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RTM成型工艺技术进展


航 天 返 回 与 遥 感




卷第 年






成 型 工 艺 技 术进 展
沃西源
北京 空间机 电研究所 北京
,

摘要

文 章就 当前

发展 趋 势 机械 设备 原 材 料 和模 具 等进 行 综 述







关键词

成型工艺

机械 设备

原材料

模具

月 日西

树脂传递模 塑 法


简称
,

法 是 通 过较低 的成 型 压力将一 定 配 比
,

的树脂 基 体 材 料 输 送 到 预 放 了增 强 材 料 的 闭合模 中 料 制 品 的方 法
,

在 闭 合 模 中浸 渍 增 强 材 料 而 获 得 复 合 材

采用
,

法成 型 的 复合 材料制 品与手糊 法 和 喷射法 成 型 工 艺 的复合材料 制 品

相 比 具有高的外 观质量
, ,

高尺 寸 精度 和 低空 隙率 的复 杂 型 面 模具 制造 和 材 料选 择 的机 动性
,

强 较高的生 产 效 率 较低 的劳动 强 度 和 较好 的生 产 环 境 工 作 环 境 条 件 要 求 各 项 法 规 日趋 严 格 的 情 况 下 型 工 艺方法

,



其 投 资要 比

的投资低 尤其在
,

大 家都在致 力 于 开 发 这一 新颖 的复合材 料 成

国外

成 型 工 艺技术 的现状 与发展 趋 势
多年 的历 史
,

成型 工艺技 术 已 有 项 法 规 日趋 严 格
度 已 降至
,

直至 近 几年


,

由 于 各 国 对 生 产 环 境 条 件 要 求 的各
,

如 美 国和英 国对 工作 区 苯 乙 烯 的 限量浓度 为
,

北 欧 和 日本 的 限量 浓

丹麦正 在考虑使用
,

的指标 为此 复合材料工作者 不得不 放弃传统 的


,

手糊成型 工 艺和 喷射成型 工艺

寻找符合法规 的具有低 的 苯 乙 烯挥发量 的成型 工艺方法 工 艺 方 法 具 有 投 资较 少 生 产 效 率较 高 等诸 多优 势
,



诸多 的闭合模成 型 工 艺方法 中
,

,



根据

美 国 某 公 司 发 言 人 预 言 今后 几 年 时 间 里
早在
座椅


的 年 增 长 率将 达 到 约



世纪

年代初期


,

美 国 的 保 龄 球 娱 乐 中心 就 使 用 了 由


成型工艺方法生产的



以后 各 国 开 发 了 汽 车外壳



复杂型 面设备罩壳 等产 品 在积极 开 发


,

制 品 的 同时 对
,

用于


艺 方 法 的 原 材 料 机 械设备 模 具结构 等方 面 进 行 了 深 人 研 究


先后 研 制 出更适合

工 艺方 法 并 能 大 幅度 提 高生 产效 率 的原 材料
,

设备 和 模具


,



制品 的工业 化开辟

了新 的发展 途 径 使

朝 着 生 产 的 高 速 度 和 自动 化 方 向 发 展

的机械设 备
一 种 最 大传递 量 为
,





设备 已 经 由美 国俄 亥 俄 州北 方 区 液压控 制公 司 制 造


出来 该 设 备 可 传 递 包 括 环 氧 聚 醋 聚 氨醋 和 丙 烯 酸 醋 等 树 脂 基 体 材 料
比例从
收稿 日期

可 调 节 固化 剂 配 比


,


一 一

,

传递量从





在 树 脂 基 体 中可 添 加 碳 酸 钙 氢 氧化



卷第











与 遥 感


铝和空 心 玻璃微珠 等填料来改 善树脂 基 体材料性 能

目前 我 国 已 有 几 十 家 单 位 引 进 美 国 格 拉 斯 公 司 的

注射 成型 机 该公 司有适合注 射一
,

般产 品 的 注 射 量 为 备





设备 也有适 合注射大型 制品 注射量为
,
,

,



的设

其工作原理是

在动力源 压缩 空 气 的作用 下

树脂 基体泵 运 动 并联 动 催化 剂泵 将 已 预 促
,

进 的树脂 基 体 及 催 化 剂泵 至 枪 体并 通 过 注 射 枪 头 混 合 后 注 人 模 具 内


催化 剂 的加 人 量 可 以 调
,

该设 备 的树脂基体泵 和 催 化 剂 泵 是单行程 泵
,

,

为 了 避 免泵 出的树 脂 基 体 和 催 化剂呈 脉 动
,

状态 设 有 树 脂 基 体 存储 器 和 催 化 剂存储 器各 一 个
,

在泵作 回程运 动 时 依靠存储器 上部 的预


充压 力将 下 部 的树 脂 基 体 和 催 化 剂 压 至 枪 体 使物 料呈 连 续状 态 注 出

的原 材料
预成型增强材料

为 了提 高



制 品增 强 材 料 的铺 模 速 度
, ,

,

国外 对 用 于

的增强 材料均进行预成 型 工
,

首先将 增 强 材 料切 割成 预 先设计 的 图案 使 其 与成 型 模 具 具有 一 致 的外 形
,

然 后用喷 辊



等工 艺 涂 刷 树 脂 基 体 再 用 压 机 将 其 压 成 产 品 形 态 固 化 成 型 脱 模
,



其 主要 工 艺 流 程 如 下

这种工艺 有助 于连续操作

,

使 生 产 大批量制 品有 充分保证




采用 这 种成 型工 艺 能够在 巧

秒钟 左 右 生 产 出具 有 一 定 刚性 的预 成 型 料
一 种特殊 的树脂基体

据 有 关 资料 介 绍


,

该成型 工艺 的关键在 于使用 了

材料和 专用工 艺设施

这种 成 型 工艺 技术在 国外 已 得到较 为广泛 的 应

专用树脂基体
制 品 的成 型 速 度 快慢 主要 依赖 于 所 使用 的树 脂 基体材 料和 先 进 的 工 艺 设 施
研制 出几 种 低 粘 度


,

国外 已

快速 固化 的

专用树脂 基体材料
,

,

这 些 树 脂 基体 可 使模 腔 充填速 度 加


快 生产周期缩短

,

,

产 品外 观质量提高

并使产 品具有 较 高的力学性 能

由 日本 油 墨 及 化 学 株

式会 社 研 制 的 牌 号 为 料 表





的新 型 乙 烯基 醋 树脂 就 是 一 种 较 有 代表性 的树脂 基 体材
,

和表

中分别 列 出 了 该树 脂 基 体材 料在 液体状 态 下 及 制成烧 注体 的 性 能 并 与 其 它树


脂基 体 材 料 的 性 能 作 了 比 较
由表 中 可 知
,

列 出 了 几 种 树 脂 基 体 材 料 的 固化 特 性 比较





树 脂 基 体材 料 与其它 用 于


成 型 工艺 的树脂 基体材料相 比 有

,

着较好 的 工 艺 性 能 较 高 的 力 学 性 能 和 较 快 的 固 化 速 度

基 体材料
?

℃时 液 态
‘ 因 又 曰 匕 书 } 一 一 书 叼} 一 橇 户一》 记尸

树脂 基 体 材 料 的性 能


台 烯基酉
一 了【 }、 了 、叭 『 硬〕

粘度
密度
固 体含 墩


对 江



嚣攫 州

航 天 返 表
基 体材 料 拉 仲强度 聚



与 遥 感





件 酷

树脂 基 体流 程 体 的性 能
乙 烯基醋







拉仲延 展率 弯 曲强 度 弯 曲模 量 热 弯温 度
密度



,



体收缩 玻璃 温度



基体材料


树脂基 体材料 固化 特性

烯基醋
互了 口一 」 气


} 一 } 八日 、 〕 〕 (




口 气

凝胶 时 间
固化 时间 固化 温度


‘ ,

乙烯基醋和



,

固化体 系为



过氧化 氢 甲醚







环 氧的 固化体

系为

一 已 基一 甲基 米 哇
据 有 关 资料 介 绍 采用



树脂基体材 料和 预成 型 增强 材料生 产 制 品
,

,

不超过


分钟 便 可 生 产 出一 个 优 质 的复合 材 料 结 构 制 品 其 生 产 效 力 可 与 夹芯 材 料 为 了 降低 产 品 的 制 造 成 本 减 轻 产 品 的 结 构 质 量 提 高 生 产 效 率 制 品 各 项 性 能允 许 的 情 况 下
, ,
,

工艺方 法相媲 美

,

,

国外各生 产 厂 家在

还 大 量选 用 了夹 芯 结 构


,

夹 芯 的材 料大多数 采用 聚氨醋泡沫 塑

料 也有采用木 芯材料结构及其他轻质价廉的材料

模具
模 具 由 阳模 和 阴模 两 个 半模 组 成 采用 玻璃 钢模 具

,



为 了 便 于 生 产 中脱 模 和 模 具 搬 运
,



模 具 大多

,

并且在模具结构上有较大 的改进



不 再 采 用 环 氧 树脂 加 砂 石 或 铝 粉 浇铸 而

而 是 制 作轻 质 高强 的 三 合 一 夹层 结 构 的 模 具


这种模具有至少可生产
,

多个 复合材料
,

部 件 的寿命

模具 中的预埋件

加 强 筋 等 占模 具 积 层 较 大 比 例
,

这 样 在结 构上 减少 收缩


获得

较低 的模具 制 造 价 格 和 加 快 模 具 的 制造 进 度 提 高模 具 的 加 工 精 度 要 求
模具也有采用 金属 材料制成 的 材料研制


,

其优 点 是 强 度 高




刚性 好



使用 寿命长
,

,

但采用 金 属

模具成本颇高 而采用玻璃钢制作 的
, ,

模 具 成 本 较 低 受 复 合材 料 制 品 的 形
成型 工艺 的玻璃钢模具 的

状 尺 寸 大小 影 响较 小 适 用 于 中等 批 量 生 产



为一 般 用 于

结构 示 意 图





卷第



航 天 返



与 遥 感

一一



增 强层

结 构 ”层

表而层

加 热层 结构




模 多层 结 构 示 意 图

由图


可 看 出 用 玻璃钢制作的

,

模具 大致 由七 层 组 成 即表 面 层 结 构


,



层 加热层





保温层 结构


层 增强层和包裹层





表 面 层 通 常用 耐 温 较 好 的模具胶 衣 和 表 面 毡 制作 厚 度 一 般 为
,

,

制品的表面
,

质量 模具 的 使 用 次 数 与 表 面 层 的 质 量 有 颇 大 的关 系
泡 具 有足 够 的 硬 度 且 与 结构 层 粘 贴 良好
,
,



实践表 明

,

要 求 表 面层 平整 光 滑

无气



结构

层一般用玻璃纤维毡
,



布或短切纤维增强树脂制作


,

厚度控 制在



,

它是模

具 的承 载部 分 要 求 具 有 足 够 的强 度 和 刚度
,

加 热层 是 模具 的 加 热 装 置 一 般 可 用 电 热 布铺 成 引 出 电 极 与低 压 电源 连 接
,

,



为 了使模具


加热均 匀 铺 设 电 热 布 时 应 注 意选 用 儿种 规格 的 电热 布 使其 各处 的功 率基本 相 等
,

,

保温层 的 主要 作用 是 保温 并增 强模具 的 刚度 保温层 一 般可用保温芯块 和 微 型玻璃 球珠 腻子 制 成 结构



,

层 与结构

层要求 相 同 可参考结构
, ,

,

层进行制作

增 强 层 一 般 用 各 种 钢 型 材 焊 接 而 成 钢 架 结 构 以 保证 模 具 具 有 足 够 的 强 度 和 刚度
包 裹层 由 玻 璃 钢 制 成 它 将 钢 架 与 模 具 连 成 一 体
以 上七 层 是
,





模 具 的 基 本结 构 也 可 以 根 据 各 种 复 合材 料产 品 的实 际情 况 来 增减 模 具 成 型 工 艺相 应 要 求


的层 数 以 满 足

,



模 具 制 作 好 后 应 选 择 合适 的 位 置 上 开 设 注 射
,







气口


,

铺设密封条

安 装 定位 装置 和 紧 固件 等





模 具 制 作 过 程 中应 注 意 如 下 几 方 面 问

?

合理 的 选 择 注 射 孔 排 气 孔 的位 置 和 数量




个模具 的注射 口 一 般为


个 而 排 气孔 则
,

,

要根据制 品 的大小 结构形 式 来选 择若干个
,



其位 置 一 般 选 择 在 离 注 射
。 。

最远 端处 以使树脂

容易充 满模 腔 制 品 的 外 观 质 量 可 得 到 有 效 控 制


阴 阳模 必 须 密封好 通 常采用 橡胶 条作 为密封 材料

,

保 证模 具 内树 脂 漏 损 率达 到工 艺

规程 要 求
?



模 具 表 面 的 粗 糙 度 必 须 达 到模具 设 计要 求


,

上 下 模 匹 配应 符合相 应要 求

,

以 确保 制 品

的外 形 尺 寸 与 形 状 精 度 要 求




?







与 遥 感
,



,



具有 足够 的 强 度 和 刚度 一般在
,

,



注射压力 下 模 具不损伤 不 变 形 且 有较 长

的使 用 寿 命 兼 考 虑 模 具 的 制 造 成 本 总之
,



模具制 作是 一 个很 关键 环 节



由于
,

技 术 引 进 时 间还 不 算 长

,

国内




具 制 作 受 原 材 料 的 限 制 和 复合 材 料制 品类 型 较 多

,

使模 具 的 变化 较 大

,

造 成模具 制作 上 的 困

因此

模 具 制 作 是 当前 应 深 人 研 究 的 课 题 它 直 接 关 系 到 复 合 材 料 制 品 的 质 量 生 产 效
,

率 模 具 原 使 用 寿 命 和 操 作 者 劳动 强 度 等 内容





结束语
随着 科 学 技 术 的 发 展 对 复合 材料 的 性 能要 求 越 来 越 高 而 复 合 材 料性 能 不 仅 与 纤 维 增 强
, ,

材料 和树脂 基体材料性能 密切相关
一 种较先进 的成型 工艺技 术


,

且 在一 定 程 度 上 还 取 决 于 其 成 型 工 艺 技 术
,





,

制作 为


,

其主要 特点是可采用 多维编织纤维


制 造 出 具 有 良好 表 面 品 质
, ,

高精 度 低 空 隙 率 的 复 杂 型 面 的 复合 材 料结 构 件
,

模 具 材 料选 择 和 制造 工 艺机 动性较强 生 产


周 期 有 所 缩 短 等 鉴 于 此 况 世 界 各 国 的 复合 材 料 工 作 者 都致 力 于 它 的 研 究 与发 展 现 已 成 为一
种 很 有 发 展 前 途 的 成 型 工 艺 技 术 我 国 与 国 外 先 进 水平 相 比有 一 定 差 距 在 原 材 料 模 具 制 造 等各 个 方 面 差距颇 大 尤 其 在 适 用 于




,

的成型工艺

,

高性能树脂基体 的 研究 和
,



具 设 计 与 制 造 等方 面 已 成 为 复合 材 料 发 展 的一 个 关 键 问 题
交 流 加 快 其 工 艺 过 程 的 发展 是 十 分 必 要 的
,

因此加强对

成 型 工 艺 的技术

























,

张林 文
,

成 型 工 艺技 术 再认 识

玻璃 钢 复合 材料 北 京 中 国标 准 出 版社

姜作 义 张和 善编 著 黄家康上编
李 中华 钟 华
,

纤 维 一树 脂 复 合 材 料 技 术 与应 用

复合材料成 型技术 树脂传递 成 型

北京 化学 工业 出版社 宇航材 料 艺
,

艺过 程 分 析 与 模 具 技 术





,

、 、


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