專利名稱：一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法及所用的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹脂傳遞模塑的方法及所用的設(shè)備。
背景技術(shù)：
樹脂傳遞模塑(RTM)作為一種先進(jìn)的復(fù)合材料成型工藝，以其成本低、 成型速度快、產(chǎn)品質(zhì)量好、對(duì)環(huán)境污染小的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)的工藝形式在國(guó)內(nèi)外 受到廣泛關(guān)注。
RTM是一種制造大型、復(fù)雜形狀復(fù)合材料構(gòu)件非常有效的工藝方法，其 中樹脂的浸漬、流動(dòng)和充模過程對(duì)RTM工藝成型復(fù)合材料性能的影響特別 重要。因此，RTM工藝對(duì)樹脂粘度有苛刻的要求，要求樹脂粘度范圍是 0.1 1Pa-s， 一般為0.12 0.5Pa，s，真空模塑最好低于0.2Pa's。樹脂體系粘度低 可以使樹脂以較小的流動(dòng)阻力而快速充滿模具的所有空間，有利于樹脂浸潤(rùn)。 而粘度太高就會(huì)導(dǎo)致較大的注入壓力甚至不可能浸透纖維預(yù)制體，從而形成 大量的空隙和未被浸漬區(qū)域，影響RTM的成品性能。因此，適當(dāng)?shù)慕档蜆?脂體系的粘度對(duì)RTM成品質(zhì)量有著重要的作用。
針對(duì)樹脂體系粘度高，導(dǎo)致樹脂對(duì)纖維浸潤(rùn)性差而使RTM成品性能不 穩(wěn)定的問題，研究人員在RTM成型工藝方法和設(shè)備上分別進(jìn)行了大量的研 究。目前降低樹脂體系粘度的工藝方法多數(shù)采用加熱的方式，但是加熱處理 設(shè)備復(fù)雜，保溫要求高，在線配套性差，對(duì)能源消耗大；并容易使樹脂體系 受熱不均、導(dǎo)致樹脂粘度不均勻，影響樹脂的浸潤(rùn)效果，RTM成品性能改善 效果不大。針對(duì)設(shè)備的改進(jìn)，研究人員大多是對(duì)模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，或者 在模具底部添加超聲裝置，同時(shí)對(duì)模具內(nèi)的纖維基體和樹脂進(jìn)行處理。利用 超聲裝置產(chǎn)生的超聲波對(duì)模具中的纖維和樹脂進(jìn)行處理，所得成品復(fù)合材料 的性能雖好，但在樹脂體系粘度處理的問題上未作出實(shí)質(zhì)性的明顯的改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有RTM工藝中由于樹脂體系粘度高，其與纖維，導(dǎo)致RTM成品性能差，以及現(xiàn)有RTM設(shè)備中沒有直接且僅
針對(duì)樹脂體系進(jìn)行超聲處理的問題，本發(fā)明提供了一種超聲處理樹脂傳遞模塑
的方法及所用的設(shè)備。
本發(fā)明中一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法是在樹脂傳遞模塑工藝過程 中持續(xù)對(duì)輸膠管線中的樹脂進(jìn)行超聲處理，所述的超聲波功率為20 220W，頻 率為20 100kHz。本發(fā)明的方法所用的超聲處理樹脂傳遞模塑的設(shè)備，它由儲(chǔ) 氣罐、裝有閥的輸氣管、儲(chǔ)膠罐、輸膠管線、超聲作用接頭、模具、集膠罐、 真空泵和超聲裝置，以及連接在以上各部件之間的管線組成，本發(fā)明中超聲裝 置與輸膠管線通過超聲作用接頭連接。
本發(fā)明中超聲處理樹脂傳遞模塑的方法采用超聲裝置所產(chǎn)生的超聲波對(duì) 輸膠管線中的樹脂進(jìn)行處理，達(dá)到了降低樹脂粘度，提高樹脂浸潤(rùn)效果的目的。
本發(fā)明的原理樹脂中的微氣泡(空化核)在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，表現(xiàn)為氣泡
的迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生的沖擊波引起樹脂分子的高速 運(yùn)動(dòng)，給樹脂分子提供巨大的能量，使樹脂分子有更多的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，促
進(jìn)樹脂流動(dòng)，從而降低樹脂粘度，提高樹脂浸潤(rùn)效果；樹脂中的超聲波被樹脂 吸收，也就是樹脂吸收了能量，同時(shí)，由于超聲的振動(dòng)，使樹脂中的分子鏈產(chǎn) 生強(qiáng)烈的高頻振蕩，分子鏈相互摩擦而發(fā)熱，使樹脂溫度上升，從而樹脂粘度 降低，樹脂浸潤(rùn)效果提高。本發(fā)明可以對(duì)適用于傳統(tǒng)RTM工藝的所有樹脂體系 進(jìn)行處理。本發(fā)明中超聲處理樹脂傳遞模塑的設(shè)備，超聲裝置通過超聲作用接 頭直接且僅針對(duì)輸膠管線中的樹脂進(jìn)行處理，操作簡(jiǎn)單易行，對(duì)樹脂粘度的處 理效果明顯，處理后的樹脂粘度均勻，使得RTM成品性能提高。在碳纖維平板 織物和聚芳基乙炔體系中，采用本發(fā)明一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法及所 用的設(shè)備，在RTM工藝過程中經(jīng)超聲功率為120W和超聲頻率為50kHz的持續(xù) 超聲作用后，聚芳基乙炔樹脂體系粘度降低44.4%，碳纖維三維織物/聚芳基 乙炔復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度提高19.6%，線性燒蝕降低10%以上。對(duì)輸膠管線中的 樹脂進(jìn)行超聲處理后，樹脂的粘度降低，浸潤(rùn)效果提高，RTM成品性能提高。
圖1是本發(fā)明超聲處理樹脂傳遞模塑設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，是在樹脂傳遞模塑工藝過程中持續(xù)對(duì)輸膠管線中的樹脂進(jìn)行超聲處理，所述的超
聲波功率為20~220W，超聲波頻率為20 100kHz。
本實(shí)施方式中，樹脂體系經(jīng)超聲處理后，樹脂粘度降低44.4%， RTM成品的彎曲強(qiáng)度提高19.6%，線性燒灼降低10%以上，RTM成品的性能提高。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是超聲波功率為60 180W。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是超聲波功率為100~150W。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是超聲波功率為120W。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是超聲波頻
率為30 80kHz。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是超聲波頻
率為40 60kHz。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是超聲波頻
率為50kHz。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式一種用于具體實(shí)施方式
一所述的方法的超
聲處理樹脂傳遞模塑的設(shè)備，它由儲(chǔ)氣罐(1)、裝有閥(2-1)的輸氣管(2)、儲(chǔ)膠罐(3)、輸膠管線(4)、超聲作用接頭(5)、模具(6)、集膠罐(7)、真空泵(8)和超聲裝置(9)，以及連接以上各部件之間的管線(10)組成，本發(fā)明中超聲裝置(9)與輸膠管線(4)通過超聲作用接頭(5)連接。
本實(shí)施方式中超聲處理樹脂傳遞模塑設(shè)備的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。超聲裝置(9)產(chǎn)生的超聲波通過超聲作用接頭(5)對(duì)輸膠管線(4)中的樹脂進(jìn)行超聲處理，操作簡(jiǎn)單易行，對(duì)樹脂粘度的處理效果明顯，樹脂粘度降低44.4%，RTM成品的彎曲強(qiáng)度提高19.6%，線性燒灼降低10%以上，RTM成品的性能提高。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八不同的是超聲作用接頭(5)通過螺紋連接固定于輸膠管線(4)上。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十..本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八不同的是超聲裝置(9)位于超聲作用接頭(5)的上方、下方或側(cè)面。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十一..本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八、九或十不同的是超
聲裝置(9)是由中船重工七院七二六所生產(chǎn)的型號(hào)為CQBF-200的超聲波粉碎機(jī)。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
八、九或十相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
一、二或五的方法，具體實(shí)施方式
八、九或十的設(shè)備生產(chǎn)碳纖維/聚酰胺復(fù)合材料、碳纖維/聚芳基乙炔復(fù)合材料、玻璃纖維/聚酰胺復(fù)合材料，玻璃纖維/聚芳基乙炔復(fù)合材料或碳纖維/不飽和聚酯復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式以制備碳纖維三維織物/聚芳基乙炔復(fù)合材料為例來驗(yàn)證本發(fā)明的效果，采用具體實(shí)施方式
八、九或十的設(shè)備，在樹脂傳遞模塑工藝過程中持續(xù)對(duì)輸膠管線(4)中的樹脂進(jìn)行超聲處理，具體實(shí)
施參數(shù)為超聲波功率為120W，超聲波頻率為50kHz。
本實(shí)施方式中聚芳基乙炔樹脂體系的粘度降低44.4%，碳纖維三維織物/聚芳基乙炔復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度提高19.6%，線性燒蝕降低10%以上。
權(quán)利要求
1、一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其特征在于超聲處理樹脂傳遞模塑的方法在樹脂傳遞模塑工藝過程中持續(xù)對(duì)輸膠管線(4)中的樹脂進(jìn)行超聲處理，所述的超聲波功率為20～220W，超聲波頻率為20～100kHz。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其特征 在于超聲波功率為60~180W。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其特征 在于超聲波的功率為100~150W。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其特征 在于超聲波的功率為120W。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其 特征在于超聲波的頻率為30~80kHz。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其 特征在于超聲波的頻率為40 60kHz。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法，其 特征在于超聲波的頻率為50kHz。
8、 權(quán)利要求1的方法所用的超聲處理樹脂傳遞模塑的設(shè)備，它由儲(chǔ)氣罐 (1)、裝有閥(2-1)的輸氣管(2)、儲(chǔ)膠罐(3)、輸膠管線(4)、超聲作用接頭(5)、模具(6)、集膠罐(7)、真空泵(8)和超聲裝置(9)，以及連接 以上各部件之間的管線(10)組成，其特征在于超聲裝置(9)與輸膠管線(4) 通過超聲作用接頭(5)連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的設(shè)備，其特征在 于超聲作用接頭(5)通過螺紋連接固定在輸膠管線(4)上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種超聲處理樹脂傳遞模塑的設(shè)備，其特征 在于超聲裝置(9)位于超聲作用接頭(5)的上方、下方或側(cè)面。
全文摘要
一種超聲處理樹脂傳遞模塑的方法及所用的設(shè)備，它涉及一種樹脂傳遞模塑的方法及所用的設(shè)備。本發(fā)明解決了現(xiàn)有RTM工藝中由于樹脂體系粘度高，其與纖維基體浸潤(rùn)效果差，導(dǎo)致RTM成品性能差，以及現(xiàn)有RTM設(shè)備中沒有直接且僅針對(duì)樹脂體系進(jìn)行超聲處理的問題。本發(fā)明的方法是在樹脂傳遞模塑工藝中對(duì)輸膠管線中的樹脂進(jìn)行超聲處理。本發(fā)明的方法所用的設(shè)備，它由儲(chǔ)氣罐、裝有閥的輸氣管、儲(chǔ)膠罐、輸膠管線、超聲作用接頭、模具、集膠罐、真空泵和超聲裝置，以及連接以上各部件之間的管線組成，本發(fā)明中超聲裝置與輸膠管線通過超聲作用接頭連接。本發(fā)明可以對(duì)適用于傳統(tǒng)RTM工藝的所有樹脂體系進(jìn)行處理，樹脂體系粘度能降低44.4％，RTM成品彎曲強(qiáng)度提高19.6％。
文檔編號(hào)B29C70/48GK101549560SQ20091007205
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者麗 劉, 姜再興, 黃玉東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)