RTM模具的案例
RTM工藝簡述及RTM模具制作過程
從RTM模具的整個制作過程中可以看出，原模設計與制作為整個模具的制作打下基礎，由于新的原型制作技術的采用使原型的制作具有了快速、高精度、工藝簡捷、操作簡便、省去模腔制作等優點，既縮短了工期，滿足了現代企業快速響應市場需求的發展趨勢。加上材料選擇和模具制作的控制，使RTM成型工藝應用將越來越廣。
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RTM工藝簡述及RTM模具制作過程
從RTM模具的整個制作過程中可以看出，原模設計與制作為整個模具的制作打下基礎，由于新的原型制作技術的采用使原型的制作具有了快速、高精度、工藝簡捷、操作簡便、省去模腔制作等優點，既縮短了工期，滿足了現代企業快速響應市場需求的發展趨勢。加上材料選擇和模具制作的控制，使RTM成型工藝應用將越來越廣。
RTM工藝簡述及RTM模具制作過程
從RTM模具的整個制作過程中可以看出，原模設計與制作為整個模具的制作打下基礎，由于新的原型制作技術的采用使原型的制作具有了快速、高精度、工藝簡捷、操作簡便、省去模腔制作等優點，既縮短了工期，滿足了現代企業快速響應市場需求的發展趨勢。加上材料選擇和模具制作的控制，使RTM成型工藝應用將越來越廣。
（來源：復材應用技術）
何為復合材料閉模成型工藝？
RTM成型工藝模具技術
1）、RTM總工藝路線
RTM有三個重要的組成部分:1原材料系統；2注入設備；3模具系統。
2）、RTM成型用模具技術
所有RTM產品都需一適合工藝的模具,RTM也不例外。RTM模具可以用鋁鋼、FRP來制作。由于鋁鋼模具不易變形但價格格高，在這不作介紹。下面主要介紹FRP模具。
1、RTM模具型式和材料
FRP模具用于RTM，按一般規定做——7-10mm厚的模具層板，然后在基礎模具表面下裝入——加熱芯形成夾層結構，模具層板總厚為20mm。由于這厚度不能勝任RTM成型工藝所需的強度，因此需進一步增強。箱形鋼型材要比復合材料便宜得多，一般以箱形鋼型材加固。
FRP模具實踐證明用劣質樹脂翻制的模具使用壽命極短,而對產品質量也有直接影響,所以模具表面要求用耐溫、耐化學腐蝕的材料來做。模具制作成本大部分是人工、材料選擇成本幾乎與模具總造價無關。目前一般選用乙烯基酯模具樹脂系統和膠衣，并且證明比傳統環氧材料具有更好的使用壽命和耐溫性。據國外資料報道，用乙烯基酯模具樹脂制得的模具模塑次數已超過18000多模次，而且還在繼續使用。
2、模具加熱
用于玻璃鋼工業的大多數樹脂都有一與溫度直接相在的固化曲線，所以尋找生產模具能夠控制溫度的方法具有相當的現實意義，這樣有助于優化生產效率。事實上模具溫度每提高10℃，凝膠時間將減半，因此在環境溫度（20℃）下，模塑一個部件也許固化脫模時間需要60分鐘，而在50℃，同樣的樹脂體系，模塑同一部件，在7.5分鐘內就能脫模。
電熱布加熱
在RTM模具中應用加熱布鋪設在模具內存的電加熱方式已用了許多年。加熱比較均勻，模具能夠輕而易舉升溫至100℃以上，但標準應用最高模具溫度用到75℃。
展開 
何為復合材料閉模成型工藝？
RTM成型工藝模具技術
1）、RTM總工藝路線
RTM有三個重要的組成部分:1原材料系統；2注入設備；3模具系統。
2）、RTM成型用模具技術
所有RTM產品都需一適合工藝的模具,RTM也不例外。RTM模具可以用鋁鋼、FRP來制作。由于鋁鋼模具不易變形但價格格高，在這不作介紹。下面主要介紹FRP模具。
1、RTM模具型式和材料
FRP模具用于RTM，按一般規定做——7-10mm厚的模具層板，然后在基礎模具表面下裝入——加熱芯形成夾層結構，模具層板總厚為20mm。由于這厚度不能勝任RTM成型工藝所需的強度，因此需進一步增強。箱形鋼型材要比復合材料便宜得多，一般以箱形鋼型材加固。
FRP模具實踐證明用劣質樹脂翻制的模具使用壽命極短,而對產品質量也有直接影響,所以模具表面要求用耐溫、耐化學腐蝕的材料來做。模具制作成本大部分是人工、材料選擇成本幾乎與模具總造價無關。目前一般選用乙烯基酯模具樹脂系統和膠衣，并且證明比傳統環氧材料具有更好的使用壽命和耐溫性。據國外資料報道，用乙烯基酯模具樹脂制得的模具模塑次數已超過18000多模次，而且還在繼續使用。
2、模具加熱
用于玻璃鋼工業的大多數樹脂都有一與溫度直接相在的固化曲線，所以尋找生產模具能夠控制溫度的方法具有相當的現實意義，這樣有助于優化生產效率。事實上模具溫度每提高10℃，凝膠時間將減半，因此在環境溫度（20℃）下，模塑一個部件也許固化脫模時間需要60分鐘，而在50℃，同樣的樹脂體系，模塑同一部件，在7.5分鐘內就能脫模。
電熱布加熱
在RTM模具中應用加熱布鋪設在模具內存的電加熱方式已用了許多年。加熱比較均勻，模具能夠輕而易舉升溫至100℃以上，但標準應用最高模具溫度用到75℃。
展開 樹脂傳遞模塑成型工藝（RTM）
注射槍口后有一個靜態紊流混合器，可使樹脂和催化劑在無氣狀態下混合均勻，然后經槍口注入模具，混合器后面設計有清洗劑入口，它與一個有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯，當機器使用完后，打開開關，溶劑自動噴出，將注射槍清洗干凈。
②模具
RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造，價格較低，聚酯玻璃鋼模具可使用2000次，環氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用，一般來講，RTM的模具費僅為SMC的2%～16%。
（2）RTM原材料
RTM用的原材料有樹脂體系、增強材料和填料。
樹脂體系：RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。
增強材料：一般RTM的增強材料主要是玻璃纖維，其含量為25%～45%（重量比）；常用的增強材料有玻璃纖維連續氈、復合氈及軸向布。
填料：填料對RTM工藝很重要，它不僅能降低成本，改善性能，而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。
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展開 復合材料工藝簡述
(三)、軟模RTM工藝
軟模RTM工藝兼顧了RTM和真空導流工藝的優點，將RTM的剛性上模改成硅膠或者橡膠的軟模，其作用相當于一層真空袋膜，制品處于軟模和模具之間，密封周邊，抽真空（0.1MPa左右），在抽真空的同時將樹脂從模具的另一端由管路導入到模具中，將增強玻纖浸潤。固化后脫模。
軟模RTM成型技術的特點：
1、可以制造兩面光的形狀結構復雜的制品；
2、成型效率一般，適合于中等規模的玻璃鋼產品生產（1000件/年以內）；
3、為閉模操作，不污染環境，不損害工人健康；
4、增強材料可以任意方向鋪放，容易實現按制品受力狀況例題鋪放增強材料；
5、軟模的使用壽命在10—50次左右，成本介于RTM和真空導流工藝之間目前用于船艇、汽車零部件、工程車覆蓋件等等。
軟模RTM工藝設備、模具、原材料
軟模RTM成型工藝過程中，同樣不需要注射設備，只需要一臺真空泵就可以了；模具需要單面剛性模一般模腔內是負壓0.1Mpa ，所用的原材料與真空導流的材料基本一樣。 該工藝效率介于RTM和真空導流之間，其可取之處主要在于所使用真空輔助材料的可重復利用性，以及其在施工過程中提現出來的方便性，優點一、耗材可多次重復利用，降低成本；優點二、可根據模具做成各種復雜形狀，便于鋪敷，且可有效地避免架橋和干區；優點三、韌性極好，注射過程如有白斑和干區，可大力扯動，人為制造樹脂導流路線，不用擔心真空袋被破壞。
展開 高性能復合材料樹脂傳遞膜技術( RTM)研究
樹脂傳遞模塑法(RTM)是一種低成本、效益好的復合材料成型工藝。研究了RTM用樹脂體系、預成型技術、成型模具、成型工藝以及RTM在航空航天領域的應用。
目前，高性能復合材料的低成本制造技術成為復合材料研究領域中令人矚目的新發展動向，它打破了長久以來高性能復合材料必然具有高制造成本的慣例，為高性能復合材料開辟了廣闊的應用領域，RTM工藝正是在這思想指導下出現的復合材料制造工藝。它采用低粘度樹脂注入閉合模具中，樹脂流動，浸潤已合理鋪放好或預成型的增強材料，并固化成型。與其它傳統復合材料生產技術相比，RTM有許多優點：能夠制造高質量、高精度、低孔隙率、高纖維含量的復雜復合材料構件，無需膠衣樹脂也可獲得光滑的雙表面，產品從設計到投產時間短，生產效率高。RTM模具和產品可采用CAD進行設計，模具制造容易，材料選擇廣。RTM成型的構件與管件易于實現局部增強以及局部加厚，帶芯材的復合材料能一次成型。RTM成型過程中揮發份少，有利于勞動保護和環境保護。
RTM對基體樹脂工藝性的要求為：室溫或工作溫度下具有低的粘度（一般應小于l.OPa．s）及一定的貯存期(如t≥48h)；樹脂對增強材料具有良好的浸潤性、匹配性、粘附性；樹脂在固化溫度下具有良好的反應性，且后處理溫度不應過高（如T≤200°C凝膠化、固化到脫模的時間較短；固化時發熱量少。
適用于RTM工藝的基體樹脂主要包括環氧樹，脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂和氰酸酯樹脂等。
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展開 HP-RTM技術用于汽車輕量化設計
航空工業目前正采用樹脂傳遞模塑成型工藝（RTM），進行大型高強度結構件的生產。然而，其生產效率很低，有時還需大量的手工作業。在汽車的制造過程中，采用RTM工藝進行零部件的生產，主要是為了達到更好的視覺效果，并且只用于小批量生產的頂級轎車中。若能為量化生產開發出一條可靠的自動化RTM生產線，則纖維增強塑料（FRP）將能夠更加廣泛地應用于汽車高強度承重結構件的生產。
德國加工機械領域的專家迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克勞斯瑪菲公司（KraussMaffei）在RTM技術領域展開了合作，他們對以上的市場需求做出了響應——開發了一條高壓樹脂傳遞模塑成型工藝（HP-RTM）的自動化生產線。這條生產系統包括了預成型加工、壓制過程，以及修整工藝。相比于傳統的RTM工藝，該HP-RTM工藝減少了樹脂注射次數，提高了預制件的浸漬質量，并縮短了成型周期。
預成型
對于HP-RTM部件的生產，需要制造一個由織物增強材料制成的預制件。這樣的預制件在迪芬巴赫的預成型中心制造完成，通常使用一個完全自動化的過程。
由碳纖或玻纖制成柔軟的纖維織物或纖維氈從卷軸上開卷后放入切割機。使用CNC切割技術，纖維鋪層被切割成部件加工所需尺寸。該過程通過由現有的CAD零件參數得到的切割程序完成。切割成形的纖維鋪層材料層合到一起，然后放置到成型單元中。
可以使用機器人來可靠地處理切割織物、纖維氈，以及預制件。預制件成型中心可以作為一個單獨的單元來運行，也可與壓制工藝一起結合在產線上。
壓制過程
預制件的加工過程之后就是壓制過程。該過程包括用環氧樹脂系統浸漬預制件，以及其固化過程。
在用機器人將預制件放置到RTM模具中之后，根據模內壓力及部件的尺寸和復雜性，采用一臺迪芬巴赫液壓壓機用高達36000 kN（3600 t）的壓力完成實際的壓制過程。
展開 中空結構的復合材料部件已經可以做出來了
將金屬合金倒入一個模具中，模具內可預先固定上嵌入件。為避免氣泡、收縮和粘連等問題，模具會預先加熱到接近共熔合金的熔點溫度。在模內涂上一層脫模粉，模具有開孔并帶有提取銷和密封墊，可避免出現過多的毛邊或金屬熔液浪費。
金屬芯材一成型，即馬上脫模、去毛邊并清除脫模粉，檢查嵌入件的位置正確，同時確保芯材的表面和內部沒有氣泡。
先依次在高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）的模具內正確地鋪上幾層纖維片材，再把芯材放進HP-RTM的模具內，然后用纖維疊材包裹好芯材。需要注意的是，纖維是有導向的（放置方向正確，可以讓部件有更好的支撐），纖維疊材需進行預成型，使其成為適合放進模具的形狀。芯材壓在下面的纖維疊材上，上面也鋪有纖維疊材。然后，HP-RTM的模具合模，此時檢查模具的真空密封性，加壓推入樹脂浸潤纖維的外表面。
先將模具預熱至樹脂固化溫度（大約130℃），再高壓注入樹脂，需要至少一個傳感器在模腔注入口附近以監測擴散壓力，也可以在外圍的幾個點上加裝傳感器來監測擴散壓力，還可以加裝一些電容式傳感器以探測樹脂是否已流到部件的邊角或薄的位置，確保樹脂充滿整個模腔。一旦達到需要的峰值壓力（210 bar），混合頭關閉，進入再循環模式。等固化時間結束后，壓機打開再取出部件。
之后，有兩種生產方式可供選擇：
第一種生產方式是再加熱，把部件放入一個模板護架內，再送進加熱爐內，通過輻射或感應將芯材和空氣加熱至共熔合金的熔化溫度。熔化的低共熔合金通過預先鉆的小孔從模板護架內排出來，形成中空式復合材料部件的內部空腔，嵌入件會留在需要的位置，使其成為碳纖維增強復合材料（CFRP）的一部分。
第二種生產方式是將部件冷卻，讓金屬芯材留在部件內，金屬芯材在后面的機械加工過程中可起到增強結構的作用。
展開 RTM成型工藝的昨天、今天、明天！
溯源RTM工藝
RTM工藝應用于復合材料行業已經有50多年了。盡管關于RTM最初應用的時間不是十分肯定，但是曾經有過關于英國飛機公司在50年代末開始應用RTM工藝的相關報道。據艾倫?哈珀介紹，自1973年他在英國艾爾斯伯里公司（Aylesbury）工作就開始接觸RTM工藝。當時，他們從K&C模具公司買了一臺1:1泵機，制造了第一套RTM模具。回顧早期的模具工藝時，艾倫?哈珀用“不堪回首”形容。他說，當時的工藝在注射樹脂時只能通過模具中央的一個孔注入，直到看到模具的四個角落都流過樹脂時，人們才真正知道模具里是充滿樹脂的。因此你可以想像，經過反復幾次生產后，模具的排氣口會堆著越積越厚、早已變干的、如石筍狀的樹脂，常年累月下來必然造成巨大的浪費。雖然后來人們確實采取了更好的設計方案，比如將模腔封死，然后在其周圍鋪設導流管，直接將樹脂引流到外接到模具頂部的樹脂收集器中。但這么做仍然不能避免嚴重的浪費，雖然模具是封閉的，模腔上的排氣口仍然會釋放些許苯乙烯廢氣，不僅需要定期清洗，而且每個周期后還需要重新更換。
直到80年代中后期，樹脂注射工藝才開始顯現出一些自動化的跡象。當時工藝的主要進展在于，操作人員不必攜帶著注射閥爬到模具上方，將注射頭插入模具的注入口中，同時在整個注射過程中緊緊抓住注射頭。待注射完成后將注射閥拔出，然后再迅速用塞子堵上模具的注入口，以防止樹脂倒流。當談到早期的RTM工藝，人們可能會笑，但是在那個年代，這樣的工藝確實存在了許多年。
圖1：在早期的RTM工藝過程中，操作人員需要手持注射閥，將其插入模具的注入口中
而后，自動注射閥（AutoSprue）的發明又將RTM自動化的程度提高了一些，因為它代替人工將其插入模具的步驟。但是，對模腔中樹脂的處理仍然使用的是舊方法。
展開 
復合材料帽形梁RTM工藝仿真解決方案
RTM成型工藝包括傳統的樹脂傳遞模塑、真空輔助樹脂傳遞模塑、高壓RTM、普通壓縮RTM、高壓注射RTM、高壓壓縮RTM等等。RTM提供了一種簡單且低成本的方式制作連續纖維增強的高分支復合材料，非常適合于形狀復雜的大型結構件，目前在汽車工業、航空航天、國防工業、機械設備、電子產品上已經得到廣泛應用。包括Audi R8 Spyder、BMW M6、BMW Project I CityCar中底盤件、側圍、前后保險杠、頂蓋的生產；AIRBUS機翼后翼梁，DAHER復合材料翼盒，LATECOERE復合材料機艙門；西門子碳纖維復合材料風機葉片；意大利Toror公司復合材料帆船；以及防彈衣、橋體、壓力罐、坦克零件、體育用品等等。
然而，這些工藝技術需要在生產之前設計、加工出合適的模具設備。如何在較低的成本和周期下設計出既能滿足生產工藝需要，又能保證產品質量要求的模具一直是業界積極探討的熱點之一。傳統的方法是憑經驗進行試制，不僅耗時耗力，而且難以保證產品質量，已經很難滿足現代復合材料模具設計生產的需要。在模具設計和制造過程中采用數字化技術進行仿真模擬，是提高模具開發效率，降低生產成本和提高產品質量的有效途徑之一。
2 RTM工藝仿真解決方案
ESI集團作為虛擬試驗測試的先鋒，能夠提供一套覆蓋整個復合材料流程的虛擬解決方案，它包括設計和生產領域的復合材料結構動態模擬。主要包含熱壓罐工藝仿真解決方案，RTM工藝仿真解決方案，復合材料力學性能分析。具體流程如圖1所示。
展開 RTM-Worx——先進的樹脂模注工藝仿真軟件
RTM-Worx是樹脂模注工藝領域內具有世界領先地位的數字化仿真分析軟件。RTM-Worx以其出色的表現贏得了世界各地廣大用戶的普遍贊譽，并在國際市場競爭中占據了領先的地位。 近年來，RTM（Resin Transfer Moulding）和CVI（Controlled Vacuum Infusion）等樹脂模注工藝技術由于其生產過程中很低的有機物揮發量、良好的可設計性及適合于成型中批量大型整體復雜構件等優點，被越來越廣泛地應用于高性能復合材料成型制造領域。然而，這些工藝技術需要在生產之前設計、加工出合適的模具設備。如何在較低的成本和周期下設計出既能滿足生產工藝需要，又能保證產品質量要求的模具一直是業界積極探討的熱點之一。 傳統的方法是憑經驗進行試制，不僅耗時耗力，而且難以保證產品質量，已經很難滿足現代復合材料模具設計生產的需要。在模具設計和制造過程中采用數字化技術進行仿真模擬，是提高模具開發效率，降低生產成本和提高產品質量的有效途徑之一。Polyworx公司早在十幾年前就已經致力于這方面的研究，并且已經取得了驕人的成績。 Polyworx公司是荷蘭一家致力于開發先進模注工藝流動仿真軟件的公司，其旗下的主打軟件產品RTM-Worx是樹脂模注工藝領域內具有世界領先地位的數字化仿真分析軟件，該軟件于1991年開始開發，已經歷十余年的歷程。最初的微機版本名為7，RTM-Worx在其基礎上進行了多項改進，使得操作更為簡便，顯示更為清晰，計算更為快捷，功能更為強大。
展開 RTM工藝與三維編織復合材料制造技術
（6）RTM成型工藝對原材料體系要求嚴格，要求增強材料具有良好的耐樹脂流動沖刷性和浸潤性，要求樹脂黏度低，高反應活性，中溫固化，固化放熱峰值低，浸漬過程中黏度較小，注射完畢后能很快凝膠。
（7）低壓注射，一般注射壓力<30psi（1psi=68.95Pa），可采用玻璃鋼模具（包括環氧模具、玻璃鋼表面電鑄鎳模具等），模具設計自由度高，模具成本低。
（8）制品孔隙率較低。與預浸料模壓工藝相比，RTM工藝無須制備、運輸、貯藏冷凍的預浸料，無須繁雜的手工鋪層和真空袋壓過程，也無須熱處理時間，操作簡單。
但是RTM工藝由于在成型階段樹脂和纖維通過浸漬過程實現賦形，纖維在模腔中的流動、纖維浸漬過程中以及樹脂的固化過程都對最終產品的性能有很大的影響，因而導致了工藝的復雜性和不可控性增大。
RTM成型工藝過程
RTM成型工藝是先在模腔內預先鋪放增強材料預成形體，芯材和預埋件，然后在壓力或真空作用力下將樹脂注入閉合模腔，浸潤纖維，固化后脫模，再進行二次加工等后處理工序，其基本原理如圖1所示。
纖維預成形有手工鋪放、手工纖維鋪層加模具熱壓預成形、機械手噴射短切纖維加熱壓預成形、三維立體編織等多種形式。
在合模和鎖緊模具的過程中，根據不同的生產形式，有的鎖模機構安裝在模具上，有的采用外置的合模鎖緊設備，也可以在鎖緊模具的同時利用真空輔助來提供鎖緊力，模具抽真空的同時可以降低樹脂充模產生的內壓對模具變形的影響。
在樹脂注入階段，要求樹脂的粘度盡量不要發生變化，以保證樹脂在模腔內的均勻流動和充分浸漬。在充模過程結束后，要求模具內各部分的樹脂均同步固化，以降低由于固化產生的熱應力對產品變形的影響。
不同類型的RTM生產布局
隨著原材料技術、模具技術和設備技術的快速發展，RTM的生產布局也出現了多種多樣的形式。
展開 RTM工藝與三維編織復合材料制造技術
在充模過程結束后，要求模具內各部分的樹脂均同步固化，以降低由于固化產生的熱應力對產品變形的影響。
不同類型的RTM生產布局
隨著原材料技術、模具技術和設備技術的快速發展，RTM的生產布局也出現了多種多樣的形式。按照生產效率劃分，可以將RTM工藝的發展劃分為3代。
第1代RTM工藝通常為常溫固化和外部加熱，生產周期為80~150min，生產布局常采用環形生產線，模具在不同的工位流動，模具數量多，生產周期取決于時間最長的工序，通常為固化工序。
第2代RTM工藝的特點是模具自帶加熱系統，同時采用了專門的開合模鎖緊機構，生產效率可以達到20~30min。有代表性的是雙工位RTM工藝布局，一個工位在噴射膠衣、鋪放纖維時，另一個工位可以進行注射、固化過程。
第3代RTM工藝采用的是120℃左右的固化溫度，模具由專用的壓機帶動實現開模、合模、鎖緊，設備采用高速注射設備，模具使用金屬模具，整體布局和SMC工藝類似，成型周期小于10min。
RTM工藝參數對工藝過程的影響
影響RTM工藝的工藝參數包括樹脂黏度、注射壓力、成型溫度、真空度等，同時這些參數在成型過程中是相互關聯和相互影響的。
（1）樹脂黏度。適用于RTM 工藝的樹脂應該具有較低的黏度，通常應小于600mPa·s，小于300mPa·s時工藝性能會表現得更好。通過提高樹脂的成型溫度來降低樹脂黏度，以利于更好地實現充模過程。
（2）注射壓力。注射壓力的選擇取決于纖維的結構形式和纖維含量以及所需要的成型周期。研究資料表明，較低的注射壓力有利于纖維的充分浸漬，有利于力學性能的提高。
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