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1、第23卷第2期材料开发与应用·27·文章编号:100321545(2008)0220027204RTM成型工艺对复合材料制品性能的影响11123闫刚,樊晓斌,张笑梅,赵丹,赵大为(1.洛阳船舶材料研究所,河南洛阳471039;2.山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266510;3.武汉船舶设计研究所,湖北武汉430084)摘要:RTM(树脂传递模塑的简称)成型工艺是一种将树脂注入闭合模具中浸润增强材料的复合材料成型工艺。工艺参数对复合材料制品性能有很大的影响。本文对注射压力、注射温度、真空辅助、注胶口和排气口的位置、纤维含量和结构等工艺参数对复合材料制品
2、性能的影响进行了概述。关键词:树脂传递模塑;工艺参数;复合材料;真空铺助成型+中图分类号:TQ327.12文献标识码:A树脂传递模塑(ResinTransferMoulding,简的最终力学性能;压力如果过低,树脂还没有完全称RTM)是将树脂注入到闭合模具中浸润增强充满模时,固化反应或许就开始了。[4]材料并固化的工艺方法。RTM成型工艺中,工Cevdet等研究了在不同的树脂注射压力艺参数如注射压力、注射温度、注胶口和排气口的(101、203、304、405和506kPa)下成型的碳纤维位置、纤维含量和结构、树脂的性能、真空辅助成织物/环氧复合材料的弯曲性能
3、和冲击性能,具体型时的真空度的大小和后固化等都会影响到复合数据见表1。研究发现,树脂注射压力为203kPa材料的性能,在树脂、纤维和模具构造确定的情况时,由于成型时树脂均匀流动,形成的空隙率较下,主要的影响因素是注射压力、注射温度、树脂小,因而对纤维有较好的浸润,所以复合材料有最的黏度以及真空辅助成型时真空度的大小等。佳的力学性能;当压力高于203kPa时,纤维束之间的宏观流动和纤维丝之间的微观流动将会不一1注射压力致,产生的空隙较多,并且纤维体积分数降低,制品的机械性能下降;当注射压力为101kPa时,由RTM工艺希望的是在较低压力下完成树脂于充模时间过长
4、,环氧树脂和固化剂由于密度不压注。低的压力有助于树脂对纤维的浸润,高的同产生分离,不完全固化,制品性能较低。压力有助于排出模具中的空气,充满模具空间,使表1树脂注射压力对试样弯曲和冲击性能的影响得制件完整,所以有人赞成在树脂传递初期使用注射压弯曲强度弯曲模量断裂弯曲Charpy冲击韧性低压以使树脂较好地浸润纤维,而当模具型腔中力/kPa/MPa/GPa应变/%(无缺口)/kJ·m-2已基本充满树脂时使用较大压力以排出空101500±5728±61.9±0.241±7[1,2]气。然而,由于压力的高低决定模具的材料203673±3539±11.7±0.137±
5、2要求和结构设计,高的压力需要高强度、高刚度的304602±2933±11.8±0.137±4模具和较大的合模力。如果注胶压力高而模具刚405559±2932±21.8±0.135±4度小低,制造出的制件就会很差。506500±4228±21.7±0.241±6[3][5]Spoerre等通过优化工艺参数来制备高性Lee和Wei研究了高性能环氧树脂注射成能的复合材料,他们认为,树脂的注射压力必须进型压力(294kPa、392kPa和490kPa)下的制件性行优化。因为压力如果过高,会发生“树脂冲刷”能。结果表明,392kPa下成型的复合材料板有现象,并且会引
6、起纤维位置的偏移,进而影响制件最佳的力学性能,层间剪切强度(ILSS)、弯曲强收稿日期:2007205223·28·材料开发与应用2008年4月度和弯曲模量分别比其他注射压力下的高6%、从而影响树脂对纤维的浸润性。从纤维浸润的角11%和9%,空隙率至少要低30%。在490kPa度来考虑,选择低黏度的树脂是必要的。所以,一的高压下,纤维束之间形成了树脂优先流通通道,方面可以选择接近树脂最低黏度的注射温度,一这导致了不均一流动前沿的产生,并且在复合材方面预热模具。然而并不是树脂的黏度越低越料内部包裹气泡。压力为294kPa时,空隙率也好,因为黏度的改变会影响树脂
7、的化学性质,进而很大,因为树脂的黏度较大而且黏度和剪切速率可能影响到制品的力学性能,必须结合特定的树有关。黏度大的树脂更倾向于纤维束之间的宏观脂情况和其他因素综合确定成型工艺。[5]流动而不是纤维丝之间的微观流动,空隙率的形Lee和Wei也研究了不同的注射温度成就是由于宏观流动和微观流动不一致所造成(150℃和160℃)下纤维结构对复合材料力学性[6][7]的,Young和Chan等的研究与此类似。能和空隙率的影响,见表2。从表2可以看出,对于ILSS和弯曲模量,在不同温度下的差别不大,2注射温度和树脂的黏度然而对于弯曲强度,在150℃下成型的复合材料要比1
8、60℃下成型的低7%～11.5%。对于空隙注射温度和
