CN1718414A - 树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置及方法，属复合材料制造技术领域，其装置包括激波发生器(5)，激波发生器电源(6)，RTM模具(7)，所述激波发生器，由轻质壳体(1)，压电陶瓷薄片(2)，端盖(3)，接线座(4)组成；具体实现方法，采用脉冲超声波技术，利用激波发生器(5)在模腔内形成具有瞬时高压效应的压力激波，促进树脂流动，起到提高树脂对纤维的浸润性、排除多余气体和去除微气泡的作用。该发明结构简单，使用方便，是航空航天领域复合材料构件树脂传递模塑成型工艺(RTM)的有效除气装置，同时，也适用于其他复合材料模具成型工艺的除气需求。

Description

树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置及方法

一、技术领域

本发明的树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置及方法，属RTM模具成型工艺的除气装置及方法。

二、背景技术

随着聚合物基复合材料工业的发展，树脂传递模塑(RTM)工艺在国内外得到了越来越广泛的应用。RTM工艺过程是将液态树脂体系在一定压力下，注入预先铺放了纤维增强材料的闭合模腔内，树脂在模腔内浸润纤维增强材料后固化成型。由于在成型过程中空气不易排尽，复合材料制品中容易产生缺陷，从而降低其弯曲强度、拉伸强度、冲击强度和层间强度等。因此，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。

为了减少RTM成型复合材料的孔隙率和提高成型过程中树脂对纤维的浸润性，国内外研究者们做了大量工作。

如发现在真空条件下充模能使制品的气泡含量减少。

通过文献检索，“Vibration Assisted Resin Transfer Molding”(13thInternational Conference on Composite Materials，2001)，研究了音频振动对RTM成型工艺的影响。实验表明，音频振动有利于模腔中树脂对纤维的浸润，使浸润速度变快，气泡减少。

通过专利检索，哈尔滨工业大学申报的发明专利“超声处理树脂传递模塑方法及所用的装置”(专利申请号：03132430.4)，在RTM工艺中对模具内腔中纤维和树脂进行超声处理，以提高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。

上述专利技术采用的超声波频率在40~60kHz，声功率为0~400W，声功率密度并不大。当RTM模具型腔截面发生突变时，对微气泡的去除作用不明显。

为解决工程实际中各种RTM模具的除气需求，有必要进一步研究新型RTM模具的除气装置及方法。

三、发明内容

本发明旨在针对现有技术的现状，研究一种在RTM工艺中，能促进模腔内树脂流动，增强树脂对纤维的浸润性、排除多余气体和去除微气泡的有效方法。本发明的树脂传递模塑工艺的压力激波除气方法，采用脉冲超声波技术，利用压电式激波发生器在液体介质中形成具有瞬时高压效应的压力激波，对模腔内树脂产生定向瞬时压力扰动促进模腔内树脂活动，增强树脂对纤维的浸润性，排除多余气体和除微气泡。采用上述方法，不但可以促进模腔内树脂流动，而且不影响工艺系统的稳定性，有利于提高成型过程中树脂对纤维的浸润性和减少孔隙率，可广泛应用RTM模具除气技术领域。

实现上述目标的树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置，由与RTM模具相连的压电式激波发生器连于大功率激波电源组成。其中压电式激波发生器包括压电陶瓷薄片通过安装孔粘接在轻质壳体内表面，端盖与轻质壳体上端相连通过、密封垫密封、进电座位于端盖上。将激波发生器作为RTM模具的组成部分，通过对易于产生缺陷的部位施加定向辐射压力，促进RTM模腔内树脂流动，即可实现液体压力激波去除微气泡的功能。

本发明与现有技术相比，压电式激波发生器能产生高能超声波，频率为(200~2000)kHz，并在模腔内形成具有瞬时高压效应的压力激波，起到增强树脂对纤维的浸润性、排除多余气体和去除微气泡的作用。

根据实际生产中RTM模具的需求，压电式超声换能器的形状可以相应改变。本文将针对一种特殊形式的RTM模具结构，提出设计方案和实施方法。

本发明装置具有结构简单，使用方便，成本低廉的优点。

四、附图说明

图1一种RTM模具模腔局部剖视图。

注：在环型区域易产生孔隙。

图2压电式激波发生器结构示意图，其中图2(a)为主视剖视示意图，图2(b)为俯视图。

图中标号名称：1.轻质壳体，2.压电陶瓷薄片，3.端盖，4.进电座

图3轻质壳体示意图之一，其中上图为主视剖视图，下图为俯视图。

图4轻质壳体示意图之二，其中上图为主视剖视图，下图为俯视图。

图5液体压力激波除气装置使用示意图

图中标号名称：5.压电式激波发生器，6.大功率激波电源，7、RTM模具

五、具体实施方式

本发明的具体构成是：如图2所示，在轻质壳体1内表面粘接压电陶瓷薄片2，端盖3与轻质壳体1联接，两者之间用密封垫密封。轻质壳体1如图3所示，在轻质壳体1上，设计压电陶瓷薄片2的安装孔；安装孔底面距轻质壳体1表面的距离d根据公式(1)确定：

$d=n\frac{f}{4c}---\left(1\right)$

其中：f为压电陶瓷薄片的纵向谐振频率，c为轻质壳体1材料内声速，f与c可以通过实际测量得到，n＝1，2，A。

压电陶瓷薄片的尺寸、形状和数目根据实际需要设计，并由此确定轻质壳体1的具体形式。图3和图4所示为满足图1所示RTM模具要求的两种轻质壳体具体形式。

为保证良好的透声效果，可采用机械加工方法，通过一次装夹，在轻质壳体1上加工出所有压电陶瓷安装孔，保证各孔的形状和位置精度，满足所需表面加工精度和质量，从而保证粘接质量与声学聚焦效果。

采用特殊粘接工艺，保证压电陶瓷薄片2与轻质壳体1的粘接质量。

图5所示的是液体压力激波除气装置使用示意图，即将大功率激波电源6通过端盖3上的进电座4与压电式激波发生器5相连，压电式激波发生器5作为RTM模具7的组成部分。

具体工作方式：

压电式激波发生器5作为RTM模具7的组成部分(具体位置根据实际需求而定)，在大功率激波电源6的配合下，工作频率为(200～2000)kHz，功率为(0～2000)W，从而实现除气功能，提高复合材料制品的性能。

Claims (3)

1、一种树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置，其特征在于，与RTM模具(7)相连的压电式激波发生器(5)连于大功率激波电源(6)，所述压电式激波发生器(5)包括压电陶瓷薄片(2)通过安装孔粘接在轻质壳体(1)内表面，端盖(3)与轻质壳体(1)联接，通过密封垫(4)密封，接线座(5)位于端盖(3)上。

2、一种树脂传递模塑工艺的压力激波除气方法，其特征在于，采用脉冲超声技术，利用压电式激波发生器，在液体介质中产生具有瞬时高压效应的压力激波，促进RTM模腔内树脂流动，起到增加树脂对纤维的浸润性、排除多余气体和去除微气泡的作用；

3、根据权利要求1所述的树脂传递模塑工艺的压力激波除气装置，其特征在于，轻质壳体(1)上压电陶瓷薄片(2)的安装孔底面距轻质壳体(1)表面距离d根据公式 $d=n\frac{f}{4c}$ 确定，其中：n＝1，2，Λf为压电陶瓷的纵向谐振频率，c为轻质壳体1材料内声速。

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