已广泛用于飞机、导弹、卫星和航天飞机。如飞机舱门、整流罩、机载雷达罩,支架、机翼、尾翼、隔板、壁板与隐形飞机等。
〔1〕袋压法
袋压成型是将手糊成型的未固化制品,通过橡胶袋或其它弹性材料向其施加气体或液体压力,使制品在压力下密实,固化。
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袋压成型法的优点是：①产品两面光滑；②能适应聚酯、环氧和酚醛树脂；③产品重量比手糊高。
袋压成型分压力袋法和真空袋法2种：①压力袋法 压力袋法是将手糊成型未固化的制品放入一橡胶袋,固定好盖板,然后通入压缩空气或蒸汽〔