所谓闭模成型工艺就是在阴、阳模闭合的情况下成型复合材料构件的工艺方法。SMC、BMC模压、注射成型、RTM、VEC等等技术都属闭模成型工艺。由于环境法的制定和对产品要求的提高使敞模成型复合材料日益受到限制,促使了闭模成型技术的应用,近年来尤其促进了RTM技术的革新和发展。
RTM是指低粘度树脂在闭合模具中流动、浸润增强材料并固化成形的一种工艺技术,属于复合材料的液体成形或结构液体成形技术范畴。其具体方法是在设计好的模具中,预先放入经合理设计、剪裁或经机械化预成形的增强材料,模具需有周边密封和紧固,并保证树脂流动顺畅;闭模后注入定量树脂,待树脂固化后即可脱模得到所期望产品。
这一工艺有着诸多优点,可使用多种纤维增强材料和树脂体系,有极好的制品表面。适用于制造高质量复杂形状的制品,且纤维含量高、成型过程中挥发成分少、环境污染少,生产自动化适应性强、投资少、生产效率高。因此,RTM工艺在汽车工业、航空航天、国防工业、机械设备、电子产品上得到了广泛应用。决定RTM产品的首要因素就是模具,由于RTM模具一般采用阴阳模对合方法,因而想办法提高阴阳模的表面质量和尺寸精度就成为决定产品质量的一个关键因素。
1)RTM,树脂传递模塑。该技术源自聚氨酯技术,成型时关闭模具,向预制件中注入树脂,玻纤含量低,约20-45%。
2)VARIT,真空辅助树脂传递注塑。该技术利用真空把树脂吸入预制件中,同时也可压入树脂,真空度约10-28英寸汞柱。
3)VARTM,真空辅助树脂传递注塑。制品孔隙一般较少,玻纤含量可增高。
4)VRTM,真空树脂传递模塑。
5)VIP,真空浸渍法。
6)VIMP,可变浸渍塑法。树脂借助真空或自重移动,压实浸渍。
7)TERTM,热膨胀RTM。在预制件中插入芯材,让树脂浸渍并对模具与成形品加热。芯材受热膨胀,压实铺层。利用这种压实作用,结合表面加压成型。
8)RARTM,橡胶辅助RTM。在TERTM方法中不用芯材而用橡胶代之。橡胶模具压紧成型品,使孔隙大大减少,玻纤含量可高达60-70%。
9)RIRM,树脂注射循环模塑。真空与加压结合,向多个模具交替注入树脂,使树脂循环,直至预制件被充分浸透。
10)CIRTM,Co-Injection RTM。共注射RTM,可注入几种不同的树脂,也可使用几种预制件,可利用真空袋和柔性表面的模具。
11)RLI,树脂液体浸(渗)渍。在下模内注入树脂,入入预制件后覆盖上模,加热并用热压釜的成型压力成型。加热使树脂粘度降低、流动性好,易于浸透。
12)UVRTM,紫外线(固化)RTM。与SCRIMP法相似,固化快,必须使用紫外光源,能透过紫外线的真空袋和软质模具。
13)VECTM虚拟设计复合材料VEC的核心技术是获得专利的“浮充模具”思想。复合材料对模装于两充液的钢制压力容器之间,而模具沿容器全长形成密封,容器内充满可压缩的导热液体,液体通常为水。
⊙可根据生产规模的要求,采用不同材料不同档次的模具,可最大限度地降低成本,从而获得较佳经济效益。
⊙属于闭模树脂注入方法,可最大程度减少树脂等有害成分对人体和环境的毒害,符合环保要求。
⊙采用低黏度快速固化树脂,生产过程中可对RTM模具加热,从而进一步提高生产效率和产品质量。
⊙有利于制备大中尺寸、复杂形状、两面光洁的整体结构件,尺寸精度好,表面质量高,机械性能好。
⊙增强材料预成型体可根据性能要求进行择向增强、局部增强、混杂增强及采用预埋及夹芯结构,可充分发挥FRP的性能可设计性。
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RTM成型工艺模具技术
1)RTM总工艺路线:RTM有三个重要的组成部分:1原材料系统;2注入设备;3模具系统。
2)RTM成型用模具技术:所有RTM产品都需适合工艺的模具,RTM也不例外。RTM模具可以用铝钢、FRP来制作。由于铝钢模具不易变形但价格高,在这不作介绍。下面主要介绍FRP模具。
1、RTM模具型式和材料
FRP模具用于RTM,按一般规定做——7-10mm厚的模具层板,然后在基础模具表面下装入——加热芯形成夹层结构,模具层板总厚为20mm。由于这厚度不能胜任RTM成型工艺所需的强度,因此需进一步增强。箱形钢型材要比复合材料便宜得多,一般以箱形钢型材加固。
FRP模具实践证明用劣质树脂翻制的模具使用寿命极短,而对产品质量也有直接影响,所以模具表面要求用耐温、耐化学腐蚀的材料来做。模具制作成本大部分是人工、材料选择成本几乎与模具总造价无关。目前一般选用乙烯基酯模具树脂系统和胶衣,并且证明比传统环氧材料具有更好的使用寿命和耐温性。据国外资料报道,用乙烯基酯模具树脂制得的模具模塑次数已超过18000多模次,而且还在继续使用。
2、模具加热
用于玻璃钢工业的大多数树脂都有一与温度直接相在的固化曲线,所以寻找生产模具能够控制温度的方法具有相当的现实意义,这样有助于优化生产效率。事实上模具温度每提高10℃,凝胶时间将减半,因此在环境温度(20℃)下,模塑一个部件也许固化脱模时间需要60分钟,而在50℃,同样的树脂体系,模塑同一部件,在7.5分钟内就能脱模。
电热布加热:在RTM模具中应用加热布铺设在模具内存的电加热方式已用了许多年。加热比较均匀,模具能够轻而易举升温至100℃以上,但标准应用最高模具温度用到75℃。
液体加热:液体加热是将热循环和冷循环系统安装到合适的模具结构中,可以替代电加热。这为模具还提供了一个冷却系统。温度可通过预埋管子中的循环介质来控制。
3、模具的密封
用于RTM和真空模塑(VM)的所有闭合对模都需要一个在模腔边缘控制树脂溢流的密封装置。在VM模塑情况下,需要附加外置模具法兰真空密封装置。
密封圈有许多不同的形式,但要求密封圈材料具有耐高温和一致恢复率。目前看来有机硅胶材用于基本模胶树脂密封是最成功的。如果用法正确的话,足以提供1000次以上的使用寿命。
被动密封:几乎专用的固体硅橡胶密封圈截面,设计成当闭模时它的“Z”向末端闭位置可压缩1.0-1.5mm。要在不提高模具闭模力的情况下达到有效密封,密封圈的硬度和压缩尺寸的选择是关键的。只不过因为所需的压力太大,容易引起模具变形。模具接触面一般3-5mm足以阻止树脂渗出,从而达到有效密封。
动态密封:动态形式优于被动密封形式。它能够永久地控制截面变化。图示形式其截面尺寸变化可高达4mm。这使垂直密封轨迹可待嵌入模具法兰。反之被动密封将仅仅是“塑性变形”并极度磨损。动态密封圈内侧截面一经加压,可提供密封效果很好的调节。当模具闭合或启模时,密封圈随着真空隙弹性变形,有防止了垂直方向的“塑性变形”引起的磨损。
4、注射口
搞RTM成型工艺的技术人员特别重视注射模塑树脂的入口位置。实践证明,RTM注射口设在中心位置(视模腔形状定)是最可靠的。
5、模具的精度
RTM模具经常处于受力状态,所以对于成功的闭模模具来说,模具的精度是关键因素之一。模腔精度控制在±0.2mm是闭合模模具的目标精度,达不到该精度将不可避免导致缺胶和不可预见的树脂充填,并且模塑件尺寸超差。最常见的是超厚,同时要将材料收缩率参数考虑在内。
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RTM工艺操作
RTM工艺注射的操作一般要求在1/4-1/2凝胶时间内完成,传递时间为2-15分钟,传递压力为0.3-07Mpa。
树脂传递压力是RTM工艺中应该控制的主要参数。此压力用来克服注入模腔和浸透增强材料时所遇到的阻力。树脂完成传递的时间与系统压力和温度有关,时间短可提高生产效率。但如果树脂流量太大,胶液来不及渗透增强材料,并可以由于系统压力增加而导致意外。因此,一般要求在传递过程中进入模具的树脂液面上升速度不大于25mm/min。通过观察排出口来监控树脂传递过程。通常以为,模具上所有的观察口均有胶液溢出并不再排出气泡,且实际加入的树脂量与预计加入的树脂量基本一致时,传递过程即已完成。因而排出口设置应周密考虑。
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树脂选择
树脂系统的选择是RTM工艺的关键。要将树脂出至模腔内并且使树脂迅速浸润纤维其粘度为0.025-0.03Pa?s为最佳。聚酯树脂粘度较低,常温下冷注射即可完成。但是,由于产品的性能要求不同,不同类型的树脂会被选择,它们的粘度不尽相同,所以管路和注射头大小均要设计成合适特殊成份的流动性要求。
适合RTM工艺的树脂有聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。
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增强材料选择
RTM工艺中增强材料可选用玻璃纤维、石墨纤维、碳纤维、碳化硅和芳纶纤维等。品种可根据设计需要选择短切纤维、单向织物、多轴织物、编织、针织、芯材等材料或预成型坯。
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模具的设计与制作
1.模具制作环境的要求以及原料的选择
a.环境
环境温度:理想的范围为25±3℃。
相对湿度:不能大于60%。
制作车间:应保持比产品生产区更高的清洁度与日常维护。
b.材料
对于该工艺所需要的材料我们推荐如下:
①主要材料
胶衣:GT7068(具有优良的耐热能力,HDT为110℃)
模具树脂:4000PA(快速固化,快速制造模具,低收缩,降低模具成本)
9100-700(环氧改性乙烯基树脂,良好的强度和耐热性,以及低收缩率)
表面毡:300g/m2
无碱短切毡:450g/m2
轻木:用于提高模具的刚性并减轻重量
蜡片:用于控制模腔的厚度,良好的厚度均匀性。
②辅助材料
聚酯封孔剂、易打磨底胶、高光胶衣、玻璃微珠、丁酮、丙酮、固化剂、促进剂、各种目数砂纸若干、注射口。
2.裙边的制作
对于轻质RTM模具裙边的制作尤其重要,它是保证该工艺有效、可靠实施的基础。我们在现有的原模的基础上,沿着产品的周围做上宽为250mm的裙边,作出这么宽的裙边目的是为了保证模具在合模是真空能给予拥有足够的合模力,以确保我们注射的成功。
因此对于普通的手糊模具我们很容易就能够将其改造为注射模具。
3.原模的处理
在模具裙边做好以后,就需要对其进行处理。首先校正其尺寸到所需要的程度;其次是对于裙边与产品部分作出适当弧度的倒角。
如果我们的原模属于局部的问题,就先用原子灰局部找平,然后在局部喷易打磨底胶(具体操作见下文)。
如果我们的原模的表面整体情况不是很好,就需要进行全面的处理,方法如下:
⑴原模的封孔
原模表面应保持清洁、干燥、无油污、蜡或其它污物。封孔前先用120目砂纸打磨表面并擦拭干净。在使用之前,先将罐中的封孔剂充分搅拌均匀。然后加入2%的固化剂。先采用刷子来涂覆封孔剂,再用干净的白棉布或纸巾擦去多余的部分,注意布不能太粗。固化两小时以后准备后续工作。
⑵易打磨底胶处理
为了确保得到高质量的RTM模具表面,需要在原模上用易打磨底胶处理,它具有出色的流平性能,可得到低孔隙率的表面,并且可以在湿态下连续喷涂积层得到所需要的厚度。
具体操作如下:先将易打磨底胶搅拌均匀,加入1.5%固化剂,并加入15%的丁酮稀释,喷涂时的压力调整到15psi,喷枪口径为2.0mm,喷涂时枪口离原模表面的距离为30cm左右,喷枪移动的速度要均匀。喷完后4小时用220或240目砂纸干磨去除表层,让溶剂得到更好的挥发。在固化6小时后,用320目砂纸打磨,并检查是否有局部不均匀,表面不平整的地方,然后对该部位处理洁净后进行第二次补喷,固化后用砂纸磨到1500目,再进行抛光,直到达到满意的效果。一般易打磨底胶的用量为10m2/gal,厚度在0.25mm左右。用该材料处理后的原模表面具有各项性能一致的特点,表面的光洁度好,以此得到的模具将是高质量的。如果有需要,可以再喷涂一层高光胶衣来达到更高的表面效果。
4.下模的制作
原模在处理到我们满意的程度以后,就开始下模的制作。铺层设计如下:胶衣(GT7068)+1层表面毡(9100-700树脂)+1层450 g/m2短切毡(9100-700树脂)+5层450 g/m2短切毡(4000PA树脂)+2层450 g/m2短切毡(9100-700树脂)及3/8英寸轻木+3层450 g/m2短切毡(4000PA树脂)。
模具的制作步骤如下:
⑴.脱模剂的涂覆。常用的有脱模蜡,液体脱模剂和PVA三种
A.牛邦脱模蜡:清理干净原模表面以后开始涂覆脱模蜡,一般为6遍,每遍间隔2小时,具体操作方式如下:先用棉布蘸取蜡,以打转的方式用力在表面擦拭,紧接着用相同的方式去除多余的蜡以及打蜡时棉布留下的擦痕,完成后间隔2小时用干净的棉布进行抛光。重复相同的操作6次即可。
B.肯天半永久性液体脱膜剂,建议在使用前先用15Seaer EZ封孔剂。操作方式:脱膜剂涂覆5遍。用干净的纯棉布蘸取脱模剂但不要滴落,将脱模剂平檫在模具表面,形成一层薄薄的光滑涂层后净置待脱模剂挥发。注意不用过多擦拭操作区域。每一层涂覆结束后,净置15分钟待其干燥固化后,再进行下一层的涂覆,每一层脱模剂涂层独立使用不同的干净棉布。如果出现斑纹,更换棉布,并确保棉布上没有附着过量的脱模剂,最后一层涂覆好后,需要30分钟的固化时间。固化时间越长,脱模效果会越好。
C.如果原模是亚克力的材料,我们不建议用脱模蜡和液体脱模剂,而是选用PVA作为脱模材料,我们用喷涂的方法将其很均匀的喷到原模表面这样也可以得到很好的脱模效果。在喷涂的过程中要注意调整好喷枪的雾化,让PVA能很薄层很均匀的附着到原模表面,应尤其注意容易被忽略的边角部分。一般情况下建议喷两遍,中间间隔时间控制的原则是前一层一定完全干燥。
⑵胶衣的喷涂
胶衣的用量一般控制在850g/m2,此时的厚度在0.6~0.8mm之间,凝胶时间控制在2小时左右,凝胶太快会导致胶衣层中的气孔率高。胶衣分两遍喷涂,两遍间隔时间控制的原则为首层胶衣完全固化,一般为2~3小时。喷涂时ES-100喷枪压力控制在70psi。模具胶衣喷涂程序:首先检查喷射设备(FRP2000)是否处于良好状态,检查所有的密封状态是否良好,压力调节器操作是否灵活。
a、在模具胶衣GT7068中加入2%的MEKP,并混合均匀。
b、将胶衣装入FRP2000纸杯中,并调节压力到70psi。
c、使喷枪与模具表面保持300-500mm的距离,先枪头朝上抠动扳机,再将枪头对准模具表面调节雾化压力,使喷射线型达到最理想的状态。注意先喷不易到达的位置,比如原模表面的拐角和直角位置,然后再进行大面积的喷涂,同时喷枪移动的速度要均匀。在第一遍喷涂时要求整个表面的胶衣厚度比较均匀,第二遍要求在模具上产品部分比裙边部分的胶衣要稍厚。喷涂时注意后喷的线形压在此前的一半位置,如此反复直到完成胶衣的喷涂。同时要求对胶衣覆盖模具裙边边缘的立面部分。喷射完毕立即清洗设备。并在合适的位置安置上气动脱模用的气源接口。
⑶表面毡的铺覆
表面毡的规格为30g/m2,树脂为乙烯基F010模具树脂。在等到第二遍的胶衣固化到粘手不粘胶的时候开始铺覆表面毡,此时铺覆表面毡的优点在于:既可以提高胶衣与表面毡层的粘接力,又可以较好的控制树脂的用量。表面毡可以预先在模具表面铺覆好,此时因为胶衣还具有一定的粘接能力,所以可以铺覆的很好,对于表面毡的对接部分要求进行去掉整齐直边的处理,目的是为了能很好的对接。乙烯基F010模具树脂与表面毡的重量比分别控制在9:1。操作方式:用毛刷少量蘸取树脂,垂直于表面向下用力,从模具中间位置开始往四周散开去,以树脂刚好浸透表面毡为标准。糊制时一定要注意消除气泡。并且注意在裙边边缘的立面也需要有表面毡覆盖上,目的是为了在制作模具的过程中避免因为收缩的问题使得模具自身离模。
待固化以后用粗砂纸去除毛刺,并挑去气泡,然后用丙酮擦拭干净表面,准备进入下一道工序。
⑷首层短切毡的铺覆
短切毡的规格为450 g/m2,树脂为乙烯基F010模具树脂。在糊制前要先称量已经裁减好的纤维的重量,由此来控制所用树脂的量,一般F010树脂与短切毡的重量比控制在1.5:1,此时的树脂含量为40%。在糊制短切毡时,毛刷采用点刷,以免牵动玻璃纤维而导致气泡和皱褶,不允许在短切毡上来回刷树脂,气泡用猪鬃辊来消除,辊压时从中间往四周散开,特别要注意拐角位置。短切毡在搭接时尽量用手撕开,这样可以避免出现局部强度上的缺陷。另外,在糊制完成以后要给予足够的时间用猪鬃辊来消除气泡。
⑸五层450 g/m2短切毡的铺覆
在这个五层铺覆时我们采用4000PA的模具树脂,该树脂的优点是能够快速积层而不用担心收缩的问题,原因在于该树脂体系中含有35%的填料而使得其收缩率很低。操作中树脂与纤维重量比控制在在3:1,此时的树脂含量为50%左右。
具体操作如下:首先将模具表面分成大小适中的部分,再将该部分所需要的五层短切毡裁减好并称量重量,然后在一个平整且干净的操作台面上将五层毡连续的浸润透并赶除气泡,再将预浸好的纤维铺覆到其所在的位置,继续辊压,赶尽气泡。依次进行下去,直到铺覆完所有的纤维,等待固化。注意在短切毡对接的部分一定要处理好,尽量得到厚度均匀的积层。
⑹轻木
轻木之前需要先铺覆两层450 g/m2短切毡,树脂为F010,操作与首层短切毡相同。完成短切毡铺覆轻木时,先把轮廓板裁成小条,从模具的中间开始往四周铺覆,以能粘结实为标准。对于有弧度的模具表面,轻木在铺覆时没有严格的正反面要求,以操作方便为原则。另外也可以预先把轻木分区域裁减成合适的尺寸,在铺覆完短切毡以后直接把轻木粘接上就可以了。
完成固化以后仔细检查轻木是否有未粘结实的地方,如有就进行重新粘接,并调玻璃微珠腻子将缝隙填补上并圆滑处理表面再进行下一步的操作。
⑺后续三层短切毡的铺覆
轻木处理好以后,开始最后三层短切毡的铺覆,树脂为4000PA,操作如前文所示。
⑻模具的加强
由于我们的注射时在真空辅助的情况下进行的,所以对于模具而言所承受的压力并不大,因此只要对模具进行简单的加强来保证模具本身的尺寸即可。加强的材料选用20mm厚复合木板,宽度为300mm,在对接的位置用木螺钉进行固定,然后用五层450 g/m2短切毡糊制上,等待固化。
⑼脱模
到此,轻质RTM模具的下模就制作完成了,脱模以后进行简单的处理准备上模的制作。
5.贴蜡片
在完成下模的制作以后,就需要为制作上模做准备,这其中最重要的过程就是蜡片的铺覆。蜡片的厚度即为产品所需要的厚度,一般情况下都需要将蜡片分成两层铺覆,例如5mm的产品,分为2mm和3mm进行铺覆,先薄后厚。具体操作如下:
蜡片从产品部分真空接口开始向四周延伸,真空接口的位置一般确定在整个产品1/3的地方,与注射口的距离为产品长度方向的2/3。
⑴第一层蜡片的铺覆
从真空接口开始,先将蜡片切成4’’× 4’’大小的方块,铺覆时每块之间间隔0.5mm左右的间隙,蜡片一定要贴实并且整齐,所有的间隙都要畅通的连接。蜡片铺覆到产品边缘外2cm左右。第一层铺覆完成以后用刮刀将表面处理平整,清理干净。
⑵第二层蜡片的铺覆
这一层蜡片与前一层铺覆方法的不同在于,必须使所有蜡片的接缝都要严密,并且尽量使用整张的蜡片,蜡片的边缘要使用工具将边缘刮成如图1所示的形状。这样在对接完成所有的蜡片以后,可以用刮刀将表面刮平整而不会出现凹陷的地方,以此来保证产品的厚度以及上模的制作质量。
⑶裙边部分蜡片的铺覆
裙边部分的蜡片会直接影响到以后合模过程以及生产是否顺利,因此是个很关键的过程。下面以一个5mm产品为例来说明裙边蜡片的铺覆。如图2所示。
说明:
①为产品的厚度,5mm。产品厚8mm
②产品边缘的延伸,便于生产时易于操作。宽度为20mm,厚度3mm。(20mmx4mm)
③树脂的流动通道,宽度15mm,厚度5mm。(15x6)
④T型密封胶条的位置,宽度15mm,厚度3mm。(15x4)
⑤T型密封胶条槽,尺寸10.7mm×5mm。(8x5)
⑥气隙的空间,宽度10cm,厚度4mm,分成两层铺覆,第一层同样要留出0.5mm的间隙,后一层整体铺覆上。
⑦外侧密封胶条位置,尺寸2.5cm×10mm。
⑧在②③④上铺覆一层1mm的蜡片。
裙边蜡片铺覆完成以后,需要用黏土来圆滑边角。
6.上模的制作
在铺设完蜡片开始制作阳模,开始之需要把产品部分与气隙的真空接口的位置设置好。具体步骤如下:
① 在蜡片上喷涂PVA脱模剂。操作如前文所示。
② 胶衣的喷涂。要求胶衣为乙烯基透明胶衣。
结构层的设计如下:1层表面毡(30g/m2)+1层450 g/m2短切毡+3层450 g/m2短切毡+3层450 g/m2短切毡在局部模具容易产生变形的部位需要用轻木进行三明治的夹芯结构增强。轻木后再加两层450 g/m2短切毡。
③在操作过程中,胶衣喷涂完成以后就把所有的真空接口和注射口放置到位。在第二层胶衣固化开始时,对产品和裙边蜡片部分抽真空,真空度很小(约0.5inHg),随着积层的逐渐增厚,需要不断的加大真空度,以此来保证上模在固化收缩时不离开蜡片表面,同时可以让模具的边角部分的蜡片帖服性更加好,从而可以很好的保持产品尺寸的均一性。上模所用的树脂全部为9100-700乙烯基树脂。操作方法与前文所述相同。
7.后期处理
到此,我们模具的糊制过程就完成了。
由于模具在制作过程中树脂固化不完全,如果马上投入生产,会严重的影响到模具的质量和寿命。因此要进行模具的后固化处理。
方法如下:在高于模具使用温度40-50℃的温度下进行热处理,一般以60-80℃为参考温度,固化3小时来消除模具的内应力以及提高树脂的固化度,使得模具达到最佳的性能。后固化处理完以后如果时间上充裕可以将模具放置一周以后脱模并处理再投入生产。
完成模具的后固化就可以脱模进行后处理:
⑴脱开模具,去除蜡片。
⑵去除蜡片以后用洁模剂(Mold ClanerCN)清洗模具。注意操作时需要戴上手套。清洗三遍以后可以开始水磨。
⑶选用600-1000目的砂纸,根据产品要求打磨模具。注意:打磨的时候一定要用上衬垫,这样才能达到预期的精修效果。衬垫一般用胶合板、木板、橡胶板等,根据作业需要适当制作。
⑷模具表面打磨到1000目以后开始抛光处理。用棉布蘸取Aqua-Buff 1000w抛光膏用点涂的方式涂于模具表面,并用水润湿。紧接着用一个干净、潮湿的羊毛轮进行研磨抛光。在抛光过程中,抛光膏可能变干,可以向其表面喷水雾使其重新湿润后继续往下。当研磨抛光到适当程度,用水洗干净模具,并换新的羊毛轮使用Aqua-Buff2000进行抛光,操作与1000w类似,抛光完毕以后模具可达到镜面效果。为了达到最好的效果,建议羊毛盘的转速不低于2500转/分。抛光完成以后把模具表面清洗干净,自然晾干。
⑸模具打磨抛光完成以后,就可以把内外两道密封胶条粘接到位,以及安装上真空接口,准备试模。
8.试模
过程如下:
⑴试模前一定要保证脱膜剂的完整涂覆,并要做脱模实验。
⑵根据产品的形状剪裁毡,一般有针织短切毡与复合毡。所铺覆的层数由产品厚度来决定。局部不伏帖的位置可以用3M胶来固定纤维。
⑶合上模具,对模具裙边施加一级真空(真空度为667毫米汞柱),使得上下模紧密结合,其结合压力可以达到1350公斤/每米(沿裙边),因而无需任何夹持工具,内外两道密封起气密作用。
⑷通过位于模具边缘的注射口注射树脂,树脂首先沿外围树脂通道流动,然后从外围向模具中心流动,依次浸润增强材料,这时可以施加二级真空(真空度为376毫米汞柱),以降低模具的内压,有利于树脂的快速流动。
⑸待产品固化以后脱模,查看整个模具以及产品的情况。需要时进行调整直到满意为止。至此,我们整个模具的制作就完成了。
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RTM制品常见的缺陷及解决办法
RTM工艺可以生产高性能、尺寸较大、高综合度、批量中等的产品。产品数量在1500-40000件,适于RTM工艺。因此,RTM是一种很有前途的成型工艺。目前,RTM工艺已广泛应用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等领域。由于该工艺较年青,技术上有一定难度,产品经常出现一些缺陷,本文就RTM制品常见缺陷进行分析,以供参考。
1、产品表面局部粗糙无光泽
RTM产品产生这种现象的主要原因是产品轻度粘模。用手在模具上触摸,当触摸到这些部位时,手感极其粗糙。通常产品生产一段时间后,就会出现这样的问题,这时需要及时清洗模具。首先用水砂纸打磨模具上粗糙的部位,然后用棉丝蘸丙酮擦净整个模具,最后给模具涂覆脱模剂。
2、胶衣起皱
胶衣起皱的主要原因是在浇注树脂之前,胶衣树脂固化不完全,浇注树脂中的苯乙烯单体溶胀胶衣树脂,产生皱纹。因此喷涂胶衣时要注意以下几个方面:
(1)胶衣层厚度,通常为0.3-0.5mm或400-500g/㎡,需要时可增加其厚度;
(2)检查促进剂、固化剂的加入量和混合比例,促进剂和固化剂用量一定要加足;
(3)待胶衣完全固化后再浇注树脂。
3、漏胶
漏胶的主要原因是模具合模后不严密或密封垫不严密。合模前应检查密封圈是否完好,有无裂缝等,发现问题要及时更换。合模时,模具要压紧密封垫,浇注时一旦发现漏胶应立即紧固漏胶部位周围的螺栓。
4、气泡
从理论上分析,产生气泡的原因有四种:
(1)模腔内树脂固化反应放热过高,固化时间过短,因而模腔中的气体没有完全排出;
(2)树脂注入模腔时带入空气过多,灌注时间内无法全部排出,甚至气泡一直居于模腔顶部,从上而下的树脂不能将其携带出去;
(3)树脂粘度过大,气泡在灌注时间内不能全部从产品中溢出。而且由于树脂粘度大,流动缓慢,甚至可能刚将气泡携至产品侧面中部区(产品较高时),从而脱模后的产品含气泡(或坑状缺胶)较多;
(4)树脂注入模腔的压力过大,致使气泡包容在树脂中,难以排出。
对应的解决办法为:
(1)适当调低灌注用树脂固化剂用量;
(2)模具上设计排气口;
(3)测试树脂25℃下的粘度,通常RTM用树脂粘度为0.5-1.5PaS。若树脂粘度没有超标,就应考虑环境温度是否过低,如果温度过低可在树脂灌注前适当预热达一恒温,但温度选择要恰当,树脂粘度过低将会影响产品的力学性能;
(4)降低树脂注射压力,增加树脂注射量,从而降低树脂在模腔的流速,增加渗流量。
5、制品出现干斑
RTM工艺产品内部出现干斑主要是玻纤浸润不够。如果同期产品中个别产品的某个部位出现干斑,也可能是玻纤布被污染造成。通常制品内部出现干斑也与树脂粘度有关,所以应首先分析和调节粘度;查看模具流道是否太长和太窄,及时改进模具,改进给料管,增加给料点。
6、皱褶
皱褶也是许多RTM产品经常遇到的问题。皱褶与起皱不同,皱褶是由于布层起皱,脱模后产品外观可清晰看见布褶,但布褶间被树脂填满。
皱褶产生的主要原因是:
(1)合模时,由于模具对布层的挤压而产生皱褶;
(2)树脂在模具中流动时将布冲挤变形而产生皱褶。
因此,生产RTM工艺产品要注意合模操作方法及布层厚度。合模操作的不当或布层过厚都易引起皱褶现象;换用耐冲刷性好的玻纤布、预成型坯件或针织复合毡,降低注射压力,从而降低树脂对布层的冲力。
7、裂纹
国内RTM工艺与国外相比,仍存在一定的差距。国内RTM工艺产品的纤维含量较低(一般约50%),而且由于该工艺的技术不成熟,部分制品的纤维含量分布不均匀,导致纤维含量过低的部分易出现裂纹。
从理论上分析,裂纹产生的原因有两种:
(1)制品在模腔内固化不完全,甚至经后固化处理后,制品内部仍在缓慢固化,而且树脂的固化收缩率又较大,这样在制品中纤维含量低的部位,承力载体强度不够,由于固化内应力的作用,制品表面形成裂纹;
(2)制品本身固化已完全,但由于运输过程中温差变化大,热胀冷缩,产生内应力较大,在制品纤维含量最低的薄弱部位产生裂纹。
因此应根据工艺实际情况调整工艺参数,提高纤维含量和纤维分布的均匀性。同时要注意RTM工艺用树脂的固化收缩率,树脂固化收缩率大,不仅影响产品表面效果,还会因固化收缩产生的内应力增加脱模难度。这时应使用低收缩添加剂,或用混合型树脂体系降低树脂的固化收缩率。