一種大尺寸復合材料制件整體步進rtm工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，適用于大尺寸樹脂基纖維增強復合材料制件的固化成型。該方法通過八個實施步驟，將大尺寸復合材料制件RTM模具型腔劃分為多個部分，對各個部分分步進行樹脂注射填充，進而實現(xiàn)對模具型腔整體的樹脂填充，再固化成型得到大尺寸復合材料制件成品。該方法解決了傳統(tǒng)RTM工藝在處理大尺寸復合材料制件的加工時樹脂填充不充分，容易產(chǎn)生缺陷的缺點，促進了RTM工藝在大尺寸復合材料制件成型時的應用。
【專利說明】一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，屬于材料【技術領域】

【背景技術】
[0002]復合材料樹脂傳遞模塑工藝，即Resin Transfer Moulding (簡稱RTM)工藝,是采用將增強纖維預制件放入封閉模具內(nèi)，再通過設備加壓或者真空輔助將樹脂體系(后簡稱樹脂)注入模具，浸潤纖維然后固化成型的工藝方法。該工藝方法加工效率高，制件精度高，相對其他成型工藝方法消耗能源少。因此，RTM工藝在汽車、航空和航天等領域應用越來越廣泛。
[0003]RTM模具設計時，會根據(jù)制品形狀在模具上布置一些注膠口和出膠口。傳統(tǒng)的出膠口和注膠口位置和功能固定，樹脂流動距離主要由制件尺寸決定。大尺寸復合材料制件，通常只是在一個或兩個維度方向上尺寸較大。而利用RTM工藝生產(chǎn)加工尺寸較大的制品時，若樹脂在模具型腔內(nèi)部沿大尺寸方向流動，則流動路徑長，樹脂流動受纖維織物的阻礙大，對加壓和真空輔助設備功率要求高，這導致樹脂流動困難，難以浸透整個纖維織物。若樹脂在模具內(nèi)部垂直于大尺寸方向流動，則樹脂流動前鋒尺寸大，樹脂流動難以做到均勻充分，影響制品的性能。
[0004]要運用RTM工藝方法獲得品質合格的大尺寸復合材料制件，應當構思一種方法，將上述問題予以考慮并解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，解決大尺寸復合材料制件難以通過RTM工藝整體成型的難題。
[0006]本發(fā)明的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，適用于大尺寸樹脂基纖維增強復合材料制件的固化成型，其制件增強相為玻璃纖維或碳纖維或其他高性能纖維，基體為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂或其他改性高性能熱固性樹脂。其內(nèi)容包括模具設計制造、設備配置安裝、樹脂制備、預制件鋪設、合模封閉、樹脂分步注射、加溫固化和脫模。其特征在于:模具設計時，設計在樹脂注射時樹脂在模具型腔內(nèi)主要沿制件尺寸大的維度方向流動，并沿樹脂在模具內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口，相鄰的不同組別的開口間距不宜過大；設備配置安裝時，設計閥門與樹脂流通管路，使模具上每組開口的功能都在注膠口和出膠口之間自由切換，并可根據(jù)需要隨時開啟和封閉；樹脂分布注射時，只開啟模具上部分開口，使得模具在樹脂流動路徑上存在3個相鄰開口組，沿樹脂流動的上游向下游方向，這3個組的功能分別為注膠口、封閉、出膠口，關閉其他開口，對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口工作類型，使注膠口和出膠口向下游移動一個順位，并使其他開口組處于封閉狀態(tài)，對下一區(qū)域進行樹脂注射，以此類推直至樹脂填充滿整個模具型腔內(nèi)部。
[0007]本發(fā)明一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其步驟具體包括:
[0008](I)模具設計制造:針對需要進行RTM工藝的復合材料制件預制件的特征，確定模具型腔內(nèi)進行RTM工藝時的樹脂填充動路徑，沿樹脂在模具型腔內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口，相鄰的不同組別的開口距離不超過300mm，再考慮氣密性設計，按設計制造模亙.N 9
[0009](2)設備配置安裝:購買RTM專用樹脂注射和真空輔助設備，并設計閥門與樹脂流通管路并安裝，使模具上每組開口的功能都在注膠口和出膠口之間自由切換，并可根據(jù)需要隨時開啟和封閉；
[0010](3)樹脂制備:按照產(chǎn)品對基體性能的具體要求，準備RTM工藝中所需要使用的樹脂體系；
[0011](4)預制件鋪設:在模具內(nèi)表面涂敷脫模劑，將預制件放入模具內(nèi)；
[0012](5)合模封閉:合模并對模具型腔進行密封，并檢查氣密性，保證合模后氣密性好;
[0013](6)樹脂分步注射:每次只開啟部分組別開口，從樹脂在模具內(nèi)流動的上游開始，對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口類型，對下游下一區(qū)域進行樹脂注射，以此類推直至樹脂填充滿整個模具內(nèi)部；
[0014](7)加溫固化:樹脂注射完成后封閉模具，保持模具內(nèi)壓力，根據(jù)選用的樹脂的固化溫度，加熱至樹脂固化適宜的溫度并保溫所需的時間，直至固化完成；
[0015](8)脫模:模具和制品冷卻至室溫后，將固化好的制品從模具中取出，適當修整外形。
[0016]其中，在步驟(I)中，所述的“沿樹脂在模具型腔內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口 ”，每組開口應至少與兩條管路相連，一條作為樹脂注入的通道，一條作為樹脂排出的通道，并且可以分別或同時開關各條通道。
[0017]其中，在步驟(I)中，所述的“沿樹脂在模具型腔內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口 ”，根據(jù)所需要進行RTM工藝的復合材料制件預制件的特征，沿樹脂注射時樹脂在模具內(nèi)的流動路徑上布置的多組模具開口，不同組別之間開口數(shù)量可以不同。
[0018]其中，在步驟(3)中，所述的“準備RTM工藝中所需要使用的樹脂體系”，所用的樹脂體系主要由環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂或其他改性高性能熱固性樹脂與匹配的固化劑等組分按比例混合而成，不同組分可在注射前混合，也可在注射時由注射設備混合的同時直接注入模具型腔內(nèi)部，如何實現(xiàn)以所用注射設備的功能而定。
[0019]其中，在步驟(4)中，所述的“預制件”，由玻璃纖維或碳纖維或其他高性能纖維利用編織、纏繞、機織等工藝制成。
[0020]其中，在步驟(6)中，所述的“每次只開啟部分組別開口”，表示只開啟模具上部分開口，使得模具在樹脂流動路徑上存在3個相鄰開口組，沿樹脂流動的上游向下游方向，這3個組的功能分別為注膠口、封閉、出膠口，關閉其他開口。
[0021]其中，在步驟￠)中，所述的“對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口類型，對下游下一區(qū)域進行樹脂注射”，表示開啟部分開口組，對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口工作類型，使注膠口和出膠口向樹脂填充下游移動一個順位，并使其他開口組處于封閉狀態(tài)，對下一區(qū)域進行樹脂注射。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明首先提出了一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，該方法能實現(xiàn)大尺寸復合材料制件一次性整體成型，降低了對壓力設備功率的要求，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。因此運用該方法加工的大尺寸復合材料制品，結構整體性好，工藝缺陷出現(xiàn)的可能性減小，力學性能好，使用過程中可靠性高。并且，本發(fā)明的方法具備可設計性，可以滿足不同具體形狀的大尺寸復合材料制件的生產(chǎn)要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述的工藝方法流程圖。
[0024]圖2是實施例中模具開口設置示意圖。
[0025]圖中標號說明:
[0026]I至9.分別為I至9號模具開口，10.上半模具，11.下半模具。

【具體實施方式】
[0027]下面將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028]本發(fā)明的工藝流程如圖1、2所示。為了更好的理解本發(fā)明的工藝方法，將以上工藝方法應用于常見的復合材料制件RTM工藝進行說明。
[0029]本實施例加工制造一長度為2m的三維編織復合材料T型梁，該T型梁為某無人偵察機機翼機結構件，其增強相為由T700，12K碳纖維編織的三維四向織物，基體為環(huán)氧樹脂體系。
[0030]本發(fā)明一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其【具體實施方式】包括以下步驟:
[0031]步驟一:分析梁的形狀特征，設計上下模具交界面在梁于長度方向平行的對稱面上，進行樹脂注射時，樹脂由梁的一端流向另一端。如圖2所示在，模具型腔的兩端各設置一個開口，再在兩個開口之間等分布置7個開口，即相鄰開口間距250mm，依次將這些開口編號為I至9。
[0032]步驟二:購買RTM專用樹脂注射和真空輔助設備，并設計閥門與樹脂流通管路并安裝，使模具上每個開口的功能都在注膠口和出膠口之間自由切換，并可根據(jù)需要隨時開啟和封閉。
[0033]步驟三:將環(huán)氧樹脂與固化劑以5:1的比例混合均勻，注意混合時不要混入氣泡。
[0034]步驟四:在模具內(nèi)表面涂敷脫模劑，將預先用纖維編織好的T型梁預制件放入模具內(nèi)。
[0035]步驟五:合模并對模具型腔進行密封，并檢查氣密性，保證合模后氣密性好。
[0036]步驟六:以開口 I為注膠口，以開口 3為出膠口，其余開口關閉；首先打開開口 3對模具內(nèi)部抽真空3分鐘，再打開開口 1，以I個大氣壓的壓力向模具內(nèi)注入樹脂。待出膠口有連續(xù)樹脂流出后，先關閉出膠口，然后關閉注膠口。然后以開口 2為注射口，以開口 4為出膠口，重復上述操作。每當一對出膠口和注膠口完成樹脂注射后，選擇編號加I的開口作為注膠口和出膠口，重復上述操作，直至開口 7作為注射口向模具內(nèi)填充樹脂完成后，關閉所有開口的閥門，封閉模具，此時整個模具內(nèi)都填充滿樹脂。
[0037]步驟七:將模具放入保溫箱，根據(jù)選用的環(huán)氧樹脂固化要求設置加熱溫度和保溫時間，具體溫度和時間為:從室溫加熱半小時至70攝氏度，70攝氏度保溫兩個半小時，再加熱半小時至80攝氏度，在80攝氏度保溫半小時，半小時降至室溫。
[0038]步驟八:模具和制品冷卻至室溫后，將模具從保溫箱取出，打開模具，將固化好的制品從模具中取出，適當修整外形。
【權利要求】
1.一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:它的實施步驟如下: (1)模具設計制造:針對需要進行RTM工藝的復合材料制件預制件的特征，確定模具型腔內(nèi)進行RTM工藝時的樹脂填充動路徑，沿樹脂在模具型腔內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口，相鄰的不同組別的開口距離不超過300mm，再考慮氣密性設計，按設計制造模具； (2)設備配置安裝:購買RTM專用樹脂注射和真空輔助設備，并設計閥門與樹脂流通管路并安裝，使模具上每組開口的功能都在注膠口和出膠口之間自由切換，并根據(jù)需要隨時開啟和封閉； (3)樹脂制備:按照產(chǎn)品對基體性能的具體要求，準備RTM工藝中所需要使用的樹脂體系; (4)預制件鋪設:在模具內(nèi)表面涂敷脫模劑，將預制件放入模具內(nèi)； (5)合模封閉:合模并對模具型腔進行密封，并檢查氣密性，保證合模后氣密性好； (6)樹脂分步注射:每次只開啟部分組別開口，從樹脂在模具內(nèi)流動的上游開始，對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口類型，對下游下一區(qū)域進行樹脂注射，以此類推直至樹脂填充滿整個模具內(nèi)部； (7)加溫固化:樹脂注射完成后封閉模具，保持模具內(nèi)壓力，根據(jù)選用的樹脂的固化溫度，加熱至樹脂固化預定的溫度并保溫所需的時間，直至固化完成； (8)脫模:模具和制品冷卻至室溫后，將固化好的制品從模具中取出，修整外形。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟(I)中，所述的“沿樹脂在模具型腔內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口”，該每組開口應至少與兩條管路相連，一條作為樹脂注入的通道，一條作為樹脂排出的通道，并且可以分別或同時開關各條通道。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟(I)中，所述的“沿樹脂在模具型腔內(nèi)的流動路徑，布置多組模具開口”，是根據(jù)所需要進行RTM工藝的復合材料制件預制件的特征，沿樹脂注射時樹脂在模具內(nèi)的流動路徑上布置的多組模具開口，不同組別之間開口數(shù)量不同。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟(3)中，所述的“準備RTM工藝中所需要使用的樹脂體系”，所用的樹脂體系主要由環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂或其他改性高性能熱固性樹脂與匹配的固化劑等組分按比例混合而成，不同組分可在注射前混合，也可在注射時由注射設備混合的同時直接注入模具型腔內(nèi)部，如何實現(xiàn)以所用注射設備的功能而定。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟(4)中，所述的“預制件”，是由玻璃纖維利用編織、纏繞、機織工藝制成。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟(4)中，所述的“預制件”，是由碳纖維利用編織、纏繞、機織工藝制成。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟(6)中，所述的“每次只開啟部分組別開口”，是表示只開啟模具上部分開口，使得模具在樹脂流動路徑上存在3個相鄰開口組，沿樹脂流動的上游向下游方向，這3個組的功能分別為注膠口、封閉、出膠口，關閉其他開口。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種大尺寸復合材料制件整體步進RTM工藝方法，其特征在于:在步驟￠)中，所述的“對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口類型，對下游下一區(qū)域進行樹脂注射”，是表示開啟部分開口組，對模具內(nèi)的部分區(qū)域進行樹脂注射，完成后，切換開口工作類型，使注膠口和出膠口向樹脂填充下游移動一個順位，并使其他開口組處于封閉狀態(tài)，對下一區(qū)域進行樹脂注射。
【文檔編號】B29C70/48GK104175575SQ201410406135
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】劉振國, 歐家駿, 胡龍, 王一博, 亞紀軒, 林強 申請人:北京航空航天大學