复合材料RTM工艺的技术进展

  早期,航空领城复合材料零部件的制造主要采用热压罐工艺,一系列的材料、设备和方法为热压罐工艺的实施提供了保障,确保了产品的质量和稳定性,产品生产甚至可达到自动化生产的程度。但是随着民机竞争日趋激烈,军机预算的压缩,热压罐工艺制造成本高的问题逐渐显现,尤其对大中型制品来说,高成本给制造商带来巨大的压力,因此寻找一种低成本、高质量的复合材料成型技术成为关键,RTM技术也由此在航空业得到了巨大的发展。

  早期的RTM技术对于航空产品来说存在着一系列致命的问题,包括产品尺寸和机械性能的不稳定性、纤维含量低、工艺过程容易出现缺陷等。但是随着相关材料和技术的发展,RTM技术在航空制造方面的应用日益成熟。以下是促进国外RTM技术发展、成熟的几个主要方面:

  (1)材料的开发和相应标准的建立。要求有适合RTM技术的树脂和纤维预成型技术,特别是材料性能要稳定,这就需要有相应的标准,使产品制造商能对产品进行工艺参数的控制,保证在同样的工艺条件下生产出同样质量的产品。多维编制预成型体的应用,专用RTM树脂的出现,都为生产出满足适航要求的RTM产品打下了基础。

  (2)RTM仿真技术。RTM技术的实施是一个较复杂的工艺过程,模具的制造成本和要求都比热压罐工艺要高,因此模具的制作非常关键。RTM注射过程计算机仿真技术成为模具制造的有力工具。目前,像PAR-TRM、RTM一WORX等专用软件,可以通过建模和材料参数的输入进行计算分析,模拟出树脂在模具中的流动状态和参数,预知最初模具设计中可能会出现的问题并加以解决,大大降低了模具的制作成本。

  (3)注射系统的发展。随着电子技术的发展,RTM注射设备也日趋成熟,对树脂的温度控制、注射压力控制、注射量控制等完全可以通过专用的RTM注射设备来满足。同时,PLC控制技术的应用保证了生产工艺参数的稳定,使生产出质量稳定的RTM产品成为可能。

  (4)RTM工艺的研发。RTM工艺是多样化的工艺,从传统的RTM到VARTM,不同的产品要求,不同的材料,所需要的设备、工艺、注射参数就会不同。仿真软件虽然能模拟树脂的流动状态,但是纤维及铺层的多样性使得软件仿真仍存在一定的局限性,模具设计和注射工艺的制定仍需实际的经验。国外有大量的大学,研究所和公司参与到RTM工艺技术的研究中,为RTM产品的生产提供了有力的支持。在航空领域,一个复合材料工艺从研发到成熟应用需10~15年。国外RTM工艺技术在航空制作领域的应用已经成熟,而我国RTM工艺技术的研发还处于起步阶段,在航空领域采用RTM工艺的产品较少。从国外引进先进的RTM设备,可以加快RTM技术在我国的应用速度。

  随着复合材料在飞机结构件上所占比例的提高,RTM技术在航空复合材料制造中的地位越来越重要。未来在我国大飞机的制造中,RTM技术的发展和成熟在很大程度上将决定复合材料在航空领域的进一步应用和发展。

 

  阅读延伸:《RTM工艺在大型复合材料航空构件上的应用进展