Процесс трансферного формования смолы (RTM) представляет собой типичный процесс жидкостного формования композитных материалов на основе армированной волокном смолы, который в основном включает в себя:
(1) Спроектируйте волокнистые заготовки в соответствии с требованиями к форме и механическим характеристикам необходимых компонентов;
(2) Положите предварительно разработанную волокнистую заготовку в форму, закройте форму и спрессуйте ее, чтобы получить соответствующую объемную долю волокнистой заготовки;
(3) С помощью специального литьевого оборудования впрыскивают смолу в форму при определенном давлении и температуре, чтобы удалить воздух, и погружают ее в волокнистую заготовку;
(4) После того, как волокнистая заготовка полностью погружена в смолу, реакция отверждения проводится при определенной температуре до тех пор, пока реакция отверждения не завершится, и конечный продукт не извлекается.
Давление переноса смолы является основным параметром, который следует контролировать в процессе RTM.Это давление используется для преодоления сопротивления, возникающего при впрыске в полость формы и погружении армирующего материала.Время, необходимое для завершения передачи смолы, зависит от давления и температуры в системе, и короткое время может повысить эффективность производства.Но если расход смолы слишком велик, клей не сможет вовремя проникнуть в армирующий материал, и из-за повышения давления в системе могут произойти несчастные случаи.Поэтому обычно требуется, чтобы уровень жидкости смолы, поступающей в форму во время процесса переноса, не поднимался быстрее, чем 25 мм/мин.Контролируйте процесс переноса смолы, наблюдая за выпускным отверстием.Обычно считается, что процесс переноса завершен, когда все смотровые окна формы переполнятся клеем и больше не будут выделять пузырьки, а фактическое количество добавленной смолы будет в основном таким же, как ожидаемое количество добавленной смолы.Поэтому следует тщательно продумать установку вытяжных патрубков.
Выбор смолы
Выбор системы смол является ключом к процессу RTM.Оптимальная вязкость составляет 0,025-0,03Па•с, когда смола выделяется в полость формы и быстро проникает в волокна.Полиэфирная смола имеет низкую вязкость и может быть получена путем холодной инъекции при комнатной температуре.Однако из-за различных требований к характеристикам продукта будут выбраны разные типы смол, и их вязкость не будет одинаковой.Поэтому размер трубопровода и головки впрыска должен быть рассчитан так, чтобы соответствовать требованиям к потоку подходящих специальных компонентов.Смолы, подходящие для процесса RTM, включают полиэфирную смолу, эпоксидную смолу, фенольную смолу, полиимидную смолу и т. д.
Выбор армирующих материалов
В процессе RTM можно выбрать армирующие материалы, такие как стекловолокно, графитовое волокно, углеродное волокно, карбид кремния и арамидное волокно.Разновидности могут быть выбраны в соответствии с потребностями дизайна, включая короткие волокна, однонаправленные ткани, многоосные ткани, плетение, вязание, основные материалы или преформы.
С точки зрения характеристик продукта, детали, изготовленные с помощью этого процесса, имеют высокую объемную долю волокна и могут быть спроектированы с локальным армированием волокнами в соответствии с конкретной формой деталей, что полезно для улучшения характеристик продукта.С точки зрения производственных затрат, 70% стоимости композитных компонентов приходится на производственные затраты.Поэтому снижение производственных затрат является важным вопросом, который срочно требует решения при разработке композиционных материалов.По сравнению с традиционной технологией горячего прессования для производства композитных материалов на основе смол, процесс RTM не требует дорогостоящих корпусов резервуаров, что значительно снижает производственные затраты.Более того, детали, изготовленные с помощью процесса RTM, не ограничены размером резервуара, а диапазон размеров деталей относительно гибок, что позволяет производить крупные и высокопроизводительные композитные компоненты.В целом, процесс RTM широко применяется и быстро развивается в области производства композитных материалов и обязательно станет доминирующим процессом в производстве композитных материалов.
В последние годы изделия из композитных материалов в аэрокосмической промышленности постепенно перешли от компонентов, не несущих нагрузку, и небольших компонентов к компонентам, несущим основную нагрузку, и крупным интегрированным компонентам.Существует острая потребность в производстве крупных и высокопроизводительных композитных материалов.Поэтому были разработаны такие процессы, как вакуумное трансферное формование смолы (VA-RTM) и трансферное формование легкой смолы (L-RTM).
Процесс вакуумного трансферного формования смолы Процесс VA-RTM
Процесс вакуумного трансферного формования смолы VA-RTM представляет собой технологию, основанную на традиционном процессе RTM.Основной процесс этого процесса заключается в использовании вакуумных насосов и другого оборудования для вакуумирования внутренней части формы, где находится волокнистая заготовка, так что смола впрыскивается в форму под действием вакуумного отрицательного давления, достигая процесса инфильтрации волокнистую заготовку и, наконец, затвердевание и формование внутри формы для получения необходимой формы и объемной доли волокон в деталях из композиционного материала.
По сравнению с традиционной технологией RTM, технология VA-RTM использует вакуумную накачку внутри формы, что позволяет снизить давление впрыска внутри формы и значительно уменьшить деформацию формы и волокнистой заготовки, тем самым снижая требования к производительности процесса для оборудования и форм. .Это также позволяет технологии RTM использовать более легкие формы, что способствует снижению производственных затрат.Таким образом, эта технология больше подходит для производства крупных композитных деталей. Например, сэндвич-панель из пеноматериала является одним из широко используемых крупных компонентов в аэрокосмической области.
В целом, процесс VA-RTM очень подходит для изготовления крупных и высокопроизводительных компонентов из аэрокосмических композитов.Однако в Китае этот процесс все еще полумеханизирован, что приводит к низкой эффективности производства продукции.Более того, определение параметров процесса в основном опирается на опыт, а интеллектуальное проектирование еще не реализовано, что затрудняет точный контроль качества продукции.В то же время, многие исследования показали, что во время этого процесса в направлении потока смолы легко создаются градиенты давления, особенно при использовании вакуумных мешков, будет определенная степень релаксации давления в передней части потока смолы, что будет влияют на инфильтрацию смолы, вызывают образование пузырьков внутри заготовки и снижают механические свойства продукта.В то же время неравномерное распределение давления приведет к неравномерному распределению толщины заготовки, что повлияет на качество внешнего вида конечной заготовки. Это также техническая проблема, которую технология еще должна решить.
Процесс трансферного формования легкой смолы Процесс L-RTM
Процесс L-RTM для трансферного формования легких смол – это новый тип технологии, разработанный на основе традиционной технологии VA-RTM.Как показано на рисунке, основная особенность этой технологии заключается в том, что нижняя форма представляет собой металлическую или другую жесткую форму, а верхняя форма — полужесткую легкую форму.Внутренняя часть формы имеет двойную уплотнительную конструкцию, верхняя форма фиксируется снаружи с помощью вакуума, а внутри используется вакуум для введения смолы.Благодаря использованию полужесткой формы в верхней форме этого процесса и состоянию вакуума внутри формы, давление внутри формы и стоимость изготовления самой формы значительно снижаются.Эта технология позволяет производить крупные композитные детали.По сравнению с традиционным процессом VA-RTM, толщина деталей, полученных с помощью этого процесса, более однородна, а качество верхней и нижней поверхностей выше.В то же время использование полужестких материалов в верхней форме может быть повторно использовано. Эта технология позволяет избежать отходов вакуумных мешков в процессе VA-RTM, что делает ее очень подходящей для производства деталей из аэрокосмических композитов с высокими требованиями к качеству поверхности.
Однако в реальном производственном процессе все же существуют определенные технические трудности:
(1) Из-за использования полужестких материалов в верхней форме недостаточная жесткость материала может легко привести к разрушению во время процесса вакуумной фиксированной формы, что приведет к неравномерной толщине заготовки и ухудшению качества ее поверхности.В то же время жесткость формы также влияет на срок службы самой формы.Выбор подходящего полужесткого материала в качестве формы для L-RTM является одной из технических трудностей при применении этого процесса.
(2) Благодаря использованию вакуумной откачки внутри формы по технологии L-RTM герметизация формы играет решающую роль в плавном протекании процесса.Недостаточное уплотнение может привести к недостаточному проникновению смолы внутрь заготовки, что ухудшит ее эксплуатационные характеристики.Поэтому технология герметизации форм представляет собой одну из технических трудностей при применении этого процесса.
(3) Смола, используемая в процессе L-RTM, должна сохранять низкую вязкость во время процесса заполнения, чтобы снизить давление впрыска и увеличить срок службы формы.Разработка подходящей смоляной матрицы является одной из технических трудностей при применении этого процесса.
(4) В процессе L-RTM обычно необходимо спроектировать каналы потока на форме для обеспечения равномерного потока смолы.Если конструкция канала потока нерациональна, это может привести к появлению таких дефектов, как сухие пятна и обильная смазка в деталях, что серьезно повлияет на конечное качество деталей.Разумное проектирование канала потока пресс-формы, особенно для сложных трехмерных деталей, также является одной из технических трудностей при применении этого процесса.
Время публикации: 18 января 2024 г.
