三维编织复合材料制造技术及力学性能研究进展

RTM工艺参数对工艺过程的影响

    影响RTM工艺的工艺参数包括树脂黏度、注射压力、成型温度、真空度等，同时这些参数在成型过程中是相互关联和相互影响的。

（1）树脂黏度。适用于RTM工艺的树脂应该具有较低的黏度，通常应小于600mPa·s，小于300mPa·s时工艺性能会表现得更好。通过提高树脂的成型温度来降低树脂黏度，以利于更好地实现充模过程。

（2）注射压力。注射压力的选择取决于纤维的结构形式和纤维含量以及所需要的成型周期。研究资料表明，较低的注射压力有利于纤维的充分浸渍，有利于力学性能的提高。通过改变产品结构设计、纤维铺层设计、降低树脂浓度、优化注射口和排气口的位置、使用真空辅助等手段，都可以实现降低注射压力。

（3）成型温度。成型温度的选择受模具自身能够提供的加热方式、树脂固化特性及所使用的固化体系的影响。较高的成型温度能够降低树脂的黏度，促进树脂在纤维束内部的流动和浸渍，增强树脂和纤维的界面结合能力。

（4）真空度。在成型过程中使用真空辅助可以有效降低模具的刚度需求，同时促进注射过程中空气的排除，减少产品的孔隙含量。通过实验数据测定，在真空条件下成型的平板平均孔隙含量只有0.15%，而没有真空的平板孔隙含量达到1%。

RTM设备和模具

RTM树脂注射设备包括加热恒温系统、混合搅拌器、计量泵以及各种自动化仪表。注射机按混合方式可分为单组分式、双组分加压式、双组分泵式和加催化剂泵式4种。现在用于批量生产的注射机主要是加催化剂泵式。

        瑞典Aplicator公司制造的RI-2设备，使RTM工艺朝高质量、高速度的全系统生产方面迈了一大步。美国液控系统公司（Liquid Control Systems）制造的Multiflow RTM设备，可对从几克到数百千克的反应树脂体系进行计量，混合并注射进低压力闭合模。

Multiflow CMFH型设备用于制造大型增强材料部件，输入量为45kg/min。可使用于多种树脂体系。
英国Plastech TT公司生产的注射机考虑了多种生产参数的集中控制问题，其中Megaject Pro型注射机是自动化程度最高的一种。

RTM是在低压下成型，模具刚度相对要求低，可以使用多种材料来制造模具。常用的模具类型有玻璃钢模具、电铸镍模具、铝模具、铸铁模具和钢模具。

 一般而言，RTM工艺对模具有如下要求：（1）保持制品的形状、尺寸精度及上下模具的配合精度，使制品达到设计的表面精度；（2）具有可靠地夹紧和顶开上下模具的装置及制品脱模装置；（3）足够的刚度和强度，保证在合模、开模和注射时不出现破坏和尽可能小的变形；（4）可被加热，并保证在一定的树脂成型固化温度下的使用寿命，在使用过程中不发生开裂和变形；（5）具有合理的注射口、冒口、流通，保证树脂充满模腔，并排除制品中的气体；（6）具有合适的模腔厚度，使模具对预成形体有合适的压缩量；（7）上下模具的密封性要好，对无真空辅助的工艺，树脂的漏损率应小于1%，对有真空辅助的工艺，密封应保证不漏气，以免气体进入模腔；（8）以合适的材料和制造成本，满足成型制品数量和模具寿命的要求。

RTM的衍生技术

RTM技术的发展很快，目前在上述成型的基本过程基础上，还衍生出一些特殊的RTM技术，这些技术主要有真空辅助RTM（VARTM）、压缩RTM（CRTM）、Seemann’s复合材料树脂渗透模塑成型（SCRIMP）、树脂膜渗透成型（RFI）、热膨胀RTM（TERTM）、柔性RTM（FRTM）和共注射RTM（CIRTM）等。

三维编织复合材料内部纱线在平面和三维空间中交织在一起，形成一个不分层的、复杂的整体结构[4]。因此在编织复合材料研究之初，主要是通过试验仪器设备等对其进行试验观察和研究。20世纪80年代，国外就有许多学者开始了有关三维编织复合材料的各项试验研究，主要研究了纱线和树脂的各种参量对编织复合材料拉伸，压缩，弯曲和层间剪切等力学性能的影响。国内的试验研究起步相对较晚，直到90年代后期才出现报道。目前已进行包括低速冲击和高能量碰撞在内的各项试验研究。