1.模具種類
RTM是在低壓下成型,模具剛度相對(duì)要求低,可以使用多種材料來(lái)制造模具。常用的模具類型有玻璃鋼模具,電鑄鎳模具、鋁模具、鑄鐵模具和鋼模。表6-8列出了各種類型模具的比較。
2.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
RTM模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分型;嵌模、組合模、預(yù)埋結(jié)構(gòu)、夾芯結(jié)構(gòu)等模具結(jié)構(gòu)形式;專用鎖緊機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、專用密封結(jié)構(gòu);真空結(jié)構(gòu)形式;模具層合結(jié)構(gòu)、剛度結(jié)構(gòu)形式、模具加熱形式等。
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要遵循以下原則:
(1)盡量簡(jiǎn)化脫模部件:在制造模具時(shí)應(yīng)考慮產(chǎn)品脫模,覆蓋件兩邊緣要留有一定的脫模角度,各部分的連接處平滑過渡。
(2)盡量方便澆注系統(tǒng)的布置。
(3)便于氣體排除:為了有利于氣體的排出,分型面盡可能與樹脂流動(dòng)的末端重合。
(4)模具密封和真空輔助成型:模具采用雙密封結(jié)構(gòu)并且利用真空在浸漬前對(duì)模腔抽真空,這樣有利于降低模具變形、降低孔隙率、提高生產(chǎn)效率、減少修整工序。
(5)便于活塊的安放:當(dāng)分型面開啟后,要有一定的空間便于活塊的安放,并保證活塊安放穩(wěn)固,覆蓋件模具的活塊采用真空吸附,利于定位和穩(wěn)固。
(6)模具制造的難易性:模具總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,盡量減少分型面的數(shù)目,采用平直分型面。
3.注射口和排氣口的設(shè)計(jì)
注射口在模具上有三種情況:
(1)、中心位置:注射口選擇在產(chǎn)品的幾何形心,保證樹脂在模腔中的流動(dòng)距離最短。
(2)、邊緣位置:注射口設(shè)計(jì)在模具的一端,同時(shí)在模具上設(shè)有分配流道,樹脂從邊緣流道注射,排氣口對(duì)稱地設(shè)計(jì)在模具另一端。
(3)、外圍周邊:樹脂通過外圍周邊分配流道注射,排氣口選擇在中心或中心附近的位置。雖然外圍周邊注射的流道也在邊緣,但它是閉合的,排氣口在模具的中心處。
無(wú)論怎樣選擇注射口的位置,目的都是保證樹脂能夠流動(dòng)均勻,浸透纖維。在模具上設(shè)有多個(gè)注射口可以提高注射效率,但是要保證不同注射口在流動(dòng)邊緣到達(dá)下一注射口時(shí),該注射口能夠及時(shí)開啟,上一注射口及時(shí)關(guān)閉,避免出現(xiàn)斷流或紊流造成的流動(dòng)死角。
排氣口通常設(shè)計(jì)在模具的最高點(diǎn)和充模流動(dòng)的末端,以利于空氣的排出和纖維的充份浸潤(rùn)。借助流動(dòng)流動(dòng)模擬軟件可以比較好地確定理想的注口和排氣口。
4.模具密封結(jié)構(gòu)
模具的密封通常采用不同結(jié)構(gòu)形式的密封條來(lái)實(shí)現(xiàn),所用到的密封條結(jié)構(gòu)有O型、矩形和異型密封條,材質(zhì)使用硅橡膠比較好。為了保證模具的有效密封和模腔內(nèi)抽真空的需要,經(jīng)常會(huì)用到雙密封結(jié)構(gòu)。
5.RTM模具的加熱方法
在RTM工藝中對(duì)模內(nèi)樹脂的加熱方法有兩大類:一是直接加熱法。如美國(guó)RP/CMachinery 公司將射頻電能直接通到型腔內(nèi)的樹脂中使樹脂固化,該方法較先進(jìn),熱效率最高,但難度大,目前還不成熟;二是間接加熱法:熱能由介質(zhì)(氣、水、油、蒸汽)攜帶,經(jīng)模具背襯、型殼、型面?zhèn)鲗?dǎo)到樹脂中,使樹脂固化。間接加熱法分為三種。
(1)背襯管路法。模具背襯里鋪設(shè)熱介質(zhì)的管路(循環(huán)管路),由于管路離型面有一定距離,而復(fù)合材料屬熱的不良導(dǎo)體,熱傳導(dǎo)較困難,因此加熱速度慢,加熱循環(huán)較長(zhǎng)。應(yīng)用此方法要求改善模具材料的導(dǎo)熱性,且選擇較平坦的產(chǎn)品類型,以便鋪設(shè)管路方便易施。
(2)型殼管路(或電熱絲布)法。型殼里貼近型面鋪設(shè)熱介質(zhì)循環(huán)管路 (或電熱絲布)、熱介質(zhì)流的控制與壓機(jī)、模具周邊夾緊的操作相協(xié)調(diào)。1個(gè)供熱系統(tǒng)可同時(shí)供多個(gè)模具,加熱、冷卻的速度最快,但每個(gè)模具的成本最高。
(3) 整模加熱法,物料充模后,將整個(gè)模具置于固化爐(或高壓釜)內(nèi)加熱,熱能經(jīng)過模具傳導(dǎo)到型腔內(nèi)的樹脂,致使樹脂固化, 要求模具材料的導(dǎo)熱性好,固化爐內(nèi)能容納整個(gè)模具,如果固化爐尺寸較大,可同時(shí)加熱多個(gè)模具,本法加熱效率低、固化周期長(zhǎng)。
另外美國(guó)Sterling Heights公司研制高速RTM工藝,采用鋼模具、模內(nèi)有管路、管內(nèi)通140℃左右的蒸汽,45秒樹脂固化、再配以其他“高速技術(shù)”,如預(yù)混合、預(yù)催化、特殊單一樹脂、快速投料、快速注射等,模塑周期約1分鐘。
6.玻璃鋼RTM模具的制造
原模的準(zhǔn)備工作中最重要的一項(xiàng)是檢驗(yàn)工作。復(fù)合材料的成型是不可逆的,所以每做一工序都需要檢驗(yàn)驗(yàn)證其正確合格方可進(jìn)行下一道工序的施工,這也是保證模具制作出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)調(diào)整,把損失降到最低的最有效的方法。
內(nèi)部附件包括注入口嵌件,排氣口嵌件,密封條,輔助模內(nèi)頂出件,模內(nèi)導(dǎo)向定位件以及產(chǎn)品預(yù)埋件定位機(jī)構(gòu)等等。
膠衣層是保證模具表面的基礎(chǔ),厚度宜在0.5~1.0mm,可分2~3次噴涂,固化時(shí)間以手觸判斷,觸覺粘而指尖未帶有膠衣為宜。過渡層可用30-50g/m2表面氈糊制,糊制過程中保證不能有氣泡存在,固化后開始糊制增強(qiáng)層,糊制過程中最主要控制鋪層的均勻程度及含膠量均勻程度。
對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、面積較大平板類型的模具,可以在增強(qiáng)層采用氈布交替的鋪層設(shè)計(jì)方式,此方法可以進(jìn)一步提高板殼強(qiáng)度,而曲面較多,形狀復(fù)雜的模具直接由短切氈鋪層糊制即可。但根據(jù)不同的模具質(zhì)量要求慎重選擇布類增強(qiáng),因其強(qiáng)度和含量存在方向性,容易導(dǎo)致模具出現(xiàn)因收縮不均而引起的翅曲變形。
另外,根據(jù)不同的樹脂體系和不同的模具要求及糊制制度進(jìn)行操作,一般情況下,每固化一次糊制的層數(shù)越少,模具尺寸精確度較高,模具強(qiáng)度低,模具變形機(jī)率較??;相反每固化一次糊制的層數(shù)越多,整體強(qiáng)度較大,收縮變形機(jī)率也較大。
有加熱層設(shè)計(jì)的模具,增強(qiáng)層的制作厚度應(yīng)為6~8mm,既保證表面強(qiáng)度,其隔熱作作也不至過于突出。加熱層由加熱管路和導(dǎo)熱介質(zhì)構(gòu)成,加熱管路采用銅管制成,并貼附于增強(qiáng)層的表面,先局部固定后,再用導(dǎo)熱材料澆鑄成型。
模具的加固要使用金屬等剛性材料,按板殼理論設(shè)計(jì)結(jié)果確定平板單元區(qū)域大小并進(jìn)行網(wǎng)格式加固,框架焊接完成后必須進(jìn)行去應(yīng)力處理,糊在模具背后使其與模具粘接成為一體。有加熱層的模具還要在最后制作保溫層,根據(jù)保溫材料的不同,保溫層厚度一般為50~100mm,澆鑄成型。