專利名稱：一種高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合材料制備技術，具體為一種高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置。
背景技術：
樹脂傳遞模塑技術(RTM)是一種復合材料的成型技術。該工藝具有原料利用率高，生產(chǎn)成本低，制件可局部增強，光潔度好，尺寸精度高，工藝簡單等特點，是目前綜合指標最好的復合材料成型工藝。雖然RTM工藝成本較低，但技術要求較高。傳統(tǒng)RTM成型裝置適用于中批量、低溫(40 60°C)注膠和制作中大型構件。這種傳統(tǒng)RTM裝置不適于高溫(高于150°C )注膠和小型構件在RTM工藝中的應用。例如，雙馬來酰亞胺樹脂，只有當溫度高達175°C時，其粘度才能滿足RTM注膠工藝的要求，而使用現(xiàn)有的RTM裝置運用這種樹脂注膠時由于溫度達不到要求，樹脂粘度太大無法對預制件進行很好的浸潤，導致制件孔隙率增加；又例如，對于小型構件，如碳纖維復合材料手機外殼，使用現(xiàn)有的RTM裝置制作時，由于樹脂需要充滿各管道而導致樹脂的實際利用率很低。目前國內(nèi)外在應用粘度較高的樹脂時，主要通過兩種途徑一種途徑是添加稀釋齊 ，降低樹脂粘度；另一種途徑是對樹脂進行改性，提高其流動性。但這兩種途徑都降低了樹脂原有的性能，如拉伸強度、彎曲強度、抗沖擊性能、韌性和耐熱性等，都有不同程度的降低。近幾年提出的“離位” RTM工藝，雖然產(chǎn)品的性能得到改善，但該工藝操作復雜，并不能夠廣泛使用，使用現(xiàn)有的RTM裝置制作小型構件時，由于樹脂利用率低，成本大幅提高，也沒能得到廣泛的應用。在申請人檢索范圍內(nèi)，有關具有定量注膠和高溫注膠功能的樹脂傳遞模塑工藝制備復合材料的裝置尚沒見有文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置。該裝置具有定量注膠和高溫注膠的功能，并具有結構簡單，操作方便，節(jié)省膠量，成本低廉等優(yōu)點。本發(fā)明解決所述裝置技術問題的技術方案是設計一種高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置，該裝置包括高壓氣源、壓力表、壓力閥門、真空泵、樹脂罐、冷凝管、油浴加熱系統(tǒng)和模具，其特征在于還包括數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)，所述的樹脂罐為小容積樹脂罐，且在小容積樹脂罐底部的出料接口經(jīng)出料閥門和接頭與模具直接相連接，小容積樹脂罐的罐蓋上設有氣源接口、進料接口和真空泵接口，氣源接口經(jīng)壓力閥門、壓力表與高壓氣源連接，進料接口經(jīng)進料閥門與樹脂料口連接，真空泵接口經(jīng)泵開關與真空泵連接；所述小容積樹脂罐上裝有數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)與冷凝管和油浴加熱系統(tǒng)控制連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明高溫定量注膠裝置擯棄了傳統(tǒng)樹脂傳遞模塑注入裝置使用的大容積樹脂罐，改用小容積脂罐(最小可達0.3升)，減少了樹脂的浪費，有效地降低了生產(chǎn)成本，使用非常方便，且適宜制備體積較小的結構件；采用接頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的輸送管道，使用輸送管道上的溫度控制裝置直接連接樹脂罐和模具，與傳統(tǒng)樹脂傳遞模塑裝置相比具有以下技術效果(1)簡化了裝置結構；(2)減少了輸送管道內(nèi)樹脂的浪費；(3)減少了注膠過程中樹脂的流動過程，有利于成功注膠；(4)縮短了注膠過程中樹脂的流動時間，及時注膠，避免了高溫樹脂反應帶來的不利影響；( 避免了因樹脂在輸送管道內(nèi)長距離的流動引起的樹脂溫度變化，降低了樹脂粘度，提高了制品質量。實驗檢驗表明本發(fā)明裝置結構簡單，操作方便，成本節(jié)約，且產(chǎn)品質量大為提高。


圖1是本發(fā)明高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置一種實施例的整體結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發(fā)明。具體實施例不限制本申請的權利要求。本發(fā)明設計高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置(以下簡稱裝置，參見圖1)，該裝置包括高壓氣源1、壓力表2、壓力閥門3、真空泵8、樹脂罐11、冷凝管13、油浴加熱系統(tǒng)14 和模具19，其特征在于還包括數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)(簡稱溫控系統(tǒng))12，所述的樹脂罐為小容積樹脂罐11，且在小容積樹脂罐11底部的出料接口 15經(jīng)出料閥門16和接頭17與模具 19直接相連，小容積樹脂罐11的罐蓋上設有氣源接口 4、進料接口 7和真空泵接口 10，氣源接口 4經(jīng)壓力閥門3、壓力表2與高壓氣源1連接，進料接口 7經(jīng)進料閥門6與樹脂料口 5連接，真空泵接口 10經(jīng)泵開關9與真空泵8連接；所述小容積樹脂罐11上裝有數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)(簡稱溫控系統(tǒng))12，溫控系統(tǒng)12與冷凝管13和油浴加熱系統(tǒng)14控制連接。本發(fā)明裝置的優(yōu)選設計參數(shù)為小容積樹脂罐11容積為0. 3 0. 6升，額定壓力值為0-5Mpa，真空度為-0. Ι-OMpa，加熱溫度在30 300°C范圍內(nèi)可調。這些參數(shù)是依據(jù)所用樹脂的性能和制件的工藝要求而設計的。本發(fā)明裝置采用高溫樹脂傳遞模塑定量注膠工藝，具有以下優(yōu)良性能(1)本發(fā)明裝置具有很好的加熱功能。傳統(tǒng)的RTM裝置只在樹脂罐底部加熱，樹脂罐內(nèi)樹脂溫度不均勻。本發(fā)明裝置的冷凝管13和油浴加熱系統(tǒng)14安裝在小容積樹脂罐 11的底部和罐壁上，溫控系統(tǒng)12可控制冷凝管13和油浴加熱系統(tǒng)14對小容積樹脂罐11 的底部和罐壁分別或同時進行加熱，加熱面積大，并確保小容積樹脂罐11內(nèi)的樹脂溫度均勻。為適應不同樹脂、不同工藝對注膠溫度的不同要求，本發(fā)明采用了使用溫度范圍較大的溫控系統(tǒng)12，可調溫度范圍為0 300°C，調溫精度設計為士0. 5°C，使本裝置的應用范圍得到了很大提高。本發(fā)明溫控系統(tǒng)控制著與其連接的冷凝管12和油浴加熱系統(tǒng)13，其內(nèi)有與小容積樹脂罐11相連接的溫度傳感器(圖1中未畫出)，溫控系統(tǒng)12會實時監(jiān)測小容積樹脂罐11內(nèi)的溫度，并用監(jiān)測到的溫度與設定的溫度進行對比，根據(jù)對比結果有機調節(jié)冷凝管13和油浴加熱系統(tǒng)14的使用功率，直到實時監(jiān)測的溫度與設定的溫度一致為止。(2)本發(fā)明裝置具有很好的真空脫泡功能。傳統(tǒng)RTM裝置沒有這一功能。現(xiàn)有在混合好的樹脂內(nèi)有一些穩(wěn)定且很難排除的氣泡，如果這些氣泡沒能夠得到有效的消除而進入到模具內(nèi)，制件就會有一定的孔隙率，產(chǎn)品的性能無法到保證。本發(fā)明裝置在樹脂注入前，先用真空泵8對小容積樹脂罐11進行抽真空，使其達到設計的真空度，關閉真空泵8，打開進料閥門6，由于負壓作用，混合好的樹脂被吸進樹小容積脂罐11，當小容積樹脂罐11內(nèi)樹脂量達到設計要求時，關閉進料閥門6 ；然后再一次打開真空泵8對小容積樹脂罐11內(nèi)的樹脂進行脫泡。小容積樹脂罐11內(nèi)的樹脂經(jīng)過脫泡后，制件的孔隙率明顯減少，產(chǎn)品的質量得到了保證和提高。(3)本發(fā)明裝置具有很好的定量注膠功能。傳統(tǒng)RTM成型裝置適用于制作中大型構件，樹脂罐容積很大，樹脂罐與模具之間的輸送管道長度較長，且輸送管道內(nèi)空間也很大。當制作一些小型構件時，樹脂的利用率很低，極大的浪費了樹脂。針對這種現(xiàn)象，本發(fā)明裝置設計了小容積樹脂罐11，并采用接頭17直接與小容積樹脂罐11和模具19連接，代替了傳統(tǒng)RTM裝置中的輸送管道。實驗表明，本發(fā)明裝置極大的提高了樹脂利用率。(4)本發(fā)明裝置具有很好的高溫注膠功能。傳統(tǒng)RTM成型裝置沒有高溫注膠的功能。對于粘度較高的樹脂，為了使樹脂粘度在現(xiàn)有的注膠溫度下能夠適用于RTM工藝，主要通過兩種途徑一是添加稀釋劑，二是對樹脂進行改性。然而這兩種途徑的代價都是降低了樹脂原有性能。本發(fā)明裝置由于采用了高效的溫控系統(tǒng)12，并采用接頭17直接連接設計， 賦予了本發(fā)明裝置高溫和穩(wěn)定注膠功能，實施例最高可以加熱到300°C ；同時，設計接頭17 代替?zhèn)鹘y(tǒng)裝置中的輸送管道直接與小容積樹脂罐11和模具19的連接方式，有效的減少了高溫樹脂在輸送管道內(nèi)的流動時間和距離，避免了流動過程中樹脂、特別是敏感樹脂的反應和溫度變化產(chǎn)生的不良影響，因而可確保工藝設計的實際落實，使制品質量得到很大提尚ο本發(fā)明裝置使用工藝過程如下(參見圖1)首先將纖維增強預制件裝入模具19中，該模具19的型腔與預制件產(chǎn)品最終形狀的一致；其次，關閉壓力閥門3、進料閥門6和出料閥門16，啟動真空泵8對小容積樹脂罐 11抽真空，達到設計要求的真空度為止，關閉真空泵8;然后打開進料閥門6，在負壓的作用下，預先配置好的樹脂經(jīng)進料口 5被吸入到小容積樹脂罐11內(nèi)，樹脂注入完畢后，關閉進料閥門6 ；再次啟動真空泵8對小容積樹脂罐11抽真空，使真空度達到工藝設計要求，排除小容積樹脂罐11內(nèi)樹脂中的氣泡；關閉真空泵8和泵開關9，啟動溫控系統(tǒng)12，按照工藝要求設定小容積樹脂罐11內(nèi)溫度，使溫控系統(tǒng)12處于工作狀態(tài)；當溫度達到設定值時，打開壓力閥門3，按照不同的纖維體積含量、預制件結構等工藝要求，設定所需要的壓力(一般在 0. l-5Mpa內(nèi)選擇)，同時打開出料閥門16，使小容積樹脂罐內(nèi)11內(nèi)的樹脂在設定壓力下直接注入到模具19中，逐步均勻滲透至事先放置在模具19中的纖維增強材料內(nèi)；當樹脂從模具19的出膠孔18流出時，即完成了樹脂的注入；然后，關閉出料閥門16和出膠孔18，按常規(guī)固化制度對模具19進行升溫固化后，即完成了復合材料高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠制備。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術。下面給出本發(fā)明的具體實施例。這些實施例僅用于進一步說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明申請權利要求的保護范圍。實施例1本發(fā)明裝置采用170°C高溫定量注膠工藝制備條形復合材料預制件。首先，將纖維預制件裝入模具19中，該模具19的型腔與條形復合材料預制件形狀一致；然后關閉壓力閥門3，進料閥門6和出料閥門16 ；啟動真空泵8對小容積樹脂罐11(容積為0. 5升)，抽真空，達到真空度為0. IMpa時關閉真空泵8 ；打開進料閥門6，在負壓的作用下預先配置好的雙馬來酰亞胺樹脂經(jīng)樹脂料口 5被吸入到小容積樹脂罐11內(nèi)，樹脂注入完畢后，關閉進料閥門6 ；再次起啟動真空泵8抽真空，使小容積樹脂罐11內(nèi)的真空度達到-0. IMpa，排除樹脂罐11內(nèi)樹脂中的氣泡；關閉真空泵8和泵開關9，啟動溫控系統(tǒng) 12，按照工藝要求設定溫度為170°C，使溫控系統(tǒng)12處于工作狀態(tài)；當溫度達到170°C時，打開壓力閥門3，根據(jù)纖維體積含量、預制件的結構等工藝要求設定壓力為1. 2Mpa,同時打開出料閥門16，使小容積樹脂罐內(nèi)11內(nèi)的樹脂在有壓的氣體作用下直接注入到模具19中，均勻滲透至事先放置在模具19中的纖維增強材料內(nèi)；當注入樹脂從模具19的出膠孔18處流出時，即完成了樹脂的注入；關閉出料閥門16和出膠孔18，再按常規(guī)固化制度對模具19進行升溫固化，即完成了條形復合材料預制件的制備。與運用傳統(tǒng)的RTM裝置，并通過添加稀釋劑來降低樹脂粘度方法制備的復合材料試件相比，本發(fā)明裝置操作簡單，且制備的復合材料試件拉伸強度、彎曲強度、抗沖擊性能、韌性、耐熱性等都有不同程度的提高。實施例2本發(fā)明裝置采用TDE-86環(huán)氧樹脂和高溫定量注膠工藝制備拉伸試驗標準試件。首先，將纖維預制件裝入模具19中，該模具19的型腔與拉伸試驗標準試件形狀一致；然后關閉壓力閥門3，進料閥門6和出料閥門16 ；啟動真空泵8對小容積樹脂罐11 (容積為0. 5升)抽真空，達到真空度為-0. IMpa時關閉真空泵8 ；打開進料閥門6，在負壓的作用下預先配置好的TDE-86環(huán)氧樹脂經(jīng)樹脂料口 5被吸入到小容積樹脂罐11內(nèi)，樹脂注入完畢后，關閉進料閥門6 ；再次起啟動真空泵8抽真空，使小容積樹脂罐11內(nèi)的真空度達到-0. OlMpa，排除樹脂罐11內(nèi)樹脂中的氣泡；關閉真空泵8和泵開關9，啟動溫控系統(tǒng)12， 按照工藝要求設定溫度為170°C，使溫控系統(tǒng)12處于工作狀態(tài)；當溫度達到170°C時，打開壓力閥門3，根據(jù)纖維體積含量、預制件的結構等工藝要求設定壓力為0. 3Mpa,同時打開出料閥門16，使小容積樹脂罐內(nèi)11內(nèi)的樹脂在有壓的氣體下直接注入到模具19中，均勻滲透至事先放置在模具19中的纖維增強材料內(nèi)；當注入樹脂從模具19的出膠孔18處流出時， 即完成了樹脂的注入；關閉出料閥門16和出膠孔18，再按常規(guī)固化制度對模具19進行升溫固化，即完成了條形復合材料預制件的制備。與運用傳統(tǒng)的RTM裝置制備的復合材料試件相比，本發(fā)明實施例設計操作簡單，且樹脂的利用率提高了一倍。
權利要求
1.一種高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置，該裝置包括高壓氣源、壓力表、壓力閥門、 真空泵、樹脂罐、冷凝管、油浴加熱系統(tǒng)和模具，其特征在于還包括數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)，所述的樹脂罐為小容積樹脂罐，且在小容積樹脂罐底部的出料接口經(jīng)出料閥門和接頭與模具直接相連接，小容積樹脂罐的罐蓋上設有氣源接口、進料接口和真空泵接口，氣源接口經(jīng)壓力閥門、壓力表與高壓氣源連接，進料接口經(jīng)進料閥門與樹脂料口連接，真空泵接口經(jīng)泵開關與真空泵連接；所述小容積樹脂罐上裝有數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)與冷凝管和油浴加熱系統(tǒng)控制連接。
2.根據(jù)權利要求1所述高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置，其特征在于該裝置的設計參數(shù)為小容積樹脂罐容積為0.3 0.6升，額定壓力值為0-5Mpa，真空度為-0. l_0Mpa，加熱溫度在30 300°C范圍內(nèi)可調，調溫精度為士0. 5°C。
3.根據(jù)權利要求1所述高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置，其特征在于所述的冷凝管和油浴加熱系統(tǒng)安裝在小容積樹脂罐的底部和罐壁上，溫控系統(tǒng)可控制冷凝管和油浴加熱系統(tǒng)對小容積樹脂罐的底部和罐壁分別或同時進行加熱。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高溫樹脂傳遞模塑的定量注膠裝置，該裝置包括高壓氣源、壓力表、壓力閥門、真空泵、樹脂罐、冷凝管、油浴加熱系統(tǒng)和模具，其特征在于還包括數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)，所述的樹脂罐為小容積樹脂罐，且在小容積樹脂罐底部的出料接口經(jīng)出料閥門和接頭與模具直接相連接，小容積樹脂罐的罐蓋上設有氣源接口、進料接口和真空泵接口，氣源接口經(jīng)壓力閥門、壓力表與高壓氣源連接，進料接口經(jīng)進料閥門與樹脂料口連接，真空泵接口經(jīng)泵開關與真空泵連接；所述小容積樹脂罐上裝有數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)與冷凝管和油浴加熱系統(tǒng)控制連接。
文檔編號B29C45/74GK102514142SQ20111041284
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者張國利, 李嘉祿, 郭啟微, 陳光偉, 陳利, 霍福磊 申請人:天津工業(yè)大學