RTM LRTM工藝實（shí）際生（shēng）產應用（yòng）

RTM LRTM工藝實際生產應用

1  輕型RTM工藝介紹
　　傳統的RTM工藝，由於是（shì）閉模（mó）工藝，具有減少揮發性有（yǒu）機物(VOC)排放(可達SPPm以下)、擴大可用（yòng）原材料範圍、降低用工、環境友善以及可得（dé）到兩麵光潔的產品等優點。但是在RTM工藝中，樹脂的注入是在較高的壓力和流速下進行的，因此我們要使模具的結構（gòu）強（qiáng）度和剛（gāng）度大（dà）到足夠在注射壓力下不破壞、不變形。通常采（cǎi）用帶鋼管（guǎn）支撐（chēng）的夾芯（xīn）複合材料，或用數控機床加工的鋁模或鋼模，這使製造費用增大，隻有對產量足（zú）夠大的產品，才能抵消模具費用。此外為了閉合模具，要使周邊有足夠的箝緊能力或使用閉合模具的（de）壓力係統。上述因素都限製（zhì）了RTM工（gōng）藝（yì）在大產品上的應用（yòng），否（fǒu）則模具會變得很重．而且投資也（yě）會很大。
　　輕型樹脂傳遞模塑工藝(RTM一Light)又稱為LRTM，ECO，Vacuum Molding或VARTM。是近年來發展迅速的低成本製（zhì）造工藝，目前在船艦、汽車、工業和（hé）醫用複合材料領域中應用（yòng）已有超過RTM工藝的趨勢。
　　RTM一Light工藝保留了RTM工藝的對模工藝（yì），從而幾乎保留了RTM工藝的所有的優點。但（dàn）其（qí）上模為半（bàn）剛性的玻璃鋼模，厚（hòu）度一般為（wéi）6一8mm，通常（cháng）不需要用鋼管加固，模（mó）具有一個寬約100mm的剛性周邊（biān），由雙道密封帶構成一個獨立的密封區，隻要一抽真空模具即閉合，非常方（fāng）便、快捷。然後對模腔（qiāng）內抽真空，利用模內（nèi）的負壓和較低的注射壓力將樹（shù）脂注入模具，使樹脂滲入預先鋪設（shè）的增強纖維或預製（zhì）件中。RTM—Light的模具費用低，而且由於（yú）模內的受（shòu）壓降（jiàng）低，其模具已和（hé）開模相（xiàng）近，很容易從開模工藝的模具改造過來。
　　RTM一Light的主（zhǔ）要設備包括樹脂注（zhù）入裝置、模具、抽真空裝置和其它輔助工具等（děng）。(圖l)

 2  輕型RTM和常規RTM比較
　　(1)模具
　　模具是這兩（liǎng）種工藝的最大差別，在RTM投資中，由於注射壓（yā）力大，相（xiàng）當部分的成本花在模具和夾緊裝（zhuāng）置上。這樣對於產量少的（de）產品在價格上是不適合（hé）的。RTM工藝模具使用壽命可達5000件以上，生產效率高，適合年產2000件以上的產品。
　　RTM一Light的最大優勢在於其模具生（shēng）產成本的低廉性，費用（yòng）大概隻有常規RTM模具的一半，但模（mó）具使用壽命（mìng）也低於RTM模具，適合年產1000件（jiàn）左右的產品。 RTM一Light工藝所（suǒ）生產的產品尺寸可以比傳統RTM大，通常產品小到相當於一個（gè）藍球（qiú）帽，大到長8m的船體(約25m2)，但這不是（shì）尺（chǐ）寸的最終限製。產品尺寸小於藍球帽的（de）難度是鋪加纖維，而產品大於8m,在如何處理上模上有（yǒu）難度。
　　玻璃（lí）鋼模具的（de）缺點是模具表麵的使用壽命短。為了得到（dào）優良的模具壽命和產品的重複性和尺寸精度，RTM - Light和RTM工藝的模具都必須高質量和具有精確的截麵。在複（fù）合材料模壓工藝中，最終產（chǎn）品（pǐn）的表麵要（yào）求（qiú）的成本（běn）可達到最終產品價格的60%。複合材料模具能達到汽車表（biǎo）麵質量的使（shǐ）用次數（shù）為500次（cì），然後要進行模具的表麵處理（lǐ）。增加壽命的一（yī）個方（fāng）法是使用（yòng）可更換模具麵(ex-changeablemold skins)，如JHm Technologies公司的專利ZIP RTM技術，可用於RTM和（hé）RTM一Light工藝。通過（guò）使用可更（gèng）換模具麵來替代易損的模具表麵，從而延長模具壽命和提高模具質量，模（mó）具使用壽（shòu）命可達（dá）到8000一10000次。當同時使用幾個可更換模（mó）具（jù）麵時（shí），由於（yú）可以在模具（jù）外的（de）可更（gèng）換模具麵上直接上（shàng）膠衣並加熱，從而大大提高了生產效率。
　　(2)注射壓力、流量和設備
　　RTM工藝的注（zhù）射（shè）壓力一般在0.1一0.4MPa,而RTM一（yī）Light工藝的（de）注射壓力一般不超（chāo）過.1MPa，通（tōng）常在0.03-0.07MPa。
　　樹脂注射速率隨多（duō）種因素影（yǐng）響，如樹脂粘度，部件尺寸（cùn），纖維類型和鋪層結構等，通常的注射速（sù）率為1.3一2升／分。
　　為防止模具變（biàn）形或衝開上（shàng）模（mó）(尤其是（shì）在注射口位置)，這就要求對壓力有一個較為嚴格的控製。用於RTM一Light工藝的注射設備一般（bān）都帶有壓力反饋裝置，對壓力作閉（bì）環控製。也可以在RTM標準設備線上設計一個簡（jiǎn）單的氣壓（yā）控製(VMPC模具保護)係統（tǒng）和（hé）一個和VMPC配（pèi）合用的POD電子閉環係統（tǒng），就可以在不導致模（mó）具變形和破壞的情況下，利用原生產設備得到最佳的生產率。
　　設備研究也在向低價化和多用（yòng）途化發展，Plastech的SSB注射設備，采用（yòng）專利（lì）的活塞改造精密計量泵，其催化劑（jì）最低配比可達（dá）0.5%，配合工業用MPG(Mould pressureguard)，可由（yóu）機器自行控（kòng）製泵速，在12一（yī）15秒，可浸漬1m2增強（qiáng）材料，浸潤速度可精確控製。駭設備配置其它選項，還（hái）可用於（yú）手糊工藝的配膠和刷膠等。
　　(3)生產效（xiào）率和成本
　　RTM一（yī）Light工藝是一個低成本生產技術。相（xiàng）比傳統RTM技術，模具成本低、不需要複雜的籍（jí）緊裝置或壓力係統（tǒng）、投資（zī）小、操作簡單，節約人（rén）力資本等。和開模工藝相（xiàng）比，它具有產（chǎn）品尺寸精度高，空隙率低、生產時苯乙烯的揮發量少（shǎo），環境友善、材料（liào）浪費量少(樹脂利用率可達95%)，廢品（pǐn）率（lǜ）低，生產效率高等優點。
　　由於注射壓力較（jiào）低，樹脂的流速不（bú）能加速到最佳（jiā）流速，以前RTM一Light工藝（yì）的生產速度（dù）比RTM工（gōng）藝少一半，以每（měi）班8小時計，對於采用膠衣（yī）表麵和非加熱模工藝，RTM工藝每班可生產10一12模，RTM - Light工藝隻能生產4一6模。對於一個34平方英尺需要（yào）加熱（rè）固化的產品（pǐn），RTM工藝，在使（shǐ）用水壓機，加熱模具（jù），並有5個可更換（huàn）模時，每班可生產40模。同樣情況的RTM - Light工藝，可生產20模。但不需要用水壓機，模具價格（gé）也低一半。
　　近年來通過（guò）模具設計和工藝（yì）控製（zhì）的改進，兩者生產速度已接近。如（rú）Xiraplas公司在采用RTM一Light工藝替代開模工藝後，車間變得井然有序，利用原有（yǒu）的50名工人，和3000m2車間麵積，使得產量增加了25%。據該公司聲稱和原開模工藝相比，生（shēng）產效率提高了90%。
　　(4)流道設計
　　 一般RTM工藝的（de）流道（dào）設計都從中心注入，從周邊排出。但RTM-Light工藝通（tōng）常從周邊流入，從中心排出（chū）。我們知道，當樹脂從樹脂管道進入模腔後，與織物相遇，織物對（duì）樹脂會產生一個反壓力(阻力)。反壓力的大小和織物的滲透率、樹脂的粘度以及樹脂的（de）流速有（yǒu）關，當織（zhī）物和樹脂選定的情況下，則（zé）和樹脂（zhī）的流速（sù）成正比。以一個麵積為3M2，厚度為3mm的產（chǎn）品（pǐn）為例，一（yī）般注入壓力為（wéi）0.05MPa，注入時間為6min，注入流量為1.33L/min。如果從中心注入，並保持流量不變，則反壓力可增加到（dào）0.1MPa以（yǐ）上（shàng），從（cóng）而導致模具的打（dǎ）開或漲模（mó）現象（xiàng），並導致樹脂流動前鋒失控及產（chǎn）品形成幹斑等問題。為此必須要降低流速，但這又延長了注（zhù）入時間，所以從（cóng）中心注入，往往要超（chāo）過（guò）6分鍾。當從周邊注入時，樹脂首（shǒu）先進入一個間隙約為1mm的幾乎無（wú）阻力的周邊流道（dào），然後再進入纖維，由於樹脂進入纖維的通路增加(由一個點變成一個周邊)，相對樹脂在織物中的流速也減慢，反壓力也（yě）減小，注入流量可（kě）增加，注入時間可縮（suō）短。試驗（yàn）表明，對（duì）於一個0.2m2的（de）產（chǎn）品，從周邊注人的時間為2.1分鍾，而從中心注入為9分鍾，速度相差四倍。當然RTM工藝也可以（yǐ）從周邊注入樹脂，其（qí）內腔的壓力梯度不（bú）變，但壓力的最高點從原中心點移到周邊（biān），這對控製模具的變形是有利的，因為模（mó）具的周邊剛性優於中心區，但同時對周邊的密封要求也提高了（le）。
　　流道設計隨產品而異，如Spectrayte公司（sī）的18m長燈柱，采用長形流道。Brands公司的6m2樓（lóu）板，由於是不對（duì）稱結（jié）構，采用兩個出口，在不同的結構中心，各（gè）放（fàng）了一個樹脂收集器(Catchpot)，注射時間15分鍾。而荷蘭（lán）皇家海軍（jun1）的13m2船體製造，由於產品（pǐn）較大，采用了兩（liǎng）個對角線安排的樹脂進（jìn）口。
　　(5)產品精度、結構及（jí）其它
　　RTM和RTM一Light產品的（de）尺寸粘（zhān）度和重複性都受模（mó）壓用樹脂、工藝控製和產品固化情況的影響。產品截麵精度還受工藝（yì）中樹脂流動速率和注射壓力的影響。對（duì）於RTM工藝當模具按標準製造，不（bú）發生彎曲，合適的夾緊裝置或用壓（yā）機夾緊，則部件的尺寸精度重複性很好，厚度偏差不大（dà）於0.OlOmm。而RTM一Light工藝通常上模有一（yī）定的變形，但（dàn）產品尺（chǐ）寸精度也可以（yǐ）達到士0.020mm。個別（bié）地方為（wéi）4士0.030mm。
　　RTM和RTM一Light工藝都可壓製夾芯材料。芯（xīn）材可采用輕木和泡沫。但RTM工藝有高的注射壓力，限製了低密度泡沫材料的使用（yòng），泡沫最低密度不小於80Kg/m3，而（ér）RTM一Light和ZIP RTM工藝的壓力較低，他所用的泡沫密度可（kě）小到37Kg/m3。但要（yào）指出的是在製造夾芯材料時，芯材的尺寸精確性要滿足模具要求，以保證模壓工（gōng）藝和產品質（zhì）量（liàng）的重複性（xìng）。
　　RTM和RTM一Light工藝（yì）也可以使用預製件和嵌件，當使用預製件時可得（dé）到高纖維體積含量的產品。
　　RTM-Light工藝產品可以不上膠衣，隻要一般的脫模蠟，產品就（jiù）可脫模。但RTM產品如（rú）不用膠衣，脫模較為困難（nán）。
　　和開（kāi）模工藝相比RTM一Light的（de）投資還是相對較高，必須考慮產量對於配置模具必需的成（chéng）本的合理性（xìng）。此（cǐ）外，工藝的專業性強，日常維（wéi）護任務重也影響一些手工鋪（pù）層的（de）複合材（cái）料製造商對RTM一Light的使用。
　　相對於（yú）RTM來說，RTM一Light擁有耗能低，對模具（jù）的剛性等指標要求不是太高等的優點（diǎn），但是對（duì）樹脂（zhī）的黏度（dù），樹脂和增強材料的相容性，還（hái）有對樹脂前鋒的前進速度的要求很高。

3  輕型RTM工藝中要注意的問題（tí）
　　RTM一Light工藝是一個專業性較（jiào）強的工藝，操作（zuò）人員必須經過（guò）適當的培訓。如果沒有合理的（de）纖維（wéi）鋪層、好（hǎo）的氣密（mì）性和（hé）精確（què）的模具安裝，沒有一致的樹脂流道控製，產品就會出（chū）現雜亂的幹斑，徑向氣泡（pào），以及樹脂富集等問題。下麵對相關問題作簡要解說。
　　(1)密封性
　　RTM一Ligh工藝對細節性（xìng）問題要求較高，特別是模具的密封性（xìng）問題。周邊夾緊用的真空槽的真空度越低越好。內腔的真空度一般控（kòng）製在15mm一Hg左（zuǒ）右。周（zhōu）邊夾緊用真空密封槽采用柔性氯（lǜ）丁橡膠的翼式密封圈(Wing seal profile)，其底部寬為20mm，密封圈接頭（tóu）處要垂（chuí）直切割，用柔性膠粘劑膠合，以保證其彈性。外圈再用（yòng）6mm寬矽橡膠封邊（biān）。
　　在模塑的過程（chéng）中（zhōng），除了要注（zhù）意模具真空密封膠的密封性（xìng），還要注意到模具的裝配、密封（fēng）圈和（hé）管子的連接、以及模具的裂口等造成（chéng）的泄漏。事實上，任何密封口或者（zhě）是樹脂入口處的接（jiē）頭（tóu），包括真空區的出口都應該嚴格的檢（jiǎn）查。一個更為隱蔽的（de）漏（lòu）氣原因是，在模具麵板的表麵（miàn）有裂紋，這些原因通常不被發（fā）現。這（zhè）種問題的解（jiě）決方法是，在模具內部未達（dá）到真空以前，用（yòng）催化劑調製過的樹脂塗抹在模（mó）具的外表麵，這是一種很有效的方法。
　　此外密封麵要保持清潔，盡量不用溶劑清洗。脫模劑最好（hǎo）選擇免清洗的半永久性脫模劑。
　　(2)上下模的精密配合。
　　上下模的精密配合有助於（yú）模內空腔的壓力平衡，使樹脂滲透均勻，有助於產品質（zhì）量的提高。由於上模是半剛性模（mó），每次合模必須仔細校正。
　　如果在產（chǎn）品同一位置連續地出現白斑，這可能是因為模具閉合（hé）的不準確，造成內腔的不準確性（xìng），這直接導致了內腔厚度的不均勻（yún）。在這種（zhǒng）情（qíng）況下，假設玻（bō）璃纖（xiān）維的鋪（pù）層是均勻的，注射過程中（zhōng）樹脂（zhī）的流動會具（jù）有選擇（zé）性，它會選擇厚（hòu）度(間隙)比較大的地方，所以在（zài）內腔（qiāng）比較薄的區域就會導致白斑的出現（xiàn）。
　　較（jiào）差的模具定位是造成模具配合不好的重要原因。當模具的邊銷安裝好之後，模具（jù）的X軸和Y軸就自然而然地確定下來了。如果邊銷的定位不當（dāng），就會（huì）造（zào）成不可（kě）預測（cè）的錯誤和改變注射的特性。
　　 (3)合理的鋪層和原材料（liào）選擇，
　　由於成型壓力低RTM一Light工藝對織物的鋪層要求更為嚴格，不合理（lǐ）的鋪層，尤其是搭接頭的處理，會嚴重影響樹脂流道的一致性，從而造成產品的樹脂富集或缺膠(幹斑)現象等。
　　在鋪層時可籍助噴膠固（gù）定織物，使鋪層更為平整。但（dàn）噴膠必須和所用樹脂相溶性（xìng）好，過多的噴（pēn）膠對產品（pǐn）最終性能還（hái）是有一定影響（xiǎng）。
　　不同的織（zhī）物和氈（zhān）對（duì）工藝有很大的影響，要盡量使用滲透（tòu）率好的增強材料，現在的O.c.閉模氈或“Hi一Flow”複合氈的樹脂流速可比（bǐ）通（tōng）常的短切氈（zhān）快一倍。
　　應根（gēn）據產品要求的不同選擇合適的樹脂體係。盡量使用低粘度、低收縮率的樹脂。其（qí）標準和真空樹脂擴散工藝的（de）要求相當（dāng）。
　　(4)表麵裂（liè）紋
　　產品表麵的裂紋，會（huì）經常在角邊區域（yù）觀察到。這是一個在樹脂富集區（qū）常見的問題（tí）。這也可以追溯到模具的製造上去。如（rú）果兩個半模不能很好地彼此配合，就會產生一個超過預期厚度的餘（yú）量。為解決這個問題，除（chú）了可修正半模之外，還可以（yǐ）在這些較厚的地方通過增加額外的玻璃纖維來彌補厚度，以（yǐ）防止產品的裂紋。
　　在大麵積的平麵區，會發現由於產（chǎn）品過厚而產生的模具上的裂紋。這是由於操作者任意（yì）加大樹脂的注射速度造（zào）成的。注射的速度過（guò）快，就會使得模具的內腔膨脹，如果注（zhù）射過（guò）程在一（yī）個很短的時間內完成的（de）話，那麽腔（qiāng）體就沒有時間來恢複，所以過多的樹脂就會導致模具的裂紋。在極端的情況下，會產生不（bú）可修複（fù）的模具表麵的裂紋。
　　(5)樹脂的溢出
　　為了接收在模塑結束之（zhī）前排出的樹脂，許多（duō）製造者感到有必要用一個較大的樹脂收集器。這是他們不能精確控製模塑填充的結果。如果樹脂充填過（guò）程（chéng）進（jìn）行得太快，就難以正（zhèng）確判斷什麽時（shí）間停（tíng）止注射。因為如果當你看到樹脂到達樹脂收集器後再停止注射，那麽接著你會看到過多的樹脂會因為過（guò）度膨脹的模具恢複（fù）到原來的尺寸而流進（jìn）樹脂收集（jí）器。為了克服這（zhè）種可能，你隻（zhī）能更換一（yī）個較大的樹脂收集器來防止樹脂的溢出。
　　解決這個問題的簡單方法（fǎ）是，預先計（jì）算要用多少樹脂。但是在模塑大（dà）件製品時，很（hěn）難準確地知道要用多少的樹脂。另外的方法是通過精確的氣壓控製（zhì）來為操作者提供信息，以避免操作者的盲目判斷。腔內的氣壓讀數（shù），為操作帶來了更為準確的模具填充信息，避免了較大樹脂接收器的需要（yào）。這樣的一個係統，保證每次注（zhù）射過程後（hòu）有10到（dào）100毫升的餘量已足夠，這使得樹脂的浪費達（dá）到（dào）最低，保證了利潤的增（zēng）加。
　　如果在模具的邊沿真空區出（chū）現樹脂溢出，可（kě）以有如下（xià）幾種原因：
　　①密封（fēng）膠（jiāo）的密封不（bú）良
　　當密封膠（jiāo）的路徑（jìng）不在一個水平的位置時，就會產生樹脂（zhī）的泄漏現象，在模具的麵板上如果有凸（tū）起部分，就要（yào）保證在這個部分的密封膠有足夠的壓力，以至於完全（quán）密封。一種比較好的方法是安裝一種動態（tài）膠條，這種動態膠條，可（kě）在複雜的邊沿路徑（jìng）上自適應密封麵，當模具閉合的時（shí）候這種膠條可以微（wēi）微地膨脹而（ér）達到密（mì）封（fēng）。
　　②纖維在模具中的不當放置（zhì）
　　纖維在模具中放置（zhì）時局部（bù）過厚或者（zhě）是沒（méi）有充分的修剪，以至於纖維不（bú）能完（wán）全被放置於模（mó）具中，並且（qiě）一些纖維在（zài）密封膠的路徑上，這些將直接導致樹脂的泄漏（lòu），所以在做每一次的模塑之前都要認真地檢查纖維（wéi）的鋪層（céng）。
　　⑧注射壓力（lì）過大
　　另一個比較常見的引起密封（fēng）膠條泄漏樹脂的原因是在注射（shè）過（guò）程中，注入管道中的（de）壓力太（tài）大（dà）RTM一Light的模具閉合僅僅是靠大氣壓的（de）作用，樹脂注射機可以產生比實際需（xū）要更大的（de）壓力，如果沒有（yǒu）比（bǐ）較靈敏和準確的壓力控製，樹脂（zhī）將會泄漏進入真空區，這將（jiāng）導致模具周圍真空的流失（shī）和模具製作（zuò）的失敗。
　　④真空密封的失去
　　不管是長期的還是暫時的邊緣真空損失，都會（huì）導致樹脂的泄露。所以不要在同一個真空係統下，接入幾個模具，因為這樣將導致主要真空區的真空度降低。其實一個簡單的自動真空鎖閥門（mén）就有助於降低這種真空度失去的可能。

4  輕型RTM的應（yīng）用領域
　　目（mù）前常見的應用領域，有航空航天、軍事、交通（tōng）、建築、船（chuán）舶和能源等不一而足。例如：航空航天領域的艙門、風扇葉片、機頭雷達罩、飛機引擎罩等：軍事領域的魚雷殼體、油箱、發射管（guǎn）等；交通領域的輕軌車門、公共汽車側麵（miàn）板（bǎn）、汽車底盤、保（bǎo）險杠、卡（kǎ）車頂部擋板等（děng）；建築領域的路燈的管狀燈杆、風能發電機機罩、裝飾用門、椅子和桌子、頭盔等；船舶領域（yù）的（de）小（xiǎo）型劃（huá）艇船體、上層甲板等（děng）。