Proces formowania przetłocznego żywicy (RTM) to typowy proces formowania w płynie materiałów kompozytowych na bazie żywicy wzmacnianej włóknami, który obejmuje głównie:
(1) Projektować preformy włókniste zgodnie z wymaganiami dotyczącymi kształtu i właściwości mechanicznych wymaganych komponentów;
(2) Ułóż wstępnie zaprojektowaną preformę włóknistą w formie, zamknij formę i ściśnij ją, aby uzyskać odpowiedni udział objętościowy preformy włóknistej;
(3) Za pomocą specjalistycznego sprzętu do wtryskiwania wstrzyknąć żywicę do formy pod określonym ciśnieniem i temperaturą, aby usunąć powietrze i zanurzyć ją w preformie włóknistej;
(4) Po całkowitym zanurzeniu preformy włóknistej w żywicy, reakcję utwardzania prowadzi się w określonej temperaturze, aż do zakończenia reakcji utwardzania i wyjmuje się produkt końcowy.
Głównym parametrem, który należy kontrolować w procesie RTM, jest ciśnienie przenoszenia żywicy.Ciśnienie to wykorzystywane jest do pokonania oporu napotykanego podczas wtryskiwania do gniazda formy i zanurzania materiału wzmacniającego.Czas, w którym żywica zakończy transmisję, zależy od ciśnienia i temperatury w systemie, a krótki czas może poprawić wydajność produkcji.Jeśli jednak natężenie przepływu żywicy jest zbyt duże, klej nie może wniknąć w materiał wzmacniający na czas i mogą wystąpić wypadki z powodu wzrostu ciśnienia w układzie.Dlatego ogólnie wymagane jest, aby poziom cieczy żywicy wpływającej do formy podczas procesu przenoszenia nie wzrastał szybciej niż 25 mm/min.Monitoruj proces przenoszenia żywicy, obserwując otwór wylotowy.Zwykle przyjmuje się, że proces transferu jest zakończony, gdy wszystkie otwory obserwacyjne formy przepełnią się klejem i nie będą już wydzielać pęcherzyków, a rzeczywista ilość dodanej żywicy będzie w zasadzie taka sama, jak oczekiwana ilość dodanej żywicy.Dlatego należy dokładnie przemyśleć ustawienie wylotów spalin.
Wybór żywicy
Wybór systemu żywic jest kluczem do procesu RTM.Optymalna lepkość wynosi 0,025-0,03 Pa • s, gdy żywica jest uwalniana do gniazda formy i szybko przenika do włókien.Żywica poliestrowa ma niską lepkość i można ją uzupełniać poprzez wtrysk na zimno w temperaturze pokojowej.Jednakże ze względu na różne wymagania wydajnościowe produktu zostaną wybrane różne rodzaje żywic, a ich lepkość nie będzie taka sama.Dlatego też rozmiar rurociągu i głowicy wtryskowej powinien być zaprojektowany tak, aby spełniał wymagania przepływu odpowiednich komponentów specjalnych.Żywice odpowiednie do procesu RTM obejmują żywicę poliestrową, żywicę epoksydową, żywicę fenolową, żywicę poliimidową itp.
Dobór materiałów wzmacniających
W procesie RTM można wybrać materiały wzmacniające, takie jak włókno szklane, włókno grafitowe, włókno węglowe, węglik krzemu i włókno aramidowe.Odmiany można wybierać zgodnie z potrzebami projektowymi, w tym włókna krótko cięte, tkaniny jednokierunkowe, tkaniny wieloosiowe, tkaniny tkackie, dziewiarskie, materiały rdzeniowe lub preformy.
Z punktu widzenia wydajności produktu części wytwarzane w tym procesie charakteryzują się dużą zawartością włókien i można je zaprojektować z lokalnym wzmocnieniem włóknem, zgodnie z konkretnym kształtem części, co jest korzystne dla poprawy wydajności produktu.Z punktu widzenia kosztów produkcji 70% kosztów komponentów kompozytowych pochodzi z kosztów produkcji.Dlatego ważnym problemem, który należy pilnie rozwiązać przy opracowywaniu materiałów kompozytowych, jest sposób obniżenia kosztów produkcji.W porównaniu z tradycyjną technologią zbiorników do prasowania na gorąco do produkcji materiałów kompozytowych na bazie żywic, proces RTM nie wymaga drogich korpusów zbiorników, co znacznie zmniejsza koszty produkcji.Co więcej, części wytwarzane w procesie RTM nie są ograniczone rozmiarem zbiornika, a zakres rozmiarów części jest stosunkowo elastyczny, co pozwala na wytwarzanie dużych i wysokowydajnych komponentów kompozytowych.Ogólnie rzecz biorąc, proces RTM jest szeroko stosowany i szybko rozwijany w dziedzinie wytwarzania materiałów kompozytowych i z pewnością stanie się dominującym procesem w produkcji materiałów kompozytowych.
W ostatnich latach produkty z materiałów kompozytowych w przemyśle lotniczym i kosmicznym stopniowo zastępowały komponenty nienośne i małe komponenty na rzecz głównych komponentów przenoszących obciążenia i dużych komponentów zintegrowanych.Istnieje pilne zapotrzebowanie na produkcję dużych i wysokowydajnych materiałów kompozytowych.Dlatego opracowano procesy takie jak formowanie przetłoczne żywicy wspomagane próżniowo (VA-RTM) i formowanie przetłoczne żywicy lekkiej (L-RTM).
Proces formowania próżniowego żywicy metodą VA-RTM
Proces formowania przetłocznego żywicy wspomaganego próżniowo VA-RTM to technologia procesowa wywodząca się z tradycyjnego procesu RTM.Głównym procesem tego procesu jest zastosowanie pomp próżniowych i innego sprzętu do odkurzania wnętrza formy, w której znajduje się preforma włóknista, w celu wtryskiwania żywicy do formy pod działaniem podciśnienia próżniowego, osiągając proces infiltracji preformę włóknistą, a na koniec zestalenie i formowanie wewnątrz formy w celu uzyskania wymaganego kształtu i udziału objętościowego włókien w częściach materiału kompozytowego.
W porównaniu z tradycyjną technologią RTM, technologia VA-RTM wykorzystuje pompowanie próżniowe wewnątrz formy, co może zmniejszyć ciśnienie wtrysku wewnątrz formy i znacznie zmniejszyć odkształcenie formy i preformy włóknistej, zmniejszając w ten sposób wymagania wydajnościowe procesu dla sprzętu i form .Umożliwia także technologii RTM stosowanie lżejszych form, co korzystnie wpływa na obniżenie kosztów produkcji.Dlatego technologia ta jest bardziej odpowiednia do wytwarzania dużych części kompozytowych. Na przykład płyta kompozytowa z pianki warstwowej jest jednym z powszechnie stosowanych dużych komponentów w przemyśle lotniczym.
Ogólnie rzecz biorąc, proces VA-RTM doskonale nadaje się do przygotowywania dużych i wysokowydajnych komponentów kompozytowych dla przemysłu lotniczego.Jednak w Chinach proces ten jest nadal częściowo zmechanizowany, co skutkuje niską wydajnością wytwarzania produktów.Co więcej, projektowanie parametrów procesu opiera się głównie na doświadczeniu, a nie opracowano jeszcze inteligentnego projektu, co utrudnia dokładną kontrolę jakości produktu.Jednocześnie wiele badań wykazało, że podczas tego procesu łatwo powstają gradienty ciśnienia w kierunku przepływu żywicy, szczególnie w przypadku stosowania worków próżniowych, wystąpi pewien stopień relaksacji ciśnienia z przodu przepływu żywicy, co będzie wpływać na infiltrację żywicy, powodować powstawanie pęcherzyków wewnątrz przedmiotu obrabianego i zmniejszać właściwości mechaniczne produktu.Jednocześnie nierównomierny rozkład nacisku spowoduje nierówny rozkład grubości przedmiotu obrabianego, wpływając na jakość wyglądu końcowego przedmiotu obrabianego. Jest to również wyzwanie techniczne, które technologia musi jeszcze rozwiązać.
Proces formowania przetłocznego żywicy lekkiej Proces L-RTM
Proces L-RTM do formowania przetłocznego lekkiej żywicy to nowy rodzaj technologii opracowany w oparciu o tradycyjną technologię procesu VA-RTM.Jak pokazano na rysunku, główną cechą tej technologii procesu jest to, że w dolnej formie zastosowano formę metalową lub inną sztywną, a w górnej formie półsztywną, lekką formę.Wnętrze formy ma podwójną strukturę uszczelniającą, a górna forma jest mocowana zewnętrznie za pomocą próżni, podczas gdy wnętrze wykorzystuje próżnię do wprowadzenia żywicy.Ze względu na zastosowanie półsztywnej formy w górnej formie tego procesu oraz stan próżni wewnątrz formy, ciśnienie wewnątrz formy i koszt produkcji samej formy są znacznie zmniejszone.Dzięki tej technologii można wytwarzać duże części kompozytowe.W porównaniu z tradycyjnym procesem VA-RTM, grubość części uzyskanych w tym procesie jest bardziej jednolita, a jakość górnej i dolnej powierzchni jest lepsza.Jednocześnie można ponownie wykorzystać półsztywne materiały w górnej formie. Technologia ta pozwala uniknąć marnowania worków próżniowych w procesie VA-RTM, dzięki czemu doskonale nadaje się do produkcji części kompozytowych dla przemysłu lotniczego i kosmonautycznego o wysokich wymaganiach dotyczących jakości powierzchni.
Jednak w rzeczywistym procesie produkcyjnym nadal występują pewne trudności techniczne w tym procesie:
(1) Ze względu na zastosowanie półsztywnych materiałów w górnej formie, niewystarczająca sztywność materiału może łatwo doprowadzić do zapadnięcia się podczas procesu formowania próżniowego, co powoduje nierówną grubość przedmiotu obrabianego i wpływa na jakość jego powierzchni.Jednocześnie sztywność formy wpływa również na żywotność samej formy.Wybór odpowiedniego półsztywnego materiału na formę do L-RTM jest jedną z trudności technicznych w stosowaniu tego procesu.
(2) Ze względu na zastosowanie pompowania próżniowego wewnątrz formy technologicznej L-RTM, uszczelnienie formy odgrywa kluczową rolę w płynnym przebiegu procesu.Niewystarczające uszczelnienie może spowodować niewystarczającą infiltrację żywicy wewnątrz przedmiotu obrabianego, co wpłynie na jego wydajność.Dlatego technologia uszczelniania form jest jedną z trudności technicznych w stosowaniu tego procesu.
(3) Żywica stosowana w procesie L-RTM powinna utrzymywać niską lepkość podczas procesu napełniania, aby zmniejszyć ciśnienie wtrysku i poprawić żywotność formy.Opracowanie odpowiedniej matrycy żywicznej jest jedną z trudności technicznych w stosowaniu tego procesu.
(4) W procesie L-RTM zwykle konieczne jest zaprojektowanie kanałów przepływowych w formie, aby zapewnić równomierny przepływ żywicy.Jeśli konstrukcja kanału przepływowego nie jest rozsądna, może to powodować defekty, takie jak suche plamy i zatłuszczenie części, poważnie wpływając na ostateczną jakość części.Szczególnie w przypadku skomplikowanych części trójwymiarowych, rozsądne zaprojektowanie kanału przepływowego formy jest również jedną z trudności technicznych w stosowaniu tego procesu.
Czas publikacji: 18 stycznia 2024 r
