CN102514142A

CN102514142A - 一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置

Info

Publication number: CN102514142A
Application number: CN2011104128477A
Authority: CN
Inventors: 张国利; 陈利; 陈光伟; 郭启微; 霍福磊; 李嘉禄
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置，该装置包括高压气源、压力表、压力阀门、真空泵、树脂罐、冷凝管、油浴加热***和模具，其特征在于还包括数字化温度控制***，所述的树脂罐为小容积树脂罐，且在小容积树脂罐底部的出料接口经出料阀门和接头与模具直接相连接，小容积树脂罐的罐盖上设有气源接口、进料接口和真空泵接口，气源接口经压力阀门、压力表与高压气源连接，进料接口经进料阀门与树脂料口连接，真空泵接口经泵开关与真空泵连接；所述小容积树脂罐上装有数字化温度控制***，温控***与冷凝管和油浴加热***控制连接。

Description

一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术，具体为一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置。

背景技术

树脂传递模塑技术(RTM)是一种复合材料的成型技术。该工艺具有原料利用率高，生产成本低，制件可局部增强，光洁度好，尺寸精度高，工艺简单等特点，是目前综合指标最好的复合材料成型工艺。虽然RTM工艺成本较低，但技术要求较高。传统RTM成型装置适用于中批量、低温(40～60℃)注胶和制作中大型构件。这种传统RTM装置不适于高温(高于150℃)注胶和小型构件在RTM工艺中的应用。例如，双马来酰亚胺树脂，只有当温度高达175℃时，其粘度才能满足RTM注胶工艺的要求，而使用现有的RTM装置运用这种树脂注胶时由于温度达不到要求，树脂粘度太大无法对预制件进行很好的浸润，导致制件孔隙率增加；又例如，对于小型构件，如碳纤维复合材料手机外壳，使用现有的RTM装置制作时，由于树脂需要充满各管道而导致树脂的实际利用率很低。

目前国内外在应用粘度较高的树脂时，主要通过两种途径：一种途径是添加稀释剂，降低树脂粘度；另一种途径是对树脂进行改性，提高其流动性。但这两种途径都降低了树脂原有的性能，如拉伸强度、弯曲强度、抗冲击性能、韧性和耐热性等，都有不同程度的降低。近几年提出的“离位”RTM工艺，虽然产品的性能得到改善，但该工艺操作复杂，并不能够广泛使用，使用现有的RTM装置制作小型构件时，由于树脂利用率低，成本大幅提高，也没能得到广泛的应用。

在申请人检索范围内，有关具有定量注胶和高温注胶功能的树脂传递模塑工艺制备复合材料的装置尚没见有文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置。该装置具有定量注胶和高温注胶的功能，并具有结构简单，操作方便，节省胶量，成本低廉等优点。

本发明解决所述装置技术问题的技术方案是：设计一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置，该装置包括高压气源、压力表、压力阀门、真空泵、树脂罐、冷凝管、油浴加热***和模具，其特征在于还包括数字化温度控制***，所述的树脂罐为小容积树脂罐，且在小容积树脂罐底部的出料接口经出料阀门和接头与模具直接相连接，小容积树脂罐的罐盖上设有气源接口、进料接口和真空泵接口，气源接口经压力阀门、压力表与高压气源连接，进料接口经进料阀门与树脂料口连接，真空泵接口经泵开关与真空泵连接；所述小容积树脂罐上装有数字化温度控制***，温控***与冷凝管和油浴加热***控制连接。

与现有技术相比，本发明高温定量注胶装置摈弃了传统树脂传递模塑注入装置使用的大容积树脂罐，改用小容积脂罐(最小可达0.3升)，减少了树脂的浪费，有效地降低了生产成本，使用非常方便，且适宜制备体积较小的结构件；采用接头代替传统的输送管道，使用输送管道上的温度控制装置直接连接树脂罐和模具，与传统树脂传递模塑装置相比具有以下技术效果：(1)简化了装置结构；(2)减少了输送管道内树脂的浪费；(3)减少了注胶过程中树脂的流动过程，有利于成功注胶；(4)缩短了注胶过程中树脂的流动时间，及时注胶，避免了高温树脂反应带来的不利影响；(5)避免了因树脂在输送管道内长距离的流动引起的树脂温度变化，降低了树脂粘度，提高了制品质量。实验检验表明：本发明装置结构简单，操作方便，成本节约，且产品质量大为提高。

附图说明

图1是本发明高温树脂传递模塑的定量注胶装置一种实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。具体实施例不限制本申请的权利要求。

本发明设计高温树脂传递模塑的定量注胶装置(以下简称装置，参见图1)，该装置包括高压气源1、压力表2、压力阀门3、真空泵8、树脂罐11、冷凝管13、油浴加热***14和模具19，其特征在于还包括数字化温度控制***(简称温控***)12，所述的树脂罐为小容积树脂罐11，且在小容积树脂罐11底部的出料接口15经出料阀门16和接头17与模具19直接相连，小容积树脂罐11的罐盖上设有气源接口4、进料接口7和真空泵接口10，气源接口4经压力阀门3、压力表2与高压气源1连接，进料接口7经进料阀门6与树脂料口5连接，真空泵接口10经泵开关9与真空泵8连接；所述小容积树脂罐11上装有数字化温度控制***(简称温控***)12，温控***12与冷凝管13和油浴加热***14控制连接。

本发明装置的优选设计参数为：小容积树脂罐11容积为0.3～0.6升，额定压力值为0-5Mpa，真空度为-0.1-0Mpa，加热温度在30～300℃范围内可调。这些参数是依据所用树脂的性能和制件的工艺要求而设计的。

本发明装置采用高温树脂传递模塑定量注胶工艺，具有以下优良性能：

(1)本发明装置具有很好的加热功能。传统的RTM装置只在树脂罐底部加热，树脂罐内树脂温度不均匀。本发明装置的冷凝管13和油浴加热***14安装在小容积树脂罐11的底部和罐壁上，温控***12可控制冷凝管13和油浴加热***14对小容积树脂罐11的底部和罐壁分别或同时进行加热，加热面积大，并确保小容积树脂罐11内的树脂温度均匀。为适应不同树脂、不同工艺对注胶温度的不同要求，本发明采用了使用温度范围较大的温控***12，可调温度范围为0～300℃，调温精度设计为±0.5℃，使本装置的应用范围得到了很大提高。本发明温控***控制着与其连接的冷凝管12和油浴加热***13，其内有与小容积树脂罐11相连接的温度传感器(图1中未画出)，温控***12会实时监测小容积树脂罐11内的温度，并用监测到的温度与设定的温度进行对比，根据对比结果有机调节冷凝管13和油浴加热***14的使用功率，直到实时监测的温度与设定的温度一致为止。

(2)本发明装置具有很好的真空脱泡功能。传统RTM装置没有这一功能。现有在混合好的树脂内有一些稳定且很难排除的气泡，如果这些气泡没能够得到有效的消除而进入到模具内，制件就会有一定的孔隙率，产品的性能无法到保证。本发明装置在树脂注入前，先用真空泵8对小容积树脂罐11进行抽真空，使其达到设计的真空度，关闭真空泵8，打开进料阀门6，由于负压作用，混合好的树脂被吸进树小容积脂罐11，当小容积树脂罐11内树脂量达到设计要求时，关闭进料阀门6；然后再一次打开真空泵8对小容积树脂罐11内的树脂进行脱泡。小容积树脂罐11内的树脂经过脱泡后，制件的孔隙率明显减少，产品的质量得到了保证和提高。

(3)本发明装置具有很好的定量注胶功能。传统RTM成型装置适用于制作中大型构件，树脂罐容积很大，树脂罐与模具之间的输送管道长度较长，且输送管道内空间也很大。当制作一些小型构件时，树脂的利用率很低，极大的浪费了树脂。针对这种现象，本发明装置设计了小容积树脂罐11，并采用接头17直接与小容积树脂罐11和模具19连接，代替了传统RTM装置中的输送管道。实验表明，本发明装置极大的提高了树脂利用率。

(4)本发明装置具有很好的高温注胶功能。传统RTM成型装置没有高温注胶的功能。对于粘度较高的树脂，为了使树脂粘度在现有的注胶温度下能够适用于RTM工艺，主要通过两种途径：一是添加稀释剂，二是对树脂进行改性。然而这两种途径的代价都是降低了树脂原有性能。本发明装置由于采用了高效的温控***12，并采用接头17直接连接设计，赋予了本发明装置高温和稳定注胶功能，实施例最高可以加热到300℃；同时，设计接头17代替传统装置中的输送管道直接与小容积树脂罐11和模具19的连接方式，有效的减少了高温树脂在输送管道内的流动时间和距离，避免了流动过程中树脂、特别是敏感树脂的反应和温度变化产生的不良影响，因而可确保工艺设计的实际落实，使制品质量得到很大提高。

本发明装置使用工艺过程如下(参见图1)：

首先将纤维增强预制件装入模具19中，该模具19的型腔与预制件产品最终形状的一致；其次，关闭压力阀门3、进料阀门6和出料阀门16，启动真空泵8对小容积树脂罐11抽真空，达到设计要求的真空度为止，关闭真空泵8；然后打开进料阀门6，在负压的作用下，预先配置好的树脂经进料口5被吸入到小容积树脂罐11内，树脂注入完毕后，关闭进料阀门6；再次启动真空泵8对小容积树脂罐11抽真空，使真空度达到工艺设计要求，排除小容积树脂罐11内树脂中的气泡；关闭真空泵8和泵开关9，启动温控***12，按照工艺要求设定小容积树脂罐11内温度，使温控***12处于工作状态；当温度达到设定值时，打开压力阀门3，按照不同的纤维体积含量、预制件结构等工艺要求，设定所需要的压力(一般在0.1-5Mpa内选择)，同时打开出料阀门16，使小容积树脂罐内11内的树脂在设定压力下直接注入到模具19中，逐步均匀渗透至事先放置在模具19中的纤维增强材料内；当树脂从模具19的出胶孔18流出时，即完成了树脂的注入；然后，关闭出料阀门16和出胶孔18，按常规固化制度对模具19进行升温固化后，即完成了复合材料高温树脂传递模塑的定量注胶制备。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明的具体实施例。这些实施例仅用于进一步说明本发明，并不限制本发明申请权利要求的保护范围。

实施例1

本发明装置采用170℃高温定量注胶工艺制备条形复合材料预制件。

首先，将纤维预制件装入模具19中，该模具19的型腔与条形复合材料预制件形状一致；然后关闭压力阀门3，进料阀门6和出料阀门16；启动真空泵8对小容积树脂罐11(容积为0.5升)，抽真空，达到真空度为0.1Mpa时关闭真空泵8；打开进料阀门6，在负压的作用下预先配置好的双马来酰亚胺树脂经树脂料口5被吸入到小容积树脂罐11内，树脂注入完毕后，关闭进料阀门6；再次起启动真空泵8抽真空，使小容积树脂罐11内的真空度达到-0.1Mpa，排除树脂罐11内树脂中的气泡；关闭真空泵8和泵开关9，启动温控***12，按照工艺要求设定温度为170℃，使温控***12处于工作状态；当温度达到170℃时，打开压力阀门3，根据纤维体积含量、预制件的结构等工艺要求设定压力为1.2Mpa，同时打开出料阀门16，使小容积树脂罐内11内的树脂在有压的气体作用下直接注入到模具19中，均匀渗透至事先放置在模具19中的纤维增强材料内；当注入树脂从模具19的出胶孔18处流出时，即完成了树脂的注入；关闭出料阀门16和出胶孔18，再按常规固化制度对模具19进行升温固化，即完成了条形复合材料预制件的制备。与运用传统的RTM装置，并通过添加稀释剂来降低树脂粘度方法制备的复合材料试件相比，本发明装置操作简单，且制备的复合材料试件拉伸强度、弯曲强度、抗冲击性能、韧性、耐热性等都有不同程度的提高。

实施例2

本发明装置采用TDE-86环氧树脂和高温定量注胶工艺制备拉伸试验标准试件。

首先，将纤维预制件装入模具19中，该模具19的型腔与拉伸试验标准试件形状一致；然后关闭压力阀门3，进料阀门6和出料阀门16；启动真空泵8对小容积树脂罐11(容积为0.5升)抽真空，达到真空度为-0.1Mpa时关闭真空泵8；打开进料阀门6，在负压的作用下预先配置好的TDE-86环氧树脂经树脂料口5被吸入到小容积树脂罐11内，树脂注入完毕后，关闭进料阀门6；再次起启动真空泵8抽真空，使小容积树脂罐11内的真空度达到-0.01Mpa，排除树脂罐11内树脂中的气泡；关闭真空泵8和泵开关9，启动温控***12，按照工艺要求设定温度为170℃，使温控***12处于工作状态；当温度达到170℃时，打开压力阀门3，根据纤维体积含量、预制件的结构等工艺要求设定压力为0.3Mpa，同时打开出料阀门16，使小容积树脂罐内11内的树脂在有压的气体下直接注入到模具19中，均匀渗透至事先放置在模具19中的纤维增强材料内；当注入树脂从模具19的出胶孔18处流出时，即完成了树脂的注入；关闭出料阀门16和出胶孔18，再按常规固化制度对模具19进行升温固化，即完成了条形复合材料预制件的制备。与运用传统的RTM装置制备的复合材料试件相比，本发明实施例设计操作简单，且树脂的利用率提高了一倍。

Claims

1.一种高温树脂传递模塑的定量注胶装置，该装置包括高压气源、压力表、压力阀门、真空泵、树脂罐、冷凝管、油浴加热***和模具，其特征在于还包括数字化温度控制***，所述的树脂罐为小容积树脂罐，且在小容积树脂罐底部的出料接口经出料阀门和接头与模具直接相连接，小容积树脂罐的罐盖上设有气源接口、进料接口和真空泵接口，气源接口经压力阀门、压力表与高压气源连接，进料接口经进料阀门与树脂料口连接，真空泵接口经泵开关与真空泵连接；所述小容积树脂罐上装有数字化温度控制***，温控***与冷凝管和油浴加热***控制连接。

2.根据权利要求1所述高温树脂传递模塑的定量注胶装置，其特征在于该装置的设计参数为：小容积树脂罐容积为0.3～0.6升，额定压力值为0-5Mpa，真空度为-0.1-0Mpa，加热温度在30～300℃范围内可调，调温精度为±0.5℃。

3.根据权利要求1所述高温树脂传递模塑的定量注胶装置，其特征在于所述的冷凝管和油浴加热***安装在小容积树脂罐的底部和罐壁上，温控***可控制冷凝管和油浴加热***对小容积树脂罐的底部和罐壁分别或同时进行加热。