树脂传递模塑（RTM）成型工艺实验

1.实验目的

（1）了解RTM成型工艺的技术要点、操作流程。

（2）了解RTM成型设备构造和各部分作用。

（3）完成典型产品的RTM成型工艺设计说明书，包括选择原料、配料计算、确定配方、选择工艺参数、设计模具以及操作流程等。

2.实验原理

树脂传递模塑成型（resin transfer molding，RTM），是从湿法铺层和注塑工艺中演变而来的一种新的复合材料成型工艺，是介于手糊法、喷射法和模压成型之间的一种对模成型法，RTM工艺可以生产出两面光的制品。属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺（resin injection）和压力注射工艺（pressure infection）。

RTM的基本流程是在模具（见图4-9）的型腔内预先放置增强材料（包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件），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树脂注入模具中，使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模得到成型制品（见图4-10）。对于小制件可以单点注射，大制件可以多点同时注射。其未来发展方向包括微机控制注射机组，增强材料预成型技术，降低模具成本，研发树脂快速固化体系，提高工艺稳定性和适应性等。

图4-9　RTM的模具

1—模具；2—制品；3—排气口；4—浇口；5—G形夹；6—模具或基体；7—密封物。

图4-10　RTM工艺流程

RTM工艺的优点为：①无须胶衣涂层即可制备双面光滑构件；②能制造出具有良好表面品质、高精度的复杂构件；③产品成型后只需稍微修边即可；④模具制造与材料选择的机动性强，不需庞大、复杂的成型设备就可制造复杂的大型构件，设备和模具的投资少；⑤孔隙率低（0～0.2%）；⑥纤维含量高；⑦便于使用计算机辅助设计（CAD）进行模具和产品设计；⑧易于局部增强模塑构件，可方便制造含嵌件和局部加厚构件；⑨成型过程中散发的挥发性物质很少，有利于身体健康和保护环境。RTM的缺点为：①加工双面模具的初始费用较高；②预成型坯的投资大；③对模具中的设置与工艺要求严格。

3.实验设备和原料

1）RTM成型设备

RTM成型设备主要有树脂压注机和模具。

（1）树脂压注机由树脂泵、注射枪组成。树脂泵是一组活塞式往复泵，最上端是一个空气动力泵。当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时，树脂泵使桶中树脂流经流量控制器、过滤器，定量地抽入树脂贮存器，侧向杠杆使固化剂泵运动，将固化剂定量地抽至贮存器。压缩空气充入两个贮存器，产生与泵压力相反的缓冲力，保证树脂和固化剂能稳定地流向注射枪头。注射枪口后有一个静态紊流混合器，可使树脂和固化剂在无气状态下混合均匀，然后树脂和固化剂经枪口注入模具，混合器后面设有清洗剂入口，它与一个有0.28 MPa压力的溶剂罐相连，当机器使用完后，打开开关，溶剂自动喷出，将注射枪清洗干净。

（2）RTM模具分玻璃钢模具、玻璃钢表面镀金属模具和金属模具3种。玻璃钢模具容易制造，价格较低。聚酯玻璃钢模具可使用2 000次，环氧玻璃钢模具可使用4 000次。表面镀金属的玻璃钢模具可使用10 000次以上。金属模具在RTM工艺中很少使用，一般来讲，RTM的模具费仅为片状模塑（SMC）的2%～16%。

2）树脂

因注射成型是在密闭的模具中进行，固化时不可能施加外力和排逸低分子物，故只能使用无溶剂和聚合时无低分子物析出的树脂体系。树脂须具有较低的黏度和较长的使用期，保证在凝胶前充满整个模具，常用的是不饱和聚酯树脂，一些对强度或其他性能有特殊要求的场合，则多采用加温固化的环氧树脂、乙烯基聚酯树脂或丁二烯树脂等。

3）增强材料

常用材料有无碱玻璃纤维制品、短切纤维毡、连续毡、复合毡、功能毡、无捻粗纱布、表面毡以及玻璃纤维织物等。

4）胶衣

为提高制件的耐气候性、耐水性、耐化学性，或为得到极为光洁的表面，在铺设增强材料前，须在模具表面喷射或涂刷胶衣层。

4.实验步骤

1）实验准备

（1）剪一块玻璃布并称重。

（2）清理模具上下表面及各浇口，涂脱模剂。

（3）把玻璃布放入模具中，盖上上模，拧紧螺栓。

（4）按比例在树脂中加入促进剂，然后放入供料容器中。

（5）将固化剂倒入固化剂瓶中，固化剂瓶高度至少要高于出料口5 cm。

（6）将提料管插入供料容器中，调节气压阀使材料泵缓慢运动，直到清澈的树脂从回流管流出。

（7）选择固化剂比例，拔出固化剂泵上端连接件的销子，将此端对准所选固化剂比例值的位置，插入销子，再拔下固化剂泵下端连接件上的销子，固定在与上端相同值的位置。

（8）用手上下抽动固化剂泵臂，使固化剂从回流管中流出到固化剂瓶中，连续抽动，直到无气泡且稳定地流出固化剂。

2）RTM注射

（1）将注射枪上的阀门和固化剂阀门置于注射位置。

（2）将主机控制面板上的注射回流开关置于注射位置。(www.xing528.com)

（3）设置好固化剂的位置。

（4）按住注射枪上的气动阀门，开始注射。

（5）释放注射枪上气动阀门，停止注射。

（6）清洗枪头，步骤为气净—丙酮清洗—气净。

（7）完成以上步骤后，将注射枪上的阀门置于回流的位置。

（8）需要注意的参数：①在胶衣涂布和固化的工序中，胶衣厚度一般为400～500μm；②在纤维及嵌件等铺放过程中，一般使用预成型坯；③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，对于短切纤维预成型坯，如果纤维体积含量为15%，则合模压力约为49～78 kPa。

（9）RTM注射工艺参数调控：①注胶压力。模具的压力要与模具的材料和结构相匹配，较高的压力需要高强度、高刚度的模具和较大的合模力。如果较高的注胶压力与较低的模具刚度结合，制造出的制件品质就差。②注胶速度。注胶速度取决于树脂对纤维的润湿性、树脂的表面张力及黏度，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。充模的快慢对RTM工艺制品的品质影响也不可忽略。由于树脂完全浸渍纤维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。③注胶温度。温度高会缩短树脂的工作期，温度低会使树脂黏度增大，从而导致压力升高，阻碍树脂正常渗入纤维；温度高也会使树脂表面张力降低，使纤维床中的空气受热上升而排出气泡。因此，在未大幅缩短树脂凝胶时间的前提下，为使纤维在最小的压力下充分浸润，注胶温度应尽量接近树脂黏流时的最小温度。

3）后整理

（1）确保清洗剂压力调节阀门关闭，压力表指针在最小处，将阀门旋钮逆时针转到底。

（2）慢慢拉起释放阀，小心泄掉清洗罐中的压力。

（3）当清洗罐中的压力全部泄掉后打开顶盖，倒入适量的丙酮清洗，盖上顶盖。

（4）将压力阀顺时针调节到合适范围。

（5）将注射头对准一个合适的容器，交替打开清洗罐上的空气球阀与丙酮球阀，反复清洗枪头，直到清除枪体中所有残余溶剂。

4）卸模

（1）松开螺栓。

（2）拧紧卸模螺栓，使上下模分离，取出成品板。

（3）去除多余固化树脂，称量计算树脂含量。

（4）清理模具。

5.实验结果

（1）将相关实验数据记录在表4-9中。

表4-9　RTM成型工艺数据记录及结果分析

（续表）

（2）记录实验过程中出现的现象，分析出现此类现象的原因。

（3）根据实验过程及产品品质建立实验参数与产品品质的基本构效关系，并说明改进的方法。

（4）从不同角度对喷射成型制品拍照，并将照片展示在报告中。

6.思考题

（1）RTM工艺具有哪些特点？

（2）哪些制品适合选择RTM工艺？

（3）影响RTM制品的主要参数有哪些？

（4）简述RTM仪器设备的维护须知。

（5）RTM工艺流程中希望在较低压力下完成树脂压注，RTM压注时应如何降低压力？