《轻质RTM成型工艺简介》作者 张广政 18605340323.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流轻质RTM成型工艺简介作者 张广政 18605340323.精品文档.闭模液体成型工艺简介张广政 18605340323一、复合材料成型工艺概述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展，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法也不断涌现，目前复合材料的成型方法大概有以下工艺在国内广泛地用于工业化生产，如： （1）手糊成型工艺；（2）喷射成型工艺； （3）浇铸成型技术； （4）定长缠绕制管工艺； （5）连续缠绕制管工艺； （6）拉挤成型工艺；（7）袋压法（压力袋法）；（8）片状模压成型工艺

2、（SMC）； （9）团装模压成型工艺（BMC）；（10）热塑性片状模塑料制造技术（GMT）； （11）真空袋压成型（真空导流工艺）； （12）树脂传递模塑成型技术（传统RTM）；（13）真空辅助轻质RTM（L-RTM）。 二、闭模工艺分类：从以上工艺的排列顺序可看出，复合材料成型所用模具由开放式到半开放逐步向封闭的转变过程。根据不同产品特性，视所选用的树脂基体材料的不同，进而选择不同的成型工艺，上述复合材料液体闭模成型工艺共同特点：（1）材料制造与制品成型同时完成。一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在选择材料、设计配比、确定纤维

3、铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。（2）制品成型比较简便。一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。各液体闭模成型工艺的关系如下图：各工艺的模具、结构尺寸以及适用产品类型的比较如下图：三、具体区别根据笔者多年的实践经验，下面就几种闭模工艺的具体区别与大家分享1、RTM 树脂传递模塑成型简称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。RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔

4、内，用专用压力设备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。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）；(3)RTM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铺放增强材料；(5)原材料及能源消耗少；(6)建厂投资相对少，项目容易上马。 RTM技术适用范围很广，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：汽车壳体及部件、娱乐车构件、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、小型游艇等。 下图是RTM工艺原理

5、图RTM工艺设备、模具、原材料 RTM成型工艺过程中，注射设备是必须的，要求设备的固化剂的比例可调，一般从0.5% 到 3.5%之间不等比例的产品，每分钟流量5-10升左右，注射压力从 0.1到8个大气压。可以预设置注射树脂量，带自循环的通过循环泵的简易通道，能够实现简单的设备维护。一般RTM模具模腔内是3-6公斤正压，因此对于模具的刚度有一定要求，如若模具刚度不够的话，不能够保证产品的尺寸精确性,也很容易出现爆模意外。RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂，要求粘度适中。一般RTM的增强材料主要是玻璃纤维，其含量为50%55%；常用的增强材料有玻璃纤维连续毡、复合毡及方格布。模具在流水线上的

6、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1小时以内完成。 2、真空导流工艺 真空导流工艺分为干法和湿法两种。湿法是将手糊或者喷射成型未固化的制品，加盖一层真空袋膜，制品处于薄膜和模具之间，密封周边，抽真空（0.07MPa），使制品中的气泡和挥发物排除。干法是将增强玻纤铺放到模具上，将真空袋膜与模具周边密封，在抽真空的同时将树脂从模具的另一端由管路导入到模具中，将增强玻纤浸润。两种工艺的区别在于干法的玻纤含量可以更高。真空导流成型技术的特点：（1）可以制造单面光的制品；(2)成型效率一般，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（1000件/年）；(3)

7、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铺放增强材料；(5)一次性耗材较多、垃圾回收是个问题，成本相对高；目前用于船艇、风能叶片等大型制品等等。工艺过程根据制品的形状复杂程度以及面积的大小而有所差异，一般从14、5小时不等。 真空导流工艺原理图真空导流工艺设备、模具、原材料 真空导流成型工艺过程中，不需要注射设备，只需要一台真空泵就可以了；模具只需要单模，一般模腔内是负压0.07-0.1Mpa，真空导流工艺所用的原材料有树脂体系、增强材料，不添加填料。该工艺用的树脂主要要求粘度低，在180300厘泊左右 。增强材料主要是玻璃纤维，其含量为5

8、0%60%；常用的增强材料有玻璃纤维短切毡、复合毡及方格布等。3、软模RTM工艺 软模RTM工艺兼顾了RTM和真空导流工艺的优点，将RTM的刚性上模改成硅胶或者橡胶的软模，其作用相当于一层真空袋膜，制品处于软模和模具之间，密封周边，抽真空（0.1MPa左右），在抽真空的同时将树脂从模具的另一端由管路导入到模具中，将增强玻纤浸润。固化后脱模。软模RTM成型技术的特点：（1）可以制造两面光的形状结构复杂的制品；（2）成型效率一般，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（1000件/年以内）；（3）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铺放增强材料；（

9、5）软模的使用寿命在1050次左右，成本介于RTM和真空导流工艺之间，目前用于船艇、汽车零部件、工程车覆盖件等等。软模RTM工艺设备、模具、原材料 软模RTM成型工艺过程中，同样不需要注射设备，只需要一台真空泵就可以了；模具需要单面刚性模，一般模腔内是负压0.1Mpa，所用的原材料与真空导流材料基本一样。该工艺效率介于RTM和真空导流之间，其可取之处主要在于所使用真空辅助材料的可重复利用性，以及其在施工过程中体现出来的方便性，优点一，耗材可多次重复利用，降低成本；优点二，可根据模具做成各种复杂形状，便于铺敷，且可有效地避免架桥和干区；优点三，韧性极好，注射过程如有干点，可大力扯动，人为制造树脂

10、导流路线，不用担心真空袋被破坏。软模RTM工艺应用案例图片4、L-RTM 在液体闭模工艺发展过程中，真空辅助RTM工艺（L-RTM）的开发成功可谓具有里程碑意义。真空辅助成型L-RTM技术是一种新型的低成本的复合材料大型制件成型技术，它的主要原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，模具周边密封和紧固以及从排气系统注射以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，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、渗透，实现对纤维及织物的浸渍，并在室温下进行固化，形成一定的树脂及纤维比例的工艺方法。其技术路线

11、上与传统RTM的不同之处，在于有一半模具是半刚性的，模具的厚度可以做到很薄。L-RTM工艺的特点：(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（2000件/年）；(3)L-RTM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铺放增强材料；(5)原材料及能源消耗少。对于尺寸大、大面积的复合材料制件，L-RTM是一种十分有效的成型方法。采用以往的复合材料成型工艺，大型模具的选材困难，而且成本昂贵，制造十分困难，尤其是对于大厚度的船舶、汽车、飞机等结构件。L-RTM工艺制造的复合材料制件具有成本低、空隙率含量小、成型过程

12、中产生的VOC挥发气体少、环境污染小(有机挥发份小于50ppm，是唯一符合国际环保要求的复合材料成型工艺)、产品性能好等优点，并且工艺具有很大的灵活性。被广泛应用于中小型游艇、风电机舱罩、汽车大包围、工程车覆盖件等领域。 L-RTM模具结构示意L-RTM工艺设备、模具、原材料 L-RTM成型工艺过程中，除了真空泵是必须的以外，注射设备是可选的，设备要求同RTM所用设备基本一样。如果不采用树脂注射设备也可以达到相同的目的，只是效率上稍有差异。L-RTM模具模腔内是0.2-0.8公斤正压 ，因此对于产品内表面模具的刚度要求不高，主要是为了体现一个“轻”字。L-RTM用的原材料有基体树脂、增强玻纤材

13、料。L-RTM工艺用的树脂可以是不饱和聚酯树脂，也可以是乙烯基或者环氧树脂，主要要求：（1） 低粘度，仅借助真空即可在增强剂堆积的高密度预成型体中流动、浸润、浸透（粘度指标200500厘泊 ）。（2） 适用周期长，较长的凝胶时间，较快的固化速度，这样有利于浸透、排气。（3） 可在室温下固化，树脂工作寿命满足结构要求。（4） 固化时无需额外压力，只需真空负压。（5） 具有良好的韧性与高于一般树脂的弹性模量，以及抗腐蚀性。一般L-RTM的增强材料主要是玻璃纤维，其含量为45%55%；常用的增强材料也是玻璃纤维连续毡、复合毡及方格布。L-RTM工艺过程因产品不同，操作的时间过程也不尽相同。由此可看出

14、，L-RTM工艺属于半机械化的复合材料成型工艺，工人只需将设计好的干纤维或者预成型体放到模具中并合模，随后的工艺则完全靠模具和注射系统来完成和保证，没有任何树脂的暴露，因而对工人技术和环境要求远远低于手糊工艺，并可有效地控制产品质量。L-RTM成型技术在国外的应用非常广泛，很多公司都采用该技术制造大型结构制件，在船舶制造工业中应用尤为突出。另外，航天飞机舱壁、导弹的鼻锥、导弹自动瞄准头的整流罩、雷达罩、扫雷艇、推进器、火箭发射简等均在采用L-RTM技术成型。由于L-RTM工艺采用闭模成型工艺，也特别适宜一次成型整体的风力发电机叶片 (纤维、夹芯和接头等可一次在模腔中共成型)，而无需二次粘接。与

15、手糊工艺生产叶片相比，不但节约了粘接工艺的各种工装设备，而且节约了工作时间，提高了生产效率，降低了生产成本。同时由于采用了低粘度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺，大大提高了复合材料质量和生产效率。L-RTM工艺生产对工人的技术水平依赖较少，工艺质量仅仅依赖确定好的工艺参数，产品质量易于保证，产品的废品率低于手糊工艺。因此，目前国外的高质量复合材料风机叶片往往采用模压、L-RTM、缠绕及预浸料真空导流工艺制造。国内天津和德州的外资企业，其机仓罩制造已普遍采用这一工艺。这种工艺技术不仅对目前的敞开式手糊成型工艺是重大的技术改进，而且与当前流行的两种闭模工艺相比较，L-RTM是以更高的精度，更快的速

16、度来制造更轻、强度更高的产品。可以认为，在一定批量的条件下，推进L-RTM工艺是低成本技术路线和低成本材料路线的结合。 采用L-RTM工艺有一个最大特点是可以设预埋件，与轻质夹芯板料一起成型。它的另一个特点是，在模具的关链部位设置真空收集壶，起到了树脂用量的限定省料。这种工艺带给企业的效果是节省原材料、节省劳动力、实现了操作场所的环保要求。 从环保和生产成本两个角度分析，L-RTM工艺将会较快在国内以手糊成型工艺为主的企业里流行。十多年前，许多企业曾引进传统RTM工艺和技术设备，后因设备、技术、成本等多方面的原因，一搁置就是十多年。近年来，许多厂又开始采用抽真空工艺。由于抽真空辅助材料属于一次

17、性用材，部分抽真空辅助材料还从国外进口，其结果，成型完一个产品，就要抛弃一堆辅助材料，大批量产品生产将造成极大的浪费。 因此，介于两种工艺的第三条工艺路线L-RTM，我们不妨试试。对一些精巧复杂的产品，采用L-RTM成型工艺，我们还能清楚地看到透明的底部密封模具内树脂渗透蠕动的走向，一旦真空收集壶内溢出数克树脂，就提示操作工注意，树脂已经灌注到位。L-RTM的整个工艺过程与传统对模的RTM基本一致，操作工按工艺要求，先在模具内喷涂胶衣，待胶衣凝胶后，将预先缝制或整合好的增强材料及夹芯材料铺放在模具内，铺放完毕，合模抽真空，模内产生负压达到锁模密封的效果。接下来由外混合树脂灌注系统对设定的树脂用

18、量进行灌注，待真空收集壶溢出树脂，就示意整个工艺完成。对大型玻璃钢制品来说，模具的设计是最重要的关键。张广政，工程师、高级工艺师，1995年3月进入德州玻璃钢总厂工作,期间先后开发冷压整体成型轴流风机叶轮、离心风机用叶轮，冷压成型大型屋顶风机壳体，袋压法成型冷却塔叶片等新产品。08年任浙江联洋复合材料有限公司副总工，负责公司的生产、技术，以及售后应用技术支持工作，主持公司玻璃纤维增强织物新产品研发以及中小型风电叶片新产品开发工作。 2010年2月辞职创立德州广政复合材料工作室，致力于真空导入和L-RTM工艺的导入推广工作。 近两年先后为客户完成了结构复杂的车身板、风扇盖子、重卡发动机罩、车身顶盖、游艇舱口盖、停车棚大型顶板、电气开关箱、货车车体板、淋浴底盘、划艇、摩托车部件、音响罩、建筑门板、军用头盔、消防头盔、炮弹箱、天线罩，以及轨道结构件、水轮发电机壳体、风电机舱罩、中小型风电叶片等上百件产品。其中中小型风电叶片获得一项发明专利和一项实用新型专利，目前已经授权多家企业用于高性能叶片的生产。