CN101837643A - 低密度树脂传递模塑成型工艺及其配套生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料生产工艺及其配套设备。低密度树脂传递模塑成型工艺，首先制造浸渍液，还包括如下步骤：1)在搅拌浸渍液时，加入受热后可迅速膨胀的发泡材料原体，混合均匀后，形成自发泡浸渍液；2)将预成型纤维增强材料坯置入模具中；3)抽出模具内的空气；4)通过注入机，将自发泡浸渍液注入到模具里；5)对模具进行加热，固化成型；6)对模具进行快速冷却；7)脱模，取出产品，清理模具。低密度树脂传递模塑成型生产设备，包括注入机、模具，还包括用于混合发泡材料和浸渍液的混合系统，还包括一用于提供发泡材料原体发泡的温度环境的温度控制系统。本发明能够提高产品质量，降低制品的比重。

Description

低密度树脂传递模塑成型工艺及其配套生产设备

技术领域

本发明涉及复合材料生产工艺，具体涉及热固性树脂基复合材料中的树脂传递模塑生产工艺。

背景技术

树脂传递模塑(Resin transfer molding，简称RTM)是将树脂注入到闭合的模具中，浸渍纤维增强材料，并固化的成型方法。是一类技术较为成熟且应用较为广泛的成型工艺。RTM工艺将成为21世纪符合材料产业主要的成型工艺之一。

现在用RTM工艺生产的制品，比重较大，一般为1.7～2；生产中，树脂在模具内流动时，局部易出现死角，影响产品质量。

为了减小制品比重，在树脂基复合材料的生产工艺中，如SMC，BMC等方法往往会在掺入比重很小的中空微珠等轻体材料。但传统的RTM却无法加入中空微珠等轻体材料，因加入中空微珠等轻体材料后，树脂黏度增大，纤维增强材料难于浸渍。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种低密度树脂传递模塑成型工艺，能够提高产品质量，降低制品的比重，有利于减低生产成本。

本发明的目的还在于，提供一种低密度树脂传递模塑成型生产设备，便于完成低密度树脂传递模塑成型工艺，有助于节省成本、提高生产效率。

低密度树脂传递模塑成型工艺，首先制造浸渍液，其特征在于，还包括如下步骤：

1)在搅拌浸渍液时，加入受热后可迅速膨胀的发泡材料原体，混合均匀后，形成自发泡浸渍液；

2)将预成型纤维增强材料坯置入模具中；

3)抽出模具内的空气；

4)通过注入机，将自发泡浸渍液注入到模具里；

5)对模具进行加热，固化成型；

6)对模具进行快速冷却；

7)脱模，取出产品，清理模具。

上述步骤1)中，所述自发泡浸渍液中的发泡材料原体，可以采用发泡温度大于100度的发泡材料原体，优选发泡温度在120～130度左右的发泡材料原体。所述发泡材料原体可以采用在受热后可迅速膨胀的有机膨胀微珠，所述有机膨胀微珠可以是丙烯酸微珠、酚醛微珠、聚乙烯微珠。在步骤1)中发泡材料原体并未发泡，体较小，易充分混合。混合发泡材料原体的同时，也可以将偶联剂一起混入，以提高在受热后可迅速膨胀的有机膨胀微珠与树脂基复合材料间连接的牢固性。

在步骤2)之前，模具可以预热到50～60℃之间。上述步骤5)中，对模具进行加热，使模具内的温度大于等于所述发泡材料原体的发泡温度，可以给模具加温至130℃～140℃。

在加热的过程中，含有发泡材料原体的自发泡浸渍液迅速受热后，自行发泡，在加热过程中，热固性的树脂基复合材料液的树脂发生交联反应，从而得到低密度的RTM产品。由于浸渍液在模具内受热膨胀，避免产生死角。

生产过程中，所配制的浸渍液，不需要加入已经发泡的已发泡材料，而是加入未发泡的发泡材料原体。省去了一个将发泡材料发泡的生产环节，可以节省大量成本。另外，发泡材料原体相对于已经发泡成型的已发泡材料，体积小几十倍至数百倍以上，更加易于运输和存储，可以有效节省大体积包装费用，运输和存储费用。因为市售的已发泡材料比重轻，在浸渍液混合时，易在空中飞扬，搅拌时，还难于浸渍。再者，使用未发泡的发泡材料原体，由于其颗粒体积小的原因，混合速度更快，混合也更加均匀，且混合设备体积可以有所减小。

低密度树脂传递模塑成型生产设备，包括注入机、模具，所述注入机包括注入机主体及控制系统，所述模具包括上、下模，其特征在于，

还包括用于混合发泡材料和浸渍液的混合系统，所述混合系统包括一搅拌容器，所述搅拌容器连接一搅拌动力系统，所述搅拌动力系统连接一搅拌控制系统；

还包括一用于提供发泡材料原体发泡的温度环境的温度控制系统，所述温度控制系统包括用于测量所述上、下模内温度的温度传感器、用于对所述上、下模内加热的加热器、用于分析所述温度传感器的测量信息和控制所述加热器工作状态的温控模块，所述温控模块连接所述温度传感器和所述加热器。

所述温控模块包括一控制面板，所述控制面板上设有用于显示所述模具内温度的显示屏、用于控制所述加热器的开关状态的控制按钮。

低密度树脂传递模塑成型生产设备便于实现低密度树脂传递模塑成型工艺，可以直观的实现模具内温度精确控制，以便提高产品质量。所生产的产品，具有表面光滑细腻、成品率高等优点。

附图说明

图1为低密度树脂传递模塑成型工艺的工艺流程图；

图2为低密度树脂传递模塑成型生产设备的温度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，低密度树脂传递模塑成型工艺，首先制造浸渍液，还包括如下步骤：

1)在搅拌浸渍液时，加入受热后可迅速膨胀的发泡材料原体，混合均匀后，形成自发泡浸渍液；

2)将预成型纤维增强材料坯置入模具中；

3)抽出模具内的空气；

4)通过注入机，将自发泡浸渍液注入到模具里；

5)对模具进行加热，固化成型；

6)对模具进行快速冷却；

7)脱模，取出产品，清理模具。

上述步骤1)中，浸渍液所用的树脂可以是不饱和聚脂树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)和/或热塑性树脂。自发泡浸渍液中的发泡材料原体，可以采用发泡温度大于100度的发泡材料原体，优选发泡温度在120～130度左右的发泡材料原体。发泡材料原体可以采用在受热后可迅速膨胀的有机膨胀微珠，有机膨胀微珠可以是丙烯酸微珠、酚醛微珠、聚乙烯微珠。为了减低制品的比重，同时保证发泡材料原体的充分发泡，有机膨胀微珠加入量为浸渍液的2％～18％。混合发泡材料原体的同时，也可以将偶联剂一起混入，这样自发泡浸渍液中含有偶联剂，可以提高在受热后可迅速膨胀的有机膨胀微珠与树脂基复合材料间连接的牢固性。

在步骤2)之前，模具可以预热到50～60℃之间。步骤2)中的纤维增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维和/或芳纶纤维。预成型纤维增强材料坯可采用手工铺层，编织，针织，热成型连续毡，预成型定向纤维毡，三维编织毡等方法制作。

生产过程中首先将模具预处理，然后将充分混合后的自发泡浸渍液，由注入机注入到模具中，对模具进行加热，开启抽真空系统。在加热的过程中，浸渍液中的发泡材料受热后自行发泡，同时，热固性的树脂基复合材料液的树脂发生固化，从而得到固化的树脂基复合材料产品。

生产过程中所配制的浸渍液，不需要加入已经发泡的已发泡材料，而是加入未发泡的发泡材料原体。省去了一个将发泡材料发泡的生产环节，可以节省大量成本。另外，发泡剂颗粒相对于已经发泡成型的有机膨胀微珠，体积小几十倍以上，更加易于运输和存储，可以有效节省大体积包装费用，运输和存储费用。因为市售的已发泡材料比重轻，在浸渍液混合时，易在空中飞扬，搅拌时，还难于浸渍。再者，使用未发泡的有机膨胀微珠，由于其颗粒体积小的原因，混合速度更快，混合也更加均匀，且混合设备体积可以有所减小。

上述步骤5)中模具的温度大于等于发泡材料原体的所需的发泡温度。在模具加热时，发泡材料原体受热，体积迅速膨胀发泡。由于固化剂较发泡剂反应所需要的时间长，故在压模成型过程中，发泡材料原体先反应，树脂基复合材料随发泡材料原体的不断反应体积不断增大，然后在固化剂的作用下固化成型。为了让高温下发泡的材料充分快速的反应，模具内的温度可控制在130度左右，上下浮动10度，高温下发泡的发泡材料原体优选发泡温度在110～120度左右的发泡材料原体。

低密度树脂传递模塑成型生产设备，主要包括注入机、模具。注入机主要包括注入机主体及控制系统。模具主要包括上、下模。

低密度树脂传递模塑成型生产设备，还包括用于混合发泡材料和浸渍液的混合系统，混合系统包括一搅拌容器，搅拌容器连接一搅拌动力系统，搅拌动力系统连接一搅拌控制系统；还包括一用于提供发泡材料原体发泡的温度环境的温度控制系统，参照图2，温度控制系统主要包括温度传感器4、加热器5、温控模块3。温度传感器4用于测量上、下模内温度，加热器5用于对上、下模内加热，温控模块3用于分析温度传感器4测量信息和控制加热器5工作状态。温控模块3连接温度传感器4和加热器5。

低密度树脂传递模塑成型生产设备，还包括一真空控制系统。这样真空控制系统用于抽出模具内的空气，便于浸渍液的流动；温度控制系统用于调整模具内温度，以便于发泡材料发泡，及制品的固化。在各控制系统的控制下，最终完成低密度树脂传递模塑成型过程。

为了直观的实现模具内温度精确控制，以便提高产品质量，温控模块3包括控制面板，控制面板上设有显示屏2、控制按钮1，显示屏2用于显示模具内温度，控制按钮1用于控制加热器5的开关状态。使用过程中，通过控制控制按钮1，调整模具内的温度，当该温度达到发泡材料原体的发泡温度后，发泡材料原体迅速膨胀发泡，体积增大，直到充满模腔，在这个过程中，固化剂反应，树脂基复合材料最终在固化剂的作用下，固化成型。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.低密度树脂传递模塑成型工艺，首先制造浸渍液，还包括如下步骤：

1)在搅拌浸渍液时，加入受热后可迅速膨胀的发泡材料原体，混合均匀后，形成自发泡浸渍液；

2)将预成型纤维增强材料坯置入模具中；

3)抽出模具内的空气；

4)通过注入机，将自发泡浸渍液注入到模具里；

5)对模具进行加热，固化成型；

6)对模具进行快速冷却；

7)脱模，取出产品，清理模具。

2.根据权利要求1所述的低密度树脂传递模塑成型工艺，其特征在于：上述步骤1)中，所述自发泡浸渍液中的发泡材料原体，采用发泡温度大于100度的发泡材料原体。

3.根据权利要求2所述的低密度树脂传递模塑成型工艺，其特征在于：所述发泡材料原体的发泡温度为120～130度。

4.根据权利要求1所述的低密度树脂传递模塑成型工艺，其特征在于：上述步骤1)中，所述发泡材料原体可以采用在受热后可迅速膨胀的有机膨胀微珠，所述有机膨胀微珠可以是丙烯酸微珠、酚醛微珠和/或聚乙烯微珠。

5.根据权利要求4所述的低密度树脂传递模塑成型工艺，其特征在于：所述有机膨胀微珠加入量为浸渍液的2％～18％。

6.根据权利要求1所述的低密度树脂传递模塑成型工艺，其特征在于：上述步骤1)中，混合发泡材料原体的同时，将偶联剂一起混入。

7.根据权利要求1所述的低密度树脂传递模塑成型工艺，其特征在于：步骤2)中的纤维增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维和/或芳纶纤维。

8.低密度树脂传递模塑成型生产设备，包括注入机、模具，所述注入机包括注入机主体及控制系统，所述模具包括上、下模，其特征在于：

还包括用于混合发泡材料和浸渍液的混合系统，所述混合系统包括一搅拌容器，所述搅拌容器连接一搅拌动力系统，所述搅拌动力系统连接一搅拌控制系统；

还包括一用于提供发泡材料原体发泡的温度环境的温度控制系统，所述温度控制系统包括用于测量所述上、下模内温度的温度传感器、用于对所述上、下模内加热的加热器、用于分析所述温度传感器的测量信息和控制所述加热器工作状态的温控模块，所述温控模块连接所述温度传感器和所述加热器。

9.根据权利要求8所述的低密度树脂传递模塑成型生产设备，其特征在于：所述温控模块包括一控制面板，所述控制面板上设有用于控制所述加热器的开关状态的控制按钮。

10.根据权利要求9所述的低密度树脂传递模塑成型生产设备，其特征在于：所述控制面板上还设有用于显示所述发泡剂的环境温度的显示屏。