碳纤维酚醛树脂复合材料RIM成型工艺

  RIM成型工艺的基本原理是将碳纤维或其他增强材料铺放到闭模的模腔内,用压力(或真空辅助)将树脂胶液注入模腔,浸透增强材料,然后固化,脱模成型制品。RIM成型工艺是从湿法铺层和注塑工艺演变而来的1种新的复合材料成型工艺。RIM工艺通常使用增强材料形式有短切纤维毡、连续纤维毡、三维织物或特制的复合毡等,增强材料的种类有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。采用不饱和聚酯树脂为基体的RIM成型工艺已经得到广泛应用,对树脂体系、增强材料铺覆、流变特性、模具设计制造、制品结构设计、专用设备等方面都有系统深入研究。

  而酚醛树脂用于RIM工艺在国内近几年才出现。RTIM 生产工艺通常要求树脂注射温度下的黏度约为250~500mPas,以使纤维能很快地浸透,并避免铺层或织物结构被破坏。树脂固化过程应没有或尽量减少小分子产生,以减少制品缺陷,提高各种性能。传统的酚醛树脂由于通过缩合固化,固化过程中有小分子放出,容易造成制品缺陷,所以不太适合RIM工艺成型。

  研究人员利用RIM成型工艺方法,使用氨酚醛树脂复合了高强玻璃纤维三维编织体,分别制作了拉伸强度试片、弯曲强度试片、氧乙炔烧蚀试片,试片的纤维体积含量为55 %。性能测试结果为:拉伸强度为744 MPa,拉伸模量为40.6 GPa,断裂应变2.07%,弯曲强度为456.4 MPa,弯曲模量31.8 GPa,其力学性能接近于钢,烧蚀性能大大好于模压和缠绕复合材料。除传统的氨酚醛外,华东理工大学开发的高碳酚醛树脂160也是针对RIM工艺开发的改性氨酚醛树脂,其具有较高的碳含量,较宽的工艺操作平台。但仍采用传统的缩合固化方式,有小分子释放,需采用加压成型。

  酚醛RTM制品种类很多,诸如导弹鼻锥、油井管活塞及汽车用部件,可充分发挥酚醛制品的尺寸稳定、抗蠕变、阻燃以及高温力学性能好等优势。目前国内对酚醛和其他高性能树脂RIM成型工艺的需求主要来自军用产品。但由于缺少专用的RIM酚醛树脂,只能利用传统的酚醛树脂进行注射,固化时仍采用加压方式,目前已经开发出许多制品,取得了较好的效果。RIM已经成为航空航天先进复合材料重要的成型工艺之一。