【技术干货】一文了解轻质树脂传递模塑的流程、关键装备及常见问题
篇首语：在前期文章《简述几种复合材料闭模工艺特点、流程及适用范围》（阅读原文）中简要介绍了树脂传递模塑作为复合材料常见闭模工艺的特点，在本文中进一步详细介绍了轻质树脂传递模塑（Light Resin Transfer Molding，LRTM）的基础知识。
树脂传递模塑（RTM）工艺最早在1970年代就已经出现，由于该工艺能够有效地生产出坚固且品质优良的零件，因此越来越受到广泛欢迎。作为常见的复合材料闭模工艺，与大多数开模工艺相比，RTM几乎没有材料浪费，并且生产环境非常清洁，HAP排放量也少得多。
RTM也是一种更一致且可重复的过程，可以生产具有高强度重量比特性和尺寸一致性的零件，并在零件的两侧都具有美观的表面。Light RTM（LRTM）在最近得到了越来越多的使用，因为它可以使用更简单、成本更低的模具，这些模具不必承受较高的型腔压力，但仍可以在短短的20分钟内完成完整的零件成型，且通常无需后续精加工。
LRTM已成功用于复合材料工业服务的多个最终市场，包括航空航天、卡车和公共汽车、船舶、风能和其他市场。采用LRTM工艺能够始终如一地生产高质量零件的重要因素是通过树脂注入系统的精确控制，这对良好的过程控制至关重要。Magnum Venus Products（MVP）是流体输送解决方案的全球供应商，已有80多年的历史，它通过定义生产细节来节省时间、降低成本和提高零件质量，从而使该流程焕然一新。
01、LRTM的流程
LRTM的一个重要特性是设备和工具所需的投资相对较少，只需要一个注射或配料系统（例如MVP的Patriot Innovator PLC注射系统）即可计量和混合树脂和催化剂，并将混合物注入模具中。
LRTM工艺流程
模具由基础模具（“ A”侧）和半刚性副模具（“ B”侧）组成。基础模具由相对刚性的复合结构制成和非常简单的钢增强框架组成。副模具是一个3至4毫米的薄层压板，在与基模相配合的法兰周围具有较高的刚度。副模带有两个密封圈，这些密封圈环绕着外围法兰。外部密封是形成主真空密封的氯丁橡胶或硅树脂“翼”形密封。内部硅树脂密封是动态密封，可防止注入的树脂从模具中逸出到法兰区域。
LRTM工艺的法兰结构示意图
为了制造零件，在将脱模剂和胶衣喷涂到基础模具型腔中之后，将干纤维增强材料装入模具中，并关闭两个匹配的模具半部。然后在内外密封之间抽真空以将半模保持在一起。一旦确认了真空压力，便将树脂和催化剂混合物在低压（<1 bar或14.5 psi）下注入到内部密封件内部围绕组件整个边缘延伸的外围进料通道。
排气口位于填充的最终点，通常位于组件的中心，通过该排气口可以抽真空。在大型模具或具有复杂几何形状的模具上，可以使用多个出口真空点。模腔的排气压力略低于真空密封。收集罐位于最终填充点，以收集多余的树脂，否则这些树脂将被带入真空系统。该中央通风口通常内置在副模具中。
单个底模可在多个基础模具上使用，如果可以准备一个基础模具而另一个可以加工零件，则可实现非常高效的生产。
使用MVP自动阀或连接到适当注射端口的简单10毫米（0.39英寸）注射管，将树脂通过副模具注射到沿动态密封在零件周围延伸的树脂通道中。注射结束时，将注射管夹紧，并断开注射机。在收集罐上保持真空，直到树脂固化。重要的是要使用适当的凝胶时间来固化零件，例如，如果注射时间为10分钟，则凝胶时间必须为12至15分钟。较短的胶凝时间将阻止树脂流入集水盆，较长的胶凝时间会使过多的树脂进入收集罐。
02、LRTM过程控制设备
LRTM可以使用相对简单的泵、真空和油管组件来完成行，而使用技术更先进的设备可以产生更高的质量、可重复的过程以及更短的周期。自1970年代问世以来，MVP一直专门为该过程设计产品。以下是有助于生产过程安全高效的一些重要因素：
注射装置——为了始终如一地生产高质量LRTM零件，需要精确控制注射压力和催化剂与树脂的混合比。在Patriot Innovator Injection系统将两者封装在一个紧凑的包装中。该装置设计用于在受控压力下注入聚酯、乙烯基酯和甲基丙烯酸酯树脂和催化剂。物料混合在注射头处按需进行，催化剂比例可在0.75％至2.5％之间调节。全气动自动控制系统可调节每次注射的泵冲程次数，以提供一致的物料输送和再循环，并保持物料的一致性，从而使过程更易于执行且更高效。根据所需过程的自动化程度，MVP还提供PLC控制选项。这样可以精确控制注射量，减少材料浪费并节省成本。PLC选件还配备了RFID跟踪功能，可跟踪耗材和进样公式，从而实现更安全的进样和更高的准确性。
具有PLC的MVP Patriot Innovator Injection 系统
压力感应——维持最佳的注射压力对于实现高效安全的过程至关重要。压力太小会延长填充时间，压力太大会使模具弯曲，并导致零件厚度增加；它还可能在注射过程中将半模分开，甚至损坏对模。MVP通过系统内置的模具压力保护功能和PPVS压力传感器保持精确的压力控制。如果模具内部压力太大，泵将自动关闭，直到压力释放。压力归一化后，它将重新开始注射。
使用Turbo Auto Sprue注射阀（模具后中心）和PPVS压力传感器（左后）附件可以使过程更加准确和一致
精确的物料计量和冲洗——为了保持一致的产品质量并减少浪费，必须精确控制每次注射时注入的物料量，还必须确保注射管路清洁且无障碍物。如果物料留在管线中的时间过长，它将开始固化并导致物料流动不一致，甚至堵塞管线。在每个进样口使用MPV的Turbo Auto Sprue（TAS）进样阀可以解决这两个问题：进样开始时，空气信号被发送到阀门，将其打开，一旦MVP注射单元达到其预编程的行程计数，机器将自动关闭并发送信号以关闭阀门，这样可以精确控制每个零件的注料量；注射结束后，如果操作员未能冲洗机器，则会发出凝胶警报，这将提示操作员启动注入管线冲洗循环，迫使约300-cc的溶剂通过阀进入管线，并进入冲洗桶，此过程之后，将进行定时且可调节的空气吹扫，以确保所有溶剂都从注入回路中排出，并准备好进行下一次喷射。安全联锁装置确保在机器处于进样模式时无法激活冲洗周期。
03、LRTM常见问题的解决方案
尽管使用更好的注射设备将确保更精确、一致的树脂传输周期，但在实现高质量和高效的LRTM工艺时还需要考虑其他因素。以下是LRTM流程中经常被忽略的一些真正重要的方面：
技术法兰设计：这是确保模具和底模清洁并在脱模后可以再次使用的最重要元素。正确的法兰设计和加工包括：
使用垂直法兰可轻松关闭大型模具，而无需使用夹具。
在零件边界处使用45度角精确地装入模具中。
喷涂胶衣而不是使用胶带时，请覆盖法兰区域，这既费时又昂贵。
在密封件上加载增强材料：由于通常将纤维增强材料加载到基础模具的型腔中，但是密封件连接到了底模上，因此很容易无意间将纤维增强材料放置在法兰空间中（内密封件和外密封件之间），这会破坏腔真空的完整性。小心准确地准备和使用纤维增强切割模板将有助于避免此问题的发生。
增强材料加载不一致：纤维增强材料加载或放置不一致会导致零件质量变化。确保在位置和方式上放置纤维增强材料，并使用图案精确切割。
热可变性：生产设备或树脂中温度的不一致也会导致工艺可变性，从而影响材料的流速和其他因素。使用MVP的辅助加热器、热电偶和树脂再循环系统有助于提高热稳定性。
添加剂混合不良：添加剂有助于提高LRTM零件的性能，但如果混合不当，会从树脂中掉出来。MVP提供一系列混合器和再循环回路，以保持直到注射头的材料一致性。
选择合适的注入点 ：根据零件形状和尺寸选择合适的注入点至关重要。
零件末端和树脂通道之间的厚度：减少零件末端和树脂通道之间的厚度将在开始注射时调节树脂流动，并使零件脱模后更容易修剪。
模具构造：在构造模具时，MVP建议注入可重复使用的校准零件厚度，而不是在大型模具中使用片状蜡。此选项速度更快，价格便宜六倍，并且如果制造多个反模具，则校准零件可重复使用。拥有正确的密封轮廓也很关键，尤其是对于树脂通道而言。MVP建议采用二维尺寸以减少树脂浪费。最后，通过使用相同的胶衣，树脂和玻璃来减少和标准化模具和底模上的原材料。