1.模具種類
表6-8 不同類型的模具比較
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玻璃鋼模 |
電鑄鎳模 |
鋁模 |
鑄鐵模 |
鋼模 |
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強度/MPa |
150～400 |
300 |
50～500 |
100～200 |
>300 |
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模量/GPa |
7～20 |
200 |
71 |
～150 |
210 |
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韌性 |
沖擊引起損傷 |
耐低沖擊 |
易造成劃痕 |
不易損傷 |
不易損傷 |
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密度g/cm3 |
1.5～2 |
8.9 |
2.7 |
7.2 |
7.8 |
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熱膨脹系數(shù)×10－6℃ |
15～20 |
13 |
23 |
11 |
15 |
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熱導率/W·m-1·K-1 |
～1 |
～50 |
200 |
70 |
60 |
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比熱容/ J·kg-1·℃-1 |
～1000 |
460 |
913 |
500 |
420 |
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最高使用溫度/℃ |
80 |
>樹脂固化溫度 |
>樹脂固化溫度 |
>樹脂固化溫度 |
>樹脂固化溫度 |
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公差 |
固化收縮變形 |
取決于原模 |
精度高 |
精度高 |
精度高 |
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表面光潔度 |
可拋光 |
拋光改善光潔度 |
拋光改善光潔度 |
不如鋁和鋼模 |
拋光改善光潔度 |
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修復 |
膠衣?lián)p壞容易修復，增強層損壞難修復 |
不易修復 |
容易 |
容易 |
容易 |
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制造周期 |
2～4周 |
30～40天 |
30～40天 |
30～40天 |
30～50天 |
2.模具結構設計
RTM模具的結構設計包括產(chǎn)品結構分型；嵌模、組合模、預埋結構、夾芯結構等模具結構形式；專用鎖緊機構、脫模機構、專用密封結構；真空結構形式；模具層合結構、剛度結構形式、模具加熱形式等。
模具結構設計主要遵循以下原則：
（1）盡量簡化脫模部件：在制造模具時應考慮產(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：模具采用雙密封結構并且利用真空在浸漬前對模腔抽真空，查看更多工藝文章登錄復合材料應用技術網(wǎng)，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：模具總體結構簡化，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計
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距離最短。
（2）、邊緣位置：注射口設計在模具的一端，同時在模具上設有分配流道，樹脂從邊緣流道注射，排氣口對稱地設計在模具另一端。
（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。
無論怎樣選擇注射口的位置，目的都是保證樹脂能夠流動均勻，浸透纖維。在模具上設有多個注射口可以提高注射效率，但是要保證不同注射口在流動邊緣到達下一注射口時，該注射口能夠及時開啟，上一注射口及時關閉，避免出現(xiàn)斷流或紊流造成的流動死角。
排氣口通常設計在模具的最高點和充模流動的末端，以利于空氣的排出和纖維的充份浸潤。借助流動流動模擬軟件可以比較好地確定理想的注口和排氣口。
4.模具密封結構
模具的密封通常采用不同結構形式的密封條來實現(xiàn)，所用到的密封條結構有O型、矩形和異型密封條，材質使用硅橡膠比較好。為了保證模具的有效密封和模腔內(nèi)抽真空的需要，經(jīng)常會用到雙密封結構。
5.RTM模具的加熱方法
在RTM工藝中對模內(nèi)樹脂的加熱方法有兩大類:一是直接加熱法。如美國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，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(氣、水、油、蒸汽)攜帶，經(jīng)模具背襯、型殼、型面?zhèn)鲗У綐渲?，使樹脂固化。間接加熱法分為三種。
（1）背襯管路法。模具背襯里鋪設熱介質的管路(循環(huán)管路)，由于管路離型面有一定距離，而復合材料屬熱的不良導體，熱傳導較困難，因此加熱速度慢，加熱循環(huán)較長。應用此方法要求改善模具材料的導熱性，且選擇較平坦的產(chǎn)品類型，以便鋪設管路方便易施。
（2）型殼管路(或電熱絲布)法。查看更多工藝文章登錄復合材料應用技術網(wǎng)，型殼里貼近型面鋪設熱介質循環(huán)管路 (或電熱絲布)、熱介質流的控制與壓機、模具周邊夾緊的操作相協(xié)調(diào)。1個供熱系統(tǒng)可同時供多個模具，加熱、冷卻的速度最快，但每個模具的成本最高。
（3） 整模加熱法，物料充模后，將整個模具置于固化爐(或高壓釜)內(nèi)加熱，熱能經(jīng)過模具傳導到型腔內(nèi)的樹脂，致使樹脂固化， 要求模具材料的導熱性好，固化爐內(nèi)能容納整個模具，如果固化爐尺寸較大，可同時加熱多個模具，本法加熱效率低、固化周期長。
另外美國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”，如預混合、預催化、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
玻璃鋼RTM模具的基本制作流程如圖6-16所示
原模的準備工作中最重要的一項是檢驗工作。復合材料的成型是不可逆的，所以每做一工序都需要檢驗驗證其正確合格方可進行下一道工序的施工，這也是保證模具制作出現(xiàn)問題時及時調(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)導向定位件以及產(chǎn)品預埋件定位機構等等。
膠衣層是保證模具表面的基礎，厚度宜在0.5～1.0mm，可分2～3次噴涂，固化時間以手觸判斷，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。
對于形狀簡單、面積較大平板類型的模具，可以在增強層采用氈布交替的鋪層設計方式，此方法可以進一步提高板殼強度，而曲面較多，形狀復雜的模具直接由短切氈鋪層糊制即可。但根據(jù)不同的模具質量要求慎重選擇布類增強，查看更多工藝文章登錄復合材料應用技術網(wǎng)，因其強度和含量存在方向性，容易導致模具出現(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，模具強度低，模具變形機率較小；相反每固化一次糊制的層數(shù)越多，整體強度較大，收縮變形機率也較大。
有加熱層設計的模具，增強層的制作厚度應為6～8mm,既保證表面強度，其隔熱作作也不至過于突出。加熱層由加熱管路和導熱介質構成，加熱管路采用銅管制成，并貼附于增強層的表面，先局部固定后，再用導熱材料澆鑄成型。
模具的加固要使用金屬等剛性材料，按板殼理論設計結果確定平板單元區(qū)域大小并進行網(wǎng)格式加固，框架焊接完成后必須進行去應力處理，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。
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