RTM成型工艺中缺陷形成机理地研究.pdfVIP

RTM成型工艺中缺陷形成机理的研究+ 李柏松 王继辉 邓京兰 (武汉工业大学材料复台新技术国家实验室，武汉430070) 摘 要 本文简要介绍了树脂传递模塑(简称RTM)成型工艺中缺陷的形成机 理，以及消除缺陷的一种方法。该方法能根据纤维增强材料的铺设结构及树脂胶液流动 方式预测缺陷的形成并加以消除。 关毽词树脂传递模塑r缺陷气泡消瞬、 ‘ 7 ‘ 1前言 近年来，树脂传递模塑(RTM)工艺在国内外得到了越来越广泛的应用。该工艺在树 脂基复合材料成型工艺方法中的地位也随之提高。由于RTM工艺具有很低的工艺设备成 本和劳动力成本，很短的生产周期，较强的材料适应性，以及基本不对环境造成污染等显 著优点，在今后一段时间里，这一工艺必将会更加普遍地为复合材料工业所采用。 RTM工艺过程是将液态树脂体系在一定压力下，注入预先铺放了纤维增强材料的闭 合模腔内，树脂在模腔内浸润纤维增强材料后固化成型。这种闭合模腔内的纤维浸润情况 较其它成型方法相对复杂，它既不同于手糊成型，也不同于靠加热加压的成型方法如 SMC、BMC等。手糊成型工艺是在开放的环境中操作，可以很方便排除浸润过程中产生 的气泡，使树脂充分浸润纤维。SMC、BMC等热压方法则可以依赖于温度压力的提高来 改善树脂对纤维的浸透性。而RTM工艺要求闭合模腔内树脂在凝胶前很短的时间内迅速 浸透纤维，并依赖注射压力或其它的辅助方法尽快排除气泡，否则就无法避免制成品中产 生缺胶、气泡等缺陷。 针对RTM工艺存在的这些缺陷，国内外研究人员做了大量的工作。这些研究工作主 要集中在缺陷的形成机理及缺陷消除两方面。 2 RTM制品缺陷形成机理 Ⅱ姗制品普通存在着气泡、缺胶等明显缺陷，研究它们的形成机理对于如何消除这 些缺陷至关重要。 早期J．A小Mn矗Hl】等人对树脂胶液在极小范围内的流动情况进行了实验研究，并 且获得了一些有意义的结论。T．S．Lundstvom[2]等人认为气泡的形成主要是在树脂流 动过程中由于空气的裹人而形成的。近年来，IJJ—m∞．I唐e【3】等人研究了纤维增强材 料铺设结构对树脂胶液流动及气泡形成的影响。 L．Jmea Lee认为在纤维增强材料中孔隙按尺寸大小分布几率如图l所示，大孔隙 形式与自然界生物形态的分布相类似。 ’国家自然科学基金资助项目(ItlII删ISI 在RTM充模过程中树脂胶液在纤维增强材料中 的流动主要有以下两种形式：一是树脂胶液在纤维束 闻空隙内的流动，二是树脂胶液在纤维束内纤维单丝 分 布 间的流动。我们把在纤维柬之间的空隙里产生的气泡 几 称为大气泡，而在纤维束内单丝之间产生的气泡依其 奎 大小不同分别称为小气泡或傲气泡。 对于不同结构的纤维增强材料，产生气泡的形式 也不尽相同。例如单向缝合纤维毡，在相邻的纤维束 的空隙内产生的气泡是细长的，而相邻的缝合纤维之 孔隙尺寸 间产生的气泡是圆形的。为了研究的方便，L．James 图1孔隙分布几宰图 I艘建立了如下气泡形成的模形，如图2所示： 树脂腔浪流动前缘 毛细作用引发的流动前缘 形 堇至 桥 图2 气泡形成模型 在这个模型中，清楚地显示了树脂胶渡流动时大孔、微孔的相对位置，气泡产生的形 式，纤维束间及纤维束内两种不同通道内的流动区域及流动前缘的情况。这两种流动通道 内的孔隙率和渗透率是不同的，也就是说，将纤维增强材料看成是由大孔和微孔相互作用 而重叠在一起