复合材料RTM模具的手糊制作工艺

2010-07-23  来源:《今日科苑》李德有  作者:《今日科苑》李德有  浏览次数:10924 加入收藏   |  分享

RTM(Resin Transfer Molding)是将树脂注入闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法,适于多品种、中批量、高质量先进复合材料成型。这一先进工艺有着诸多优点,可使用多种纤维增强材料和树脂体系...

    RTM(Resin Transfer Molding)是将树脂注入闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法,适于多品种、中批量、高质量先进复合材料成型。这一先进工艺有着诸多优点,可使用多种纤维增强材料和树脂体系,有极好的制品表面。适用于制造高质量复杂形状的制品,且纤维含量高、成型过程中挥发成分少、环境污染少,生产自动化适应性强、投资少、生产效率高。因此,RTM工艺在汽车工业、航空航天、国防工业、机械设备、电子产品上得到了广泛应用。决定RTM产品的首要因素就是模具,由于RTM模具一般采用阴阳模对合方法,因而想办法提高阴阳模的表面质量和尺寸精度就成为决定产品质量的一个关键因素。

    材料的选择

    模具的质量怎样,材料选择是一个关键,根据RTM成型工艺的特点,进行材料的选择。
 
    (1)胶衣层:RTM成型放热较高,4mm厚的产品放热一般能达到120℃以上。这就要求胶衣树脂具有耐热冲击性能,光泽和耐热性能。本次工艺选用美国COOK公司生产的CCP-945-YJ-071乙烯基模具胶衣,它的热变形温度160℃-172℃,有良好的力学性能。

    (2)表面层:主要考虑耐热和耐裂性,采用30g/㎡表面毡和300g/㎡无碱短切毡作增强材料,树脂选用AOC(F010-TBN-23)双酚A环氧基乙烯酯树脂。该树脂持续耐高温性好,收缩率低。

    (3)增强层:重视强度和收缩性,选用的增强材料为0.4的无碱布和300g/㎡无碱短切毡作为增强材料,采用零收缩树脂RM2000树脂为基体材料。

    (4)加固层:增加模具的整体刚度,便于开合模操作,采用钢框架加固的方式。

    原模的制作

    一直以来FRP模具的原模很多采用石膏、木材、水泥、石蜡等作为基材,采用手工制作的方法,用这些材料和制作工艺制作的母模表面很难达到A级表面,尺寸精度也无法控制、制作程序复杂、周期长、容易产生缺陷,平整度较差,只适合那些精度要求较低、表面质量要求不高的FRP模具制作。如果采用上面的方法,根本无法达到RTM模型的制作要求。

    为满足RTM模型的要求,可以采用块状可加工树脂为原料通过数控加工制作。块状可加工树脂俗称代木。采用环氧树脂、ABS塑料、玻璃微珠、二氧化铝、羧甲基纤维混合后搅拌均匀,二丁脂等按一定比例混合后,加热使混合物溶解成糊浆液,经过真空消泡处理后进入模具进行成型,成型后的固体经过加热形成固化物。代木具有热塑性好、稳定性强、机械加工性能好等优点。

    以代木为材料制作模型时,首先应根据产品的设计要求,利用三维绘图软件如Pro/e、UG、CATIA,绘制出产品的三维模型。在产品进行三维数模设计时,为保证产品精度,应根据选用树脂的收缩率留放一定的余量。然后通过数控加工将原模加工出来,原模一般加工为产品实样,产品尺寸和厚度都要达到设计要求。这样制作时就省去了制作模腔的步骤,使产品的尺寸和厚度精度大大提高。 

    模具的制作

    材料选择和原模制作为成功的制作一个RTM模具提供了前提。不过也不能忽略对制作过程的控制。原模通过数控加工,尺寸精度达到了要求,但加工的刀痕还是对模具表面有很大的影响。需要通过精修打磨,经过细微打磨抛光使模型达到A级表面要求。
 
    首先开始第一片模具胶衣层的制作,对于胶衣层为了获得一个好的表面效果,胶衣层需要采用喷涂的方法进行制作。喷涂胶衣时,一般胶衣用量为1000g/㎡,分3次进行喷涂,第一层胶衣用量为200g/㎡,颜色区别于后两次,后两次胶衣用量为400g/㎡。胶衣喷枪气流要均匀,胶液成雾状,均匀喷涂在模型表面。待其最后一次喷涂胶液凝胶后,便进行表面层的铺放。表面层制作是有一层30g/㎡的表面毡和4层300g/㎡短切毡组成。表面毡应铺覆平整不能有搭接和和褶皱,对于棱角处要特别小心,用刷子角进行充分的按压,赶走气泡。待表面层固化后需要进行挑气泡的工作,将气泡扎破然后用砂纸打磨去毛刺并用丙酮擦拭,接着就可以进行下面糊制了。4层300g/㎡短切毡组成分2次糊制完成,每次糊制前都要确认前一次胶液完全固化和挑气泡工作完成。增强层的糊制可以采用布和毡交替,4层固化一次的方式进行糊制。糊制铺覆一定要平整,接缝应互相错开,不要在棱角处搭接,要严格控制每层树脂胶液的用量,要既能充分浸润纤维,又不能过多。糊制到设计厚度就可以进行加固钢框架的糊制了,钢框架与模具不能有间隙,最好能够现场制作,糊制前钢框架需要经过处理消除焊接应力。第一片模具固化24小时后,就可以进行脱模了。脱模时一定要小心不要让原模离模。如果发现离模可以用抽真空的方法让原模与第一片模具重新贴合。经过简单修整,在设计位置安放注胶口和出胶口后就可以开始下片模具的制作了。制作完第二片模具后,将整个模具放入烘箱中从室温逐渐升温到75℃,后保温2小时,停止加热,逐渐冷却至室温。焊接导向后就可以进行脱模处理了。

    模具的后处理

    脱模后,去除多余的飞边,将模具内的小颗粒用压缩空气吹净。

    打磨:用400#的水砂纸经水浸泡后,包在平顺的打磨板上,来回反复打磨。直至第一层胶衣层全部被砂磨掉为止;用清水将模具洗净后;用600#水砂纸,按上述方法打磨,直至磨具表面目视看不出有粗细不均的明显划痕为止;洗净模具,用800#水砂,按上述方法打磨,直至目视模具表面上无明显划痕,手感光滑细腻为止;用清水洗净最后用1200#水砂纸按上述方法反复打磨一次。

    抛光:将1000#的抛光膏均匀涂在模具表面上,2~3分钟后用带有布轮的抛光机开始逐段来回反复进行抛光,直至目视模具表面镜面反光和无残留的砂磨表面(一般需要抛光2遍);清水洗净后,将2000#的抛光膏均匀涂在模具表面,2~3分钟后用带羊毛轮的抛光机逐段抛光,直至目视模具表面高度清晰的镜面反光为止。抛光完毕后,可以用洗衣粉水洗掉抛光膏后用清水洗净晾干。

    封孔剂:待模具表面万全干燥后,用干净的布蘸取封孔剂,均匀的涂抹在模具表面,间隔20~30分钟后再涂一遍。

    脱模剂:采用高效液体脱模剂,用干净的纯棉纱布浸满脱模剂,但不要滴落。擦拭一层光滑涂层,涂湿、涂遍,等待20~30秒后,用另一块棉布擦掉多余的脱模剂,但不要太用力,以手掌自重压向模具便可。这样重复操作6次每次间隔20~30分钟。

    从RTM模具的整个制作过程中可以看出,原模设计与制作为整个模具的制作打下基础,由于新的原型制作技术的采用使原型的制作具有了快速、高精度、工艺简捷、操作简便、省去模腔制作等优点,既缩短了工期,满足了现代企业快速响应市场需求的发展趋势。加上材料选择和模具制作的控制,使RTM成型工艺应用将越来越广。

 

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