Das Resin Transfer Molding (RTM)-Verfahren ist ein typisches Flüssigformverfahren für faserverstärkte Verbundwerkstoffe auf Harzbasis, das hauptsächlich Folgendes umfasst:
(1) Entwerfen von Faservorformlingen gemäß den Form- und mechanischen Leistungsanforderungen der erforderlichen Komponenten;
(2) Legen Sie den vorgefertigten Faservorformling in die Form, schließen Sie die Form und komprimieren Sie sie, um den entsprechenden Volumenanteil des Faservorformlings zu erhalten.
(3) Mit einer speziellen Injektionsausrüstung Harz bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur in die Form einspritzen, um Luft zu entfernen, und es in den Faservorformling eintauchen.
(4) Nachdem der Faservorformling vollständig in Harz eingetaucht ist, wird die Aushärtungsreaktion bei einer bestimmten Temperatur durchgeführt, bis die Aushärtungsreaktion abgeschlossen ist, und das Endprodukt wird entnommen.
Der Harztransferdruck ist der Hauptparameter, der im RTM-Prozess kontrolliert werden sollte.Dieser Druck wird verwendet, um den Widerstand zu überwinden, der beim Einspritzen in den Formhohlraum und beim Eintauchen des Verstärkungsmaterials auftritt.Die Zeit, die das Harz benötigt, um die Übertragung abzuschließen, hängt vom Systemdruck und der Temperatur ab, und eine kurze Zeit kann die Produktionseffizienz verbessern.Ist der Harzdurchfluss jedoch zu hoch, kann der Klebstoff nicht rechtzeitig in das Verstärkungsmaterial eindringen und es kann zu Unfällen durch einen Anstieg des Systemdrucks kommen.Daher ist es im Allgemeinen erforderlich, dass der Flüssigkeitsspiegel des Harzes, der während des Transfervorgangs in die Form gelangt, nicht schneller als 25 mm/min ansteigt.Überwachen Sie den Harzübertragungsprozess, indem Sie die Auslassöffnung beobachten.Normalerweise wird davon ausgegangen, dass der Transfervorgang abgeschlossen ist, wenn alle Beobachtungsöffnungen an der Form übergelaufen sind und keine Blasen mehr freigesetzt werden und die tatsächlich hinzugefügte Harzmenge im Wesentlichen mit der erwarteten hinzugefügten Harzmenge übereinstimmt.Daher sollte die Einstellung der Abgasauslässe sorgfältig überlegt werden.
Harzauswahl
Die Auswahl des Harzsystems ist der Schlüssel zum RTM-Prozess.Die optimale Viskosität beträgt 0,025–0,03 Pa·s, wenn das Harz in den Formhohlraum abgegeben wird und schnell in die Fasern eindringt.Polyesterharz hat eine niedrige Viskosität und kann durch Kalteinspritzung bei Raumtemperatur vervollständigt werden.Aufgrund der unterschiedlichen Leistungsanforderungen des Produkts werden jedoch unterschiedliche Harztypen ausgewählt und ihre Viskosität ist nicht gleich.Daher sollten die Größe der Rohrleitung und des Einspritzkopfes auf die Durchflussanforderungen geeigneter Spezialkomponenten abgestimmt sein.Zu den für das RTM-Verfahren geeigneten Harzen gehören Polyesterharz, Epoxidharz, Phenolharz, Polyimidharz usw.
Auswahl an Verstärkungsmaterialien
Beim RTM-Verfahren können Verstärkungsmaterialien wie Glasfaser, Graphitfaser, Kohlenstofffaser, Siliziumkarbid und Aramidfaser ausgewählt werden.Je nach Designbedarf können Varianten ausgewählt werden, darunter Kurzschnittfasern, unidirektionale Stoffe, mehrachsige Stoffe, Weberei, Strickerei, Kernmaterialien oder Vorformlinge.
Aus Sicht der Produktleistung weisen die mit diesem Verfahren hergestellten Teile einen hohen Faservolumenanteil auf und können entsprechend der spezifischen Form der Teile mit lokaler Faserverstärkung gestaltet werden, was sich positiv auf die Verbesserung der Produktleistung auswirkt.Aus Sicht der Produktionskosten entfallen 70 % der Kosten von Verbundbauteilen auf die Herstellungskosten.Daher ist die Reduzierung der Herstellungskosten ein wichtiges Thema, das bei der Entwicklung von Verbundwerkstoffen dringend gelöst werden muss.Im Vergleich zur herkömmlichen Heißpresstanktechnologie zur Herstellung von Verbundwerkstoffen auf Harzbasis erfordert das RTM-Verfahren keine teuren Tankkörper, wodurch die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden.Darüber hinaus sind die im RTM-Verfahren hergestellten Teile nicht durch die Tankgröße beschränkt und der Größenbereich der Teile ist relativ flexibel, wodurch große und leistungsstarke Verbundbauteile hergestellt werden können.Insgesamt wurde das RTM-Verfahren im Bereich der Herstellung von Verbundwerkstoffen weit verbreitet und schnell weiterentwickelt und wird sich mit Sicherheit zum dominierenden Verfahren in der Herstellung von Verbundwerkstoffen entwickeln.
In den letzten Jahren haben sich Verbundwerkstoffprodukte in der Luft- und Raumfahrtindustrie schrittweise von nicht tragenden Komponenten und kleinen Komponenten zu haupttragenden Komponenten und großen integrierten Komponenten entwickelt.Es besteht ein dringender Bedarf an der Herstellung großer und leistungsstarker Verbundwerkstoffe.Daher wurden Verfahren wie das vakuumunterstützte Harztransferformen (VA-RTM) und das leichte Harztransferformen (L-RTM) entwickelt.
Vakuumunterstütztes Harztransferformverfahren VA-RTM-Verfahren
Das vakuumunterstützte Harztransferformverfahren VA-RTM ist eine Prozesstechnologie, die vom traditionellen RTM-Verfahren abgeleitet ist.Der Hauptprozess dieses Prozesses besteht darin, mithilfe von Vakuumpumpen und anderen Geräten das Innere der Form, in der sich der Faservorformling befindet, abzusaugen, sodass das Harz unter der Wirkung von Vakuumunterdruck in die Form eingespritzt wird, wodurch der Infiltrationsprozess erreicht wird der Faservorform und schließlich die Verfestigung und Formung innerhalb der Form, um die erforderliche Form und den erforderlichen Faservolumenanteil der Verbundwerkstoffteile zu erhalten.
Im Vergleich zur herkömmlichen RTM-Technologie nutzt die VA-RTM-Technologie Vakuumpumpen innerhalb der Form, wodurch der Einspritzdruck innerhalb der Form reduziert und die Verformung der Form und des Faservorformlings erheblich reduziert werden kann, wodurch die Leistungsanforderungen des Prozesses an Ausrüstung und Formen gesenkt werden .Außerdem ermöglicht die RTM-Technologie den Einsatz leichterer Formen, was sich positiv auf die Reduzierung der Produktionskosten auswirkt.Daher eignet sich diese Technologie besser für die Herstellung großer Verbundteile. Beispielsweise ist eine Schaumstoff-Sandwich-Verbundplatte eine der am häufigsten verwendeten großen Komponenten im Luft- und Raumfahrtbereich.
Insgesamt eignet sich das VA-RTM-Verfahren hervorragend zur Herstellung großer und leistungsstarker Verbundbauteile für die Luft- und Raumfahrt.Allerdings ist dieser Prozess in China immer noch teilweise mechanisiert, was zu einer geringen Effizienz bei der Produktherstellung führt.Darüber hinaus beruht die Gestaltung der Prozessparameter größtenteils auf Erfahrung, und es wurde noch kein intelligentes Design erreicht, was eine genaue Steuerung der Produktqualität erschwert.Gleichzeitig haben viele Studien darauf hingewiesen, dass bei diesem Prozess leicht Druckgradienten in Richtung des Harzflusses erzeugt werden, insbesondere bei der Verwendung von Vakuumbeuteln, die zu einem gewissen Grad an Druckentspannung an der Vorderseite des Harzflusses führen Sie beeinträchtigen die Harzinfiltration, führen zur Blasenbildung im Inneren des Werkstücks und verschlechtern die mechanischen Eigenschaften des Produkts.Gleichzeitig führt eine ungleichmäßige Druckverteilung zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung des Werkstücks, was sich auf das Erscheinungsbild des endgültigen Werkstücks auswirkt. Auch dies ist eine technische Herausforderung, die die Technologie noch lösen muss.
Leichtharz-Transferformverfahren L-RTM-Verfahren
Das L-RTM-Verfahren für das leichte Harzspritzpressen ist eine neuartige Technologie, die auf der Grundlage der traditionellen VA-RTM-Prozesstechnologie entwickelt wurde.Wie in der Abbildung gezeigt, besteht das Hauptmerkmal dieser Prozesstechnologie darin, dass die untere Form eine Metallform oder eine andere starre Form annimmt und die obere Form eine halbstarre, leichte Form annimmt.Das Innere der Form ist mit einer doppelten Dichtungsstruktur ausgestattet, und die obere Form wird außen durch Vakuum fixiert, während im Inneren Vakuum zum Einbringen von Harz verwendet wird.Aufgrund der Verwendung einer halbstarren Form in der oberen Form dieses Prozesses und des Vakuumzustands innerhalb der Form werden der Druck in der Form und die Herstellungskosten der Form selbst erheblich reduziert.Mit dieser Technologie können große Verbundteile hergestellt werden.Im Vergleich zum herkömmlichen VA-RTM-Verfahren ist die Dicke der durch dieses Verfahren erhaltenen Teile gleichmäßiger und die Qualität der Ober- und Unterseite ist besser.Gleichzeitig kann die Verwendung von halbstarren Materialien in der oberen Form wiederverwendet werden. Diese Technologie vermeidet den Abfall von Vakuumbeuteln im VA-RTM-Verfahren und eignet sich daher hervorragend für die Herstellung von Verbundteilen für die Luft- und Raumfahrt mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität.
Im eigentlichen Produktionsprozess gibt es jedoch noch gewisse technische Schwierigkeiten:
(1) Aufgrund der Verwendung von halbstarren Materialien in der oberen Form kann eine unzureichende Steifigkeit des Materials während des Prozesses der Vakuumform leicht zum Kollabieren führen, was zu einer ungleichmäßigen Dicke des Werkstücks führt und seine Oberflächenqualität beeinträchtigt.Gleichzeitig beeinflusst die Steifigkeit der Form auch die Lebensdauer der Form selbst.Eine der technischen Schwierigkeiten bei der Anwendung dieses Verfahrens besteht darin, ein geeignetes halbstarres Material als Form für L-RTM auszuwählen.
(2) Durch den Einsatz von Vakuumpumpen im Inneren der L-RTM-Prozesstechnologieform spielt die Abdichtung der Form eine entscheidende Rolle für den reibungslosen Ablauf des Prozesses.Eine unzureichende Abdichtung kann zu einer unzureichenden Harzinfiltration in das Werkstück führen und dadurch dessen Leistung beeinträchtigen.Daher ist die Formversiegelungstechnik eine der technischen Schwierigkeiten bei der Anwendung dieses Verfahrens.
(3) Das im L-RTM-Verfahren verwendete Harz sollte während des Füllvorgangs eine niedrige Viskosität beibehalten, um den Einspritzdruck zu reduzieren und die Lebensdauer der Form zu verbessern.Eine der technischen Schwierigkeiten bei der Anwendung dieses Verfahrens ist die Entwicklung einer geeigneten Harzmatrix.
(4) Beim L-RTM-Prozess ist es normalerweise notwendig, Fließkanäle auf der Form zu entwerfen, um einen gleichmäßigen Harzfluss zu fördern.Wenn die Gestaltung des Strömungskanals nicht angemessen ist, kann dies zu Defekten wie trockenen Stellen und zu viel Fett in den Teilen führen, was die Endqualität der Teile erheblich beeinträchtigt.Insbesondere bei komplexen dreidimensionalen Teilen ist die sinnvolle Gestaltung des Formflusskanals auch eine der technischen Schwierigkeiten bei der Anwendung dieses Verfahrens.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18.01.2024
