轻质RTM工艺及模具制作

一．        轻质RTM成型工艺原理及技术特点
1．        工艺原理
轻质RTM就是真空辅助带压低粘度树脂在闭合模具中流动浸润增强材料并固化成型的一种工艺技术，其成型压力不足1kg/cm2。树脂和固化剂通过注射机计量泵按配比输出带压液体在静态混合器中混合均匀，然后在真空辅助下注入已合理铺放好的纤维增强体的闭合模中，模具用真空对周边进行密封和合模，并保证树脂流动顺畅，然后进行固化。
该工艺需要二级真空，第一级真空（真空度为667毫米汞柱）完成上下模的闭合动作，第二级真空（真空度为376毫米汞柱）在树脂注射过程中辅助树脂的流动和对增强材料的浸润。
2．        技术特点
轻质RTM具有很多传统RTM相似的优点，比如生产效率和产品质量可以得以提高；可以得到两面光，大尺寸的产品；减少树脂有害成份对人体和环境的毒害。
由于轻质RTM是低压真空辅助成型工艺，所以与传统RTM相比，模具制作工艺大大简化，既方便又快捷。模具无需如传统RTM那样进行钢结构的加强，下模为三明治夹芯结构，具有较高的刚度以防止树脂在注射过程中模具产生任何变形，同时三明治夹芯结构可以有效保存产品固化时产生的热量，有利于后续产品的快速固化，缩短生产周期。而上模更为简单，可作成轻质、半刚性的结构，这样非常有利于频繁的脱模、合模的操作。
二．        模具的制作   
1．        模具制作环境的要求以及原料的选择
a．环境
环境温度：理想的范围为25±3℃。
相对湿度：不能大于60%。
制作车间：应保持比产品生产区更高的清洁度与日常维护。
   b．材料
对于该工艺所需要的材料我们推荐如下：
①主要材料
胶衣：ccp-071（具有优良的耐热能力，HDT为160-173℃）
模具树脂：RM2000（快速固化，快速制造模具，低收缩，降低模具成本）
 F-010（环氧改性乙烯基树脂，良好的强度和耐热性，以及低收缩率）
表面毡：300g/m2
无碱短切毡：450g/m2
轻木：用于提高模具的刚性并减轻重量
蜡片：用于控制模腔的厚度，良好的厚度均匀性。
②辅助材料
聚酯封孔剂、易打磨底胶、高光胶衣、玻璃微珠、丁酮、丙酮、固化剂、促进剂、各种目数砂纸若干、注射口
2．        裙边的制作
对于轻质RTM模具裙边的制作尤其重要，它是保证该工艺有效、可靠实施的基础。我们在现有的原模的基础上，沿着产品的周围做上宽为250mm的裙边，作出这么宽的裙边目的是为了保证模具在合模是真空能给予拥有足够的合模力，以确保我们注射的成功。
因此对于普通的手糊模具我们很容易就能够将其改造为注射模具。
3．        原模的处理
在模具裙边做好以后，就需要对其进行处理。首先校正其尺寸到所需要的程度；其次是对于裙边与产品部分作出适当弧度的倒角。
如果我们的原模属于局部的问题，就先用原子灰局部找平，然后在局部喷易打磨底胶（具体操作见下文）。
如果我们的原模的表面整体情况不是很好，就需要进行全面的处理，方法如下：
⑴原模的封孔
原模表面应保持清洁、干燥、无油污、蜡或其它污物。封孔前先用120目砂纸打磨表面并擦拭干净。在使用之前，先将罐中的封孔剂充分搅拌均匀。然后加入2%的固化剂。先采用刷子来涂覆封孔剂，再用干净的白棉布或纸巾擦去多余的部分，注意布不能太粗。固化两小时以后准备后续工作。
⑵易打磨底胶处理
为了确保得到高质量的RTM模具表面，需要在原模上用易打磨底胶处理，它具有出色的流平性能，可得到低孔隙率的表面，并且可以在湿态下连续喷涂积层得到所需要的厚度。
具体操作如下：先将易打磨底胶搅拌均匀，加入1.5%固化剂，并加入15%的丁酮稀释，喷涂时的压力调整到15psi，喷枪口径为2.0mm，喷涂时枪口离原模表面的距离为30cm左右，喷枪移动的速度要均匀。喷完后4小时用220或240目砂纸干磨去除表层，让溶剂得到更好的挥发。在固化6小时后，用320目砂纸打磨，并检查是否有局部不均匀，表面不平整的地方，然后对该部位处理洁净后进行第二次补喷，固化后用砂纸磨到1500目，再进行抛光，直到达到满意的效果。一般易打磨底胶的用量为10m2/gal，厚度在0.25mm左右。用该材料处理后的原模表面具有各项性能一致的特点，表面的光洁度好，以此得到的模具将是高质量的。如果有需要，可以再喷涂一层高光胶衣来达到更高的表面效果。
4．        下模的制作
原模在处理到我们满意的程度以后，就开始下模的制作。铺层设计如下：胶衣（CCP071）＋1层表面毡（F010树脂）＋1层450 g/m2短切毡（F010树脂）＋5层450 g/m2短切毡(RM2000树脂)＋2层450 g/m2短切毡（F010树脂）及3/8英寸轻木＋3层450 g/m2短切毡(RM2000树脂)
模具的制作步骤如下：
⑴.脱模剂的涂覆。常用的有脱模蜡，液体脱模剂和PVA三种。
A．Paste-wiz脱模蜡：清理干净原模表面以后开始涂覆脱模蜡，一般为6遍，每遍间隔2小时，具体操作方式如下：先用棉布蘸取蜡，以打转的方式用力在表面擦拭，紧接着用相同的方式去除多余的蜡以及打蜡时棉布留下的擦痕，完成后间隔2小时用干净的棉布进行抛光。重复相同的操作6次即可。
B．X-802半永久性液体脱膜剂，建议在使用前先用S-19B封孔剂。操作方式：脱膜剂涂覆5遍。用干净的纯棉布蘸取脱模剂但不要滴落，将脱模剂平檫在模具表面，形成一层薄薄的光滑涂层后净置待脱模剂挥发。注意不用过多擦拭操作区域。每一层涂覆结束后，净置15分钟待其干燥固化后，再进行下一层的涂覆，每一层脱模剂涂层独立使用不同的干净棉布。如果出现斑纹，更换棉布，并确保棉布上没有附着过量的脱模剂，最后一层涂覆好后，需要30分钟的固化时间。固化时间越长，脱模效果会越好。
C．如果原模是亚克力的材料，我们不建议用脱模蜡和液体脱模剂，而是选用PVA作为脱模材料，我们用喷涂的方法将其很均匀的喷到原模表面这样也可以得到很好的脱模效果。在喷涂的过程中要注意调整好喷枪的雾化，让PVA能很薄层很均匀的附着到原模表面，应尤其注意容易被忽略的边角部分。一般情况下建议喷两遍，中间间隔时间控制的原则是前一层一定完全干燥。
⑵胶衣的喷涂
胶衣的用量一般控制在850g/m2，此时的厚度在0.6~0.8mm之间，凝胶时间控制在2小时左右，凝胶太快会导致胶衣层中的气孔率高。胶衣分两遍喷涂，两遍间隔时间控制的原则为首层胶衣完全固化，一般为2～3小时。喷涂时ES-100喷枪压力控制在70psi。模具胶衣喷涂程序：首先检查喷射设备（ES-100）是否处于良好状态，检查所有的密封状态是否良好，压力调节器操作是否灵活。
a、在模具胶衣CCP071中加入2%的MEKP，并混合均匀。
b、将胶衣装入ES-100纸杯中，并调节压力到70psi。
c、使喷枪与模具表面保持300-500mm的距离，先枪头朝上抠动扳机，再将枪头对准模具表面调节雾化压力，使喷射线型达到最理想的状态。注意先喷不易到达的位置，比如原模表面的拐角和直角位置，然后再进行大面积的喷涂，同时喷枪移动的速度要均匀。在第一遍喷涂时要求整个表面的胶衣厚度比较均匀，第二遍要求在模具上产品部分比裙边部分的胶衣要稍厚。喷涂时注意后喷的线形压在此前的一半位置，如此反复直到完成胶衣的喷涂。同时要求对胶衣覆盖模具裙边边缘的立面部分。喷射完毕立即清洗设备。并在合适的位置安置上气动脱模用的气源接口。
⑶表面毡的铺覆
表面毡的规格为30g/m2，树脂为乙烯基F010模具树脂。在等到第二遍的胶衣固化到粘手不粘胶的时候开始铺覆表面毡，此时铺覆表面毡的优点在于：既可以提高胶衣与表面毡层的粘接力，又可以较好的控制树脂的用量。表面毡可以预先在模具表面铺覆好，此时因为胶衣还具有一定的粘接能力，所以可以铺覆的很好，对于表面毡的对接部分要求进行去掉整齐直边的处理，目的是为了能很好的对接。乙烯基F010模具树脂与表面毡的重量比分别控制在9：1。操作方式：用毛刷少量蘸取树脂，垂直于表面向下用力，从模具中间位置开始往四周散开去，以树脂刚好浸透表面毡为标准。糊制时一定要注意消除气泡。并且注意在裙边边缘的立面也需要有表面毡覆盖上，目的是为了在制作模具的过程中避免因为收缩的问题使得模具自身离模。
待固化以后用粗砂纸去除毛刺，并挑去气泡，然后用丙酮擦拭干净表面，准备进入下一到工序。
⑷首层短切毡的铺覆
短切毡的规格为450 g/m2，树脂为乙烯基F010模具树脂。在糊制前要先称量已经裁减好的纤维的重量，由此来控制所用树脂的量，一般F010树脂与短切毡的重量比控制在1.5：1，此时的树脂含量为40%。在糊制短切毡时，毛刷采用点刷，以免牵动玻璃纤维而导致气泡和皱褶，不允许在短切毡上来回刷树脂，气泡用猪鬃辊来消除，辊压时从中间往四周散开，特别要注意拐角位置。短切毡在搭接时尽量用手撕开，这样可以避免出现局部强度上的缺陷。另外，在糊制完成以后要给予足够的时间用猪鬃辊来消除气泡。
 ⑸五层450 g/m2短切毡的铺覆
在这个五层铺覆时我们采用RM2000的模具树脂，该树脂的优点是能够快速积层而不用担心收缩的问题，原因在于该树脂体系中含有35％的填料而使得其收缩率很低。操作中树脂与纤维重量比控制在在3：1，此时的树脂含量为50%左右。
具体操作如下：首先将模具表面分成大小适中的部分，再将该部分所需要的五层短切毡裁减好并称量重量，然后在一个平整且干净的操作台面上将五层毡连续的浸润透并赶除气泡，再将预浸好的纤维铺覆到其所在的位置，继续辊压，赶尽气泡。依次进行下去，直到铺覆完所有的纤维，等待固化。注意在短切毡对接的部分一定要处理好，尽量得到厚度均匀的积层。
⑹轻木
轻木之前需要先铺覆两层450 g/m2短切毡，树脂为F010，操作与首层短切毡相同。完成短切毡铺覆轻木时，先把轮廓板裁成小条，从模具的中间开始往四周铺覆，以能粘结实为标准。对于有弧度的模具表面，轻木在铺覆时没有严格的正反面要求，以操作方便为原则。另外也可以预先把轻木分区域裁减成合适的尺寸，在铺覆完短切毡以后直接把轻木粘接上就可以了。
完成固化以后仔细检查轻木是否有未粘结实的地方，如有就进行重新粘接，并调玻璃微珠腻子将缝隙填补上并圆滑处理表面再进行下一步的操作。
⑺后续三层短切毡的铺覆
轻木处理好以后，开始最后三层短切毡的铺覆，树脂为RM2000，操作如前文所示。     
⑻模具的加强
由于我们的注射时在真空辅助的情况下进行的，所以对于模具而言所承受的压力并不大，因此只要对模具进行简单的加强来保证模具本身的尺寸即可。加强的材料选用20mm厚复合木板，宽度为300mm，在对接的位置用木螺钉进行固定，然后用五层450 g/m2短切毡糊制上，等待固化。
 ⑼脱模
 到此，轻质RTM模具的下模就制作完成了，脱模以后进行简单的处理准备上模的制作。
5．        贴蜡片
在完成下模的制作以后，就需要为制作上模做准备，这其中最重要的过程就是蜡片的铺覆。蜡片的厚度即为产品所需要的厚度，一般情况下都需要将蜡片分成两层铺覆，例如5mm的产品，分为2mm和3mm进行铺覆，先薄后厚。具体操作如下：
蜡片从产品部分真空接口开始向四周延伸，真空接口的位置一般确定在整个产品1/3的地方，与注射口的距离为产品长度方向的2/3。
⑴第一层蜡片的铺覆
从真空接口开始，先将蜡片切成4’’× 4’’大小的方块，铺覆时每块之间间隔0.5mm左右的间隙，蜡片一定要贴实并且整齐，所有的间隙都要畅通的连接。蜡片铺覆到产品边缘外2cm左右。第一层铺覆完成以后用刮刀将表面处理平整，清理干净。
⑵第二层蜡片的铺覆
这一层蜡片与前一层铺覆方法的不同在于，必须使所有蜡片的接缝都要严密，并且尽量使用整张的蜡片，蜡片的边缘要使用工具将边缘刮成如图1所示的形状。这样在对接完成所有的蜡片以后，可以用刮刀将表面刮平整而不会出现凹陷的地方，以此来保证产品的厚度以及上模的制作质量。
⑶裙边部分蜡片的铺覆
裙边部分的蜡片会直接影响到以后合模过程以及生产是否顺利，因此是个很关键的过程。下面以一个5mm产品为例来说明裙边蜡片的铺覆。如图2所示。
说明：

①为产品的厚度，5mm。产品厚8mm
②产品边缘的延伸，便于生产时易于操作。宽度为20mm，厚度3mm。(20mmx4mm)
③树脂的流动通道，宽度15mm，厚度5mm。(15x6)
④T型密封胶条的位置，宽度15mm，厚度3mm。(15x4)
⑤T型密封胶条槽，尺寸10.7mm×5mm。(8x5)
⑥气隙的空间，宽度10cm，厚度4mm，分成两层铺覆，第一层同样要留出0.5mm的间隙，后一层整体铺覆上。
⑦外侧密封胶条位置，尺寸2.5cm×10mm。
⑧在②③④上铺覆一层1mm的蜡片。
裙边蜡片铺覆完成以后，需要用黏土来圆滑边角。
6．        上模的制作
在铺设完蜡片开始制作阳模，开始之需要把产品部分与气隙的真空接口的位置设置好。具体步骤如下：
①        在蜡片上喷涂PVA脱模剂。操作如前文所示。
②        胶衣的喷涂。要求胶衣为乙烯基透明胶衣。
结构层的设计如下： 1层表面毡（30g/m2）＋1层450 g/m2短切毡＋3层450 g/m2短切毡＋3层450 g/m2短切毡
在局部模具容易产生变形的部位需要用轻木进行三明治的夹芯结构增强。轻木后再加两层450 g/m2短切毡。
③在操作过程中，胶衣喷涂完成以后就把所有的真空接口和注射口放置到位。在第二层胶衣固化开始时，对产品和裙边蜡片部分抽真空，真空度很小（约0.5inHg）,随着积层的逐渐增厚，需要不断的加大真空度，以此来保证上模在固化收缩时不离开蜡片表面，同时可以让模具的边角部分的蜡片帖服性更加好，从而可以很好的保持产品尺寸的均一性。上模所用的树脂全部为F010乙烯基树脂。操作方法与前文所述相同。
7．        后期处理
到此，我们模具的糊制过程就完成了。
由于模具在制作过程中树脂固化不完全，如果马上投入生产，会严重的影响到模具的质量和寿命。因此要进行模具的后固化处理。
方法如下： 在高于模具使用温度40-50℃的温度下进行热处理，一般以60-80℃为参