CN101143492A - 压缩式rtm成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩式RTM成型方法，属于树脂基纤维复合材料移动模塑成型方法；旨在提供一种纤维含量较高、纤维浸润均匀的RTM成型方法。其方法是：在可压缩的模具型腔中铺放纤维织物或纤维预制体，合模并封闭模具型腔，向模具型腔中注满树脂并排出空气、余胶，在保压情况下压缩模具型腔达到预定尺寸并排出部分树脂，经过保压、固化后脱模。本发明能够显著提高成型零件的纤维含量，大大提高成型零件的综合力学性能，而且还具有零件表面光滑、平整等优点；可广泛用于船舶、汽车、体育、航空航天等多个领域。

Description

压缩式RTM成型方法

技术领域：本发明涉及一种树脂基纤维复合材料成型方法，尤其涉及一种RTM成型方法。

背景技术：上世纪60年代以来，随着复合材料制造技术的不断发展，复合材料以其优异的综合性能在交通运输、船舶、航空航天以及体育等军、民各领域都得到了广泛的应用；比如采用玻璃纤维增强树脂复合材料制造的玻璃钢游艇、碳纤维增强树脂复合材料制造的飞机主梁或翼面、凯夫拉纤维增强树脂复合材料制造的头盔或飞机壁板等。

在树脂基纤维复合材料制造技术中，一般常用的成型工艺主要有：手糊接触成型、喷射成型、拉挤成型、缠绕成型、真空袋压成型、热压罐成型、RTM成型法等。由于材料、设备等领域的技术进步，RTM成型法因其设备投资少、制件复杂程度高、强度可设计性好、综合性能优良以及可以实现规模化生产等优点，在上世纪80年代后期得以快速发展，现已经广泛应用于航空航天制造业。

RTM是树脂移动模塑的英文缩写，又叫注射成型工艺；它是利用压力将树脂注射进入已填充了纤维织物或纤维预制体的闭合模具的型腔中，再经固化、脱模而形成的复合材料构件。由于在闭合模具的型腔中需要按照强度设计的要求填充纤维织物或纤维预制体，因此注入型腔中的树脂需要有较低的粘度和良好的纤维浸润性，而且型腔中的纤维含量也应适度；利用注射压力(也有采用模具预先辅助抽真空)和毛细现象等综合原理，使树脂在填充于封闭型腔中的纤维之间流动并浸渍纤维织物或纤维预制体、排除气泡，然后在一定条件下使树脂固化、脱模，从而得到预期形状的树脂基纤维复合材料构件。

由于树脂基纤维复合材料的力学性能主要由增强材料——纤维织物或纤维预制体提供，作为基体材料的树脂主要起黏结和协同的作用；因此，一般而言，纤维在复合材料中的含量越高、复合材料的综合力学性能也就越好。目前，采用传统RTM成型方法所得到的树脂基纤维复合材料构件，其纤维含量通常只能达到35～45％，不能满足高力学性能构件的要求；若要提高构件中的纤维含量，则又会由于过高的纤维含量阻碍树脂完全充满模腔，纤维难以完全被树脂浸渍、气体不易充分排出，使构件内部容易产生气孔、缺胶、分层等缺陷，从而导致复合材料构件因综合性能严重下降而报废。因此，如何提高RTM成型工艺中的纤维含量就成为目前业界共同研究的课题。

发明内容：针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种纤维含量较高、树脂浸润均匀的压缩式RTM成型方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下步骤的技术方案：

1)在可压缩的模具型腔中铺放纤维增强材料；

2)合模、封闭模具型腔；

3)向模具型腔中注满树脂；

4)压缩模具型腔达到预定尺寸，并排出多余的树脂；

5)保压、固化、脱模。

在上述技术方案中，为了便于树脂注射成型，在步骤2)和3)之间还可以增加一道将模具型腔抽真空的工序。

在上述各技术方案中，所述的纤维增强材料可以是纤维织物，也可以是用纤维制成的预制体。模具的型腔可以有：①模具型腔为压缩腔；②模具的半模或型芯可膨胀；③模具的一个半模为可压缩的膜、袋等多种结构。

与现有技术比较，本发明由于采用了型腔尺寸可压缩的模具，并在该型腔未压缩、体积较大的状态下完成树脂注射和纤维浸润，而此时模具型腔中的纤维含量相对较低，因此容易实现树脂注射、纤维浸润和排气；待模具型腔完成树脂注射、纤维浸润、排气后，在保压情况下将模具型腔压缩到预定的体积、排挤出型腔中的部分树脂，从而使模具型腔中的纤维达到较高的体积含量，于是也就相应地提高了所成型零件的纤维含量。

附图说明：

图1是本发明合模时的状态图；

图2是本发明向模具型腔中注满树脂时的状态图；

图3是本发明压缩模具型腔时的状态图；

图4是采用本发明所制作的工件结构示意图；

图5是本发明另一个实施例合模时的状态图；

图6是本发明另一个实施例向模具型腔中注满树脂时的状态图；

图7是本发明另一个实施例压缩模具型腔时的状态图；

图8是本发明另一个实施例所制作的工件结构示意图。

图中：注射口1  上模2  溢出口3  密封圈4  模具型腔5  纤维增强材料6  下模7  堵帽8  成型零件9  半模或模芯10

具体实施方式：下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1所示，零件的制作过程如下：

1)在模具型腔5中按常规的方法铺放纤维增强材料6；

2)合模，并采用设在上模2、下模7之间的密封圈4将模具型腔5的周边封闭；

3)按常规的方法将树脂从设在上模2上的注射口1注满模具型腔5；同时，开启设在上模2上的溢出口 3使模具型腔5中的气体或多余的树脂从该溢出口充分排出；

4)用堵帽8封闭注射口1，然后施加一个向下的压力P使上模2向下移动，直到模具型腔5压缩达到预定尺寸；在此过程中，纤维增强材料6被上模2、下模7压实，同时由于模具型腔5的体积被压缩减小，该型腔中部分树脂通过溢出口3被排出；

5)保持该压力一段时间，待模具型腔5中的树脂固化后脱模；然后按常规的方法去除零件9的飞边、毛刺，即可得到纤维含量较高的树脂基纤维复合材料构件。

实施例2

零件还可采用如图2所示的方式制作，具体过程如下：

步骤1)、2)、3)与实施例1相同；

4)用堵帽8封闭注射口1，然后使采用硅胶或橡皮等弹性材料制作的半模或模芯10膨胀，直到模具型腔5压缩达到预定尺寸；在此过程中，纤维增强材料6被半模或模芯10、上模2压实，同时由于模具型腔5的体积被压缩减小，该型腔中多余树脂通过溢出口3被排出；

步骤5)与实施例1相同。

在上述各实施例中，纤维增强材料6可以是纤维织物，也可以是用纤维制成的预制体。为了便于树脂注射成型，在上述各实施例的步骤3)和4)之间还可以增加一道将模具型腔抽真空的工序。

在上述实施例中，由于施加压力P的大小、压缩模具型腔5的速度、保压的时间、型腔5的体积压缩比等工艺参数通常与零件的结构形式和复杂程度、树脂的种类、纤维增强材料6的分布密度和材质、以及温度、湿度等情况有关联，因此所述工艺参数是变化的，它们可根据选用的树脂、纤维增强材料6自身所具有的特性并结合零件的结构特点通过具体的工艺实验来确定。

以下是采用本发明制作的全复合材料承力构件(外型为弧形薄板、截面为长椭圆形)与普通RTM技术制作的该构件所作的比试验数据(算术平均值)：

试样	纤维含量w％	0°拉伸强度(MPa)	0°拉伸弹性模量(GPa)	0°层间剪切强(MPa)
					普通RTM成型法	48.3	170	21.6	15.4
压缩式RTM成型法	72.9	326	36.7	24.8

表中：

(1)“试样”为从完全固化后的构件内部截取的标准试样。

(2)0°拉伸强度、拉伸弹性模量按《玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB1447-83)进行，试样为I型试样。

(3)0°层间剪切强度按《玻璃纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》(GB1450.1-83)进行。

(4)树脂含量按《玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法》(GB2577-89)进行。

(5)增强纤维材料为法国进口单向无碱玻璃纤维毡和EWR200-90无碱玻璃纤维布；树脂材料为克雷威力利产品EPOVIAAEBDRF-1001闭模成型树脂。

从上述实验数据可以看出，本发明能够使RTM注射成型复合材料构件的纤维含量由35～45％左右提高到72％以上，复合材料构件的综合强度也得以大幅度提高。由于复合材料的综合力学性能取决于纤维、树脂、成型方法和工艺参数等多方面因数，因此，上述数据仅反映了运用本发明后该复合材料构件的力学性能随纤维含量的增加而提高的一种趋势。

Claims (4)

1.一种压缩式RTM成型方法，其特征在于步骤如下：

1)在可压缩的模具型腔中铺放纤维增强材料；

2)合模、封闭模具型腔；

3)向模具型腔中注满树脂；

4)压缩模具型腔达到预定尺寸，并排出多余的树脂；

5)保压、固化、脱模。

2.根据权利要求1所述的压缩式RTM成型方法，其特征在于步骤如下：

1)在可压缩的模具型腔中铺放纤维增强材料；

2)合模、封闭模具型腔；

3)向模具型腔中注满树脂；

4)将模具型腔抽真空；

5)压缩模具型腔达到预定尺寸，并排出多余的树脂；

6)保压、固化、脱模。

3.根据权利要求1或2所述的压缩式RTM成型方法，其特征在于：所述纤维增强材料为纤维织物。

4.根据权利要求1或2所述的压缩式RTM成型方法，其特征在于：所述纤维增强材料为纤维预制体。

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