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RTM工艺简介及RTM模具制作过程

时间:2018年09月26日来源:本站原创作者:jzfrp点击:

RTM工艺简介:

RTM是在模腔中铺放设计好的增强材料预成型体,在压力或真空或两者共同的作用下将低粘度的树脂注入模腔,树脂在流动充模的过程中完成对增强材料预成型体的浸润,并固化成型而得到复合材料构件的工艺方法,是一种先进复合材料低成本制备技术,广受瞩目。
 
日本强化塑料协会将RTM工艺和拉挤工艺一起,推荐为两大最有发展前途的工艺,欧美很多公司投入巨资用于研究开发RTM工艺,其中仅欧共体投资的开发RTM工艺技术和应用项目就耗资290万欧元,美国设置了专科学校,用于培训RTM专业人才。

 RTM工艺特点:

RTM分增强材料的预铺层和树脂注射两个步骤;
闭模成型工艺;增强材料与树脂的浸润由带压树脂在密闭模腔中快速流动来完成,而非手糊和喷射工艺中的手工浸润,又非预浸料工艺和SMC工艺中的昂贵机械化浸润,是一种低成本、高质量的半机械化纤维/树脂浸润方法。
低压注射技术(注射压力小于0.4MPa);

可制备大尺寸、复杂外形、两面光滑的整体结构

材料的选择

模具的质量怎样,材料选择是一个关键,根据RTM成型工艺的特点,进行材料的选择。

 (1)胶衣层:RTM成型放热较高,4mm厚的产品放热一般能达到120℃以上。这就要求胶衣树脂具有耐热冲击性能,光泽和耐热性能。本次工艺选用乙烯基模具胶衣,它的热变形温度160-172℃,有良好的力学性能。

(2)表面层:主要考虑耐热和耐裂性,采用30g/㎡表面毡和300g/㎡无碱短切毡作增强材料,树脂选用双酚A环氧基乙烯酯树脂。该树脂持续耐高温性好,收缩率低。

(3)增强层:重视强度和收缩性,选用的增强材料为0.4的无碱布和300g/㎡无碱短切毡作为增强材料,采用零收缩树脂树脂为基体材料。

(4)加固层:增加模具的整体刚度,便于开合模操作,采用钢框架加固的方式。

原模的制作

一直以来FRP模具的原模很多采用石膏、木材、水泥、石蜡等作为基材,采用手工制作的方法,用这些材料和制作工艺制作的母模表面很难达到A级表面,尺寸精度也无法控制、制作程序复杂、周期长、容易产生缺陷,平整度较差,只适合那些精度要求较低、表面质量要求不高的FRP模具制作。如果采用上面的方法,根本无法达到RTM模型的制作要求。

为满足RTM模型的要求,可以采用块状可加工树脂为原料通过数控加工制作。块状可加工树脂俗称代木。采用环氧树脂、ABS塑料、玻璃微珠、二氧化铝、羧甲基纤维混合后搅拌均匀,二丁脂等按一定比例混合后,加热使混合物溶解成糊浆液,经过真空消泡处理后进入模具进行成型,成型后的固体经过加热形成固化物。代木具有热塑性好、稳定性强、机械加工性能好等优点。

以代木为材料制作模型时,首先应根据产品的设计要求,利用三维绘图软件如Pro/eUGCATIA,绘制出产品的三维模型。在产品进行三维数模设计时,为保证产品精度,应根据选用树脂的收缩率留放一定的余量。然后通过数控加工将原模加工出来,原模一般加工为产品实样,产品尺寸和厚度都要达到设计要求。这样制作时就省去了制作模腔的步骤,使产品的尺寸和厚度精度大大提高。

模具的制作

材料选择和原模制作为成功的制作一个RTM模具提供了前提。不过也不能忽略对制作过程的控制。原模通过数控加工,尺寸精度达到了要求,但加工的刀痕还是对模具表面有很大的影响。需要通过精修打磨,经过细微打磨抛光使模型达到A级表面要求。

首先开始第一片模具胶衣层的制作,对于胶衣层为了获得一个好的表面效果,胶衣层需要采用喷涂的方法进行制作。喷涂胶衣时,一般胶衣用量为1000g/㎡,分3次进行喷涂,第一层胶衣用量为200g/㎡,颜色区别于后两次,后两次胶衣用量为400g/㎡。胶衣喷枪气流要均匀,胶液成雾状,均匀喷涂在模型表面。待其最后一次喷涂胶液凝胶后,便进行表面层的铺放。表面层制作是有一层30g/㎡的表面毡和4300g/㎡短切毡组成。表面毡应铺覆平整不能有搭接和和褶皱,对于棱角处要特别小心,用刷子角进行充分的按压,赶走气泡。待表面层固化后需要进行挑气泡的工作,将气泡扎破然后用砂纸打磨去毛刺并用丙酮擦拭,接着就可以进行下面糊制了。4300g/㎡短切毡组成分2次糊制完成,每次糊制前都要确认前一次胶液完全固化和挑气泡工作完成。增强层的糊制可以采用布和毡交替,4层固化一次的方式进行糊制。糊制铺覆一定要平整,接缝应互相错开,不要在棱角处搭接,要严格控制每层树脂胶液的用量,要既能充分浸润纤维,又不能过多。糊制到设计厚度就可以进行加固钢框架的糊制了,钢框架与模具不能有间隙,最好能够现场制作,糊制前钢框架需要经过处理消除焊接应力。第一片模具固化24小时后,就可以进行脱模了。脱模时一定要小心不要让原模离模。如果发现离模可以用抽真空的方法让原模与第一片模具重新贴合。经过简单修整,在设计位置安放注胶口和出胶口后就可以开始下片模具的制作了。制作完第二片模具后,将整个模具放入烘箱中从室温逐渐升温到75℃,后保温2小时,停止加热,逐渐冷却至室温。焊接导向后就可以进行脱模处理了。

模具的后处理

脱模后,去除多余的飞边,将模具内的小颗粒用压缩空气吹净。

打磨:400#的水砂纸经水浸泡后,包在平顺的打磨板上,来回反复打磨。直至第一层胶衣层全部被砂磨掉为止;用清水将模具洗净后;用600#水砂纸,按上述方法打磨,直至磨具表面目视看不出有粗细不均的明显划痕为止;洗净模具,用800#水砂,按上述方法打磨,直至目视模具表面上无明显划痕,手感光滑细腻为止;用清水洗净最后用1200#水砂纸按上述方法反复打磨一次。

抛光:1000#的抛光膏均匀涂在模具表面上,23分钟后用带有布轮的抛光机开始逐段来回反复进行抛光,直至目视模具表面镜面反光和无残留的砂磨表面(一般需要抛光2);清水洗净后,将2000#的抛光膏均匀涂在模具表面,23分钟后用带羊毛轮的抛光机逐段抛光,直至目视模具表面高度清晰的镜面反光为止。抛光完毕后,可以用洗衣粉水洗掉抛光膏后用清水洗净晾干。

封孔剂:待模具表面万全干燥后,用干净的布蘸取封孔剂,均匀的涂抹在模具表面,间隔2030分钟后再涂一遍。

脱模剂:采用高效液体脱模剂,用干净的纯棉纱布浸满脱模剂,但不要滴落。擦拭一层光滑涂层,涂湿、涂遍,等待2030秒后,用另一块棉布擦掉多余的脱模剂,但不要太用力,以手掌自重压向模具便可。这样重复操作6次每次间隔2030分钟。

RTM模具的整个制作过程中可以看出,原模设计与制作为整个模具的制作打下基础,由于新的原型制作技术的采用使原型的制作具有了快速、高精度、工艺简捷、操作简便、省去模腔制作等优点,既缩短了工期,满足了现代企业快速响应市场需求的发展趋势。加上材料选择和模具制作的控制,使RTM成型工艺应用将越来越广。

 

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