1.模具種類
表6-8 不同類型的模具比較
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玻璃鋼模 |
電鑄鎳模 |
鋁模 |
鑄鐵模 |
鋼模 |
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強(qiáng)度/MPa |
150～400 |
300 |
50～500 |
100～200 |
>300 |
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模量/GPa |
7～20 |
200 |
71 |
～150 |
210 |
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韌性 |
沖擊引起損傷 |
耐低沖擊 |
易造成劃痕 |
不易損傷 |
不易損傷 |
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密度g/cm3 |
1.5～2 |
8.9 |
2.7 |
7.2 |
7.8 |
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熱膨脹系數(shù)×10－6℃ |
15～20 |
13 |
23 |
11 |
15 |
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熱導(dǎo)率/W·m-1·K-1 |
～1 |
～50 |
200 |
70 |
60 |
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比熱容/ J·kg-1·℃-1 |
～1000 |
460 |
913 |
500 |
420 |
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最高使用溫度/℃ |
80 |
>樹脂固化溫度 |
>樹脂固化溫度 |
>樹脂固化溫度 |
>樹脂固化溫度 |
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公差 |
固化收縮變形 |
取決于原模 |
精度高 |
精度高 |
精度高 |
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表面光潔度 |
可拋光 |
拋光改善光潔度 |
拋光改善光潔度 |
不如鋁和鋼模 |
拋光改善光潔度 |
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修復(fù) |
膠衣?lián)p壞容易修復(fù)，增強(qiáng)層損壞難修復(fù) |
不易修復(fù) |
容易 |
容易 |
容易 |
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制造周期 |
2～4周 |
30～40天 |
30～40天 |
30～40天 |
30～50天 |
2.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
RTM模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分型；嵌模、組合模、預(yù)埋結(jié)構(gòu)、夾芯結(jié)構(gòu)等模具結(jié)構(gòu)形式；專用鎖緊機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、專用密封結(jié)構(gòu)；真空結(jié)構(gòu)形式；模具層合結(jié)構(gòu)、剛度結(jié)構(gòu)形式、模具加熱形式等。
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：
（1）盡量簡化脫模部件：在制造模具時應(yīng)考慮產(chǎn)品脫模，覆蓋件兩邊緣要留有一定的脫模角度，各部分的連接處平滑過渡。
（2）盡量方便澆注系統(tǒng)的布置。
（3）便于氣體排除：為了有利于氣體的排出，分型面盡可能與樹脂流動的末端重合。
（4）模具密封和真空輔助成型：模具采用雙密封結(jié)構(gòu)并且利用真空在浸漬前對模腔抽真空，查看更多工藝文章登錄復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)，這樣有利于降低模具變形、降低孔隙率、提高生產(chǎn)效率、減少修整工序。
（5）便于活塊的安放：當(dāng)分型面開啟后，要有一定的空間便于活塊的安放，并保證活塊安放穩(wěn)固，覆蓋件模具的活塊采用真空吸附，利于定位和穩(wěn)固。
（6）模具制造的難易性：模具總體結(jié)構(gòu)簡化，盡量減少分型面的數(shù)目，采用平直分型面。
3.注射口和排氣口的設(shè)計(jì)
注射口在模具上有三種情況：
（1）、中心位置：注射口選擇在產(chǎn)品的幾何形心，保證樹脂在模腔中的流動距離最短。
（2）、邊緣位置：注射口設(shè)計(jì)在模具的一端，同時在模具上設(shè)有分配流道，樹脂從邊緣流道注射，排氣口對稱地設(shè)計(jì)在模具另一端。
（3）、外圍周邊：樹脂通過外圍周邊分配流道注射，排氣口選擇在中心或中心附近的位置。雖然外圍周邊注射的流道也在邊緣，但它是閉合的，排氣口在模具的中心處。
無論怎樣選擇注射口的位置，目的都是保證樹脂能夠流動均勻，浸透纖維。在模具上設(shè)有多個注射口可以提高注射效率，但是要保證不同注射口在流動邊緣到達(dá)下一注射口時，該注射口能夠及時開啟，上一注射口及時關(guān)閉，避免出現(xiàn)斷流或紊流造成的流動死角。
排氣口通常設(shè)計(jì)在模具的最高點(diǎn)和充模流動的末端，以利于空氣的排出和纖維的充份浸潤。借助流動流動模擬軟件可以比較好地確定理想的注口和排氣口。
4.模具密封結(jié)構(gòu)
模具的密封通常采用不同結(jié)構(gòu)形式的密封條來實(shí)現(xiàn)，所用到的密封條結(jié)構(gòu)有O型、矩形和異型密封條，材質(zhì)使用硅橡膠比較好。為了保證模具的有效密封和模腔內(nèi)抽真空的需要，經(jīng)常會用到雙密封結(jié)構(gòu)。
5.RTM模具的加熱方法
在RTM工藝中對模內(nèi)樹脂的加熱方法有兩大類:一是直接加熱法。如美國RP/CMachinery 公司將射頻電能直接通到型腔內(nèi)的樹脂中使樹脂固化，該方法較先進(jìn)，熱效率最高，但難度大，目前還不成熟；二是間接加熱法：熱能由介質(zhì)(氣、水、油、蒸汽)攜帶，經(jīng)模具背襯、型殼、型面?zhèn)鲗?dǎo)到樹脂中，使樹脂固化。間接加熱法分為三種。
（1）背襯管路法。模具背襯里鋪設(shè)熱介質(zhì)的管路(循環(huán)管路)，由于管路離型面有一定距離，而復(fù)合材料屬熱的不良導(dǎo)體，熱傳導(dǎo)較困難，因此加熱速度慢，加熱循環(huán)較長。應(yīng)用此方法要求改善模具材料的導(dǎo)熱性，且選擇較平坦的產(chǎn)品類型，以便鋪設(shè)管路方便易施。
（2）型殼管路(或電熱絲布)法。查看更多工藝文章登錄復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)，型殼里貼近型面鋪設(shè)熱介質(zhì)循環(huán)管路 (或電熱絲布)、熱介質(zhì)流的控制與壓機(jī)、模具周邊夾緊的操作相協(xié)調(diào)。1個供熱系統(tǒng)可同時供多個模具，加熱、冷卻的速度最快，但每個模具的成本最高。
（3） 整模加熱法，物料充模后，將整個模具置于固化爐(或高壓釜)內(nèi)加熱，熱能經(jīng)過模具傳導(dǎo)到型腔內(nèi)的樹脂，致使樹脂固化， 要求模具材料的導(dǎo)熱性好，固化爐內(nèi)能容納整個模具，如果固化爐尺寸較大，可同時加熱多個模具，本法加熱效率低、固化周期長。
另外美國Sterling Heights公司研制高速RTM工藝，采用鋼模具、模內(nèi)有管路、管內(nèi)通140℃左右的蒸汽，45秒樹脂固化、再配以其他“高速技術(shù)”，如預(yù)混合、預(yù)催化、特殊單一樹脂、快速投料、快速注射等，模塑周期約1分鐘。
6.玻璃鋼RTM模具的制造
玻璃鋼RTM模具的基本制作流程如圖6-16所示
原模的準(zhǔn)備工作中最重要的一項(xiàng)是檢驗(yàn)工作。復(fù)合材料的成型是不可逆的，所以每做一工序都需要檢驗(yàn)驗(yàn)證其正確合格方可進(jìn)行下一道工序的施工，這也是保證模具制作出現(xiàn)問題時及時調(diào)整，把損失降到最低的最有效的方法。
內(nèi)部附件包括注入口嵌件，排氣口嵌件，密封條，輔助模內(nèi)頂出件，模內(nèi)導(dǎo)向定位件以及產(chǎn)品預(yù)埋件定位機(jī)構(gòu)等等。
膠衣層是保證模具表面的基礎(chǔ)，厚度宜在0.5～1.0mm，可分2～3次噴涂，固化時間以手觸判斷，觸覺粘而指尖未帶有膠衣為宜。過渡層可用30-50g/m2表面氈糊制，糊制過程中保證不能有氣泡存在，固化后開始糊制增強(qiáng)層，糊制過程中最主要控制鋪層的均勻程度及含膠量均勻程度。
對于形狀簡單、面積較大平板類型的模具，可以在增強(qiáng)層采用氈布交替的鋪層設(shè)計(jì)方式，此方法可以進(jìn)一步提高板殼強(qiáng)度，而曲面較多，形狀復(fù)雜的模具直接由短切氈鋪層糊制即可。但根據(jù)不同的模具質(zhì)量要求慎重選擇布類增強(qiáng)，查看更多工藝文章登錄復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)，因其強(qiáng)度和含量存在方向性，容易導(dǎo)致模具出現(xiàn)因收縮不均而引起的翅曲變形。
另外，根據(jù)不同的樹脂體系和不同的模具要求及糊制制度進(jìn)行操作，一般情況下，每固化一次糊制的層數(shù)越少，模具尺寸精確度較高，模具強(qiáng)度低，模具變形機(jī)率較??；相反每固化一次糊制的層數(shù)越多，整體強(qiáng)度較大，收縮變形機(jī)率也較大。
有加熱層設(shè)計(jì)的模具，增強(qiáng)層的制作厚度應(yīng)為6～8mm,既保證表面強(qiáng)度，其隔熱作作也不至過于突出。加熱層由加熱管路和導(dǎo)熱介質(zhì)構(gòu)成，加熱管路采用銅管制成，并貼附于增強(qiáng)層的表面，先局部固定后，再用導(dǎo)熱材料澆鑄成型。
模具的加固要使用金屬等剛性材料，按板殼理論設(shè)計(jì)結(jié)果確定平板單元區(qū)域大小并進(jìn)行網(wǎng)格式加固，框架焊接完成后必須進(jìn)行去應(yīng)力處理，糊在模具背后使其與模具粘接成為一體。有加熱層的模具還要在最后制作保溫層，根據(jù)保溫材料的不同，保溫層厚度一般為50～100mm，澆鑄成型。
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