淺議RTM復合材料的應用

周子森

摘 要：RTM工藝是一種閉模成型技術，是復合材料低成本液體成形技術之一。文章通過介紹RTM復合材料在實際工業生產中的運用，來闡述RTM復合材料的特征。

關鍵詞：RTM；復合材料；應用

1.RTM工藝簡述

RTM工藝是一種閉模成型技術，是復合材料低成本液體成形技術之一。通過將樹脂注入預先鋪有預成型體的閉合模具中即時成型制品，具有成型周期短、對環境污染危害少、設備和勞動成本低、能成型復雜和大型制件的優點。所以使其在航空航天、汽車制造、大飛機、體育器材等領域得到了廣泛的應用。由于該技術易于實現結構的整體化、凈尺寸和快速成形，因而可以以較低的制造成本獲得較高的減重效益。

目前在眾多的復合材料制造工藝中，樹脂傳遞模型（RTM）是一種最為常用的纖維增強復合材料生產工藝，其基本加工原理為：將纖維預制件準確地放入模具內，使用夾緊（或加壓）、密封機構將模具緊固閉合，然后將一定壓力、數量的樹脂注入模具內部，加熱整個模具，利用熱量將樹脂固化，待模具完全冷卻后，取出產品進行后處理。與其他復合材料加工工藝相比，RTM工藝具有如下特點：

將纖維預制件的設計與樹脂注入過程分開，易于纖維增強、夾芯及大型復雜結構件設計生產，且加工工藝簡單。RTM工藝總投資規模小。相關材料損耗少，生產成本較低。RTM 生產過程主要使用密封模具，有害氣體的揮發量及樹脂污染物較少，利于操作人員的健康和環境保護。RTM中纖維預鋪放，可任意方向增強，制品強度好，制品正反面無玻璃纖維暴露。

2.RTM技術的分類

RTM技術經過30多年的發展，已經衍生出多種成型技術，主要有：

傳統RTM：成型時閉合模具，向預制件中注入樹脂，注射壓力約為0.7～1.4MPa，所得產品的纖維體積含量約為20%～45%。

VARTM：制品孔隙較少，纖維體積含量可提高到50%～60%。

RARTM：使用橡膠模具壓緊預成型體并抽真空，使樹脂在真空作用下被吸入預制件中，同時也可以給樹脂加壓。產品的纖維體積含量可達60%以上。

VIP：利用真空將樹脂吸入預制件中進行纖維浸潤，產品的纖維體積含量可達60%左右。

SCRIPTM：利用真空袋使樹脂加壓浸漬，浸漬速度快，面積廣。樹脂在預制件的厚度方向也能充分浸漬。但必須使真空袋和軟面模具。

3.RTM技術的應用

3.1 RTM技術在航空工業的應用

Boeing 公司用編織結構增強RTM技術制造了“J”形機骨架。道格拉斯公司采用縫合結構增強體RTM技術研制了機翼和機身蒙皮。對于這種帶加筋結構的復合材料，利用RTM技術比一般傳統的復合材料成型技術加工時間減少50% 以上，且能提高。

復合材料的抗沖擊性能，改善制件加強筋和蒙皮之間的整體性。空中客車公司利用碳纖維、玻璃纖維混雜織物作為增強材料，中溫固化環氧樹脂為基體樹脂，利用RTM技術批量生產A 321發動機吊架尾部整流錐。與模壓技術相比，獲得了生產成本降低30% 的效果。利用RTM 技術制備的實壁結構機頭雷達罩，具有剛度高、透波性能好等優點，在各種型號飛機上得到廣泛應用。BP高級材料公司使用 RTM 技術成型了具有蜂窩式芯型結構增強的復雜幾何體形狀的波音757推進器轉向風門。Hercules 公司使用RTM技術制造導彈機翼和其它部件，使用的預成型體包括碳纖維衣、玻璃纖維與碳纖維的混合物。Hercules正在研制用RTM生產Pegasus三級觸發器，其部件選用了HBRF 255A環氧樹脂和A S4碳纖維編織預成型體，部件獨特而復雜的造型再次證明了RTM 技術的優異的適應性。

3.2 RTM技術在大飛機復合材料構件上的應用

隨著低成本復合材料制造技術的成熟，復合材料構件在大型民用飛機上的應用取得了巨大的進展，其中以A380和B787最具代表性。A380客機上的復合材料用量達，是率先將復合材料用于中央翼盒的大型民用飛機，其他復合材料構件還有水平尾翼、垂直尾翼、后承壓框、地板梁和機身壁板等。B787“夢想”飛機的復合材料用量達50%，是第一個使用復合材料整體機翼和機身的大型客機。飛機的主要構件如水平尾翼垂直尾翼、地板梁、整流罩、機艙門等都采用了復合材料。這些復合材料構件的采用，與金屬結構相比，使B787飛機減重約18t，提高燃油效率20%，與B787相比，飛機的維護成本降低了30%，同時也使飛機的安全性、舒適性和環保性得到了提高。復合材料整體構件在民機上的大量應用得益于樹脂基復合材料低成本制造技術的日臻成熟和完善。其中，預成型體液體成型技術是樹脂基復合材料低成本制造技術的重要方面。

3.3 RTM技術在汽車工業中的應用

世界汽車工業正朝著輕量、高速、安全、節能、低污染、多功能的方向發展，采用新型復合材料制造汽車車身及零部件則是汽車輕量化最有效的途徑之一，據報道，汽車每減重100kg，百公里耗油可減少0.4L。國外從50年代初開始玻璃鋼（FRP）汽車件的研究；從80年代開始，國外已廣泛采用片狀模塑料（SMC），樹脂傳遞模塑（RTM）等FRP制造技術開發汽車車身板和零部件，如制造汽車儀表盤、保險杠、發動機罩、檔泥板、車門、行李箱蓋、散熱器骨架乃至整體車身：進人90年代，RTM工業化生產技術在國際上得到廣泛的應用研究，例如，美國進行了Viper高級跑車部件的RTM工業化生產線的研究。

3.4 RTM技術在體育器材上的應用

碳纖維是含碳量很高的無機高分子纖維材料，它外柔內剛，質量比金屬鋁輕，而強度卻高于鋼鐵。它有四種產品形式：纖維，布料，預浸料坯和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品；預浸料坯是將碳纖維按照一個方向一致排列，并將碳纖維或布料經樹脂浸漬使其轉化成片狀；切短纖維指的是短絲按照不同的配比，這些產品和樹脂一起應用將形成碳纖維增強復合材料（CFRP）。當前，用來制造體育運動器材的新材料主要是復合材料，而碳纖維復合材料又是其中的佼佼者。從某種意義來說，現代競技運動是一項向人類體能極限挑戰的運動，任何項目世界紀錄微小的提高往往需要和依賴科技的推動。利用新材料提升比賽器材的性能，從而提高運動成績的案例屢見不鮮。

參考文獻

[1]VARTM工藝浸潤過程及其應用基礎研究[D].鄭澎.中北大學 2011.

[2]RTM制品缺陷分析與表征[D].李萍.武漢理工大學 2007.