CN102626993A - 实验级rtm单组份注射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了实验级RTM单组份注射装置，包括储料罐、活塞泵、真空罐和真空泵；储料罐顶部第一四通转接头与储料罐真空表、第一阀门和第二阀门连接，真空罐顶部有第二四通转接头和第一三通转接头，第二四通转接头与真空罐真空表、第三阀门和第六阀门连接，第三阀门与活塞泵的活塞腔顶部连接，第六阀门与真空泵连接；第一三通转接头与第七阀门和第二阀门连接；活塞泵的活塞腔底部有第二三通转接头，第二三通转接头与第四阀门和第五阀门连接，第四阀门与储料罐底部树脂流孔连接，第五阀门与模具注口连接。本发明适用于实验室RTM工艺研究、制件试制、小批量复合材料制件的制造。本发明运行稳定，温度控制精确，可以实现不同温度下的恒温注射。

Description

实验级RTM单组份注射装置

技术领域

本发明涉及RTM成型技术领域，具体为一种实验级RTM单组份注射装置。

背景技术

目前，随着树脂基纤维增强复合材料的发展，各种低成本制造技术层出不穷，RTM成型技术作为树脂基纤维增强复合材料成型技术的重要分支，越来越受到国内外学者的重视，其应用覆盖到航空、航天、航海、汽车、建筑等各各领域。

RTM注射成型方法及其注射系统从提出到目前已经有较多应用，如双组份注射系统、单组份注射系统，这些系统能够实现的是低温恒压/恒流注射。但目前这些设备结构复杂、成本较高，如国产注射系统一般价位在20-40万之间，进口设备一般都在70万以上。就目前设备而言，注射系统由于管道太长，材料的浪费率高，各种管路的阀门不能受力使得注射系统结构易损换，导致现有设备的使用成本也高。现有设备不适用于科研院所或企业进行试验件和小批量制件的成型加工。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有注射系统成本高昂，不适用于科研院所进行试验件和小批量制件的成型加工等问题，本发明提出了一种实验级RTM单组份注射装置，目的用于实验室树脂传递模塑的研究，小批量制造液态成型制件，降低生产成本，研究树脂传递模塑工艺。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种实验级RTM单组份注射装置，其特征在于：包括储料罐、活塞泵、真空罐和真空泵；储料罐为圆柱形，罐底为半球形，储料罐顶部连接有第一四通转接头，第一四通转接头分别与储料罐真空表、第一阀门和第二阀门连接，储料罐底部开有树脂流孔；储料罐罐体外侧壁上缠有加热带，加热带外侧缠有隔热布和保温层，在加热带与储料罐罐体之间布有热电偶，热电偶测量罐体温度；真空罐为圆柱形，真空罐顶部连接有第二四通转接头和第一三通转接头，第二四通转接头分别与真空罐真空表、第三阀门和第六阀门连接，第三阀门与活塞泵的活塞腔顶部连接，第六阀门与真空泵连接；第一三通转接头分别与第七阀门和第二阀门连接；活塞泵的活塞腔底部连接有第二三通转接头，第二三通转接头分别与第四阀门和第五阀门连接，第四阀门与储料罐底部树脂流孔连接，第五阀门与模具注口连接。

所述一种实验级RTM单组份注射装置，其特征在于：储料罐和真空罐上都带有弓形夹，将自身夹紧，实现罐体密闭。

有益效果

本发明提出的实验级RTM注射装置能够实现注射装置的简易化，其操作简单，原材料利用率高，复合材料制件性能优良，通过简易的真空表、加热装置、储料罐、真空罐、活塞泵、真空泵以及管道和阀门相连。因为目前用于实验室的RTM注射系统本身体积较大，系统连接、操作复杂，很容易使操作者产生误操作，如国产精密环氧RTM注射机。相比之下，本发明实验级RTM注射系统简单，料罐体积小，一般在2-3L，同时料罐可根据需要安装体积大的料罐；操作简单，在注射过程中，仅需要依次控制三个阀门，就可以实现注射；同时本注射系统为开放式，可根据实验需要进行改装。在注射过程中，由于注射管道比较短，注射过程中造成的材料浪费会很少。在操作过程中，可通过真空泵同时控制储料罐、真空管、活塞泵的真空度，且真空度可达到航空业制件的工艺要求。

本发明适合用于实验室以及复合材料教学、RTM工艺研究、制件试制、小批量复合材料制件的制造。本发明实验级RTM注射装置运行稳定，且温度控制精确，可以实现不同温度下的恒温注射。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：储料罐结构图；

图3：真空罐结构图；

其中：1、模具；2、第五阀门；3、第二三通转接头；4、活塞泵；5、第四阀门；6、第三阀门；7、第一阀门；8、第一四通转接头；9、储料罐真空表；10、第二阀门；11、储料罐；12、管道；13、真空泵；14、真空罐真空表；15、第六阀门；16、真空罐；17、第七阀门；18、待接管路；19、弓形夹；20、储料罐顶盖；21、螺纹接头；22、快拧和管道；23、真空罐顶盖。

：具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中的实验级RTM注射装置主要用于实验室以及复合材料教学、RTM工艺研究、制件试制、小批量复合材料制件的制造，其实现功能包括：真空脱泡、恒流量注射、恒压力注射、真空辅助注射、稳态渗透率测量、流动前沿观测、毛细流动观测。

参照附图1，本实施例包括储料罐11、活塞泵4、真空罐16和真空泵13。

参照附图2，储料罐整体为圆柱形，罐底为半球形，其目的是简化清理树脂罐内固化的树脂。储料罐自身带有弓形夹19，可将储料罐顶盖与罐体夹紧，实现罐体密闭。储料罐顶盖上开有螺纹孔，通过螺纹接头21连接第一四通转接头8。储料罐底部开有树脂流孔，通过快拧和管道22连接第四阀门5，其作用是允许树脂流进、流出。

储料罐材质为不锈钢或玻璃钢，同时也可以是罐体为不锈钢，顶盖为玻璃钢，主要是根据不同温度，不同用途来选择。当温度低于100℃时，可以选择全钢化玻璃或者罐体为不锈钢、顶盖为钢化玻璃，这种储料罐的特点为可以观察罐体内树脂的搅拌过程、排气包过程；当温度大于100℃，选择全不锈钢结构，这种罐体可以耐高温，但是不能直观观察树脂搅拌过程和排气泡过程。

储料罐罐体外侧壁上缠有加热带，用于罐体加热，加热带外侧缠有两层隔热布，隔热布外侧缠有一层保温层，保温层外层又有一层保护层，用于保护加热带、隔热层、保温层。在加热带与储料罐罐体之间布有热电偶，热电偶的导线和加热带的导线与外部的温度控制器相连，该温度控制器可以控制和显示加热温度。

第一四通转接头8分别与储料罐真空表9、第一阀门7和第二阀门10连接。储料罐真空表作用是显示储料罐内真空度，第一阀门7作用是必要时与大气联通，第二阀门10作用是控制真空管抽真空。

储料罐底部的树脂流孔通过快拧和管道22连接第四阀门5，第四阀门接在第二三通转接头3上，第二三通转接头另两端分别与活塞泵4的活塞腔底部和第五阀门2连接。第五阀门与模具注口通过管道连接。

参照附图3，真空罐16为圆柱形，自身带有弓形夹，可将真空罐顶盖与罐体夹紧，实现罐体密闭。真空罐顶盖上开有两个带螺纹的圆孔，分别通过螺纹接头连接第二四通转接头和第一三通转接头。

第二四通转接头分别与真空罐真空表14、第三阀门6和第六阀门15连接，真空罐真空表作用是显示真空罐内的真空度，第三阀门6通过管道连接活塞泵的活塞腔顶部，第六阀门与真空泵13连接；第六阀门作用是控制真空泵抽真空。

第一三通转接头分别与第七阀门和第二阀门连接；第七阀门可以联通大气，也可以通过待接管路18与模具的冒口相连，实现模具的真空注射；第一三通转接头与第二阀门连接的作用是连接真空泵与储料罐，使真空罐起缓冲作用，防止储料罐在吸料时树脂进入真空泵。

本实施例中各阀门之间连接的管道是通过快拧相连接，其特点是方便拆装，并且密封效果好，防止装置在运行过程中树脂泄露。

本实施例实现的各个功能：

①真空脱泡：将混合好的树脂倒入储料罐中，并通过储料罐的弓形夹将其夹紧、密封，关闭所有阀门，然后打开第二阀门和第六阀门，再打开真空泵，即可实现真空脱泡。

②恒流量注射：在完成真空脱泡的操作基础上，关闭第二阀门，打开第一阀门，打开第三阀门和第四阀门，事先下压的活塞泵处于活塞腔底部，待活塞泵运动到最高点，并将树脂吸入活塞泵内以后，关闭第四阀门，打开第五阀门，活塞泵中活塞向下运动，从而实现恒流注射。

③恒压注射及稳态渗透率测量：

取下真空罐并称量真空罐质量，然后连接装置，并用管道连接冒口和第七阀门，打开第一、四、五、六、七阀门，关闭其它阀门，打开真空泵，即可实现恒压注射(该注射压力为大气压)。待树脂从冒口开始流入真空罐，直到真空表示值稳定后，开始计时，并记录真空罐压力值，待一段时间后(计时)，关闭第四、五、六阀门，关闭真空机，取下真空罐并称量质量。

在已知液体粘度、增强体孔隙率、密度、模具容腔截尺寸的情况下，结合实验压力、时间、质量可计算增强体的稳态渗透率。

④真空辅助注射：在装置连接过程中，将第七阀门通过快拧和管道与模具的冒口相连，在树脂脱泡过程中，同时打开第七阀门，即可实现模具抽真空，然后在注射过程中(即恒流注射)一直对模具进行抽真空，即可实现真空辅助注射。

⑤流动前沿观测：在任意一种注射模式下通过摄像机对透明模具进行拍摄，即可观测流动前沿。

本实施例中装置的操作方法：

①树脂混合、脱泡

首先将活塞泵下压到最低点，关闭所有阀门，根据需要将整个注射装置加热到树脂注射所需温度，当温度稳定后，将配好比例的树脂搅拌均匀后倒入储料罐，待储料罐温度恒定后，然后打开第二阀门和第六阀门，并打开真空泵，开始抽真空，直到储料罐内真空度达到工艺要求并维持一段时间(即进行真空脱泡)。

②吸料

关闭第二阀门，打开第一阀门，再打开第三阀门和第四阀门，继续抽真空，待活塞泵上升到最高位置时，管道内树脂不再流动，即认为此时树脂已经充满活塞泵。

③回料

升降台以一定下降，将活塞泵内的树脂压回储料罐内，关闭第一阀门，打开第二阀门，继续抽真空，等待一段时间，完成树脂脱泡。

④重复步骤②、③，直到吸料过程完成后，管道内树脂清澈，无明显气泡再进行下一步。

⑤注射

当完成吸料以后，关闭第四阀门，打开第五阀门，活塞泵的活塞杆以一定速率下降，将活塞泵内的树脂通过管道压入模具，即可实现注射过程。

⑥清洗

将与注口相连的管道拔出，将储料罐内的剩余树脂通过步骤②、⑤将树脂排除。将管道插入装有树脂专用清洗剂的罐子里，提升活塞杆，活塞泵在真空泵的作用下，由于内外压差，将清洗剂吸入活塞泵内。

关闭第五阀门，进行步骤②、③，实现对实验级RTM注射装置的清洗。

该清洗过程可多次进行，并在清洗过程中更换新的清洗剂，以便树脂余料被彻底清洗干净。

Claims (2)

1.一种实验级RTM单组份注射装置，其特征在于：包括储料罐、活塞泵、真空罐和真空泵；储料罐为圆柱形，罐底为半球形，储料罐顶部连接有第一四通转接头，第一四通转接头分别与储料罐真空表、第一阀门和第二阀门连接，储料罐底部开有树脂流孔；储料罐罐体外侧壁上缠有加热带，加热带外侧缠有隔热布和保温层，在加热带与储料罐罐体之间布有热电偶，热电偶测量罐体温度；真空罐为圆柱形，真空罐顶部连接有第二四通转接头和第一三通转接头，第二四通转接头分别与真空罐真空表、第三阀门和第六阀门连接，第三阀门与活塞泵的活塞腔顶部连接，第六阀门与真空泵连接；第一三通转接头分别与第七阀门和第二阀门连接；活塞泵的活塞腔底部连接有第二三通转接头，第二三通转接头分别与第四阀门和第五阀门连接，第四阀门与储料罐底部树脂流孔连接，第五阀门与模具注口连接。

2.根据权利要求1所述的一种实验级RTM单组份注射装置，其特征在于：储料罐和真空罐上都带有弓形夹，将自身夹紧，实现罐体密闭。

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