CN100336656C - 一种用于树脂传递模塑技术的注入设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于树脂传递模塑技术的注入设备，它包括气源、真空泵、树脂罐、输送管道和模具装置，所述树脂罐内有搅拌器，罐盖上有可外接气源的气嘴、注料口和可与真空泵连接的接口；树脂罐经输出开关与输送管道的一端接通，输送管道的另一端经输入开关与顶面开有排气孔的模具装置接通；所述的树脂罐和输送管道外包油浴加热系统；油浴加热系统与油浴循环泵相连通。本发明注入设备采用恒压注入方法，不受双组分混合比例范围的限制，适应性广，使用方便，设备简单，成本降低，具有柔性化功能。

Description

一种用于树脂传递模塑技术的注入设备

技术领域

本发明涉及一种复合材料液体成型技术，特别是一种用于树脂传递模塑技术的注入设备，国际专利主分类号拟为Int.Cl⁷ B29C 70/16。

背景技术

树脂传递模塑技术(RTM)是一种复合材料的成型技术。以该工艺生产的复合材料构件具有可局部增强，两面光滑，尺寸精确，环境友好等特点，因此越来越广泛地用于航空航天，交通运输，电器等领域．国内一些企业八十年代从国外引进了近百台RTM注入机，但该设备只适于常温树脂的使用，设备清洗会消耗大量的溶剂，加上国内非金属模具制造技术的不成熟以及不合适的产品定位等，使大多数引进RTM注入设备未能实际投入使用，造成了进口设备闲置和资金的浪费。

国外引进的RTM注入机不适用的原因是多方面的，树脂的适用范围小是主要原因之一。这与其结构设计有关。该RTM注入机是活塞往复式结构，即利用活塞泵的往复运动来控制树脂的注入流量。由于活塞泵的活塞是匀速运动的，因此树脂注入过程也是均匀的，即恒流注入或注射。该RTM注入设备的特点是双组分泵连在同一个连杆上，靠预先设定的位置调节树脂固化剂与促进剂的混合比例，混合比例通常在1∶1----1∶8。实际注射量一般在20----400mL/min之间。这种采用注入流量来控制工艺的控制系统比较复杂，而且还需要有一个混合注入头，因此设备也复杂，比较适用于大批量的工业化生产。对于超过混合比例的树脂或需要加热完成注入的树脂，该RTM注入设备就受到了限制，无法完成。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，设计一种用于树脂传递模塑技术的注入设备，该注入设备采用恒压注入方法，具有使用时不受双组分混合比例范围的限制，可根据设计需要配置混比后，直接注入，并且设备结构简单，成本低廉，使用方便等特点。

本发明解决所述注入设备技术问题的技术方案是：设计一种用于树脂传递模塑技术的注入设备，它包括气源、真空泵、树脂罐、输送管道和模具装置，所述树脂罐内有采用磁力耦合搅拌方式的搅拌器，罐盖上有可外接气源的气嘴、注料口和可与真空泵连接的接口；树脂罐经输出开关与输送管道的一端接通，输送管道的另一端经输入开关与顶面开有排气孔的模具装置接通；所述的树脂罐和输送管道外包油浴加热系统；油浴加热系统与油浴循环泵相连通。

与现有技术相比，本发明用于树脂传递模塑技术的注入设备没有采用传统的恒流注入方法，改而采用恒压注入方法，使用非常方便，可不受双组分混合比例范围的限制，适应性广，只需根据工艺设计需要配置双组分混比后，直接注入树脂，适宜小批量，多变化的市场化设计要求，并且设备不需要混合注入头，也不需要活塞泵及其控制系统，简化了设备，降低了成本，并提高了产品质量，同时增加了柔性化功能。

附图说明

图1为本发明用于树脂传递模塑技术的注入设备一种实施例的整体结构示意图；

图2为采用本发明用于树脂传递模塑技术的注入设备一种实施例加工的扁平型工件的照片图；

图3为采用本发明用于树脂传递模塑技术的注入设备一种实施例加工的三维结构接头的照片图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。

本发明所述的用于树脂传递模塑技术的注入设备(以下简称注入设备，参见图1)，是采用恒压注入方法，即用恒定的压力控制树脂注入的工艺方法。它包括气源14、真空泵15、树脂罐7、输送管道8和模具装置9，所述树脂罐7内有搅拌器2，罐盖上有可外接气源14的气嘴1、注料口3和可与真空泵15连接的接口4；树脂罐7经输出开关11与输送管道8的一端接通，输送管道8的另一端经输入开关12与顶面开有排气孔13的模具装置9接通；所述的树脂罐7和输送管道8外包油浴加热系统6；油浴加热系统6与油浴循环泵10相连通。

本发明注入设备的优选设计参数为：最大额定压力值为4Mpa，最高真空度为0.01Mpa，工艺温度在0-200℃范围内可调。这些参数是依据各种树脂的性能和复合材料工艺要求而设计的。本发明所述的设计使得本发明注入设备具有许多优良性能：

本发明注入设备具有良好的耐压性能。在整个注入过程不超过最大额定压力值4Mpa的预定压力下，注入设备可对树脂表面施加正压，将树脂液体均匀注入到模腔之中，同时充分浸渍纤维材料。实施例所设计的最大压力值完全能满足渗透不同纤维体积含量材料所需要的压力。但这不排除超过4Mpa额定压力值的实施例设计。

本发明注入设备具有良好的真空脱泡功能，真空度可达到0.01Mpa。实施例的这一真空度要求，是在满足工艺要求的前提下，考虑了经济性而设计的。该真空度设计可使树脂基体在装罐过程中混入的气泡迅速排出，同时也可以处理树脂基体中的残余溶剂等，减少了孔隙的形成，保证和提高了复合材料制件的质量。

本发明注入设备中具有良好的整体加热功能。所述的整体加热是指对树脂罐7的罐壁和罐底同时加热，并且罐盖密封良好的加热方式。它克服了现脂罐7的罐壁和罐底同时加热，并且罐盖密封良好的加热方式。它克服了现有RTM注入设备只在罐底加热，罐内温度不均匀的弊端。由于各种树脂的注入温度要求不同，因此本发明注入设备采用了从0-200℃度较大范围的可控温度设计，以满足多种树脂的注入温度要求，达到一机多用的柔性化目的。本发明注入设备整体加热的采用电加热油浴的方式，加热具体设计为所述的树脂罐7和输送管道8外包油浴加热系统6；油浴加热系统6与油浴循环泵10相连通。这种整体设计可使树脂罐7和输送管道8内的温度均匀一致，克服了现有设备采用电阻丝加热而产生的不均匀现象，保证注入质量的稳定可靠。本发明注入设备在树脂罐7内和油浴加热系统6中分别设置两个传感器以控制工艺温度。温度控制可以采用控制仪表(图中未画出)来实现。工艺温度的可调范围为0-200℃，精度设计为±1℃，足以满足各种复合材料树脂注入温度要求。这种整体设计是本发明注入设备具有了工艺全程加热功能，可满足特殊树脂的注入要求。还应当说明的是，本发明注入设备所述的树脂罐7和输送管道8外包的油浴加热系统6也可以分别设计，或说采用两套油浴加热系统，以满足特定的工艺要求。当然这种设计会使设备温度控制系统复杂化，成本相应提高。

本发明注入设备的进一步特征在于所述的油浴加热系统6内带有冷凝管5，冷凝管5外接冷凝系统；在油浴加热控制系统中安装有报警器。这种设计使本发明注入设备更具安全性。实际应用过程中，当加热温度超过设置的工艺极限温度时，注入设备会自动报警，并停机，同时启动外接的冷凝管系统(图中没画出)，通过所述的冷凝管5迅速降低树脂罐7和输送管道8温度，以避免爆聚事故发生。

本发明注入设备树脂罐7的搅拌器2采用了磁力耦合搅拌方式。这种设计能够保证真空度达到0.01Mpa的工艺要求，也从根本上解决了现有技术填料密封或机械密封无法克服的轴封泄漏，不能达到0.01Mpa真空度的工艺要求问题。所述搅拌器2的控制为变频无级调速，最高转速可达500转/分。

本发明注入设备的工艺过程如下：

首先，将纤维预制件装入模具9中，该模具9与最终制件的型腔相一致；其次，按工艺设计要求将配置好的树脂从所述的注入口3注入树脂罐7中，在所述真空泵接口4处抽真空，使真空度达到工艺要求，排除树脂罐7内树脂中的气泡；再次，按照树脂的粘温特性设定所述油浴加热系统6内的温度，并使油浴加热系统6处于工作状态；最后，当温度达到该设定值时，按照不同的纤维体积含量和预制件的结构设定所需的压力(在0.1----4Mpa选择)，同时打开所述的树脂罐7与输送管道8之间的输出开关11和输送管道8与模具9之间的输入开关12，并在气嘴1处接通气源14，使树脂从树脂罐7通过输送管道8均匀注入到模具9中，渗透至已事先放入模具9中的纤维增强材料内，当树脂从所述排气口13流出时，即完成树脂的稳定注入。

下面给出本发明注入设备应用的具体实施例。

实施例1

制备长方形复合材料试件。

首先将纤维预制件装入模具9中，该模具型腔与最终制件相一致；将环氧树脂TDE-85和2-甲基咪唑固化剂100∶1的比例混合均匀后，从所述的注入口3注入树脂罐7中，在所述接口4处抽真空，排除树脂中的气泡，按照所述树脂的粘温特性设定油浴加热系统6的温度为40℃，并使油浴加热处于工作状态；当温度达到设定值40℃时，按照该预制件的纤维体积含量和结构设定所需的压力0.2Mpa，同时打开树脂罐7与输送管路8之间连通的输出开关11和输送管道8与模具9之间连通的输入开关12，并在气嘴1处接通气源14，使树脂从树脂罐7通过输送管道8注入到模具9之中，渗透至已事先放入在模具9中的纤维增强材料内，当树脂从排气口13流出时，即完成树脂的稳定注入过程。利用本发明注入设备所制得的长方形复合材料试件如图2所示。与传统注入设备相比，该方法能够不受混合比例的限制，通过调节注入压力的大小灵活地控制注入时间的长短，所得制品具有孔隙率低，两面光滑，尺寸精确等特点。

实施例2

制造三维结构复合材料接头

首先将接头的纤维预制件装入模具9中，该模具型腔与最终接头制件相一致。将改性酚醛树脂从所述的注入口3倒入树脂罐7中，在接口4处抽真空，排除树脂罐7中树脂的气泡，按照该树脂的粘温特性设定油浴加热系统6的温度为90℃，使油浴加热系统6处于工作状态。当温度达到设定值90℃时，按照该预制件的纤维体积含量和结构设定所需的压力0.6Mpa，余同实施例1。利用本发明注入设备所制得的三维结构复合材料接头如图3所示。与传统注入设备相比，本发明注入设备能够在罐体内使所用树脂均匀加热，并在注入过程之中始终保持温度恒定。这样就克服了该树脂的温度依赖性强和温度降低粘度迅速增加的现象。这意味着本发明注入设备适用于高温充模树脂，能够满足纤维体积含量较高的复合材料制件所需要较长充模时间的特定工艺要求。所得制品同样具有孔隙率低，两面光滑，尺寸精确和整体性强，耐温高等特点。

Claims (3)

1.一种用于树脂传递模塑技术的注入设备，它包括气源、真空泵、树脂罐、输送管道和模具装置，所述树脂罐内有采用磁力耦合搅拌方式的搅拌器，罐盖上有可外接气源的气嘴、注料口和可与真空泵连接的接口；树脂罐经输出开关与输送管道的一端接通，输送管道的另一端经输入开关与顶面开有排气孔的模具装置接通；所述的树脂罐和输送管道外包油浴加热系统；油浴加热系统与油浴循环泵相连通。

2.根据权利要求1所述的用于树脂传递模塑技术的注入设备，其特征在于所述的油浴加热系统内带有冷凝管，冷凝管外接冷凝系统；在油浴加热控制系统中安装有报警器。

3.根据权利要求1或2所述的用于树脂传递模塑技术的注入设备，其特征在于所述注入设备的最大额定压力值为4Mpa，最高真空度为0.01Mpa，工艺温度在0-200℃范围内可调。

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