CN1240534C - 超声处理树脂传递模塑方法及所用的装置 - Google Patents
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Abstract
超声处理树脂传递模塑方法及所用的装置，它涉及一种树脂传递模塑的方法及装置。该方法是在树脂传递模塑工艺中对模具内腔中的纤维和树脂进行超声处理。该装置包含储气罐(1)、储胶罐(2)、模具(3)、集胶罐(4)和真空泵(5)，以及连接在以上各装置之间的输胶管，它还包含有超声装置(7)，超声装置(7)产生的超声波朝向模具(3)，超声装置(7)设置在靠近模具(3)的位置处，并位于模具(3)的下方。本发明提高RTM成型过程中树脂对纤维的浸润性和减少孔隙率，进而改善复合材料的界面性能。
Description
技术领域：本发明涉及一种树脂传递模塑的方法及装置。
背景技术：树脂传递模塑(RTM)工艺以其环境污染小，生产效率高、设备简单及模具投资少，大型复杂结构制品可一次成型等特点，在国内外得到越来越广泛的应用。RTM工艺是将树脂体系在一定的压力下，注入预先铺放好纤维增强体的闭合模腔内，树脂在模腔内浸润纤维增强材料后固化成型。RTM工艺成型过程中树脂对纤维增强体的浸润是重要的一环，由于在成型过程中空气不易排尽，因而易使RTM成型复合材料中产生缺陷，特别是在纤维复合材料中(缝编增强体，编织增强体)尤为明显，这将大大降低复合材料的性能，据资料报道复合材料的孔隙率在5％以内，每增加1％，就导致30％的弯曲强度、3％的拉伸强度、8％的冲击强度的损失，层间强度下降7％，因而提高成型过程中树脂对纤维的浸润性和减少孔隙率非常重要。
发明内容：为解决RTM工艺成型过程中空气不易排尽的问题，本发明提供一种超声处理树脂传递模塑方法及所用的装置。本发明的超声处理树脂传递模塑方法是：在树脂传递模塑工艺中对模具内腔中的纤维和树脂进行超声处理。所述的超声波频率为40～60KHz，最佳为45～55KHz。本发明的超声处理树脂传递模塑所用的装置包含储气罐1、储胶罐2、模具3、集胶罐4和真空泵5，以及连接在以上各装置之间的输胶管，本发明还包含有超声装置7，超声装置7产生的超声波朝向模具3，超声装置7设置在靠近模具3的位置处，并位于模具3的下方，模具3内腔3-1的底面积小于位于模具3正下方的超声装置7的振盒7-1上平面的面积。本发明的原理：超声处理技术主要是利用超声波在液体中引起气泡的破裂时产生的局部高温、高压作用引起树脂对纤维的浸润性提高。超声对胶液主要产生的作用是有利于提高胶液的活性，改善工艺加工特性；利用超声的空化作用消除胶液中多余的气泡。本发明具有如下功能：(1)声空化效应：声空化是指液体中的微小泡核在低频高强超声作用下被激活，表现为泡核的震荡、生长、收缩及崩溃一系列动力学过程，空化泡崩溃的极短时间内在空化泡周围产生的高温高压，理论计算表明，最高温度可达5000K，最高压可达5×107Pa。空化泡的空化效应产生了瞬间的冲击压，引起分子的高速运动。进而在液体内产生了局部的高温、高压，诱发一系列的作用(包括雾化作用、分散作用、物理化学作用等)。(2)声流作用：声流作用是指超声在液体中的有限振幅衰减使液体内形成的一定的声压梯度，从而使液体作稳定的循环流动的现象。如果将超声作用于液体，利用这种声流作用，不但可以实现混合液体中的各个组分分散更加均匀、可以使液体中的组份充分细化、分散，而且可以达到乳液中的破乳的作用。本发明具有如下效果：经超声处理在RTM成型过程中，树脂对纤维增强体的浸润性提高，浸润速率提高30％左右；超声处理可以提高RTM成型复合材料的界面性能，界面脱粘50％时力值，比未处理试样提高36％左右；层间剪切强度比未处理试样提高10％左右。本发明提高RTM成型过程中树脂对纤维的浸润性和减少复合材料孔隙率，进而改善复合材料的界面性能。
附图说明：图1是具体实施方式一的结构示意图，图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式一：本实施方式的超声处理树脂传递模塑所用的装置由储气罐1、储胶罐2、模具3、集胶罐4、真空泵5、超声装置7和输胶管组成。在储气罐1和储胶罐2之间连有输胶管6-1，在输胶管6-1上设有调压阀6-2。在储胶罐2与模具3之间连有输胶管6-3。在模具3与集胶罐4之间连有输胶管6-4。在集胶罐4与真空泵5之间连有输胶管6-5。超声装置7设置在模具3的正下方并紧贴模具3。超声装置7的振盒7-1朝向模具3，而且模具3内腔3-1的底面积小于振盒7-1上平面的面积，即使模具3内腔3-1内的各处全部能接收振盒7-1产生的超声波。模具3是由金属制成，最好是钢材，如45#钢或A3钢。所述的超声装置7是由中国船舶重工集团公司第七研究院第七二六研究所生产。
具体实施方式二：本实施方式采用具体实施方式一的设备，在树脂传递模塑工艺中对模具腔中的纤维和树脂进行处理，其各项参数如下：
超声装置7固有的超声波电功率：0～400w可调，超声波频率：48±1.5kHz。
振盒尺寸：725×115×100mm3
模腔尺寸：100×110×2mm3
试样尺寸：100×110×2，环氧711#，2-乙基4-甲基咪唑树脂体系，T-300碳纤维织物为增强体。
超声处理功率为300W时，在RTM成型过程中，树脂对纤维增强体的浸润性提高最大，浸润速率提高50％；界面脱粘50％时力值，比未处理试样提高36％；层间剪切强度比未处理试样提高11％。
具体实施方式三：本实施方式采用具体实施方式一的设备，在树脂传递模塑工艺中对模具腔中的纤维和树脂进行处理，其各项参数如下：
超声装置7固有的超声波电功率：0～400w可调，超声波频率：48±1.5kHz。
振盒尺寸：725×115×100mm3
模腔尺寸：100×50×2mm3
试样尺寸：100×50×2，环氧711#，2-乙基4-甲基咪唑树脂体系，碳布为增强体。
超声处理功率为200W时，在RTM成型过程中，树脂对纤维增强体的浸润性提高最大，浸润速率提高20％；界面脱粘50％时力值，比未处理试样提高30％；层间剪切强度比未处理试样提高15％。
具体实施方式四：本实施方式采用具体实施方式一的设备，在树脂传递模塑工艺中对模具腔中的纤维和树脂进行处理，其各项参数如下：
超声装置7固有的超声波电功率：0～500w可调，超声波频率：48±1.5kHz。
振盒尺寸：725×200×100mm3
模腔尺寸：160×150×2mm3
试样尺寸：160×150×2mm3
超声处理功率为400W时，在RTM成型过程中，树脂对纤维增强体的浸润性提高最大，浸润速率提高35％；界面脱粘50％时力值，比未处理试样提高40％；层间剪切强度比未处理试样提高13％。
具体实施方式五：本实施方式采用具体实施方式一的装置，具体实施方式二、三或四的方法生产玻璃纤维/环氧复合材料或碳纤维/环氧复合材料，产品形状由模腔控制。
具体实施方式六：本实施方式采用具体实施方式一的装置，具体实施方式二、三或四的方法，在生产过程中首先将纳米ZnO和环氧711#均匀混合，然后再用此设备制造纳米ZnO增强碳纤维/环氧711#复合材料，其性能可比不加超声的`RTM工艺成型的纳米ZnO增强碳纤维/环氧711#复合材料界面性能提高10％。
Claims (4)
1、超声处理树脂传递模塑方法，在树脂传递模塑工艺中对模具内腔中的纤维和树脂进行超声处理；其特征在于所述的超声波频率为40～60KHz。
2、根据权利要求1所述的超声处理树脂传递模塑方法，其特征在于所述的超声波频率为45～55KHZ。
3、超声处理树脂传递模塑所用的装置，它包含储气罐(1)、储胶罐(2)、模具(3)、集胶罐(4)和真空泵(5)，以及连接在以上各装置之间的输胶管，其特征在于它还包含有超声装置(7)，超声装置(7)产生的超声波朝向模具(3)，超声装置(7)设置在靠近模具(3)的位置处，并位于模具(3)的下方，模具(3)内腔(3-1)的底面积小于位于模具(3)正下方的超声装置(7)的振盒(7-1)上平面的面积。
4、根据权利要求3所述的超声处理树脂传递模塑所用的装置，其特征在于所述的模具(3)是由金属制成。
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