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RTM閉模成型工藝和模具設計、制作過程及制品常見缺陷和解決辦法

2023-07-06 來源:網絡合集 瀏覽數:5160

RTM閉模成型工藝和模具設計、制作過程及制品常見缺陷和解決辦法

  所謂閉模成型工藝就是在陰、陽模閉合的情況下成型復合材料構件的工藝方法。SMC、BMC模壓、注射成型、RTM、VEC等等技術都屬閉模成型工藝。由于環境法的制定和對產品要求的提高使敞模成型復合材料日益受到限制,促使了閉模成型技術的應用,近年來尤其促進了RTM技術的革新和發展。
  
  RTM是指低粘度樹脂在閉合模具中流動、浸潤增強材料并固化成形的一種工藝技術,屬于復合材料的液體成形或結構液體成形技術范疇。其具體方法是在設計好的模具中,預先放入經合理設計、剪裁或經機械化預成形的增強材料,模具需有周邊密封和緊固,并保證樹脂流動順暢;閉模后注入定量樹脂,待樹脂固化后即可脫模得到所期望產品。
  
  這一工藝有著諸多優點,可使用多種纖維增強材料和樹脂體系,有極好的制品表面。適用于制造高質量復雜形狀的制品,且纖維含量高、成型過程中揮發成分少、環境污染少,生產自動化適應性強、投資少、生產效率高。因此,RTM工藝在汽車工業、航空航天、國防工業、機械設備、電子產品上得到了廣泛應用。決定RTM產品的首要因素就是模具,由于RTM模具一般采用陰陽模對合方法,因而想辦法提高陰陽模的表面質量和尺寸精度就成為決定產品質量的一個關鍵因素。
  
  1)RTM,樹脂傳遞模塑。該技術源自聚氨酯技術,成型時關閉模具,向預制件中注入樹脂,玻纖含量低,約20-45%。
  
  2)VARIT,真空輔助樹脂傳遞注塑。該技術利用真空把樹脂吸入預制件中,同時也可壓入樹脂,真空度約10-28英寸汞柱。
  
  3)VARTM,真空輔助樹脂傳遞注塑。制品孔隙一般較少,玻纖含量可增高。
  
  4)VRTM,真空樹脂傳遞模塑。
  
  5)VIP,真空浸漬法。
  
  6)VIMP,可變浸漬塑法。樹脂借助真空或自重移動,壓實浸漬。
  
  7)TERTM,熱膨脹RTM。在預制件中插入芯材,讓樹脂浸漬并對模具與成形品加熱。芯材受熱膨脹,壓實鋪層。利用這種壓實作用,結合表面加壓成型。
  
  8)RARTM,橡膠輔助RTM。在TERTM方法中不用芯材而用橡膠代之。橡膠模具壓緊成型品,使孔隙大大減少,玻纖含量可高達60-70%。
  
  9)RIRM,樹脂注射循環模塑。真空與加壓結合,向多個模具交替注入樹脂,使樹脂循環,直至預制件被充分浸透。
  
  10)CIRTM,Co-Injection RTM。共注射RTM,可注入幾種不同的樹脂,也可使用幾種預制件,可利用真空袋和柔性表面的模具。
  
  11)RLI,樹脂液體浸(滲)漬。在下模內注入樹脂,入入預制件后覆蓋上模,加熱并用熱壓釜的成型壓力成型。加熱使樹脂粘度降低、流動性好,易于浸透。
  
  12)UVRTM,紫外線(固化)RTM。與SCRIMP法相似,固化快,必須使用紫外光源,能透過紫外線的真空袋和軟質模具。
  
  13)VECTM虛擬設計復合材料VEC的核心技術是獲得專利的“浮充模具”思想。復合材料對模裝于兩充液的鋼制壓力容器之間,而模具沿容器全長形成密封,容器內充滿可壓縮的導熱液體,液體通常為水。
  
  

  
  ⊙可根據生產規模的要求,采用不同材料不同檔次的模具,可最大限度地降低成本,從而獲得較佳經濟效益。
  
  ⊙屬于閉模樹脂注入方法,可最大程度減少樹脂等有害成分對人體和環境的毒害,符合環保要求。
  
  ⊙采用低黏度快速固化樹脂,生產過程中可對RTM模具加熱,從而進一步提高生產效率和產品質量。
  
  ⊙有利于制備大中尺寸、復雜形狀、兩面光潔的整體結構件,尺寸精度好,表面質量高,機械性能好。
  
  ⊙增強材料預成型體可根據性能要求進行擇向增強、局部增強、混雜增強及采用預埋及夾芯結構,可充分發揮FRP的性能可設計性。
  
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  RTM成型工藝模具技術
  
  1)RTM總工藝路線:RTM有三個重要的組成部分:1原材料系統;2注入設備;3模具系統。
  
  2)RTM成型用模具技術:所有RTM產品都需適合工藝的模具,RTM也不例外。RTM模具可以用鋁鋼、FRP來制作。由于鋁鋼模具不易變形但價格高,在這不作介紹。下面主要介紹FRP模具。
  
  1、RTM模具型式和材料
  
  FRP模具用于RTM,按一般規定做——7-10mm厚的模具層板,然后在基礎模具表面下裝入——加熱芯形成夾層結構,模具層板總厚為20mm。由于這厚度不能勝任RTM成型工藝所需的強度,因此需進一步增強。箱形鋼型材要比復合材料便宜得多,一般以箱形鋼型材加固。
  
  FRP模具實踐證明用劣質樹脂翻制的模具使用壽命極短,而對產品質量也有直接影響,所以模具表面要求用耐溫、耐化學腐蝕的材料來做。模具制作成本大部分是人工、材料選擇成本幾乎與模具總造價無關。目前一般選用乙烯基酯模具樹脂系統和膠衣,并且證明比傳統環氧材料具有更好的使用壽命和耐溫性。據國外資料報道,用乙烯基酯模具樹脂制得的模具模塑次數已超過18000多模次,而且還在繼續使用。
  
  2、模具加熱
  
  用于玻璃鋼工業的大多數樹脂都有一與溫度直接相在的固化曲線,所以尋找生產模具能夠控制溫度的方法具有相當的現實意義,這樣有助于優化生產效率。事實上模具溫度每提高10℃,凝膠時間將減半,因此在環境溫度(20℃)下,模塑一個部件也許固化脫模時間需要60分鐘,而在50℃,同樣的樹脂體系,模塑同一部件,在7.5分鐘內就能脫模。
  
  電熱布加熱:在RTM模具中應用加熱布鋪設在模具內存的電加熱方式已用了許多年。加熱比較均勻,模具能夠輕而易舉升溫至100℃以上,但標準應用最高模具溫度用到75℃。
  
  液體加熱:液體加熱是將熱循環和冷循環系統安裝到合適的模具結構中,可以替代電加熱。這為模具還提供了一個冷卻系統。溫度可通過預埋管子中的循環介質來控制。
  
  3、模具的密封
  
  用于RTM和真空模塑(VM)的所有閉合對模都需要一個在模腔邊緣控制樹脂溢流的密封裝置。在VM模塑情況下,需要附加外置模具法蘭真空密封裝置。
  
  密封圈有許多不同的形式,但要求密封圈材料具有耐高溫和一致恢復率。目前看來有機硅膠材用于基本模膠樹脂密封是最成功的。如果用法正確的話,足以提供1000次以上的使用壽命。
  
  被動密封:幾乎專用的固體硅橡膠密封圈截面,設計成當閉模時它的“Z”向末端閉位置可壓縮1.0-1.5mm。要在不提高模具閉模力的情況下達到有效密封,密封圈的硬度和壓縮尺寸的選擇是關鍵的。只不過因為所需的壓力太大,容易引起模具變形。模具接觸面一般3-5mm足以阻止樹脂滲出,從而達到有效密封。
  
  動態密封:動態形式優于被動密封形式。它能夠永久地控制截面變化。圖示形式其截面尺寸變化可高達4mm。這使垂直密封軌跡可待嵌入模具法蘭。反之被動密封將僅僅是“塑性變形”并極度磨損。動態密封圈內側截面一經加壓,可提供密封效果很好的調節。當模具閉合或啟模時,密封圈隨著真空隙彈性變形,有防止了垂直方向的“塑性變形”引起的磨損。
  
  4、注射口
  
  搞RTM成型工藝的技術人員特別重視注射模塑樹脂的入口位置。實踐證明,RTM注射口設在中心位置(視模腔形狀定)是最可靠的。
  
  5、模具的精度
  
  RTM模具經常處于受力狀態,所以對于成功的閉模模具來說,模具的精度是關鍵因素之一。模腔精度控制在±0.2mm是閉合模模具的目標精度,達不到該精度將不可避免導致缺膠和不可預見的樹脂充填,并且模塑件尺寸超差。最常見的是超厚,同時要將材料收縮率參數考慮在內。
  
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  RTM工藝操作
  
  RTM工藝注射的操作一般要求在1/4-1/2凝膠時間內完成,傳遞時間為2-15分鐘,傳遞壓力為0.3-07Mpa。
  
  樹脂傳遞壓力是RTM工藝中應該控制的主要參數。此壓力用來克服注入模腔和浸透增強材料時所遇到的阻力。樹脂完成傳遞的時間與系統壓力和溫度有關,時間短可提高生產效率。但如果樹脂流量太大,膠液來不及滲透增強材料,并可以由于系統壓力增加而導致意外。因此,一般要求在傳遞過程中進入模具的樹脂液面上升速度不大于25mm/min。通過觀察排出口來監控樹脂傳遞過程。通常以為,模具上所有的觀察口均有膠液溢出并不再排出氣泡,且實際加入的樹脂量與預計加入的樹脂量基本一致時,傳遞過程即已完成。因而排出口設置應周密考慮。
  
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  樹脂選擇
  
  樹脂系統的選擇是RTM工藝的關鍵。要將樹脂出至模腔內并且使樹脂迅速浸潤纖維其粘度為0.025-0.03Pa?s為最佳。聚酯樹脂粘度較低,常溫下冷注射即可完成。但是,由于產品的性能要求不同,不同類型的樹脂會被選擇,它們的粘度不盡相同,所以管路和注射頭大小均要設計成合適特殊成份的流動性要求。
  
  適合RTM工藝的樹脂有聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂等。
  
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  增強材料選擇
  
  RTM工藝中增強材料可選用玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、碳化硅和芳綸纖維等。品種可根據設計需要選擇短切纖維、單向織物、多軸織物、編織、針織、芯材等材料或預成型坯。
  
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  模具的設計與制作
  
  1.模具制作環境的要求以及原料的選擇
  
  a.環境
  
  環境溫度:理想的范圍為25±3℃。
  
  相對濕度:不能大于60%。
  
  制作車間:應保持比產品生產區更高的清潔度與日常維護。
  
  b.材料
  
  對于該工藝所需要的材料我們推薦如下:
  
  ①主要材料
  
  膠衣:GT7068(具有優良的耐熱能力,HDT為110℃)
  
  模具樹脂:4000PA(快速固化,快速制造模具,低收縮,降低模具成本)
  
  9100-700(環氧改性乙烯基樹脂,良好的強度和耐熱性,以及低收縮率)
  
  表面氈:300g/m2
  
  無堿短切氈:450g/m2
  
  輕木:用于提高模具的剛性并減輕重量
  
  蠟片:用于控制模腔的厚度,良好的厚度均勻性。
  
  ②輔助材料
  
  聚酯封孔劑、易打磨底膠、高光膠衣、玻璃微珠、丁酮、丙酮、固化劑、促進劑、各種目數砂紙若干、注射口。
  
  2.裙邊的制作
  
  對于輕質RTM模具裙邊的制作尤其重要,它是保證該工藝有效、可靠實施的基礎。我們在現有的原模的基礎上,沿著產品的周圍做上寬為250mm的裙邊,作出這么寬的裙邊目的是為了保證模具在合模是真空能給予擁有足夠的合模力,以確保我們注射的成功。
  
  因此對于普通的手糊模具我們很容易就能夠將其改造為注射模具。
  
  3.原模的處理
  
  在模具裙邊做好以后,就需要對其進行處理。首先校正其尺寸到所需要的程度;其次是對于裙邊與產品部分作出適當弧度的倒角。
  
  如果我們的原模屬于局部的問題,就先用原子灰局部找平,然后在局部噴易打磨底膠(具體操作見下文)。
  
  如果我們的原模的表面整體情況不是很好,就需要進行全面的處理,方法如下:
  
  ⑴原模的封孔
  
  原模表面應保持清潔、干燥、無油污、蠟或其它污物。封孔前先用120目砂紙打磨表面并擦拭干凈。在使用之前,先將罐中的封孔劑充分攪拌均勻。然后加入2%的固化劑。先采用刷子來涂覆封孔劑,再用干凈的白棉布或紙巾擦去多余的部分,注意布不能太粗。固化兩小時以后準備后續工作。
  
  ⑵易打磨底膠處理
  
  為了確保得到高質量的RTM模具表面,需要在原模上用易打磨底膠處理,它具有出色的流平性能,可得到低孔隙率的表面,并且可以在濕態下連續噴涂積層得到所需要的厚度。
  
  具體操作如下:先將易打磨底膠攪拌均勻,加入1.5%固化劑,并加入15%的丁酮稀釋,噴涂時的壓力調整到15psi,噴槍口徑為2.0mm,噴涂時槍口離原模表面的距離為30cm左右,噴槍移動的速度要均勻。噴完后4小時用220或240目砂紙干磨去除表層,讓溶劑得到更好的揮發。在固化6小時后,用320目砂紙打磨,并檢查是否有局部不均勻,表面不平整的地方,然后對該部位處理潔凈后進行第二次補噴,固化后用砂紙磨到1500目,再進行拋光,直到達到滿意的效果。一般易打磨底膠的用量為10m2/gal,厚度在0.25mm左右。用該材料處理后的原模表面具有各項性能一致的特點,表面的光潔度好,以此得到的模具將是高質量的。如果有需要,可以再噴涂一層高光膠衣來達到更高的表面效果。
  
  4.下模的制作
  
  原模在處理到我們滿意的程度以后,就開始下模的制作。鋪層設計如下:膠衣(GT7068)+1層表面氈(9100-700樹脂)+1層450 g/m2短切氈(9100-700樹脂)+5層450 g/m2短切氈(4000PA樹脂)+2層450 g/m2短切氈(9100-700樹脂)及3/8英寸輕木+3層450 g/m2短切氈(4000PA樹脂)。
  
  模具的制作步驟如下:
  
  ⑴.脫模劑的涂覆。常用的有脫模蠟,液體脫模劑和PVA三種
  
  A.牛邦脫模蠟:清理干凈原模表面以后開始涂覆脫模蠟,一般為6遍,每遍間隔2小時,具體操作方式如下:先用棉布蘸取蠟,以打轉的方式用力在表面擦拭,緊接著用相同的方式去除多余的蠟以及打蠟時棉布留下的擦痕,完成后間隔2小時用干凈的棉布進行拋光。重復相同的操作6次即可。
  
  B.肯天半永久性液體脫膜劑,建議在使用前先用15Seaer EZ封孔劑。操作方式:脫膜劑涂覆5遍。用干凈的純棉布蘸取脫模劑但不要滴落,將脫模劑平檫在模具表面,形成一層薄薄的光滑涂層后凈置待脫模劑揮發。注意不用過多擦拭操作區域。每一層涂覆結束后,凈置15分鐘待其干燥固化后,再進行下一層的涂覆,每一層脫模劑涂層獨立使用不同的干凈棉布。如果出現斑紋,更換棉布,并確保棉布上沒有附著過量的脫模劑,最后一層涂覆好后,需要30分鐘的固化時間。固化時間越長,脫模效果會越好。
  
  C.如果原模是亞克力的材料,我們不建議用脫模蠟和液體脫模劑,而是選用PVA作為脫模材料,我們用噴涂的方法將其很均勻的噴到原模表面這樣也可以得到很好的脫模效果。在噴涂的過程中要注意調整好噴槍的霧化,讓PVA能很薄層很均勻的附著到原模表面,應尤其注意容易被忽略的邊角部分。一般情況下建議噴兩遍,中間間隔時間控制的原則是前一層一定完全干燥。
  
  ⑵膠衣的噴涂
  
  膠衣的用量一般控制在850g/m2,此時的厚度在0.6~0.8mm之間,凝膠時間控制在2小時左右,凝膠太快會導致膠衣層中的氣孔率高。膠衣分兩遍噴涂,兩遍間隔時間控制的原則為首層膠衣完全固化,一般為2~3小時。噴涂時ES-100噴槍壓力控制在70psi。模具膠衣噴涂程序:首先檢查噴射設備(FRP2000)是否處于良好狀態,檢查所有的密封狀態是否良好,壓力調節器操作是否靈活。
  
  a、在模具膠衣GT7068中加入2%的MEKP,并混合均勻。
  
  b、將膠衣裝入FRP2000紙杯中,并調節壓力到70psi。
  
  c、使噴槍與模具表面保持300-500mm的距離,先槍頭朝上摳動扳機,再將槍頭對準模具表面調節霧化壓力,使噴射線型達到最理想的狀態。注意先噴不易到達的位置,比如原模表面的拐角和直角位置,然后再進行大面積的噴涂,同時噴槍移動的速度要均勻。在第一遍噴涂時要求整個表面的膠衣厚度比較均勻,第二遍要求在模具上產品部分比裙邊部分的膠衣要稍厚。噴涂時注意后噴的線形壓在此前的一半位置,如此反復直到完成膠衣的噴涂。同時要求對膠衣覆蓋模具裙邊邊緣的立面部分。噴射完畢立即清洗設備。并在合適的位置安置上氣動脫模用的氣源接口。
  
  ⑶表面氈的鋪覆
  
  表面氈的規格為30g/m2,樹脂為乙烯基F010模具樹脂。在等到第二遍的膠衣固化到粘手不粘膠的時候開始鋪覆表面氈,此時鋪覆表面氈的優點在于:既可以提高膠衣與表面氈層的粘接力,又可以較好的控制樹脂的用量。表面氈可以預先在模具表面鋪覆好,此時因為膠衣還具有一定的粘接能力,所以可以鋪覆的很好,對于表面氈的對接部分要求進行去掉整齊直邊的處理,目的是為了能很好的對接。乙烯基F010模具樹脂與表面氈的重量比分別控制在9:1。操作方式:用毛刷少量蘸取樹脂,垂直于表面向下用力,從模具中間位置開始往四周散開去,以樹脂剛好浸透表面氈為標準。糊制時一定要注意消除氣泡。并且注意在裙邊邊緣的立面也需要有表面氈覆蓋上,目的是為了在制作模具的過程中避免因為收縮的問題使得模具自身離模。
  
  待固化以后用粗砂紙去除毛刺,并挑去氣泡,然后用丙酮擦拭干凈表面,準備進入下一道工序。
  
  ⑷首層短切氈的鋪覆
  
  短切氈的規格為450 g/m2,樹脂為乙烯基F010模具樹脂。在糊制前要先稱量已經裁減好的纖維的重量,由此來控制所用樹脂的量,一般F010樹脂與短切氈的重量比控制在1.5:1,此時的樹脂含量為40%。在糊制短切氈時,毛刷采用點刷,以免牽動玻璃纖維而導致氣泡和皺褶,不允許在短切氈上來回刷樹脂,氣泡用豬鬃輥來消除,輥壓時從中間往四周散開,特別要注意拐角位置。短切氈在搭接時盡量用手撕開,這樣可以避免出現局部強度上的缺陷。另外,在糊制完成以后要給予足夠的時間用豬鬃輥來消除氣泡。
  
  ⑸五層450 g/m2短切氈的鋪覆
  
  在這個五層鋪覆時我們采用4000PA的模具樹脂,該樹脂的優點是能夠快速積層而不用擔心收縮的問題,原因在于該樹脂體系中含有35%的填料而使得其收縮率很低。操作中樹脂與纖維重量比控制在在3:1,此時的樹脂含量為50%左右。
  
  具體操作如下:首先將模具表面分成大小適中的部分,再將該部分所需要的五層短切氈裁減好并稱量重量,然后在一個平整且干凈的操作臺面上將五層氈連續的浸潤透并趕除氣泡,再將預浸好的纖維鋪覆到其所在的位置,繼續輥壓,趕盡氣泡。依次進行下去,直到鋪覆完所有的纖維,等待固化。注意在短切氈對接的部分一定要處理好,盡量得到厚度均勻的積層。
  
  ⑹輕木
  
  輕木之前需要先鋪覆兩層450 g/m2短切氈,樹脂為F010,操作與首層短切氈相同。完成短切氈鋪覆輕木時,先把輪廓板裁成小條,從模具的中間開始往四周鋪覆,以能粘結實為標準。對于有弧度的模具表面,輕木在鋪覆時沒有嚴格的正反面要求,以操作方便為原則。另外也可以預先把輕木分區域裁減成合適的尺寸,在鋪覆完短切氈以后直接把輕木粘接上就可以了。
  
  完成固化以后仔細檢查輕木是否有未粘結實的地方,如有就進行重新粘接,并調玻璃微珠膩子將縫隙填補上并圓滑處理表面再進行下一步的操作。
  
  ⑺后續三層短切氈的鋪覆
  
  輕木處理好以后,開始最后三層短切氈的鋪覆,樹脂為4000PA,操作如前文所示。
  
  ⑻模具的加強
  
  由于我們的注射時在真空輔助的情況下進行的,所以對于模具而言所承受的壓力并不大,因此只要對模具進行簡單的加強來保證模具本身的尺寸即可。加強的材料選用20mm厚復合木板,寬度為300mm,在對接的位置用木螺釘進行固定,然后用五層450 g/m2短切氈糊制上,等待固化。
  
  ⑼脫模
  
  到此,輕質RTM模具的下模就制作完成了,脫模以后進行簡單的處理準備上模的制作。
  
  5.貼蠟片
  
  在完成下模的制作以后,就需要為制作上模做準備,這其中最重要的過程就是蠟片的鋪覆。蠟片的厚度即為產品所需要的厚度,一般情況下都需要將蠟片分成兩層鋪覆,例如5mm的產品,分為2mm和3mm進行鋪覆,先薄后厚。具體操作如下:
  
  蠟片從產品部分真空接口開始向四周延伸,真空接口的位置一般確定在整個產品1/3的地方,與注射口的距離為產品長度方向的2/3。
  
  ⑴第一層蠟片的鋪覆
  
  從真空接口開始,先將蠟片切成4’’× 4’’大小的方塊,鋪覆時每塊之間間隔0.5mm左右的間隙,蠟片一定要貼實并且整齊,所有的間隙都要暢通的連接。蠟片鋪覆到產品邊緣外2cm左右。第一層鋪覆完成以后用刮刀將表面處理平整,清理干凈。
  
  ⑵第二層蠟片的鋪覆
  
  這一層蠟片與前一層鋪覆方法的不同在于,必須使所有蠟片的接縫都要嚴密,并且盡量使用整張的蠟片,蠟片的邊緣要使用工具將邊緣刮成如圖1所示的形狀。這樣在對接完成所有的蠟片以后,可以用刮刀將表面刮平整而不會出現凹陷的地方,以此來保證產品的厚度以及上模的制作質量。
  
  ⑶裙邊部分蠟片的鋪覆
  
  裙邊部分的蠟片會直接影響到以后合模過程以及生產是否順利,因此是個很關鍵的過程。下面以一個5mm產品為例來說明裙邊蠟片的鋪覆。如圖2所示。
  
  說明:
  
  ①為產品的厚度,5mm。產品厚8mm
  
  ②產品邊緣的延伸,便于生產時易于操作。寬度為20mm,厚度3mm。(20mmx4mm)
  
  ③樹脂的流動通道,寬度15mm,厚度5mm。(15x6)
  
  ④T型密封膠條的位置,寬度15mm,厚度3mm。(15x4)
  
  ⑤T型密封膠條槽,尺寸10.7mm×5mm。(8x5)
  
  ⑥氣隙的空間,寬度10cm,厚度4mm,分成兩層鋪覆,第一層同樣要留出0.5mm的間隙,后一層整體鋪覆上。
  
  ⑦外側密封膠條位置,尺寸2.5cm×10mm。
  
  ⑧在②③④上鋪覆一層1mm的蠟片。
  
  裙邊蠟片鋪覆完成以后,需要用黏土來圓滑邊角。
  
  6.上模的制作
  
  在鋪設完蠟片開始制作陽模,開始之需要把產品部分與氣隙的真空接口的位置設置好。具體步驟如下:
  
  ①  在蠟片上噴涂PVA脫模劑。操作如前文所示。
  
  ②  膠衣的噴涂。要求膠衣為乙烯基透明膠衣。
  
  結構層的設計如下:1層表面氈(30g/m2)+1層450 g/m2短切氈+3層450 g/m2短切氈+3層450 g/m2短切氈在局部模具容易產生變形的部位需要用輕木進行三明治的夾芯結構增強。輕木后再加兩層450 g/m2短切氈。
  
  ③在操作過程中,膠衣噴涂完成以后就把所有的真空接口和注射口放置到位。在第二層膠衣固化開始時,對產品和裙邊蠟片部分抽真空,真空度很小(約0.5inHg),隨著積層的逐漸增厚,需要不斷的加大真空度,以此來保證上模在固化收縮時不離開蠟片表面,同時可以讓模具的邊角部分的蠟片帖服性更加好,從而可以很好的保持產品尺寸的均一性。上模所用的樹脂全部為9100-700乙烯基樹脂。操作方法與前文所述相同。
  
  7.后期處理
  
  到此,我們模具的糊制過程就完成了。
  
  由于模具在制作過程中樹脂固化不完全,如果馬上投入生產,會嚴重的影響到模具的質量和壽命。因此要進行模具的后固化處理。
  
  方法如下:在高于模具使用溫度40-50℃的溫度下進行熱處理,一般以60-80℃為參考溫度,固化3小時來消除模具的內應力以及提高樹脂的固化度,使得模具達到最佳的性能。后固化處理完以后如果時間上充裕可以將模具放置一周以后脫模并處理再投入生產。
  
  完成模具的后固化就可以脫模進行后處理:
  
  ⑴脫開模具,去除蠟片。
  
  ⑵去除蠟片以后用潔模劑(Mold ClanerCN)清洗模具。注意操作時需要戴上手套。清洗三遍以后可以開始水磨。
  
  ⑶選用600-1000目的砂紙,根據產品要求打磨模具。注意:打磨的時候一定要用上襯墊,這樣才能達到預期的精修效果。襯墊一般用膠合板、木板、橡膠板等,根據作業需要適當制作。
  
  ⑷模具表面打磨到1000目以后開始拋光處理。用棉布蘸取Aqua-Buff 1000w拋光膏用點涂的方式涂于模具表面,并用水潤濕。緊接著用一個干凈、潮濕的羊毛輪進行研磨拋光。在拋光過程中,拋光膏可能變干,可以向其表面噴水霧使其重新濕潤后繼續往下。當研磨拋光到適當程度,用水洗干凈模具,并換新的羊毛輪使用Aqua-Buff2000進行拋光,操作與1000w類似,拋光完畢以后模具可達到鏡面效果。為了達到最好的效果,建議羊毛盤的轉速不低于2500轉/分。拋光完成以后把模具表面清洗干凈,自然晾干。
  
  ⑸模具打磨拋光完成以后,就可以把內外兩道密封膠條粘接到位,以及安裝上真空接口,準備試模。
  
  8.試模
  
  過程如下:
  
  ⑴試模前一定要保證脫膜劑的完整涂覆,并要做脫模實驗。
  
  ⑵根據產品的形狀剪裁氈,一般有針織短切氈與復合氈。所鋪覆的層數由產品厚度來決定。局部不伏帖的位置可以用3M膠來固定纖維。
  
  ⑶合上模具,對模具裙邊施加一級真空(真空度為667毫米汞柱),使得上下模緊密結合,其結合壓力可以達到1350公斤/每米(沿裙邊),因而無需任何夾持工具,內外兩道密封起氣密作用。
  
  ⑷通過位于模具邊緣的注射口注射樹脂,樹脂首先沿外圍樹脂通道流動,然后從外圍向模具中心流動,依次浸潤增強材料,這時可以施加二級真空(真空度為376毫米汞柱),以降低模具的內壓,有利于樹脂的快速流動。
  
  ⑸待產品固化以后脫模,查看整個模具以及產品的情況。需要時進行調整直到滿意為止。至此,我們整個模具的制作就完成了。
  
  圖片
  
  RTM制品常見的缺陷及解決辦法
  
  RTM工藝可以生產高性能、尺寸較大、高綜合度、批量中等的產品。產品數量在1500-40000件,適于RTM工藝。因此,RTM是一種很有前途的成型工藝。目前,RTM工藝已廣泛應用于建筑、交通、電訊、衛生、航空航天等領域。由于該工藝較年青,技術上有一定難度,產品經常出現一些缺陷,本文就RTM制品常見缺陷進行分析,以供參考。
  
  1、產品表面局部粗糙無光澤
  
  RTM產品產生這種現象的主要原因是產品輕度粘模。用手在模具上觸摸,當觸摸到這些部位時,手感極其粗糙。通常產品生產一段時間后,就會出現這樣的問題,這時需要及時清洗模具。首先用水砂紙打磨模具上粗糙的部位,然后用棉絲蘸丙酮擦凈整個模具,最后給模具涂覆脫模劑。
  
  2、膠衣起皺
  
  膠衣起皺的主要原因是在澆注樹脂之前,膠衣樹脂固化不完全,澆注樹脂中的苯乙烯單體溶脹膠衣樹脂,產生皺紋。因此噴涂膠衣時要注意以下幾個方面:
  
  (1)膠衣層厚度,通常為0.3-0.5mm或400-500g/㎡,需要時可增加其厚度;
  
  (2)檢查促進劑、固化劑的加入量和混合比例,促進劑和固化劑用量一定要加足;
  
  (3)待膠衣完全固化后再澆注樹脂。
  
  3、漏膠
  
  漏膠的主要原因是模具合模后不嚴密或密封墊不嚴密。合模前應檢查密封圈是否完好,有無裂縫等,發現問題要及時更換。合模時,模具要壓緊密封墊,澆注時一旦發現漏膠應立即緊固漏膠部位周圍的螺栓。
  
  4、氣泡
  
  從理論上分析,產生氣泡的原因有四種:
  
  (1)模腔內樹脂固化反應放熱過高,固化時間過短,因而模腔中的氣體沒有完全排出;
  
  (2)樹脂注入模腔時帶入空氣過多,灌注時間內無法全部排出,甚至氣泡一直居于模腔頂部,從上而下的樹脂不能將其攜帶出去;
  
  (3)樹脂粘度過大,氣泡在灌注時間內不能全部從產品中溢出。而且由于樹脂粘度大,流動緩慢,甚至可能剛將氣泡攜至產品側面中部區(產品較高時),從而脫模后的產品含氣泡(或坑狀缺膠)較多;
  
  (4)樹脂注入模腔的壓力過大,致使氣泡包容在樹脂中,難以排出。
  
  對應的解決辦法為:
  
  (1)適當調低灌注用樹脂固化劑用量;
  
  (2)模具上設計排氣口;
  
  (3)測試樹脂25℃下的粘度,通常RTM用樹脂粘度為0.5-1.5PaS。若樹脂粘度沒有超標,就應考慮環境溫度是否過低,如果溫度過低可在樹脂灌注前適當預熱達一恒溫,但溫度選擇要恰當,樹脂粘度過低將會影響產品的力學性能;
  
  (4)降低樹脂注射壓力,增加樹脂注射量,從而降低樹脂在模腔的流速,增加滲流量。
  
  5、制品出現干斑
  
  RTM工藝產品內部出現干斑主要是玻纖浸潤不夠。如果同期產品中個別產品的某個部位出現干斑,也可能是玻纖布被污染造成。通常制品內部出現干斑也與樹脂粘度有關,所以應首先分析和調節粘度;查看模具流道是否太長和太窄,及時改進模具,改進給料管,增加給料點。
  
  6、皺褶
  
  皺褶也是許多RTM產品經常遇到的問題。皺褶與起皺不同,皺褶是由于布層起皺,脫模后產品外觀可清晰看見布褶,但布褶間被樹脂填滿。
  
  皺褶產生的主要原因是:
  
  (1)合模時,由于模具對布層的擠壓而產生皺褶;
  
  (2)樹脂在模具中流動時將布沖擠變形而產生皺褶。
  
  因此,生產RTM工藝產品要注意合模操作方法及布層厚度。合模操作的不當或布層過厚都易引起皺褶現象;換用耐沖刷性好的玻纖布、預成型坯件或針織復合氈,降低注射壓力,從而降低樹脂對布層的沖力。
  
  7、裂紋
  
  國內RTM工藝與國外相比,仍存在一定的差距。國內RTM工藝產品的纖維含量較低(一般約50%),而且由于該工藝的技術不成熟,部分制品的纖維含量分布不均勻,導致纖維含量過低的部分易出現裂紋。
  
  從理論上分析,裂紋產生的原因有兩種:
  
  (1)制品在模腔內固化不完全,甚至經后固化處理后,制品內部仍在緩慢固化,而且樹脂的固化收縮率又較大,這樣在制品中纖維含量低的部位,承力載體強度不夠,由于固化內應力的作用,制品表面形成裂紋;
  
  (2)制品本身固化已完全,但由于運輸過程中溫差變化大,熱脹冷縮,產生內應力較大,在制品纖維含量最低的薄弱部位產生裂紋。
  
  因此應根據工藝實際情況調整工藝參數,提高纖維含量和纖維分布的均勻性。同時要注意RTM工藝用樹脂的固化收縮率,樹脂固化收縮率大,不僅影響產品表面效果,還會因固化收縮產生的內應力增加脫模難度。這時應使用低收縮添加劑,或用混合型樹脂體系降低樹脂的固化收縮率。

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閱讀上文 >> 國內首次高壓力多管材純氫試驗獲得成功
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