Il processo di stampaggio a trasferimento di resina (RTM) è un tipico processo di stampaggio liquido per materiali compositi a base di resina fibrorinforzata, che comprende principalmente:
(1) Progettare le preforme in fibra in base alla forma e ai requisiti di prestazione meccanica dei componenti richiesti;
(2) Appoggiare la preforma di fibra preprogettata nello stampo, chiudere lo stampo e comprimerla per ottenere la frazione volumetrica corrispondente della preforma di fibra;
(3) Utilizzando attrezzature di iniezione specializzate, iniettare la resina nello stampo a una determinata pressione e temperatura per eliminare l'aria e immergerla nella preforma della fibra;
(4) Dopo che la preforma della fibra è stata completamente immersa nella resina, la reazione di indurimento viene eseguita a una determinata temperatura fino al completamento della reazione di indurimento e il prodotto finale viene estratto.
La pressione di trasferimento della resina è il parametro principale da controllare nel processo RTM.Questa pressione viene utilizzata per vincere la resistenza incontrata durante l'iniezione nella cavità dello stampo e l'immersione del materiale di rinforzo.Il tempo impiegato dalla resina per completare la trasmissione è correlato alla pressione e alla temperatura del sistema e un tempo breve può migliorare l'efficienza della produzione.Ma se la portata della resina è troppo elevata, l'adesivo non riesce a penetrare in tempo nel materiale di rinforzo e possono verificarsi incidenti a causa dell'aumento della pressione del sistema.Pertanto, è generalmente richiesto che il livello del liquido della resina che entra nello stampo durante il processo di trasferimento non aumenti più velocemente di 25 mm/min.Monitorare il processo di trasferimento della resina osservando la porta di scarico.Di solito si presuppone che il processo di trasferimento sia completato quando tutte le porte di osservazione sullo stampo traboccano di colla e non rilasciano più bolle e la quantità effettiva di resina aggiunta è sostanzialmente uguale alla quantità prevista di resina aggiunta.Pertanto, l'impostazione delle uscite di scarico deve essere attentamente considerata.
Selezione della resina
La scelta del sistema di resina è la chiave del processo RTM.La viscosità ottimale è 0,025-0,03 Pa • s quando la resina viene rilasciata nella cavità dello stampo e rapidamente infiltrata nelle fibre.La resina poliestere ha una bassa viscosità e può essere completata mediante iniezione a freddo a temperatura ambiente.Tuttavia, a causa dei diversi requisiti prestazionali del prodotto, verranno selezionati diversi tipi di resine e la loro viscosità non sarà la stessa.Pertanto, le dimensioni della tubazione e della testa di iniezione dovrebbero essere progettate per soddisfare i requisiti di flusso di idonei componenti speciali.Le resine adatte al processo RTM includono resina poliestere, resina epossidica, resina fenolica, resina poliimmidica, ecc.
Scelta dei materiali di rinforzo
Nel processo RTM è possibile selezionare materiali di rinforzo come fibra di vetro, fibra di grafite, fibra di carbonio, carburo di silicio e fibra aramidica.Le varietà possono essere selezionate in base alle esigenze di progettazione, comprese fibre a taglio corto, tessuti unidirezionali, tessuti multiasse, tessitura, lavorazione a maglia, materiali di base o preforme.
Dal punto di vista delle prestazioni del prodotto, le parti prodotte da questo processo hanno un'elevata frazione volumetrica di fibre e possono essere progettate con rinforzo locale delle fibre in base alla forma specifica delle parti, il che è vantaggioso per migliorare le prestazioni del prodotto.Dal punto di vista dei costi di produzione, il 70% del costo dei componenti compositi deriva dai costi di produzione.Pertanto, come ridurre i costi di produzione è una questione importante che deve essere risolta con urgenza nello sviluppo di materiali compositi.Rispetto alla tradizionale tecnologia dei serbatoi di pressatura a caldo per la produzione di materiali compositi a base di resina, il processo RTM non richiede corpi dei serbatoi costosi, riducendo notevolmente i costi di produzione.Inoltre, le parti prodotte mediante il processo RTM non sono limitate dalle dimensioni del serbatoio e la gamma di dimensioni delle parti è relativamente flessibile, il che consente di produrre componenti compositi di grandi dimensioni e ad alte prestazioni.Nel complesso, il processo RTM è stato ampiamente applicato e sviluppato rapidamente nel campo della produzione di materiali compositi ed è destinato a diventare il processo dominante nella produzione di materiali compositi.
Negli ultimi anni, i prodotti in materiali compositi nel settore manifatturiero aerospaziale si sono gradualmente spostati da componenti non portanti e piccoli componenti a componenti portanti principali e componenti integrati di grandi dimensioni.Esiste una domanda urgente per la produzione di materiali compositi di grandi dimensioni e ad alte prestazioni.Pertanto, sono stati sviluppati processi come lo stampaggio a trasferimento di resina assistito dal vuoto (VA-RTM) e lo stampaggio a trasferimento di resina leggero (L-RTM).
Processo di stampaggio a trasferimento di resina assistito dal vuoto Processo VA-RTM
Il processo di stampaggio a trasferimento di resina assistito sotto vuoto VA-RTM è una tecnologia di processo derivata dal tradizionale processo RTM.Il processo principale di questo processo consiste nell'utilizzare pompe per vuoto e altre apparecchiature per aspirare l'interno dello stampo in cui si trova la preforma di fibra, in modo che la resina venga iniettata nello stampo sotto l'azione della pressione negativa del vuoto, ottenendo il processo di infiltrazione di la preforma della fibra, e infine solidifica e forma all'interno dello stampo per ottenere la forma richiesta e la frazione di volume della fibra delle parti in materiale composito.
Rispetto alla tradizionale tecnologia RTM, la tecnologia VA-RTM utilizza il pompaggio del vuoto all'interno dello stampo, che può ridurre la pressione di iniezione all'interno dello stampo e ridurre notevolmente la deformazione dello stampo e della preforma delle fibre, riducendo così i requisiti prestazionali del processo per attrezzature e stampi .Consente inoltre alla tecnologia RTM di utilizzare stampi più leggeri, il che è vantaggioso per ridurre i costi di produzione.Pertanto, questa tecnologia è più adatta per la produzione di parti composite di grandi dimensioni. Ad esempio, la piastra composita sandwich in schiuma è uno dei componenti di grandi dimensioni comunemente utilizzati nel campo aerospaziale.
Nel complesso, il processo VA-RTM è particolarmente adatto per la preparazione di componenti compositi aerospaziali di grandi dimensioni e ad alte prestazioni.Tuttavia, in Cina questo processo è ancora semimeccanizzato, con conseguente bassa efficienza produttiva del prodotto.Inoltre, la progettazione dei parametri di processo si basa principalmente sull’esperienza e la progettazione intelligente non è stata ancora raggiunta, rendendo difficile il controllo accurato della qualità del prodotto.Allo stesso tempo, molti studi hanno sottolineato che durante questo processo si generano facilmente gradienti di pressione nella direzione del flusso di resina, soprattutto quando si utilizzano sacchi a vuoto, si verificherà un certo grado di rilassamento della pressione nella parte anteriore del flusso di resina, che influenzano l'infiltrazione della resina, provocano la formazione di bolle all'interno del pezzo e riducono le proprietà meccaniche del prodotto.Allo stesso tempo, una distribuzione non uniforme della pressione causerà una distribuzione non uniforme dello spessore del pezzo, influenzando la qualità estetica del pezzo finale. Anche questa è una sfida tecnica che la tecnologia deve ancora risolvere.
Processo di stampaggio a trasferimento di resina leggera Processo L-RTM
Il processo L-RTM per lo stampaggio a trasferimento di resina leggera è un nuovo tipo di tecnologia sviluppata sulla base della tradizionale tecnologia di processo VA-RTM.Come mostrato nella figura, la caratteristica principale di questa tecnologia di processo è che lo stampo inferiore adotta uno stampo metallico o altro stampo rigido, mentre lo stampo superiore adotta uno stampo leggero semirigido.L'interno dello stampo è progettato con una struttura a doppia tenuta e lo stampo superiore è fissato esternamente tramite vuoto, mentre l'interno utilizza il vuoto per introdurre la resina.Grazie all'utilizzo di uno stampo semirigido nello stampo superiore di questo processo e allo stato di vuoto all'interno dello stampo, la pressione all'interno dello stampo e il costo di produzione dello stampo stesso sono notevolmente ridotti.Questa tecnologia può produrre parti composite di grandi dimensioni.Rispetto al tradizionale processo VA-RTM, lo spessore delle parti ottenute con questo processo è più uniforme e la qualità delle superfici superiore e inferiore è superiore.Allo stesso tempo, è possibile riutilizzare l'uso di materiali semirigidi nello stampo superiore. Questa tecnologia evita lo spreco di sacchetti sottovuoto nel processo VA-RTM, rendendolo altamente adatto alla produzione di parti composite aerospaziali con elevati requisiti di qualità superficiale.
Tuttavia, nel processo di produzione vero e proprio, ci sono ancora alcune difficoltà tecniche in questo processo:
(1) A causa dell'uso di materiali semirigidi nello stampo superiore, una rigidità insufficiente del materiale può facilmente portare al collasso durante il processo dello stampo fisso sotto vuoto, con conseguente spessore irregolare del pezzo e compromettendone la qualità superficiale.Allo stesso tempo, la rigidità dello stampo influisce anche sulla durata dello stampo stesso.Come scegliere un materiale semirigido adatto come stampo per L-RTM è una delle difficoltà tecniche nell'applicazione di questo processo.
(2) Grazie all'utilizzo del pompaggio a vuoto all'interno dello stampo della tecnologia di processo L-RTM, la sigillatura dello stampo gioca un ruolo cruciale nel regolare svolgimento del processo.Una tenuta insufficiente può causare un'infiltrazione insufficiente di resina all'interno del pezzo, compromettendone le prestazioni.Pertanto, la tecnologia di sigillatura dello stampo è una delle difficoltà tecniche nell'applicazione di questo processo.
(3) La resina utilizzata nel processo L-RTM dovrebbe mantenere una bassa viscosità durante il processo di riempimento per ridurre la pressione di iniezione e migliorare la durata dello stampo.Lo sviluppo di una matrice resinosa adatta è una delle difficoltà tecniche nell'applicazione di questo processo.
(4) Nel processo L-RTM, solitamente è necessario progettare canali di flusso sullo stampo per favorire un flusso uniforme della resina.Se la progettazione del canale di flusso non è ragionevole, può causare difetti come punti asciutti e grasso ricco nelle parti, compromettendo gravemente la qualità finale delle parti.Soprattutto per le parti tridimensionali complesse, anche la progettazione ragionevole del canale di flusso dello stampo è una delle difficoltà tecniche nell'applicazione di questo processo.
Orario di pubblicazione: 18 gennaio 2024
