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轻型树脂传递模塑工艺(L-RTM)

2018-12-28 责任编辑:未填 浏览数:8 得宝网

核心提示:  1.L-RTM工艺介绍   传统的RTM工艺,由于是闭模工艺,具有减少挥发性有机物(VOC)排放(可达SPPm以下)、扩大可用原材料范围、降低用工、环境友善以及可得到两面光洁的产品等优点。但是在RTM工艺中,树脂的注入是 ...

 

  1.L-RTM工艺介绍

  传统的RTM工艺,由于是闭模工艺,具有减少挥发性有机物(VOC)排放(可达SPPm以下)、扩大可用原材料范围、降低用工、环境友善以及可得到两面光洁的产品等优点。但是在RTM工艺中,树脂的注入是在较高的压力和流速下进行的,因此我们要使模具的结构强度和刚度大到足够在注射压力下不破坏、不变形。通常采用带钢管支撑的夹芯复合材料,或用数控机床加工的铝模或钢模,这使制造费用增大,只有对产量足够大的产品,才能抵消模具费用。此外为了闭合模具,要使周边有足够的箝紧能力或使用闭合模具的压力系统。上述因素都限制了RTM工艺在大产品上的应用,否则模具会变得很重.而且投资也会很大。

  轻型树脂传递模塑工艺(RTM一Light)又称为LRTM,ECO,Vacuum Molding或VARTM。是近年来发展迅速的低成本制造工艺,目前在船舰、汽车、工业和医用复合材料领域中应用已有超过RTM工艺的趋势。

  RTM一Light工艺保留了RTM工艺的对模工艺,从而几乎保留了RTM工艺的所有的优点。但其上模为半刚性的玻璃钢模,厚度一般为6一8mm,通常不需要用钢管加固,模具有一个宽约100mm的刚性周边,由双道密封带构成一个独立的密封区,只要一抽真空模具即闭合,非常方便、快捷。然后对模腔内抽真空,利用模内的负压和较低的注射压力将树脂注入模具,使树脂渗入预先铺设的增强纤维或预制件中。RTM—Light的模具费用低,而且由于模内的受压降低,其模具已和开模相近,很容易从开模工艺的模具改造过来。

  RTM一Light的主要设备包括树脂注入装置、模具、抽真空装置和其它辅助工具等。

  2 轻型RTM和常规RTM比较

  (1)模具

  模具是这两种工艺的最大差别,在RTM投资中,由于注射压力大,相当部分的成本花在模具和夹紧装置上。这样对于产量少的产品在价格上是不适合的。RTM工艺模具使用寿命可达5000件以上,生产效率高,适合年产2000件以上的产品。

  RTM一Light的最大优势在于其模具生产成本的低廉性,费用大概只有常规RTM模具的一半,但模具使用寿命也低于RTM模具,适合年产1000件左右的产品。

  RTM一Light工艺所生产的产品尺寸可以比传统RTM大,通常产品小到相当于一个蓝球帽,大到长8m的船体(约25m2),但这不是尺寸的最终限制。产品尺寸小于蓝球帽的难度是铺加纤维,而产品大于8m,在如何处理上模上有难度。

  玻璃钢模具的缺点是模具表面的使用寿命短。为了得到优良的模具寿命和产品的重复性和尺寸精度,RTM - Light和RTM工艺的模具都必须高质量和具有精确的截面。在复合材料模压工艺中,最终产品的表面要求的成本可达到最终产品价格的60%。复合材料模具能达到汽车表面质量的使用次数为500次,然后要进行模具的表面处理。增加寿命的一个方法是使用可更换模具面(ex-changeablemold skins),如JHm Technologies公司的专利ZIP RTM技术,可用于RTM和RTM一Light工艺。通过使用可更换模具面来替代易损的模具表面,从而延长模具寿命和提高模具质量,模具使用寿命可达到8000一10000次。当同时使用几个可更换模具面时,由于可以在模具外的可更换模具面上直接上胶衣并加热,从而大大提高了生产效率。

  (2)注射压力、流量和设备

  RTM工艺的注射压力一般在0.1一0.4MPa,而RTM一Light工艺的注射压力一般不超过.1MPa,通常在0.03-0.07MPa。

  树脂注射速率随多种因素影响,如树脂粘度,部件尺寸,纤维类型和铺层结构等,通常的注射速率为1.3一2升/分。

  为防止模具变形或冲开上模(尤其是在注射口位置),这就要求对压力有一个较为严格的控制。用于RTM一Light工艺的注射设备一般都带有压力反馈装置,对压力作闭环控制。也可以在RTM标准设备线上设计一个简单的气压控制(VMPC模具保护)系统和一个和VMPC配合用的POD电子闭环系统,就可以在不导致模具变形和破坏的情况下,利用原生产设备得到最佳的生产率。

  设备研究也在向低价化和多用途化发展,Plastech的SSB注射设备,采用专利的活塞改造精密计量泵,其催化剂最低配比可达0.5%,配合工业用MPG(Mould pressureguard),可由机器自行控制泵速,在12一15秒,可浸渍1m2增强材料,浸润速度可精确控制。骇设备配置其它选项,还可用于手糊工艺的配胶和刷胶等。

  (3)生产效率和成本

  RTM一Light工艺是一个低成本生产技术。相比传统RTM技术,模具成本低、不需要复杂的籍紧装置或压力系统、投资小、操作简单,节约人力资本等。和开模工艺相比,它具有产品尺寸精度高,空隙率低、生产时苯乙烯的挥发量少,环境友善、材料浪费量少(树脂利用率可达95%),废品率低,生产效率高等优点。

  由于注射压力较低,树脂的流速不能加速到最佳流速,以前RTM一Light工艺的生产速度比RTM工艺少一半,以每班8小时计,对于采用胶衣表面和非加热模工艺,RTM工艺每班可生产10一12模,RTM - Light工艺只能生产4一6模。对于一个34平方英尺需要加热固化的产品,RTM工艺,在使用水压机,加热模具,并有5个可更换模时,每班可生产40模。同样情况的RTM - Light工艺,可生产20模。但不需要用水压机,模具价格也低一半。

  近年来通过模具设计和工艺控制的改进,两者生产速度已接近。如Xiraplas公司在采用RTM一Light工艺替代开模工艺后,车间变得井然有序,利用原有的50名工人,和3000m2车间面积,使得产量增加了25%。据该公司声称和原开模工艺相比,生产效率提高了90%。

  (4)流道设计

  一般RTM工艺的流道设计都从中心注入,从周边排出。但RTM-Light工艺通常从周边流入,从中心排出。我们知道,当树脂从树脂管道进入模腔后,与织物相遇,织物对树脂会产生一个反压力(阻力)。反压力的大小和织物的渗透率、树脂的粘度以及树脂的流速有关,当织物和树脂选定的情况下,则和树脂的流速成正比。以一个面积为3M2,厚度为3mm的产品为例,一般注入压力为0.05MPa,注入时间为6min,注入流量为1.33L/min。如果从中心注入,并保持流量不变,则反压力可增加到0.1MPa以上,从而导致模具的打开或涨模现象,并导致树脂流动前锋失控及产品形成干斑等问题。为此必须要降低流速,但这又延长了注入时间,所以从中心注入,往往要超过6分钟。当从周边注入时,树脂首先进入一个间隙约为1mm的几乎无阻力的周边流道,然后再进入纤维,由于树脂进入纤维的通路增加(由一个点变成一个周边),相对树脂在织物中的流速也减慢,反压力也减小,注入流量可增加,注入时间可缩短。试验表明,对于一个0.2m2的产品,从周边注人的时间为2.1分钟,而从中心注入为9分钟,速度相差四倍。当然RTM工艺也可以从周边注入树脂,其内腔的压力梯度不变,但压力的最高点从原中心点移到周边,这对控制模具的变形是有利的,因为模具的周边刚性优于中心区,但同时对周边的密封要求也提高了。

  流道设计随产品而异,如Spectrayte公司的18m长灯柱,采用长形流道。Brands公司的6m2楼板,由于是不对称结构,采用两个出口,在不同的结构中心,各放了一个树脂收集器(Catchpot),注射时间15分钟。而荷兰皇家海军的13m2船体制造,由于产品较大,采用了两个对角线安排的树脂进口。

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