树脂传递模塑成型工艺及设备.ppt

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1、 ZZ第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备本章要求：1.理解和掌握RTM、RIM工艺原理；2.掌握RTM、RIM工艺中需注意的问题3.了解RTM、RIM设备设备4.了解RTM、RIM产品质量分析 第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备ASTON MARTIN跑车的车身侧围板 第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备其驾驶室的材质为CFRP（碳纤维增强树脂复合材料）仅重145kg 第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备Lamborghini Murcielago 第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备Outline7.1 7.1 树脂传递模塑（

2、树脂传递模塑（RTMRTM）成型工艺及设备与模具）成型工艺及设备与模具 一、概述一、概述 二、二、RTMRTM成型工艺成型工艺 三、流动性分析三、流动性分析 四、四、RTMRTM设备设备7.2 7.2 反应注射模塑（反应注射模塑（RIMRIM）成型工艺及设备）成型工艺及设备 一、概述一、概述 二、原材料二、原材料 三、设备三、设备 四、四、RIMRIM加工技术加工技术 五、五、RIMRIM制品的缺陷及避免方法制品的缺陷及避免方法 7.1 RTM成成型型工工艺艺及及设设备备与与模模具具第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备7.1 树脂传递模塑（树脂传递模塑（RTM）成型）成型工艺及设备与模具工艺及设

3、备与模具 液体成型工艺（Liquid Molding）一、概述一、概述 二、二、RTM成型工艺成型工艺 三、流动性分析三、流动性分析 四、四、RTM设备设备7.1 RTM成成型型工工艺艺及及设设备备与与模模具具第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备7.1 树脂传递模塑（树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具）成型工艺及设备与模具 7.1.1 RTM概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备一、一、RTM概述概述 是是从从湿湿法法铺铺层层和和注注塑塑工工艺艺中中演演变变而而来来的的一一种种新新的的复复合合材材料料成成型型工工艺艺。是是介介于于手手糊糊法法、喷喷射射法法和和模模压压成成型型之之间间

4、的的一种一种对模成型法对模成型法。树脂传递模塑（树脂传递模塑（Resin Transfer Molding）在一个耐压的密闭模腔内先在一个耐压的密闭模腔内先填满增强材料填满增强材料，再用再用压力压力将液态将液态树脂注入树脂注入模腔使其浸透玻模腔使其浸透玻璃纤维，然后固化成型。璃纤维，然后固化成型。7.1.1 RTM概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 RTM法是指在模具的型腔里法是指在模具的型腔里预先放置增强材料预先放置增强材料(包括螺包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，合模夹紧后，从设置，合模夹紧后，从设置于适当位置的注入孔，在一定温度及压力下将配好的

5、于适当位置的注入孔，在一定温度及压力下将配好的树脂树脂注入模具注入模具中，使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模中，使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到成型制品。而得到成型制品。7.1.1 RTM概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.1 RTM概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备u 具具有有无无需需胶胶衣衣涂涂层层即即可可为为构构件件提提供供双双面面光光滑滑表表面面的的能力；能力；u 能制造出具有良好表面品质、高精度的能制造出具有良好表面品质、高精度的复杂复杂构件；构件；u 产品成型后只需做小的修边即可；产品成型后只需做小的修边即可；u 模模具具制制造造与与材材料料

6、选选择择的的机机动动性性强强，不不需需庞庞大大、复复杂杂的的成成型型设设备备就就可可制制造造复复杂杂的的大大型型构构件件，设设备备和和模模具具的的投投资少；资少；u 空隙率低（空隙率低（00.2%）；）；RTM工艺具有明显的优点：工艺具有明显的优点：7.1.1 RTM概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备u 纤维含量高；纤维含量高；u 便便于于使使用用计计算算机机铺铺助助设设计计(CAD)进进行行模模具具和和产产品设计；品设计；u 模模塑塑的的构构件件易易于于实实现现局局部部增增强强，可可方方便便制制造造含含嵌件和局部加厚构件嵌件和局部加厚构件；u 成成型型过过程程中中散散发发的的挥挥发发

7、性性物物质质很很少少，有有利利于于身身体健康和环境保护。体健康和环境保护。7.1.1 RTM概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备u 加工双面模具最初费用较高；加工双面模具最初费用较高；u 预成型坯的投资大；预成型坯的投资大；u 对模具中的设置与工艺要求严格。对模具中的设置与工艺要求严格。RTM不足：不足：一、概述一、概述 二、二、RTM成型工艺成型工艺 三、流动性分析三、流动性分析 四、四、RTM设备设备7.1 RTM成成型型工工艺艺及及设设备备与与模模具具第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备7.1 树脂传递模塑（树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具）成型工艺及设备与模具 7.1.2

8、 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备1.RTM成型工艺成型工艺 模具清理、脱模处理 胶衣涂布胶衣固化纤维及嵌件等安放合模夹紧树脂注入树脂固化启模 脱模二次加工 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备v 在胶衣涂布和固化的工序中，胶衣厚度一般取400-500m；v 在纤维及嵌件等铺放过程中，一般使用预成型坯(preform)。2.RTM成型工艺中需注意的问题成型工艺中需注意的问题是是在在准准备备阶阶段段将将

9、纤纤维维制制成成与与最最终终成成型型制制品品形形状状相相近近似似的的坯坯料料，采采用预成型可顺利转入后续工艺。用预成型可顺利转入后续工艺。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备v 在合模和夹紧模具工序中，根据所准备模具的结构，并适应模具尺寸、精度、锁模力、生产速度等，有的锁模机构设于模具自身内，有的用外设的简易合模压机夹紧，形式多样。v 合模压缩的程度因使用纤维增强材料的种类、形态、纤维含量而变化。对对于于短短切切纤纤维维预预成成型型坯坯，如如果果纤纤维维含含量量为为(体体积积)15)15，则则合合模模压压力力约约为为49-78kPa49-78kPa。7.1.2

10、RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备v RTM的成型周期可根据欲得成型制品所要求的产量而适当设定。由于一套模具的成型周期内树脂固化时间所占比例很高，所以要充分考虑注入树脂的固化时间和固化特性。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备RTM成功的关键是正确地分析、确定和控制工艺参数。影响RTM工艺的因素问题：RTM成型工艺中主要工艺参数有哪些？主要工艺参数有主要工艺参数有注胶注胶压力压力、温度温度、速度速度等。等。这些参数是相互关联、这些参数是相互关联、相互影响的。相互影响的。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 （

11、1）注胶压力压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一。压力的高低决定模具的材料要求和结构设计。高高的的压压力力需需要要高高强强度度、高高刚刚度度的的模模具具和和大大的的合合模模力力。如如果果高高的的注注胶胶压压力力与与低低的的模模具具刚刚度度结结合合，制制造出的制件就差。造出的制件就差。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 为降低压力采取以下措施：p 降低树脂粘度；p 适当的模具注胶口和排气口设计；p 适当的纤维排布设计；p 降低注胶速度。问题：RTM压注如何降低压力？RTM工艺希望在较低压力下完成树脂压注。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成

12、型工艺及设备n充模的快慢对于RTM的质量影响也是不可忽略的重要因素。由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压力，较慢的充模压力和一定的充模反压有助于改善RTM的微观流动状况。但是，充模时间增加降低了RTM的效率。这一对矛盾也是目前的研究热点。（2）注胶速度n注胶速度取决于树树脂脂对对纤纤维维的的润润湿湿性性和树树脂脂的的表表面面张张力力及及粘粘度度；受树脂的活性期、压注设备的能力、模具刚度、制件的尺寸和纤维含量的制约。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备n纤维与树脂的结合除了需要用偶联剂预处理以加强树脂与纤维的化学结合力外，还需要有良好的树脂与纤维结合紧密性。

13、n希望获得高的注胶速度，以提高生产效率。n 从气泡排出的角度，也希望提高树脂的流动速度，但不希望速度的提高会伴随压力的升高不希望速度的提高会伴随压力的升高。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备l较高的温度会使树脂表而张力降低，使纤维床中的空气受热上升，因而有利于气泡的排出。（3）注胶温度l取决于树脂体系的活性期树脂体系的活性期和最小粘度的温度最小粘度的温度。l在不至太大缩短树脂凝胶时间的前提下，为使树脂在最小的压力下使纤维获得充足的浸润，注胶温度应尽量注胶温度应尽量接近最小树脂粘度的温度接近最小树脂粘度的温度。l过高的温度会缩短树脂的工作期，过低的温度会使树脂粘

14、度增大，而使压力升高，也阻碍了树脂正常渗入纤维的能力。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备3.RTM工艺树脂加热方法工艺树脂加热方法 RTM工艺过程对树脂的加热分为两步：工艺过程对树脂的加热分为两步：注胶时加热注胶时加热 固化时加热固化时加热 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备l 在材料容器、全部的泵送机构和模具内安放加热元件，实现树脂在容器内预热，并且在以后的全部工艺过程中保持这一温度树脂注胶加热树脂注胶加热 通过泵送机构连续地往通过泵送机构连续地往复循环已加热的物料。复循环已加热的物料。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七

15、章 树脂传递模塑成型工艺及设备树脂固化加热树脂固化加热 间接加热法 直接加热法 将某种能量（射频电、微波电）直接施加于树脂里，使树脂固化。目前只处于研究试验阶段。目前采用的热能由介质（如热气、热水、油、蒸汽）携带，经模具背衬、型壳、型面传导到树脂里，使树脂固化。由于管路离型面较远，传导热较困难，因此加热速度慢，加热循环较长。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备树脂固化加热树脂固化加热 利用含热激化催化剂的聚酯薄膜取代液态聚酯，将上述薄膜覆盖普通预成型玻纤型坯，将型坯投入已加热的型腔内，闭模，薄膜熔化浸渍型坯，固化时间5min，此技术处于研究阶段。物料充模后，将整

16、个模具置于固化炉(或高压釜)内加热。热能经过模具传导到型腔内的树脂，致使树脂固化。但是，热效率低，固化周期长。炉(釜)内整模加热法。含热激化催化剂聚酯薄膜技术。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备4.RTM工艺的的延伸工艺的的延伸（1）真空辅助）真空辅助RTM（VARTM）（Vacuum Assistant Resin Transfer Molding）（2）热膨胀树脂传递模塑）热膨胀树脂传递模塑（TERTM）（）（Thermol Expansion Resin Transfer Molding）7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设

17、备n 为了使注射时改善模具型腔内树脂的流动性、浸渍性，更好地排尽气泡；n 腔内抽真空，再用注射机注入树脂，或仅靠型腔真空造成的内外压力差注入树脂的工艺；n 基本原理和RTM工艺是一致的，适用范围也是类似的。（1）真空辅助）真空辅助RTM（VARTM）工艺）工艺 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备l 一般RTMRTM工艺在树脂注入时，模具型腔内可积几吨压力。通过使用真空，模具内形成这种压力的趋势可得到减少，因而增加了使用更轻的模具的可能性。l 真空的使用也可提高玻璃纤维对树脂的比率，使充入模具

18、型腔内物料的纤维含量更高。l 真空还有助于树脂对纤维的浸渍。优点：优点：7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 各组分在各自容器里加热，在一定真空度下搅拌3-4h脱气泡；将模具型腔内抽真空，抽尽树脂里的气泡和纤维型坯里的水分，型腔内在浸渍期间保持一定的真空度；注射前真空处理系统将型腔内的真空度降到137Pa(不大于脱气泡的真空度)，并一直保持到注满型腔，以的压力将树脂注入型腔；型腔充满后真空度消失，在10l kPa下型腔内的制品固化。工艺过程工艺过程 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备l使用聚氨酯、PVC、聚氨酯泡沫塑料等作预成型

19、坯的芯材。l注射过程中树脂同时渗入芯材和预成型坯中。芯材在加热条件下发生膨胀，进而与纤维增强材料粘合，既减轻了重量又提高了强度。（2 2）热膨胀树脂传递模塑）热膨胀树脂传递模塑 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备到目前为止，TERTM技术产品包括用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、环氧树脂及其混合物所复合而成的轻舟浆。另一种是向碳纤维带包容的聚氨酯泡沫编织的单向碳纤维管中注入环氧树脂所制得的增强结构杆件。随着TERTM技术的发展，该技术目前已用于制造小型飞机机门。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备5.增强材料增强材料（1）RTM成型

20、对增强材料的要求v 增强材料的分布应符合制品结构设计的要求，要注意方向性；v 增强材料铺好后，其位置和状态应固定不动，不应因合模和注射而引起变动；v 对树脂的浸润性好；v 利于树脂的流动并能经受树脂的冲击。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备增强材料的种类：片状增强材料;预成型坯；特殊纤维增强材料制品。碳纤维、芳纶、聚酯、维尼纶等玻璃纤维以外的增强材料(有时与玻璃纤维并用)制成与以上所述相同形态的增强材料。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备目前，投入大量研究工作的是利用RTM进行纤维的复合与铺放，以获得满意的产品性能，其研究要素

21、有以下几个方面：（2）预成型坯（也称纤维床）预成型坯的加工是预成型坯的加工是RTM成型的一个关键步骤。成型的一个关键步骤。主要是指主要是指纤维的密度纤维的密度及其及其排排列方式列方式，织物层间形式织物层间形式，纤纤维的整体上胶状况维的整体上胶状况等等 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 纤维排列的方向性。复合层数与厚度。纤维的浸润剂。树脂进入预成型纤维坯模具的压力。取决于纤维的密度及其对树脂的阻力大小。纤维越密集，对树脂渗透的阻力越大，树脂进入预成型纤维坯模具的压力越大。在满足产品性能的情况下，树脂穿过纤维的速度要低于沿纤维长度方向流动的速度，以此来考虑纤维排

22、列的方向。复合层数与厚度会阻碍树脂分布复合层数与厚度会阻碍树脂分布或使其分布复杂化。或使其分布复杂化。纤维的浸润剂是影响树纤维的浸润剂是影响树脂与纤维粘结性能的重脂与纤维粘结性能的重要条件。要条件。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备增强材料预成型工艺大致有以下5种：手工铺层 编织法 针织法 热成型连续原丝毡法 预成型定向纤维毡 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备可生产刚性复杂结构件，固化时间小于15秒。这种工艺成功地应用了一种独特的粘结剂体系，并通过一种专有的方法即采用UV辐射能加热，这种工艺可以选用各种增强材料，生产各种复杂

23、形状的产品。美国美国CALanton公公司开发的一种高速、高司开发的一种高速、高产的产的RTM 预成型工艺。预成型工艺。Comp Form工艺工艺 7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 把增强材料剪裁成符合模具的形状，通过喷射注入粘结剂，辊压均匀，增强材料被粘结剂充分浸渍之后，以设计的层数放入成型模的半模中。关闭压机使增强材料成型。同时，通过专门方法对材料进行能量辐射，使粘结剂被快速加热并聚合，形成刚性预制件，然后打开压机，推出预制件。工艺过程：工艺过程：7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备复合材料的可靠性取决于材料均匀分布和表面

24、间性质的一致性；用于复合材料的增强材料的结构完整性和可加工性对大规模自动化生产是极为关键的。单单向向或或二二向向增增强强材材料料所所制制复复合合材材料料具具有有两两个个共共同同弱弱点点，即即层层间间剪剪切切强强度度低低、抗抗冲冲击击性性差差，造造成成复复合材料破坏原因往往是分层所致。合材料破坏原因往往是分层所致。多维编织技术多维编织技术为改进复合材料的抗损伤性，需在厚厚度度方方向向上上有有很很高高的的强度和层间强度强度和层间强度。多多维维编编织织预预成成型型对对上上述述要要求求提提供供了了切切实实可可行行的的手手段段，并并从从根根本本上上消消除除了了铺铺层层、层层压压复复合合材材料料的的严严重

25、重分分层层现现象象，而而且且在在制制件件厚厚度度方方向向上上的的整整体体结结构构性性使使复复合合材材料料的的性性能能，如如强强度度、刚刚度度、抗抗冲冲击击性性、抗抗损损伤伤性性、抗抗烧烧蚀蚀性性得得到到了全面提高。了全面提高。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备6.6.基体树脂基体树脂 u 室室 温温 或或 工工 作作 温温 度度 下下 具具 有有 低低 的的 粘粘 度度(0.1-(0.1-1.0Pas,1.0Pas,一般一般0.12-0.5Pas)0.12-0.5Pas)及一定长的适用期；及一定长的适用期；u 树树脂脂对对增增强强材材料料具具有有良良好好浸浸润

26、润性性、匹匹配配性性、粘粘附性；附性；u 树树脂脂在在固固化化温温度度下下具具有有良良好好的的反反应应性性且且后后处处理理温温度度不不应应过过高高；固固化化中中和和固固化化后后不不易易发发生生裂裂纹纹；从从凝胶化、固化和脱模的期间短；固化时发热量少。凝胶化、固化和脱模的期间短；固化时发热量少。7.1.2 RTM成成型型工工艺艺第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备RTM常用树脂种类：不饱和聚酯树脂 乙烯基树脂 环氧树脂(two-part epoxy formulation)双马来酰亚胺树脂（Bismaleimide resin）聚酰亚胺(polyimide resin)混杂树脂 一、概述一、概述

27、二、二、RTM成型工艺成型工艺 三、流动性分析三、流动性分析 四、四、RTM设备设备7.1 RTM成成型型工工艺艺及及设设备备与与模模具具第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备7.1 树脂传递模塑（树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具）成型工艺及设备与模具 7.1.3 流动性分析第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 在在RTM过过程程中中，含含有有固固体体相相(纤纤维维)和和流流动相动相(空气空气)。树树脂脂的的充充模模流流动动过过程程就就是是保保证证树树脂脂流流过过这这些些不不规规则则的的空空隙隙并并将将空空气气置置换换出出去去，使使树脂充满空隙的过程。树脂充满空隙的过程。7.1.3 流动性

28、分析第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 树树脂脂在在这这些些不不规规则则的的空空隙隙中中的的流流动动是是非非常复杂的，同时有两种类型的流动：常复杂的，同时有两种类型的流动：树脂通过整个模槽的流动，即树脂通过整个模槽的流动，即宏观流动；宏观流动；树脂渗透到纤维束的流动，即树脂渗透到纤维束的流动，即微观流动。微观流动。在纤维在纤维束之间束之间在纤维束内在纤维束内的纤维间的纤维间 7.1.3 流动性分析第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备渗透性渗透性 通过恒定截面积试样的体积流速q，与试样横截面积A、试样上的压力 成正比，与沿流动方向上的试样长度 l 和流动的熔体的粘度 成反比。K试样的渗透性。试样的

29、渗透性。渗透性是纤维预成型坯的待征常数，其值越大，渗透性是纤维预成型坯的待征常数，其值越大，说明树脂流过纤维床的阻力就越小。说明树脂流过纤维床的阻力就越小。一、概述一、概述 二、二、RTM成型工艺成型工艺 三、流动性分析三、流动性分析 四、四、RTM设备设备7.1 RTM成成型型工工艺艺及及设设备备与与模模具具第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备7.1 树脂传递模塑（树脂传递模塑（RTM）成型工艺及设备与模具）成型工艺及设备与模具 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备1.1.树脂注射系统树脂注射系统 加热恒温系统、混合搅拌器、三组分计量泵以及各种自动化仪表(如注射压力自控器、

30、模塑周期计算器、树脂凝胶计时器等)。注射机有单级分式、双组分加压式、双组分泵式、加催化剂泵式4种，现在批量生产的注射机则主要采用加催化剂泵式。7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备2.2.模具模具 注意：RTM模具设计的另一个重要问题是制品脱模。尤其是使用环氧树脂模具时，内脱模剂(已加入到RTM树脂中)几乎没有多大作用，一定要使用外脱模剂。这些外脱模剂通常以涂层形式涂覆于模具型面上。主要脱模剂有蜡、硅氧烷及聚乙烯醇等。7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成

31、型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.1.4 RTM设备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2 RIM成成型型工工艺艺及及设设备备第七章 树脂传递模塑成

32、型工艺及设备 一、概述一、概述 二、原材料二、原材料 三、设备三、设备 四、四、RIM加工技术加工技术 五、五、RIM制品的缺陷及避免方法制品的缺陷及避免方法 7.2 反应注射模塑（反应注射模塑（RIM）成型工艺及设备）成型工艺及设备 7.2.1 RIM成成型型工工艺艺概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备一、一、RIM概述概述反应注射成型（反应注射成型（Reaction Injection MoldingReaction Injection Molding）是）是将反应物（单体或齐聚物）精确计量，经高压碰撞将反应物（单体或齐聚物）精确计量，经高压碰撞混合后充入模内，混合物在模具型腔内固化

33、成型。混合后充入模内，混合物在模具型腔内固化成型。7.2.1 RIM成成型型工工艺艺概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备一、一、RIM概述概述 将两种或两种以上的组分在混合区低压(0.5MPa)MPa)下注射到闭模中反应成型(例如，组分一为多元醇，一为异氰酸酯，则反应生成聚氨酯)。直接在一种组分内加入磨碎玻纤原丝和(或)填料，亦可在注射前，将长纤维增强材料(如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等)预先置模具。7.2.1 RIM成成型型工工艺艺概概述述第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备不同种类不同种类RIM术语术语 v RIM指无增强材料反应注射成型工艺过程或材料；指无增强材料

34、反应注射成型工艺过程或材料；v RRIM(Reinforced Reaction Injection Molding)指指用用短短切切纤维或片状增强材料增强的纤维或片状增强材料增强的RIM材料，或制作此材料的工艺；材料，或制作此材料的工艺；v BRIM（Blending Reaction Injection Molding）材材料料是是把把反反应应物物与与增增强强材材料料通通过过混混合合头头注注入入模模具具型型腔腔内内而而制制得得的的（混混合头本身要求纤维应短）；合头本身要求纤维应短）；v 结结 构构 反反 应应 注注 射射 成成 型型（Structure Reaction Injection

35、 MoldingSRIM）或或铺铺垫垫模模塑塑反反应应注注射射成成型型（Matting Reaction Injection MoldingMMRIM）指指将将长长纤纤维维增增强强垫垫预置于模具型腔中，再将反应物注入垫中的工艺过程。预置于模具型腔中，再将反应物注入垫中的工艺过程。7.2 RIM成成型型工工艺艺及及设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 一、概述一、概述 二、原材料二、原材料 三、设备三、设备 四、四、RIM加工技术加工技术 五、五、RIM制品的缺陷及避免方法制品的缺陷及避免方法 7.2 反应注射模塑（反应注射模塑（RIM）成型工艺及设备）成型工艺及设备 7.2.2 RIM原

36、原材材料料第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备二、原材料v 树脂v 填料和增强材料v 助剂 7.2.2 RIM原原材材料料第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备聚氨酯及聚氨酯聚氨酯及聚氨酯脲树脂脲树脂 多元醇、二异氰酸酯、二醇扩链剂。多元醇、二异氰酸酯、二醇扩链剂。聚脲树脂聚脲树脂 聚脲体系采用胺端基聚醚和芳二胺扩链。聚脲体系采用胺端基聚醚和芳二胺扩链。SRIM用树脂用树脂 SRIM是增强纤维作为铺垫放置在模具型腔中，然后再是增强纤维作为铺垫放置在模具型腔中，然后再将将RIM树脂注入铺垫。对树脂有两基本要求：组分及混合树树脂注入铺垫。对树脂有两基本要求：组分及混合树脂的粘度必须很低；混合树脂流过纤维

37、铺垫时，必须保持低脂的粘度必须很低；混合树脂流过纤维铺垫时，必须保持低粘度。（最理想的情况是型腔一旦被树脂充满，树脂的粘度粘度。（最理想的情况是型腔一旦被树脂充满，树脂的粘度就能迅逐上升。）就能迅逐上升。）其它树脂其它树脂 尼龙尼龙RIM、聚双环戊二烯、聚双环戊二烯(PDCPD)（1）树脂 7.2.2 RIM原原材材料料第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（2）填料及增强材料 v 填料可分为具有低长径比和高长径比的填料。v 具有高长径比的材料中，最常用的两种是玻璃纤维和玻璃片。其他材料如硅灰石粉能起某些增强作用，但使冲击强度牺牲较大。使用玻璃纤维不利的一方面出自其长径比。玻璃纤维的长度尺寸远大于

38、直径尺寸。物料流入型腔内时，纤维势必会取向。取向会引起材料物理性能的变化。用玻璃（特别是玻璃片）增强，存在的唯一大问题是其对表面质量的影响。7.2.2 RIM原原材材料料第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（3）助剂 RRIM和和SRIM体系中的助剂主要是体系中的助剂主要是各种表面各种表面活性剂活性剂。表面活性剂可能起不同的作用，这取决于其化表面活性剂可能起不同的作用，这取决于其化学性质或体系的特性。学性质或体系的特性。RIM中用作中用作内脱模剂内脱模剂的各种化合物是改变制件的各种化合物是改变制件表面和模具表面之间相互作用的表面活性剂。表面和模具表面之间相互作用的表面活性剂。7.2 RIM成成型

39、型工工艺艺及及设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 一、概述一、概述 二、原材料二、原材料 三、设备三、设备 四、四、RIM加工技术加工技术 五、五、RIM制品的缺陷及避免方法制品的缺陷及避免方法 7.2 反应注射模塑（反应注射模塑（RIM）成型工艺及设备）成型工艺及设备 7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备三、三、设设 备备 RIM机一般由下列主要部分组成：机一般由下列主要部分组成：供料系供料系统统、计量计量和和注射系统注射系统、混合头混合头及及模具系统模具系统。RIM机最重要的要求是：机最重要的要求是：准确的化学计量、准确的化学计量、有效的混合有效的混合及高效

40、率生产。及高效率生产。问题：RIM成型设备由几大构成？7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 供供料料系系统统：由原料罐和换热器组成。原料罐配备有搅拌器以防止原料的结晶或填料的沉积。换热器用于控制温度。另外，为了避免供料管道中局部过热，安装的低压泵把原料液体在混合头和料罐之间的料管中不断循环。计量和注射计量和注射：可采用喷射装置、正位移柱塞泵或轴向/辐射柱塞泵。7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备RIM机的混合头机的混合头：碰撞混合前，原料液体在低压下经过混合头而不发生碰撞是为了使料温均

41、匀。注射开始时，混合头从高压循环状态转向注射状态，通过中心活塞的移动或液压驱动阀同时打开碰撞喷嘴。冲击混合过程中，反应原料进入有限的混合室中，在混合室内反应原料经受剧烈的混杂运动，通过强烈的剪切和延伸变形达到完全混合。注射结束时、混合头中柱塞推出所有残余物料，对混合室进行自清洁，为下一次注射作好准备。7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备流道和浇口的设计，载模架的设计，排气，温度控制，选择

42、适当的模具材料，脱模。模具系统：模具系统：包括流道和浇口、模腔和载模架。载模架具有夹模和开模的功能。模具的设计对RIM制品的质量至关重要。RIM模具的制作一般遵循普通注射成型模的标准制法，但也有一些差异。为确保RIM模具的成功制作，需考虑如下的参数：7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备模具设计模具设计（1）浇注系统。浇注系统。浇注系统又称“注入系统”，由浇口、流道和排气孔组成。在进行RIM模具设计时，浇口形状与高度取决于成型制品的壁厚与型腔流量。大容量的模具通常宜采用直棒状浇口，而小容量模具则宜采用扇形浇口。主流道的位置应直接设在模具上，但应注意，在确定流道位置时，务必

43、使物料从制品的横截面的最低处进入型腔。排气孔的位置则应设在物料流动的末端，以便注射时将空气赶出型腔。7.2.3 RIM设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（2）模温控制系统。）模温控制系统。这里仅以RIM金属模具为例加以说明。模具温度的控制方法通常是在模内埋设套管，通入水进行加热或冷却。金属模具厚度应为50mm，而套管间距要因加工树脂不同而有所不同。通常，聚氨酯RIM的模温为4080，模温控制精度为4，最好为1。套管间距为80100mm，冷却孔与模具腔壁之间的距离应为9.5mm。（3）分型面。分型面。对分型面的位置设置有一总体要求，就是将分型面位置设在加工制件轮廓的附近稍下方，这样可使正

44、在膨胀并充满型腔的物料将型腔内的残留空气排至模外。7.2 RIM成成型型工工艺艺及及设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 一、概述一、概述 二、原材料二、原材料 三、设备三、设备 四、四、RIM加工技术加工技术 五、五、RIM制品的缺陷及避免方法制品的缺陷及避免方法 7.2 反应注射模塑（反应注射模塑（RIM）成型工艺及设备）成型工艺及设备 7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（1）碰撞混合（2）充模（3）固化（4）成型加工（5）脱模及后处理RIM加工技术加工技术 7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（1）碰撞混合 当混合头

45、开启时，待注物料温度、压力及核化受控的物料将用于注射。混合是在一个与模具流道相连接的筒式混合室内进行。混合头的控制/清洗活塞后移，露出喷嘴，两股反应物液流从喷嘴对射时，呈扇形展开，形成大面接触，相撞的液流被混合室壁折回后流入流道。当冲击速度很高时，碰撞射流碰到混合室壁之后发生湍流运动。湍流会使流体层变成很细的单体流束，其在模具内的聚合期间通过扩散再达到分子级接触。若流束太大，聚合物中将会残存未反应的或部分反应的反应物。7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备影响混合质量的一些主要因素有以下几点：加工参数。粘性物料流的雷诺数。研究表明，对于典型的RIM来说，雷诺数为2

46、00时可达良好混合；体系相容性。在大模腔中，不相容的体系实际上会分为两部分。混合头型。像下图这类的混合头在注射时存在一个零流条件，会造成压力脉冲。一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。Re=vd/，其中v、分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 混合后的反应物料离开混合头就进入充模阶段。为获得良好的混合效果，要求物料在混合室内发生强烈的湍流，但是如果在充模时，流入模腔的速度太快，就可能卷入空气，使制品产生大气泡，气泡是RIM生产出现废品的主要原因

47、。（2）充模 7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 当模具充满时，流动停止。RIM工艺制品的收缩是靠少量发泡来弥补的。充入模具的物料发生反应直到形成尺寸稳定的制件，RIM工艺的这个阶段称为固化。对大多数工业RIM材料，反应都是在静态条件下的模具内进行的。由于聚合反应是放热反应而且迅速，在制品断面上可能产生很大的温度梯度，这些又会影响到转化率，形态与制品的最终性能。模具温度也是影响制品性能和表面质量的重要参数。（3）固化 7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备RIM加工可以分成两个主要步骤：充模过程：对于给定的化学体系和模具的具体几何

48、形状，充模过程中，相关的加工参数是：原料始温T0，模壁温度Tw和流率Q或模压P。固化阶段：在固化阶段，最重要的加工参数是模壁温度、原料始温和脱模时间。（4）成型加工问题：RIM加工分哪两个主要步骤？7.2.4 RIM加加工工技技术术第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 固化阶段至少应使制品有足够的性能，以便脱模。脱模过理分为3个阶段：模具脱开；制品移走；防止制品翅曲。（5）脱模及后处理 7.2 RIM成成型型工工艺艺及及设设备备第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 一、概述一、概述 二、原材料二、原材料 三、设备三、设备 四、四、RIM加工技术加工技术 五、五、RIM制品的缺陷及避免方法制品的缺陷

49、及避免方法 7.2 反应注射模塑（反应注射模塑（RIM）成型工艺及设备）成型工艺及设备 7.2.5 RIM缺缺陷陷及及避避免免方方法法第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（1）RIM和RRIM制品缺陷 引起RIMRIM和RRIMRRIM制品缺陷的原料杂质主要有两类：反应性杂质；分散于原料中的惰性杂质。反应性杂质会引起反应官能团的消耗，造成反应时比例失调；情性杂质往往是制品中的应力集中物，尚若杂质出现在制品表曲则引起表面质量问题。7.2.5 RIM缺缺陷陷及及避避免免方方法法第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 由杂质引起的主要缺陷是：制件表面起皮或出现污点或出现类似皮疹这样的涂漆缺陷和其他喷漆后才

50、能看得出的缺陷。原料杂质同样会引起初始强度或物理性能差。原料杂质的来源主要有3个方面：设备中原有物料、机器密封材料的损坏产生的杂质和灰尘污染。特别要提出的是，含有内脱模剂的体系，有时会因内脱模剂沉淀而引起质量问题。沉淀的内脱模剂也可视为一种“杂质”。7.2.5 RIM缺缺陷陷及及避避免免方方法法第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备 7.2.5 RIM缺缺陷陷及及避避免免方方法法第七章 树脂传递模塑成型工艺及设备（2）SRIM制品缺陷制品缺陷 SRIM材料中会出现两种与增强剂有关的缺陷：材料中会出现两种与增强剂有关的缺陷：第一种缺陷涉及到流动；第一种缺陷涉及到流动；第二种缺陷涉及到外观问题。第二种