Het harsoverdrachtgietproces (RTM) is een typisch vloeibaar gietproces voor met vezels versterkte composietmaterialen op basis van hars, dat voornamelijk bestaat uit:
(1) Ontwerp vezelvoorvormen volgens de vorm en mechanische prestatie-eisen van de vereiste componenten;
(2) Leg de vooraf ontworpen vezelvoorvorm in de mal, sluit de mal en druk deze samen om de overeenkomstige volumefractie van de vezelvoorvorm te verkrijgen;
(3) Injecteer onder gespecialiseerde injectieapparatuur hars in de mal bij een bepaalde druk en temperatuur om lucht te verwijderen en dompel deze onder in de vezelvoorvorm;
(4) Nadat de vezelvoorvorm volledig in hars is ondergedompeld, wordt de uithardingsreactie bij een bepaalde temperatuur uitgevoerd totdat de uithardingsreactie is voltooid en wordt het eindproduct eruit gehaald.
De harsoverdrachtsdruk is de belangrijkste parameter die moet worden gecontroleerd in het RTM-proces.Deze druk wordt gebruikt om de weerstand te overwinnen die wordt ondervonden tijdens het injecteren in de vormholte en het onderdompelen van het versterkingsmateriaal.De tijd die de hars nodig heeft om de overdracht te voltooien, hangt samen met de systeemdruk en -temperatuur, en een korte tijd kan de productie-efficiëntie verbeteren.Maar als de harsstroomsnelheid te hoog is, kan de lijm niet op tijd in het versterkingsmateriaal doordringen en kunnen er ongelukken gebeuren als gevolg van een toename van de systeemdruk.Daarom is het over het algemeen vereist dat het harsvloeistofniveau dat de mal binnenkomt tijdens het overdrachtsproces niet sneller stijgt dan 25 mm/min.Bewaak het harsoverdrachtsproces door de afvoerpoort te observeren.Meestal wordt aangenomen dat het overdrachtsproces is voltooid wanneer alle observatiepoorten op de mal overlopen van lijm en geen luchtbellen meer vrijgeven, en de werkelijke hoeveelheid toegevoegde hars in principe hetzelfde is als de verwachte hoeveelheid toegevoegde hars.Daarom moet de instelling van de uitlaatopeningen zorgvuldig worden overwogen.
Hars selectie
De keuze van het harssysteem is de sleutel tot het RTM-proces.De optimale viscositeit is 0,025-0,03 Pa • s wanneer de hars vrijkomt in de vormholte en snel in de vezels infiltreert.Polyesterhars heeft een lage viscositeit en kan worden voltooid door koude injectie bij kamertemperatuur.Vanwege de verschillende prestatie-eisen van het product zullen er echter verschillende soorten harsen worden geselecteerd en zal hun viscositeit niet hetzelfde zijn.Daarom moeten de afmetingen van de pijpleiding en de injectiekop zo worden ontworpen dat ze voldoen aan de stroomvereisten van geschikte speciale componenten.De harsen die geschikt zijn voor het RTM-proces omvatten polyesterhars, epoxyhars, fenolhars, polyimidehars, enz.
Selectie van versterkingsmaterialen
Bij het RTM-proces kunnen versterkende materialen worden geselecteerd, zoals glasvezel, grafietvezel, koolstofvezel, siliciumcarbide en aramidevezel.Afhankelijk van de ontwerpbehoeften kunnen variëteiten worden geselecteerd, waaronder kortgeknipte vezels, unidirectionele stoffen, meerassige stoffen, weven, breien, kernmaterialen of preforms.
Vanuit het perspectief van de productprestaties hebben de via dit proces geproduceerde onderdelen een hoge vezelvolumefractie en kunnen ze worden ontworpen met lokale vezelversterking volgens de specifieke vorm van de onderdelen, wat gunstig is voor het verbeteren van de productprestaties.Vanuit het perspectief van de productiekosten is 70% van de kosten van composietcomponenten afkomstig van productiekosten.Daarom is het verlagen van de productiekosten een belangrijk probleem dat dringend moet worden opgelost bij de ontwikkeling van composietmaterialen.Vergeleken met de traditionele heetperstechnologie voor het vervaardigen van composietmaterialen op harsbasis, vereist het RTM-proces geen dure tanklichamen, waardoor de productiekosten aanzienlijk worden verlaagd.Bovendien zijn de onderdelen vervaardigd door het RTM-proces niet beperkt door de tankgrootte, en is het groottebereik van de onderdelen relatief flexibel, waardoor grote en hoogwaardige composietcomponenten kunnen worden vervaardigd.Over het geheel genomen is het RTM-proces op grote schaal toegepast en snel ontwikkeld op het gebied van de productie van composietmateriaal, en het zal ongetwijfeld het dominante proces worden in de productie van composietmateriaal.
De afgelopen jaren zijn composietmaterialenproducten in de lucht- en ruimtevaartindustrie geleidelijk verschoven van niet-dragende componenten en kleine componenten naar hoofddragende componenten en grote geïntegreerde componenten.Er is een dringende vraag naar de productie van grote en hoogwaardige composietmaterialen.Daarom zijn processen ontwikkeld zoals vacuümgeassisteerd harsoverdrachtgieten (VA-RTM) en licht harsoverdrachtgieten (L-RTM).
Vacuümondersteund harsoverdrachtgietproces VA-RTM-proces
Het vacuümgeassisteerde harsoverdrachtgietproces VA-RTM is een procestechnologie die is afgeleid van het traditionele RTM-proces.Het belangrijkste proces van dit proces is het gebruik van vacuümpompen en andere apparatuur om de binnenkant van de mal te stofzuigen waar de vezelvoorvorm zich bevindt, zodat de hars onder invloed van vacuüm-negatieve druk in de mal wordt geïnjecteerd, waardoor het infiltratieproces wordt bereikt van de vezelvoorvorm, en uiteindelijk het stollen en vormen in de mal om de vereiste vorm en vezelvolumefractie van de composietmateriaaldelen te verkrijgen.
Vergeleken met de traditionele RTM-technologie maakt de VA-RTM-technologie gebruik van vacuümpompen in de mal, waardoor de injectiedruk in de mal kan worden verlaagd en de vervorming van de mal en de vezelvoorvorm aanzienlijk kan worden verminderd, waardoor de prestatie-eisen van het proces voor apparatuur en mallen worden verminderd. .Het maakt het ook mogelijk dat RTM-technologie lichtere mallen gebruikt, wat gunstig is voor het verlagen van de productiekosten.Daarom is deze technologie geschikter voor het vervaardigen van grote composietonderdelen. Een composietplaat van schuimsandwich is bijvoorbeeld een van de veelgebruikte grote componenten in de lucht- en ruimtevaart.
Over het geheel genomen is het VA-RTM-proces zeer geschikt voor het vervaardigen van grote en hoogwaardige composietcomponenten voor de lucht- en ruimtevaart.Dit proces is in China echter nog steeds semi-gemechaniseerd, wat resulteert in een lage productie-efficiëntie van het product.Bovendien is het ontwerp van procesparameters grotendeels afhankelijk van ervaring, en is er nog geen intelligent ontwerp gerealiseerd, waardoor het moeilijk is om de productkwaliteit nauwkeurig te controleren.Tegelijkertijd hebben veel onderzoeken erop gewezen dat tijdens dit proces gemakkelijk drukgradiënten in de richting van de harsstroom worden gegenereerd. Vooral bij het gebruik van vacuümzakken zal er een zekere mate van drukontspanning aan de voorzijde van de harsstroom optreden, waardoor beïnvloeden de harsinfiltratie, veroorzaken de vorming van luchtbellen in het werkstuk en verminderen de mechanische eigenschappen van het product.Tegelijkertijd zal een ongelijkmatige drukverdeling een ongelijkmatige dikteverdeling van het werkstuk veroorzaken, waardoor de uiterlijke kwaliteit van het uiteindelijke werkstuk wordt beïnvloed. Dit is ook een technische uitdaging die de technologie nog moet oplossen.
Licht harsoverdrachtgietproces L-RTM-proces
Het L-RTM-proces voor lichtgewicht harstransfergieten is een nieuw type technologie ontwikkeld op basis van de traditionele VA-RTM-procestechnologie.Zoals weergegeven in de figuur is het belangrijkste kenmerk van deze procestechnologie dat de onderste mal een metalen of andere stijve mal aanneemt, en de bovenste mal een semi-stijve lichtgewicht mal.De binnenkant van de mal is ontworpen met een dubbele afdichtingsstructuur en de bovenste mal wordt extern bevestigd door middel van vacuüm, terwijl de binnenkant vacuüm gebruikt om hars in te brengen.Door het gebruik van een halfstijve mal in de bovenste mal van dit proces, en de vacuümtoestand in de mal, worden de druk in de mal en de vervaardigingskosten van de mal zelf aanzienlijk verlaagd.Deze technologie kan grote composietonderdelen vervaardigen.Vergeleken met het traditionele VA-RTM-proces is de dikte van de onderdelen die door dit proces worden verkregen uniformer en is de kwaliteit van de boven- en onderoppervlakken superieur.Tegelijkertijd kan het gebruik van semi-stijve materialen in de bovenste mal worden hergebruikt. Deze technologie vermijdt de verspilling van vacuümzakken in het VA-RTM-proces, waardoor het zeer geschikt is voor de productie van composietonderdelen voor de lucht- en ruimtevaart met hoge eisen aan de oppervlaktekwaliteit.
In het eigenlijke productieproces zijn er echter nog steeds bepaalde technische problemen bij dit proces:
(1) Vanwege het gebruik van halfstijve materialen in de bovenste mal kan onvoldoende stijfheid van het materiaal gemakkelijk leiden tot instorting tijdens het vacuümvaste malproces, wat resulteert in een ongelijkmatige dikte van het werkstuk en de oppervlaktekwaliteit ervan aantast.Tegelijkertijd heeft de stijfheid van de matrijs ook invloed op de levensduur van de matrijs zelf.Het kiezen van een geschikt halfstijf materiaal als mal voor L-RTM is een van de technische problemen bij de toepassing van dit proces.
(2) Door het gebruik van vacuümpompen in de matrijs met L-RTM-procestechnologie speelt de afdichting van de matrijs een cruciale rol in het soepele verloop van het proces.Onvoldoende afdichting kan onvoldoende harsinfiltratie in het werkstuk veroorzaken, waardoor de prestaties ervan worden beïnvloed.Daarom is de vormafdichtingstechnologie een van de technische problemen bij de toepassing van dit proces.
(3) De hars die in het L-RTM-proces wordt gebruikt, moet tijdens het vulproces een lage viscositeit behouden om de injectiedruk te verminderen en de levensduur van de mal te verbeteren.Het ontwikkelen van een geschikte harsmatrix is een van de technische problemen bij de toepassing van dit proces.
(4) Bij het L-RTM-proces is het meestal nodig om stromingskanalen op de mal te ontwerpen om een uniforme harsstroom te bevorderen.Als het ontwerp van het stroomkanaal niet redelijk is, kan dit defecten zoals droge plekken en rijk vet in de onderdelen veroorzaken, waardoor de uiteindelijke kwaliteit van de onderdelen ernstig wordt aangetast.Vooral voor complexe driedimensionale onderdelen is het redelijk ontwerpen van het stromingskanaal van de mal ook een van de technische problemen bij de toepassing van dit proces.
Posttijd: 18 januari 2024
