适合大型高性能复合材料的两种RTM工艺

树脂转移模塑成型（Resin transfer molding, RTM)工艺是一种典型的纤维增强体树脂基复合材料液体模塑成型工艺，其工艺过程主要为：

RTM工艺流程 

树脂传递压力是RTM工艺中应该控制的主要参数。此压力用来克服注入模腔和浸透增强材料时所遇到的阻力。树脂完成传递的时间与系统压力和温度有关，时间短可提高生产效率。但如果树脂流量太大，胶液来不及渗透增强材料，并可以由于系统压力增加而导致意外。因此，一般要求在传递过程中进入模具的树脂液面上升速度不大于25mm/min。通过观察排出口来监控树脂传递过程。通常以为，模具上所有的观察口均有胶液溢出并不再排出气泡，且实际加入的树脂量与预计加入的树脂量基本一致时，传递过程即已完成。因而排出口设置应周密考虑。

树脂选择

树脂系统的选择是RTM工艺的关键。要将树脂出至模腔内并且使树脂迅速浸润纤维其粘度为0.025-0.03Pa•s为最佳。聚酯树脂粘度较低，常温下冷注射即可完成。但是，由于产品的性能要求不同，不同类型的树脂会被选择，它们的粘度不尽相同，所以管路和注射头大小均要设计成合适特殊成份的流动性要求。适合RTM工艺的树脂有聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。

增强材料选择

RTM工艺中增强材料可选用玻璃纤维、石墨纤维、碳纤维、碳化硅和芳纶纤维等。品种可根据设计需要选择短切纤维、单向织物、多轴织物、编织、针织、芯材等材料或预成型坯。

从产品性能的角度来看，该工艺生产的制件具有较高的纤维体积分数，且能够根据具体的制件形状来进行纤维局部增强设计，有利于提高产品性能 。从生产成本的角度来看，复合材料构件成本的 70% 来源于制造成本，所以如何降低制造成本是复合材料发展中亟待解决的重要问题，相较于传统制造树脂基复合材料的热压罐技术，RTM 工艺不需要价格昂贵的罐体，极大地降低了制造成本，且RTM工艺本身制造的零件不受罐体尺寸的限制，制件尺寸范围较为灵活，能够制造大型、高性能复合材料构件。总的来看，RTM工艺在复合材料制造领域已经得到了广泛的应用和快速的发展 ，势必成为复合材料制造的主导工艺。

近年来，航空航天制造业中复合材料产品从非承力部件、小型制件逐步向主承力部件及大型一体化制件发展，对大型、高性能复合材料制造需求迫切，因此发展了例如真空辅助树脂转移模塑（Vacu-um assisted-resin transfer molding,VA-RTM）和轻质树脂转移模塑成型(Light-resin transfer molding, L-RTM)等工艺技术。

真空辅助树脂转移模塑工艺 VA-RTM 工艺

真空辅助树脂转移模塑工艺 VA-RTM 工艺是由传统 RTM 工艺衍生而来的一种工艺技术。该工艺过程主要是利用真空泵等设备将纤维预成型体所在的模具内部抽真空，使树脂在真空负压的作用下注射进入模具，实现对纤维预成型体的浸润过程，并最终在模具内部固化成型，得到所需形状及纤维体积分数的复合材料制件，其工艺装置结构如图所示。

相比于传统的RTM工艺，VA-RTM工艺技术 对模具内部采用了抽真空，能够降低模具内部的注射压力，同时大大减少了模具及纤维预成型体的变形，从而降低了工艺对设备及模具的性能要求，也使 RTM 工艺能够使用更加轻质的模具，有利于降低生产成本，因此该技术更加适用于制造大型复合材料制件，例如泡沫夹心复合材料板是航空航天领域常用的大型部件之一。

总的来看，VA-RTM 工艺十分适用于制备大型、高性能的航空航天复合材料构件，但该工艺过程在国内仍为半机械化生产，产品制造效率较低， 且工艺参数设计大多依靠经验，尚未实现智能设计，产品质量无法得到精确控制。与此同时，有许多研究指出该工艺过程中容易在树脂流动方向产生压力梯度，特别是采用真空袋时树脂流动前 沿会出现一定的压力松弛，从而影响树脂浸润，使制件内部产生气泡并降低产品力学性能，同时压力分布不均会造成制件厚度分布不均匀，影响最终制件的外观质量，这也是该技术目前尚要解决的技术难题。

轻质树脂转移模塑工艺L-RTM 工艺

轻质树脂转移模塑工艺 L-RTM工艺是在传统VA-RTM工艺技术基础上发展而来的一种新型技术。如图所示，该工艺技术主要的特点就是下模采用金属等刚性模具， 上模采用半刚性的轻质模具，模具内部设计为双重密封结构，外部通过真空来固定上模，内部采用真空来导入树脂。由于该工艺的上模采用了半刚性模具，且模具内部为真空状态，因此大大降低了模具内部的压力及模具本身的制造成本，使此项技术能够制造大型复合材料制件相比于传统VA-RTM工艺，该工艺获得的制件厚度更加均匀且上下表面质量优越，同时上模采 用半刚性材料能够进行重复利用 ，避免了VA-RTM工艺过程中真空袋的浪费，因此该技术十分适用于制造表面质量要求较高的航空航天复合材料制件。

然而在实际生产过程中，该工艺仍存在一定的技术难点：

（1）由于上模采用的是半刚性材料，若材料的刚性不够极易导致在抽真空固定模具过程中产生坍塌，从而使制件厚度不均匀并影响制件的表面质量，同时模具的刚性也影响着模具本身的寿命，如何选择合适的半刚性材料作为L-RTM的模具是该工艺应用的技术难点之一。

（2）由于L-RTM工艺技术模具内部采用了抽真空，因此模具的密封性对工艺过程能否顺利进行起到了至关重要的影响，若密封性不足会造成制件内部树脂浸润不充分，从而影响制件性能。故模具密封技术是该工艺应用的技术难点之一。

（3）L-RTM 工艺所用的树脂应在充模过程中 保持较低的黏度从而降低注射压力，提高模具的使用寿命，如何开发合适的树脂基体是该工艺应用的技术难点之一。

（4）L-RTM 工艺过程中通常需要在模具上设计流道来促进树脂均匀流动，若流道设计不合理，会使制件出现干斑、富脂等缺陷，严重影响制件的最终质量，特别是对于形状复杂的三维制件，如何合理设计模具流道也是该工艺应用的技术难点之一。