【行业资讯】热固性复合材料高压RTM工艺

航空工业采用树脂传递模塑成型工艺（RTM），生产大型高强度结构件，降低工艺成本。在汽车的制造过程中，也有采用RTM工艺进行零部件的生产，主要目的是为了达到更好的表面质量，但是只用于小批量生产的顶级轿车中。

通常RTM工艺的注射压力是 6-15bar最大不超过20bar，工艺周期大约1小时。但是高压RTM工艺，注射压力在10-60bar，工艺周期大约6分钟。

图1：传统RTM成型工艺示意图

图2：HP-RTM成型工艺示意图

目前世界上高压RTM工艺的设备厂家有：德国Dieffenbacher KraussMaffei；德国Schuller Frimo和意大利的Cannon S.p.A公司，一般采用两家公司合作的方式。下面主要就Dieffenbacher KraussMaffei的情况做具体的介绍，其他厂家的设备大同小异。

德国加工机械领域的专家迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克劳斯玛菲公司（KraussMaffei）共同开发了高压树脂传递模塑成型工艺（HP-RTM）的自动化生产线。这条生产系统包括预成型加工、压制过程以及修整工艺。相比于传统的RTM工艺，HP-RTM工艺减少了树脂注射次数，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。

 图3：HP-RTM工艺流程及合作分工

（1）预制件过程

对于HP-RTM部件的生产，需要制造一个由织物增强材料制成的预制件。这样的预制件在迪芬巴赫的预成型中心制造完成，通常使用一个完全自动化的过程。

由碳纤或玻纤制成柔软的纤维织物或纤维毡从卷轴上开卷后放入切割机。使用CNC切割技术，纤维铺层被切割成构件加工所需尺寸。该过程通过由现有的CAD零件参数得到的切割程序完成。切割成形的纤维铺层材料层合到一起，然后放置到成型单元中。可以使用机器人来可靠地处理切割织物、纤维毡以及预制件。预制件成型中心可以作为一个单独的单元来运行，也可与压制工艺一起结合在产线上。

（2）合模加压过程

预制件的加工过程之后就是合模加压。在合模加压的过程中，环氧树脂系统浸渍预制件以及使其固化。

在用机器人将预制件放置到RTM模具中之后，根据模内压力及部件的尺寸和复杂性，采用一台迪芬巴赫液压压机用高达36000 kN（3600 t）的压力完成实际的合模加压过程。压机在很短的建压时间内达到450 mm/s的合模速度和40 mm/s的加压速度。迪芬巴赫短冲程系统能够确保压机具有非常高的能效，尤其具有很短的成型时间和较大的滑块行程。与传统的合模加压技术相比，可以提高50%的能效。

合模加压控制系统允许使用不同的操作程序，并能缩短生产周期。模座周期性地进入和离开压机，只需要很短的换模时间、装卸过程以及生产线下对下半模的清洁。

完成高压注射过程后，还可以通过再加压来获得部件质量的改善。

 图4：高压RTM工艺的自动化过程

（3）注射过程

将低粘度的反应性混合物注入到闭模中浸渍预制件。通过使用克劳斯玛菲的技术，能够使注射速度达到10-200 g/s，取决于树脂系统以及部件的尺寸和工艺设计。在一个闭环过程中，对树脂和固化剂进行精确计量，并在高压下进行混合，得到反应性混合物。

高压计量使得注射时间更短，并提高预制件的浸润度，因而能以较短的固化时间来处理树脂系统。这带来了更短的生产周期和更高的成本效益。此外，这还提供了额外的好处，比如，能在保持出色的表面品质的同时获得更低的孔隙率。而对温度的精确控制则能进一步缩短加工周期，并从特殊RTM树脂体系中获益。

克劳斯玛菲的高压混合头消除了耗费成本的停工时间，也无需使用清洗传统低压混合头时所需的特殊材料。这种混合头具有自清洁能力，因此能在大批量生产时表现出突出的能效优势，它的这种优势已经在多种量化生产中得到了验证。

通过脱模剂供料块，能够将工艺所需的脱模剂直接引入紧凑的自清洁克劳斯玛菲高压混合头，并且，即使在最低剂量（如0.1 g/sec）时，仍具有极高的准确性和工艺可靠性。具有高精度、高重复性的脱模剂计量对于可靠地实施下游工艺来说无疑是非常必要的。

（4）修整

修整是工艺链最后步骤的其中一环。包括部件的外廓修边，增加安装孔和嵌件开孔。用铣刀进行的修整采用的由克劳斯玛菲开发的定制化解决方案。可以采用自动化切割台或手提式切割机。工具的选择主要取决于部件的尺寸和复杂程度。机器人被用于在工艺步骤之间进行零部件的处理。

来源：盖世微课堂