| Параметр | RTM Light (LRTM) | Классический RTM | Вакуумная инфузия (VARTM) |
|---|---|---|---|
| Давление впрыска | 0,03–0,10 МПа (0,3–1,0 бар) | 0,4–1,0 МПа (4–10 бар) | 0 МПа (только вакуум) |
| Вакуум в полости | 15–20 дюймов рт. ст. (380–510 мм рт. ст.) | Не применяется или минимальный | 23–29 дюймов рт. ст. (580–740 мм рт. ст.) |
| Вакуум для зажима формы | Минимум 23 дюйма рт. ст. (580 мм рт. ст.) | Механический пресс или зажимы | Атмосферное давление на вакуумный мешок |
| Температура формы | 20–60 °C (комнатная или с нагревом) | 40–80 °C (часто с подогревом) | 20–50 °C |
| Вязкость смолы | 200–800 мПа·с при температуре впрыска | 100–500 мПа·с | 100–300 мПа·с (низкая вязкость критична) |
| Скорость впрыска | 1,3–2,0 л/мин | Переменная, зависит от объема детали | Медленная, определяется вязкостью и вакуумом |
| Время заполнения формы | 15–30 минут (средние детали) | 5–15 минут | 30–90 минут |
| Время полимеризации | 20–60 минут при комнатной температуре или с нагревом | 10–30 минут (ускоренная полимеризация) | 30–120 минут |
| Объемное содержание волокна | 40–55% | 50–60% | 45–60% |
| Тип смолы | Вязкость (мПа·с) | Температура стеклования (Tg), °C | Область применения | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Эпоксидные смолы | 200–1000 | 80–180 | Авиакосмическая промышленность, высокопрочные конструкции, морское применение | Отличная адгезия, низкая усадка при отверждении, высокая химическая стойкость. Требует аминного отвердителя |
| Полиэфирные смолы (ненасыщенные) | 300–800 | 60–110 | Судостроение, автомобилестроение, строительство, промышленные резервуары | Экономичны, хорошая технологичность, катализатор MEKP (метилэтилкетонпероксид). Содержат стирол |
| Винилэфирные смолы | 200–600 | 100–150 | Химическое оборудование, коррозионностойкие конструкции, морские приложения | Гибрид эпоксидных и полиэфирных смол. Высокая химическая стойкость, лучше полиэфиров по прочности |
| Уретан-акриловые смолы | 150–500 | 70–120 | Автомобильные детали, высоконагруженные элементы, композиты с высокой ударной вязкостью | Сочетают гибкость и прочность, хорошая износостойкость, некоторые марки огнестойки |
| Полиимидные смолы (для RTM, например RTM370) | 1000–3000 при 260–280 °C | 350–370 | Высокотемпературные конструкции (авиация, космос), детали работающие при 300+ °C | Высокая термостойкость, низкая вязкость расплава 10–30 пуаз при 280 °C, длительное время работы. Требуют высоких температур отверждения |
| Цианат-эфирные смолы | 100–400 при комнатной температуре | 200–290 | Космическое применение, радиопрозрачные обтекатели, высокотемпературная электроника | Низкая диэлектрическая проницаемость 2,8–3,2, малое газовыделение, высокая термостойкость |
| Материал | Назначение | Характеристики | Применение |
|---|---|---|---|
| Разделительная ткань (Peel Ply) | Создание текстурированной поверхности для последующего склеивания, легкое отделение от детали | Нейлоновая или полиэфирная ткань, плотность 60–150 г/м², термостойкость до 180 °C | Укладывается непосредственно на ламинат, удаляется после отверждения. Маркировка Release Ease 234TFP |
| Перфорированная пленка | Контроль содержания смолы, предотвращение смолобогатых зон | Полипропилен или полиэтилен с калиброванными отверстиями, толщина 50–100 мкм | Размещается между разделительной тканью и распределительной сеткой для регулировки потока смолы |
| Распределительная сетка (Flow Media) | Обеспечение равномерного распределения смолы по поверхности детали | Полипропиленовая или полиэфирная сетка, толщина 2–5 мм, высокая проницаемость | Укладывается поверх ламината под вакуумный мешок. Увеличивает скорость пропитки в 5–10 раз |
| Композитные материалы Flow Media + перфорированная пленка | Совмещение функций распределения смолы и контроля ее содержания | Комбинированный материал, склеенный экологически безопасным клеем. Тип WPF-150 | Упрощает укладку, сокращает время подготовки, снижает риск ошибок при сборке пакета |
| Вакуумный мешок (пленка) | Герметизация полости формы, передача атмосферного давления на ламинат | Нейлон или полиуретан, толщина 75–200 мкм, растяжение 200–400%, термостойкость до 120–180 °C | Размещается поверх всего пакета вспомогательных материалов, герметизируется бутиловым герметиком |
| Односторонняя воздухопроницаемая мембрана | Удаление воздуха из полости без потери смолы в вакуумную систему | Нанометровая дышащая пленка, проницаемость для газа, барьер для жидкости | Устанавливается в зоне вакуумного отбора для предотвращения попадания смолы в вакуумные линии |
| Вакуумный мешок-дышащий (Breather) | Отвод воздуха и летучих компонентов, создание равномерного вакуума | Полиэфирный нетканый материал, плотность 150–300 г/м² | Размещается между распределительной сеткой и вакуумной пленкой для обеспечения вакуумных каналов |
| Спиральный шланг для подачи смолы | Равномерная подача смолы вдоль линии впрыска | Полиэтилен или силикон, диаметр 6–12 мм, с боковыми отверстиями | Укладывается в зоне подачи смолы под распределительной сеткой для линейного распределения |
| Мембранный шланг MTI (Membrane Tube Infusion) | Саморегулирующаяся подача смолы без использования уловителя | Гибкая полупроницаемая мембрана, устанавливается по периметру формы | Инновационная технология, упрощает процесс, снижает расход смолы и время подготовки |
| Бутиловый герметизирующий шнур | Герметизация периметра вакуумного мешка | Бутилкаучуковая лента, ширина 6–20 мм, эластичная, многоразовая | Наносится на фланец формы по периметру для создания герметичного соединения с вакуумным мешком |
Что такое технология RTM Light
RTM Light (Light Resin Transfer Molding, облегченное трансферное формование смолы) представляет собой технологический процесс изготовления композитных изделий в закрытой форме, занимающий промежуточное положение между классическим RTM и вакуумной инфузией. Метод был разработан во Франции под названием ECO-процесс как экологически безопасная и экономичная альтернатива открытому формованию для производства средних серий деталей.
Ключевая особенность RTM Light заключается в использовании полужесткой верхней половины формы из стеклопластика толщиной шесть-восемь миллиметров вместо массивной металлической или композитной оснастки, применяемой в традиционном RTM. Верхняя форма имеет жесткий периметральный фланец шириной около ста миллиметров с двухканальной уплотнительной системой, что позволяет использовать вакуум для зажима формы вместо механического пресса.
Процесс сочетает низкое давление впрыска смолы с вакуумным ассистированием, что обеспечивает качественную пропитку армирующего наполнителя при значительно меньших инвестициях в оснастку по сравнению с классическим RTM. Метод получил широкое распространение в судостроении, автомобильной промышленности, производстве промышленного оборудования и медицинских изделий благодаря способности обеспечивать высокое качество поверхности с обеих сторон детали при сохранении точных геометрических допусков.
Технология RTM Light получила распространение в Северной Америке после успешного внедрения французского ECO-процесса в середине девяностых годов. Прозрачная верхняя половина формы позволяла операторам наблюдать за течением смолы, что значительно ускорило освоение метода производственниками, ранее работавшими только с открытым формованием. В настоящее время RTM Light вытеснил классический RTM в большинстве применений, требующих производства средних серий деталей с двусторонней финишной поверхностью.
Технологический процесс RTM Light
Производственный цикл RTM Light включает последовательность технологических операций, каждая из которых требует точного соблюдения параметров для получения качественной детали. Процесс начинается с подготовки нижней формы, на которую наносится разделительный состав для облегчения последующего извлечения готового изделия.
Подготовка преформы
Сухое армирующее волокно укладывается в нижнюю половину формы в соответствии с проектной схемой армирования. Используются различные типы наполнителей, включая рубленые маты, тканые полотна, многоосные прошивные материалы или комбинацию указанных форм. Армирующий материал может быть предварительно сформирован в преформу с использованием связующих веществ для упрощения укладки и обеспечения стабильности положения волокон.
Закрытие формы
После размещения преформы верхняя полужесткая форма устанавливается на нижнюю половину. На периметральный фланец предварительно наносится эластичный уплотнитель из неопрена крыловидного профиля с шириной основания двадцать миллиметров. Двухканальная система герметизации создает независимые вакуумные зоны: периферийную для зажима формы и внутреннюю для вакуумирования полости.
Вакуумирование
Сначала откачивается воздух из периферийной канавки для зажима, создавая вакуум не менее двадцати трех дюймов ртутного столба. Атмосферное давление прижимает верхнюю форму к нижней, обеспечивая герметичность. Затем вакуумируется полость формы до уровня пятнадцать дюймов ртутного столба. Проводится проверка герметичности системы путем мониторинга стабильности вакуума.
Впрыск смолы
Предварительно смешанная смола с катализатором подается через питающие линии в форму под контролируемым давлением от нуля целых трех до одной десятой мегапаскаля. Перепад давления между атмосферой и вакуумированной полостью обеспечивает движение смолы через пористую структуру преформы. Скорость подачи регулируется в диапазоне от одного и трех до двух литров в минуту в зависимости от размера детали и проницаемости армирования.
Полимеризация
После полного заполнения полости смолой подача прекращается, вакуум поддерживается до начала желатинизации смолы. Отверждение происходит при комнатной температуре или с применением нагрева формы до температуры от сорока до восьмидесяти градусов Цельсия для ускорения процесса. Время полимеризации составляет от двадцати до шестидесяти минут в зависимости от системы смол и температурного режима.
Извлечение детали
После отверждения вакуум сбрасывается, верхняя форма снимается, деталь извлекается из нижней формы. Готовое изделие имеет качественную поверхность с обеих сторон без следов вакуумного мешка или распределительной сетки. При необходимости производится механическая обработка для удаления технологических припусков и достижения окончательных размеров.
Параметры процесса RTM Light
Технологические параметры процесса RTM Light строго контролируются для обеспечения качества и повторяемости результатов. Давление впрыска смолы ограничено способностью атмосферного давления удерживать верхнюю форму, что определяет верхний предел от нуля целых трех до одной десятой мегапаскаля. Превышение этого значения приводит к разгерметизации формы и вытеканию смолы по периметру.
Вакуум в полости формы регулируется на уровне пятнадцать дюймов ртутного столба, что обеспечивает достаточное разрежение для движения смолы без чрезмерного сжатия преформы. Более глубокий вакуум может вызвать деформацию верхней формы и изменение толщины детали. Периферийный вакуум для зажима поддерживается на максимально возможном уровне не менее двадцати трех дюймов ртутного столба для надежной герметизации.
Вязкость смолы при температуре впрыска должна находиться в диапазоне от двухсот до восьмисот миллипаскаль-секунд. Более низкая вязкость обеспечивает быструю пропитку, но увеличивает риск вымывания волокон. Высокая вязкость замедляет заполнение формы и может привести к неполной пропитке удаленных участков или возникновению сухих зон.
Температура формы выбирается исходя из реологических свойств смолы и требуемой скорости отверждения. Для эпоксидных систем часто применяется нагрев до шестидесяти градусов Цельсия, полиэфирные смолы обычно перерабатываются при комнатной температуре или умеренном нагреве до сорока градусов. Равномерность температуры по объему формы критична для предотвращения преждевременной желатинизации в горячих зонах.
Скорость потока смолы в RTM Light не может быть произвольно увеличена выше оптимального уровня, обеспечивающего максимальную производительность при сохранении давления в полости ниже силы зажима атмосферным давлением. Попытки ускорить процесс путем повышения давления впрыска приводят к разгерметизации формы. Управление временем заполнения достигается оптимизацией расположения питающих и вакуумных портов, использованием распределительных каналов и выбором смолы с соответствующей вязкостью.
Сравнение RTM Light с классическим RTM
Классический RTM использует жесткую оснастку из алюминия, стали или высокопрочного композита для обеих половин формы, что обеспечивает возможность применения давления впрыска от нуля целых четырех до одного мегапаскаля. Такая конструкция требует массивного механического пресса или системы зажимов для удержания формы закрытой, что значительно увеличивает стоимость оборудования.
RTM Light использует полужесткую верхнюю форму из стеклопластика и вакуумный зажим, что снижает стоимость оснастки на пятьдесят-семьдесят процентов по сравнению с традиционным RTM. Верхняя форма допускает ограниченную деформацию под давлением, что используется как преимущество для компенсации неравномерности толщины преформы, но также является ограничением для сложных конфигураций с глубокими формообразующими элементами.
Время цикла в классическом RTM короче благодаря высокому давлению впрыска и возможности применения интенсивного нагрева жестких форм. Типичное время заполнения составляет от пяти до пятнадцати минут против пятнадцати-тридцати минут в RTM Light для деталей сопоставимого размера. Однако более длительная подготовка дорогостоящей оснастки RTM делает его экономически оправданным только для крупных серий производства.
Объемное содержание волокна в обоих процессах сопоставимо и составляет от сорока до шестидесяти процентов, что обеспечивает близкие механические характеристики готовых деталей при использовании одинаковых систем смол и армирования. Основное различие заключается в производительности и капитальных затратах, что определяет оптимальную область применения каждого метода.
Сравнение RTM Light с вакуумной инфузией
Вакуумная инфузия применяет гибкий вакуумный мешок вместо жесткой верхней формы, что минимизирует стоимость оснастки и позволяет изготавливать крупногабаритные детали, такие как лопасти ветрогенераторов длиной шестьдесят метров. Движение смолы обеспечивается исключительно разностью между атмосферным давлением и вакуумом в полости без применения активного давления впрыска.
RTM Light использует контрформу, что обеспечивает качественную поверхность с обеих сторон детали без следов текстуры вакуумного мешка или распределительной сетки. Вакуумная инфузия дает высокое качество только с одной стороны детали, контактирующей с жесткой формой, обратная сторона несет отпечаток вспомогательных материалов.
Точность геометрических размеров в RTM Light выше благодаря жесткой полости, определяемой обеими половинами формы. В вакуумной инфузии толщина детали контролируется только количеством уложенного армирования и степенью сжатия под вакуумом, что может приводить к вариациям толщины от детали к детали.
Время заполнения формы при вакуумной инфузии значительно больше и составляет от тридцати до девяноста минут из-за отсутствия активного давления впрыска. Скорость потока определяется только вязкостью смолы и проницаемостью преформы. RTM Light обеспечивает более быстрое заполнение благодаря комбинированному действию вакуума и давления впрыска.
Объемное содержание волокна при вакуумной инфузии может достигать шестидесяти процентов, что несколько выше типичных значений для RTM Light. Это обусловлено более высоким уровнем вакуума и эффективным уплотнением преформы гибким мешком. Детали, полученные вакуумной инфузией, часто демонстрируют превосходные механические свойства при одинаковом типе армирования за счет высокого содержания волокна.
RTM Light оптимален для производства средних серий деталей от нескольких десятков до нескольких тысяч единиц в год, требующих двустороннего качества поверхности и стабильных геометрических размеров. Вакуумная инфузия предпочтительна для крупногабаритных единичных или мелкосерийных изделий, где важна минимизация инвестиций в оснастку. Классический RTM применяется в крупносерийном производстве с объемами более нескольких тысяч деталей годовых, оправдывающими высокие затраты на прочную оснастку и прессовое оборудование.
Типы смол для RTM Light
Выбор матричной смолы определяется требованиями к эксплуатационным характеристикам композита, условиями переработки и экономическими факторами. Для RTM Light применяются термореактивные смолы с вязкостью от двухсот до восьмисот миллипаскаль-секунд и временем желатинизации не менее тридцати минут, обеспечивающим полное заполнение формы.
Эпоксидные смолы
Эпоксидные системы обеспечивают наилучшую адгезию к армирующим волокнам, минимальную усадку при отверждении и высокую химическую стойкость. Температура стеклования варьируется от восьмидесяти до ста восьмидесяти градусов Цельсия в зависимости от типа отвердителя. Аминные отвердители обеспечивают отверждение при комнатной или умеренно повышенной температуре.
Вязкость эпоксидных смол для RTM составляет от двухсот до тысячи миллипаскаль-секунд при температуре переработки. Некоторые марки разбавляются реакционноспособными разбавителями для снижения вязкости без ущерба для конечных свойств. Эпоксиды применяются в авиакосмической промышленности, производстве высоконагруженных конструкций и морских композитов, где требуются максимальные прочностные характеристики.
Ненасыщенные полиэфирные смолы
Полиэфирные смолы представляют наиболее экономичный вариант матрицы для композитов общепромышленного назначения. Вязкость составляет от трехсот до восьмисот миллипаскаль-секунд, катализатором служит метилэтилкетонпероксид в концентрации от одного до двух процентов по массе. Температура стеклования находится в диапазоне от шестидесяти до ста десяти градусов Цельсия.
Полиэфиры содержат стирол в качестве реакционноспособного разбавителя, что требует применения закрытых форм для ограничения эмиссии летучих органических соединений. Основные области применения включают судостроение, производство автомобильных кузовных деталей, строительных конструкций, резервуаров и емкостей для химической промышленности.
Винилэфирные смолы
Винилэфиры представляют гибридную систему, сочетающую эпоксидную основу с полиэфирной технологией отверждения. Вязкость находится в диапазоне от двухсот до шестисот миллипаскаль-секунд, температура стеклования от ста до ста пятидесяти градусов Цельсия. Химическая стойкость превосходит полиэфирные смолы благодаря меньшему содержанию эфирных групп в молекулярной структуре.
Винилэфиры демонстрируют повышенную прочность по сравнению с полиэфирами и лучшую технологичность по сравнению с эпоксидами. Применяются в производстве коррозионностойкого оборудования, морских конструкций, емкостей для агрессивных сред. Способны выдерживать контакт с серной кислотой концентрацией до семидесяти процентов при температурах свыше ста градусов Цельсия.
Специальные высокотемпературные смолы
Полиимидные смолы, такие как RTM370, разработанные NASA, обеспечивают сохранение механических свойств при температурах до трехсот градусов Цельсия. Температура стеклования достигает трехсот пятидесяти-трехсот семидесяти градусов Цельсия. Вязкость расплава при температуре от двухсот шестидесяти до двухсот восьмидесяти градусов Цельсия составляет от одной до трех тысяч миллипаскаль-секунд, что соответствует десяти-тридцати пуазам.
Цианат-эфирные смолы характеризуются низкой диэлектрической проницаемостью от двух целых восьми десятых до трех целых двух десятых и минимальным газовыделением, что делает их пригодными для космического применения и производства радиопрозрачных обтекателей. Температура стеклования находится в диапазоне от двухсот до двухсот девяноста градусов Цельсия. Вязкость при комнатной температуре от ста до четырехсот миллипаскаль-секунд позволяет проводить пропитку без нагрева смолы.
Вспомогательные материалы и расходники
Качество готовых деталей RTM Light в значительной степени зависит от правильного выбора и применения вспомогательных материалов. Эти расходники обеспечивают управление потоком смолы, создание требуемой текстуры поверхности, предотвращение дефектов и упрощение процесса извлечения детали из формы.
Разделительная ткань
Разделительная ткань, известная как peel ply, изготавливается из нейлона или полиэфирных волокон с плотностью от шестидесяти до ста пятидесяти граммов на квадратный метр. Материал термостабилен до температуры сто восемьдесят градусов Цельсия и не вступает в реакцию со смолой. Укладывается непосредственно на преформу и легко отделяется после отверждения, оставляя текстурированную поверхность, подготовленную для последующего склеивания.
Применение разделительной ткани устраняет необходимость механической шлифовки поверхности перед склеиванием или нанесением защитных покрытий. Текстурированная поверхность обеспечивает микромеханическое зацепление с адгезивами, значительно улучшая прочность клеевого соединения по сравнению с гладкой формованной поверхностью.
Распределительные сетки
Распределительная сетка, именуемая flow media, представляет полипропиленовую или полиэфирную структуру толщиной от двух до пяти миллиметров с высокой проницаемостью для смолы. Размещается поверх ламината под вакуумным мешком или полужесткой верхней формой. Геометрия сетки обеспечивает сохранение открытых каналов для потока смолы даже под полным вакуумом.
Использование распределительной сетки увеличивает скорость пропитки преформы в пять-десять раз по сравнению с прямым впрыском смолы в армирование. Смола быстро распространяется по поверхности через сетку, затем проникает в толщину ламината в перпендикулярном направлении, что обеспечивает равномерную пропитку и минимизирует время заполнения формы.
Перфорированная пленка
Перфорированная пленка из полипропилена или полиэтилена толщиной пятьдесят-сто микрометров с калиброванными отверстиями размещается между разделительной тканью и распределительной сеткой. Назначение материала заключается в контроле количества смолы, проникающей в поверхностный слой ламината, для предотвращения образования смолобогатых зон.
Правильный выбор размера и плотности перфорации критичен для достижения оптимального соотношения смолы к волокну в готовой детали. Избыточная проницаемость пленки приводит к накоплению смолы у поверхности, недостаточная может вызвать сухие пятна. Производители предлагают перфорированные пленки с различной степенью открытости для различных типов армирования и вязкости смол.
Односторонние мембраны
Односторонняя воздухопроницаемая мембрана использует наноструктурированный дышащий материал, пропускающий газы, но блокирующий жидкости. Устанавливается в зоне вакуумного отбора для предотвращения попадания смолы в вакуумные линии при завершении заполнения формы. Традиционные системы требуют ручного перекрытия вакуумных линий или использования уловителей смолы.
Применение односторонних мембран упрощает процесс, устраняет необходимость в контейнерах-уловителях, снижает расход смолы и риск загрязнения вакуумного насоса. Мембрана обеспечивает непрерывное удаление воздуха и летучих компонентов на протяжении всего процесса заполнения без контроля со стороны оператора.
Мембранный шланг MTI
Технология Membrane Tube Infusion представляет инновационную систему подачи смолы с саморегулированием потока. Гибкий полупроницаемый шланг укладывается по периметру формы поверх разделительной ткани. Один конец подключается к вакуумной линии, второй герметизируется. Смола подается снаружи шланга и проникает через мембрану в ламинат.
Система MTI устраняет необходимость в сложной координации открытия и закрытия множественных вакуумных портов. Контейнер-уловитель не требуется, что повышает безопасность процесса, снижает расход смолы и экономит время на подготовку оборудования и утилизацию отходов. Технология особенно эффективна для деталей сложной конфигурации.
Преимущества и недостатки технологии
RTM Light обладает набором преимуществ, определяющих его применимость для средних серий производства композитных деталей. Стоимость оснастки составляет от двадцати до тридцати процентов стоимости жесткой оснастки для классического RTM, что снижает порог входа в технологию закрытого формования. Полужесткая верхняя форма допускает визуальный контроль течения смолы при использовании прозрачных материалов, что облегчает освоение процесса.
Качество поверхности с обеих сторон детали соответствует требованиям класса А без следов вакуумного мешка или вспомогательных материалов. Геометрические размеры стабильны благодаря жесткой полости, определяемой обеими половинами формы. Эмиссия летучих органических соединений минимальна по сравнению с открытым формованием, улучшая условия труда и соответствие экологическим нормам.
Процесс легко автоматизируется с использованием дозирующего оборудования для смешивания смолы с катализатором, регуляторов вакуума и давления впрыска. Возможно применение нескольких нижних форм с одной верхней формой для увеличения производительности при коротком времени отверждения. Цикл формования может быть сокращен до двадцати минут при оптимизированных системах смол и режимах нагрева.
Полужесткая верхняя форма имеет ограниченный ресурс, особенно при производстве деталей с острыми углами или глубокими формообразующими элементами. Флексибильность формы требует повышенного внимания к деталям процесса и квалификации персонала по сравнению с жесткой оснасткой RTM. Детали с твердыми заполнителями требуют особой осторожности для предотвращения повреждения формы при зажиме.
Давление впрыска ограничено силой атмосферного давления, что делает невозможным ускорение заполнения крупных или сложных деталей выше определенного предела. Толстые детали требуют низковязких смол и тщательной оптимизации расположения портов для обеспечения полной пропитки до начала желатинизации. Культура производства должна быть адаптирована к требованиям внимательного контроля процесса.
Области применения RTM Light
Судостроительная промышленность использует RTM Light для производства палубных панелей, переборок, консолей, обтекателей и корпусных элементов катеров и яхт. Технология позволяет изготавливать детали с интегрированными ребрами жесткости, металлическими вставками и заполнителями из пенопласта, обеспечивая оптимальное соотношение прочности к весу.
Автомобильная промышленность применяет метод для производства кузовных панелей, крышек капотов, крыльев, спойлеров и элементов интерьера в сериях от нескольких сотен до нескольких тысяч единиц в год. RTM Light обеспечивает качество поверхности, достаточное для окраски без дополнительной подготовки, и точность размеров для сборки без подгонки.
Промышленное оборудование включает защитные кожухи, корпуса приборов, емкости для химикатов, поддоны, каналы вентиляции и кондиционирования. Возможность инкапсуляции металлических элементов позволяет создавать гибридные конструкции, сочетающие преимущества композитов и традиционных материалов. Крупнейший проект с использованием RTM Light включал изготовление восьмисот сорока куполов резервуаров питьевой воды в Колумбии со скоростью восемь деталей в день.
Медицинское оборудование использует RTM Light для производства корпусов диагностических аппаратов, столов для операционных, кроватей, защитных экранов. Возможность создания гладких легко очищаемых поверхностей с обеих сторон критична для санитарных требований медицинских учреждений.
Требования к оснастке и оборудованию
Нижняя форма изготавливается из композита на основе эпоксидных смол или высокотемпературных полиэфиров с усилением стекловолокном или углеродным волокном. Толщина ламината зависит от размера детали и обычно составляет от десяти до двадцати миллиметров. Форма укрепляется каркасной конструкцией из металлических профилей для обеспечения размерной стабильности.
Верхняя полужесткая форма выполняется из стеклопластика толщиной шесть-восемь миллиметров для обеспечения достаточной прозрачности при визуальном контроле потока смолы. Толщина ламината не должна превышать четыре с половиной миллиметра для сохранения видимости. Периметральный жесткий фланец шириной около ста миллиметров обеспечивает зону для размещения уплотнительной системы.
Система герметизации использует эластичный профиль из неопрена крыловидной формы с шириной основания двадцать миллиметров. Двухканальная конструкция создает независимые зоны вакуумирования для зажима формы и откачки полости. Соединения секций уплотнителя выполняются вертикальными срезами с последующей склейкой гибким адгезивом для сохранения эластичности.
Дозирующее оборудование для смешивания смолы с катализатором обеспечивает точное объемное или массовое соотношение компонентов с погрешностью не более одного процента. Система подачи регулирует давление впрыска и скорость потока для предотвращения вымывания волокон или образования пустот. Вакуумные насосы должны создавать разрежение не менее двадцати девяти дюймов ртутного столба с производительностью, достаточной для быстрой откачки полости формы.
Система нагрева формы может включать электрические нагревательные элементы, каналы для циркуляции теплоносителя или инфракрасные излучатели. Равномерность температурного поля по поверхности формы не должна превышать плюс-минус пять градусов Цельсия для предотвращения локальной преждевременной желатинизации смолы.
Срок службы полужесткой верхней формы зависит от конфигурации детали и тщательности обслуживания. Плоские или слабоизогнутые формы обеспечивают сотни циклов при правильном обращении. Сложные формы с глубокими элементами требуют усиления стальными трубками или применения более прочных конструкционных материалов. Регулярная проверка целостности ламината и своевременный ремонт микротрещин продлевают ресурс оснастки.
Часто задаваемые вопросы
Максимальное давление впрыска ограничивается способностью атмосферного давления удерживать верхнюю форму прижатой к нижней. На практике применяются значения от нуля целых трех до одной десятой мегапаскаля, что соответствует от трех десятых до одного бара избыточного давления. Превышение этого предела приводит к отрыву верхней формы от нижней с вытеканием смолы по периметру. Точное максимальное значение зависит от площади детали, качества уплотнения и глубины вакуума в зажимной канавке.
В RTM Light толщина детали точно определяется жесткой полостью, образованной нижней формой и полужесткой верхней формой. Это обеспечивает повторяемость геометрии от детали к детали с отклонениями менее одного миллиметра. В VARTM гибкий вакуумный мешок адаптируется к количеству уложенного армирования и степени сжатия под вакуумом, что может приводить к вариациям толщины от трех до пяти процентов между различными деталями при одинаковой раскладке материала.
Оптимальный диапазон вязкости смолы для RTM Light составляет от двухсот до восьмисот миллипаскаль-секунд при температуре впрыска. Более низкая вязкость от ста до двухсот миллипаскаль-секунд обеспечивает быструю пропитку, но увеличивает риск вымывания волокон из преформы под давлением впрыска. Высокая вязкость свыше восьмисот миллипаскаль-секунд замедляет заполнение формы и может вызвать неполную пропитку удаленных зон до начала желатинизации. Выбор конкретного значения зависит от проницаемости армирования, размера детали и доступного времени до начала отверждения.
Да, RTM Light подходит для изготовления сандвичевых конструкций с заполнителями. Используются закрытоячеистые пенопласты, такие как ПВХ, полиметакрилимид, полиэтилентерефталат или бальза. Открытоячеистые сотовые заполнители требуют предварительной герметизации торцов для предотвращения проникновения смолы в ячейки. Твердые заполнители требуют особой осторожности при зажиме формы для избежания повреждения полужесткой верхней половины. Рекомендуется применение эластичных прокладок в зонах контакта с заполнителем для распределения нагрузки.
Минимальный размер деталей ограничен только экономической целесообразностью изготовления оснастки и составляет от ста миллиметров для мелких серийных изделий. Максимальный размер определяется способностью обеспечить равномерное распределение вакуумного зажима и управляемый поток смолы. Практически производятся детали площадью до десяти-пятнадцати квадратных метров. Более крупные детали требуют усиленной верхней формы с дополнительными каркасными элементами или разделения на секции.
Типичное объемное содержание волокна в деталях RTM Light составляет от сорока до пятидесяти пяти процентов, что обеспечивает оптимальный баланс между прочностными характеристиками и технологичностью процесса. Увеличение содержания волокна до шестидесяти процентов возможно при использовании низковязких смол и оптимизированных параметров вакуума, но требует тщательного контроля для предотвращения сухих зон. Каждый процент увеличения объемного содержания волокна повышает модуль упругости приблизительно на два процента и прочность на растяжение на полтора процента при использовании стекловолокна.
Наиболее эффективны многоосные прошивные материалы, обеспечивающие высокую проницаемость для потока смолы при сохранении заданной ориентации волокон. Тканые полотна обеспечивают хорошую драпируемость для сложных форм, но имеют несколько меньшую проницаемость. Рубленые маты обеспечивают изотропные свойства и быстрое заполнение, но дают меньшую прочность по сравнению с направленным армированием. Преформы с трехмерной прошивкой позволяют создавать сложные конфигурации с интегрированными ребрами жесткости. Углеродное волокно применяется для высоконагруженных конструкций, стекловолокно для общепромышленных применений.
Предотвращение дефектов достигается оптимизацией расположения портов впрыска и вакуумирования с использованием программного моделирования потока смолы. Применение распределительных сеток обеспечивает быстрое распространение смолы по поверхности детали. Вакуум поддерживается до начала желатинизации для удаления захваченного воздуха. Вязкость смолы выбирается достаточно низкой для полной пропитки преформы за доступное время работы. Скорость впрыска регулируется для предотвращения образования воздушных карманов из-за слишком быстрого продвижения фронта смолы. Проницаемость преформы должна быть однородной, что достигается равномерной укладкой армирования.
