闭模成型工艺复合材料的特点(复合材料闭模材料的选择参考)

总体来说,树脂传递成型工艺和开模工艺通常使用的材料基本相同,它们最大不同在于复合材料加强技术。工艺生产率决定了对材料的要求。较高的生产率就要求预先设置加强层并使用凝胶固化时间短的树脂。较低的生产率使用的材料与典型开模使用的材料比较相似。

树脂—各种聚酯和乙烯基酯聚合体可用于树脂传递成型工艺。

  • 聚合体的使用取决于最终使用。多数会选择低黏度、非触变树脂。理想的黏度范围为50-150厘泊(添加任何填料前)。固化性能主要取决于循环时间,可由树脂生产商或树脂来调整。加入促进剂、共促进剂和抑制剂可调整凝胶时间、固化时间和最高放热曲线。这些调整并非微不足道,因为它们要求有非常准确的测量。此外由于一些材料具有毒性。很多制模商宁愿购买预先促进的、可以立即使用的树脂。

  • 树脂凝胶时间必须足够长,以便在凝胶前填入模具,但也应不能太长,以便满足生产率目标。对于小件的高生产率,填充时间应少于一分钟,凝胶时间应为2-3分钟,循环时间应少于15分钟。放热控制对这样的快速工艺也非常重要,从而使模具寿命最大化。可对模具采取冷却预防措施,以消除放热热量。对于较大的部件,填充时间接近45分钟,凝胶时间为90分钟,最少固化一晚上。

  • 过氧化物引发剂的选择决定于生产率。各种MEKP引发剂非常常见。有些时候,应首选各种不同的过氧化物引发剂。当要求快速凝胶和固化时,可使用醋酸基过氧氢化物(例如2,4-戊二酮)。如需延长凝胶时间,需使用MEKP和过氧化氢异丙苯的混合物,或醋酸基丙酮过氧化物和异丙基苯过氧化氢物的混合物。

加强材料——玻璃纤维是典型的加强材料。

对于此材料,可对成卷产品进行图形剪切,也可使用预制块。预制块是形状适合于放置于模具腔中的玻璃纤维产品。预制块可以通过两种方式减少循环时间:第一,预制块制作时间不是循环时间的一部分,第二,预制块很容易放置在模具中。如果玻璃纤维的形状不适合模具,那么铺层时需要更加小心。预制块可以使用粗纱纤维和传统玻璃纤维或其他合适纤维。

复合材料闭模工艺示意图

在典型的RTM工艺中,将树脂导入铺设好干玻纤加强层的模具腔体中。

闭模工艺中,连续毡(CFM)取代了开模通常使用的短切毡(CSM)。连续毡比短切毡更能保证成型形状的一致性,因为短切毡在树脂流中可能被撕裂和冲离,留下没有加强的区域。可使用特殊的编织方法来制作特殊结构以提高一致性。其他结构将提供三明治夹层铺层,其中中间有低密度的芯材纤维,在两边有玻璃纤维外层。

连续毡为连续纤维的无纺毡,通常含有些粘接剂。连续毡蓬松而有弹性(压缩前比同样重量的短切毡要厚得多)。这种玻璃纤维毡的重量可以用盎司/平方英尺(osf)来计算。通常它们的重量为1.5osf和2.0osf。

夹芯玻璃纤维有很多种品牌。它们通常具有清晰的3层结构。外表面层为玻璃纤维,而内部层为聚合玻璃纤维。夹芯结构可在不增加额外玻璃纤维重量的状况下,增强弯曲刚度。这是因为聚合体纤维芯材比玻璃纤维密度小,而增加厚度极大地增强了夹芯材料的弯曲强度。缝编成型毡都是夹芯材料的例子,外表皮重量通常为1.5到2.0盎司,芯材重量为5到7盎司。

在注射工艺中,短切毡通常不单独使用,通常和可溶于苯乙烯的粘接剂一起使用。当在压力注射工艺中单独使用时,此材料很可能被冲离,留下没有加强的区域。此外,在模具关闭时,材料很容易被撕裂。由于这些原因,通常会选用其他材料。短切毡相对比较便宜,用来放在表面增加玻璃钢件表面厚度,但是通常会结合连续毡(CFM)或缝织毡(SM)使用。

缝织毡(SM)是一种特殊的短切毡,不含任何化学粘合剂。纤维通过聚合体缝织纱机械连接在一起。这些毡的重量通常为1-4osf。此毡比普通的短切毡好用得多。

表面纱(SV)为玻璃纤维或聚酯纤维的无纺毡。这些材料厚度在3mils到40mils之间。通常用于邻近部件表面的富含树脂层。可提高产品外观和抗腐蚀性。另一个好处是可减少打磨后漏毡。

芯材——有各种理由需在铺层中使用芯材。

有些是由于在不加额外重量的条件下增加截面厚度(弯曲硬度)。有些是为了提供放置螺钉或螺栓的硬点。芯材可使用:胶合板、PVC泡沫或聚氨酯泡沫填充的蜂窝。通常使用的预埋材料也有多种。甚至在纤维夹层之间可使用条状金属。有些芯材则不采用液体注射工艺,因为树脂会充入这些材料,并增加重量。例如:开孔蜂窝。

填料—在填料系统中,一些填料将用于替代树脂,以便节约费用,并改善外观。

此外最高放热温度也会降低,进而模具寿命也会加长。通常会使用碳酸钙、硫酸钙和氢氧化铝。填料用来增加树脂黏度和部件重量,填料的重量比通常为15%到45%。总体来说,填料微粒的尺寸为6-10微米,以保证玻璃纤维不会将填料滤去。通常使用标准的8微米颗粒大小的填料。但有时也使用精细填料,例如3微米的填料。

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