复合材料制备技术讲义(8)－RTM成型实例.ppt

复合材料成型与加工技术 曾竟成教授杜刚讲师 第8章rtm制备工艺 8 1rtm制备技术简介 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 8 2rtm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 rtm smc 手糊成型的经济及技术特点的比较 传统rtm 8 3rtm制备技术之衍化 无飞边rtm 多嵌入面模rtm mitrtm 真空辅助rtm vartm 真空模 轻rtm vmrtmlight vmpc传感器 零注射压力rtm ziprtm 热膨胀rtm 软模辅助rtm 8 4rtm用原材料 1 树脂基体 低粘度 满足注射要求 up 乙烯基酯树脂 ep bmi 2 增强材料 长纤维或织物 玻璃纤维 碳纤维 碳化硅纤维 kevlar纤维 8 5rtm用设备 1 树脂注射机 购买 2 成型模具 制备 组合对模 注射口 排气孔 密封 8 6rtm工艺过程 8 7rtm充模流动模拟rtm工艺过程包括树脂充模流动 热传递和固化反应 后二者是其它成型工艺所共有 重点是充模过程 树脂的流动与压力 树脂的粘度 表面张力 纤维的表面处理 排列方向 注胶口的位置 环境温度等诸多因素有关 树脂在模具内的流动性决定制品质量的优劣 工艺周期的长短 rtm充模流动模拟采用darcy渗透模型 有一维 二维 三维三种类型 实例rtm一维流动试验模拟 1 任务目的通过rtm注射成型的一维流动模拟试验 研究分析流体类型 粘度 注射压力以及增强材料种类 织物形态 叠层孔隙率等对注射时流体浸润增强材料的速度 用渗透率k表征 的影响 2 主要内容当其它影响参数相同或相近时 研究分析 1 流体注射压力对增强材料的k的影响 2 流体注射粘度对增强材料的k的影响 3 注射流体种类对增强材料的k的影响 4 增强材料形态对增强材料的k的影响 5 增强材料孔隙率对增强材料的k的影响 6 增强材料种类对增强材料的k的影响 3 一维流动基本理论 符号含义 体积流量 流体粘度 p 流体压力 k 渗透率系数 各向异性多孔介质中流体渗流的数学表达式 darcy定律 为 1 注射压力p p0恒定时 树脂流动前峰在模腔内一点与所需时间表达式可表示为 2 注射流量q q0恒定时 树脂流动前峰在模腔内一点与所需时间表达式可表示为 符号含义 xf 树脂流动前峰距起始点x0间距离 m tf 树脂流动前峰到xf点时所需要的时间 s 增强材料的孔隙率 树脂粘度 pa s k 增强材料的渗透率 m2 p 注射压力 pa a 模腔的横截面积 m2 q 注射流量 m3 s 4 试验方案 5 rtm一维充模试验模具设计与制备 横截面 rtm一维充模模具设计结构尺寸图 纵截面 6 试验装置 7 试验结果 1 注射压力对增强材料的k的影响 结论 在其它影响因素相近的情况下 增大注射压力对增强材料的渗透率k基本上无影响 注射压力对流体充模时间的影响 2 相同注射流体时 增强材料的孔隙率 对增强材料的k影响 结论 在其它影响因素相近的情况下 随着增强材料的孔隙率增大 k值是增大的 表明增强材料的孔隙率对增强材料的渗透率有很大的影响 增强材料的渗透率与增强材料的孔隙率的关系 增强材料孔隙率对流体充模时间的影响 3 同一流体 注射粘度对增强材料的k影响 结论 流体的粘度对增强材料的渗透率有一定影响 注射流体粘度对流体充模时间的影响 4 注射流体种类对增强材料的k影响 结论 流体的种类或流体的混合方式对增强材料的k值影响不大 可以忽略 注射流体种类对流体充模时间的影响 5 增强材料形态对增强材料的k影响 结论 增强材料的形态不同对于增强材料的渗透率有非常大的影响 增强材料的形态对流