عمليتان RTM مناسبتان للمواد المركبة عالية الأداء واسعة النطاق

عملية قولبة نقل الراتنج (RTM) هي عملية قولبة سائلة نموذجية للمواد المركبة القائمة على الراتنج المقوى بالألياف، والتي تشمل بشكل أساسي:
(1) تصميم قوالب الألياف وفقًا للشكل ومتطلبات الأداء الميكانيكي للمكونات المطلوبة؛
(2) وضع تشكيل الألياف المصمم مسبقًا في القالب، وإغلاق القالب وضغطه للحصول على الجزء الحجمي المقابل من تشكيل الألياف؛
(3) تحت معدات الحقن المتخصصة، قم بحقن الراتينج في القالب عند ضغط ودرجة حرارة معينة للتخلص من الهواء وغمره في تشكيل الألياف؛
(4) بعد غمر تشكيل الألياف بالكامل في الراتنج، يتم تنفيذ تفاعل المعالجة عند درجة حرارة معينة حتى اكتمال تفاعل المعالجة، ويتم إخراج المنتج النهائي.

يعد ضغط نقل الراتينج هو المعلمة الرئيسية التي يجب التحكم فيها في عملية RTM.يستخدم هذا الضغط للتغلب على المقاومة التي تتم مواجهتها أثناء الحقن في تجويف القالب وغمر مادة التسليح.يرتبط الوقت الذي يستغرقه الراتينج لإكمال النقل بضغط النظام ودرجة الحرارة، ويمكن أن يؤدي الوقت القصير إلى تحسين كفاءة الإنتاج.ولكن إذا كان معدل تدفق الراتنج مرتفعًا جدًا، فلن تتمكن المادة اللاصقة من اختراق مادة التسليح في الوقت المناسب، ويمكن أن تحدث حوادث بسبب زيادة ضغط النظام.لذلك، من المطلوب عمومًا ألا يرتفع مستوى سائل الراتينج الذي يدخل القالب أثناء عملية النقل بشكل أسرع من 25 مم/دقيقة.مراقبة عملية نقل الراتنج من خلال مراقبة منفذ التفريغ.يُفترض عادةً أن عملية النقل قد اكتملت عندما تكون جميع منافذ المراقبة الموجودة في القالب قد تجاوزت الغراء ولم تعد تطلق فقاعات، وتكون الكمية الفعلية من الراتينج المضاف هي في الأساس نفس الكمية المتوقعة من الراتينج المضاف.ولذلك، ينبغي النظر بعناية في وضع منافذ العادم.

اختيار الراتنج

يعد اختيار نظام الراتنج هو مفتاح عملية RTM.اللزوجة المثلى هي 0.025-0.03Pa • s عندما يتم إطلاق الراتينج في تجويف القالب وتسلله بسرعة إلى الألياف.يتميز راتينج البوليستر بلزوجة منخفضة ويمكن استكماله بالحقن البارد في درجة حرارة الغرفة.ومع ذلك، نظرًا لمتطلبات الأداء المختلفة للمنتج، سيتم اختيار أنواع مختلفة من الراتنجات، ولن تكون لزوجتها هي نفسها.ولذلك، ينبغي تصميم حجم خط الأنابيب ورأس الحقن لتلبية متطلبات التدفق للمكونات الخاصة المناسبة.الراتنجات المناسبة لعملية RTM تشمل راتنجات البوليستر، راتنجات الايبوكسي، راتنجات الفينول، راتنجات بوليميد، إلخ.

اختيار مواد التعزيز

في عملية RTM، يمكن اختيار مواد التسليح مثل الألياف الزجاجية، وألياف الجرافيت، وألياف الكربون، وكربيد السيليكون، وألياف الأراميد.يمكن اختيار الأصناف وفقًا لاحتياجات التصميم، بما في ذلك الألياف القصيرة، والأقمشة أحادية الاتجاه، والأقمشة متعددة المحاور، والنسيج، والحياكة، والمواد الأساسية، أو التشكيل.
من منظور أداء المنتج، فإن الأجزاء التي تنتجها هذه العملية تحتوي على نسبة عالية من الألياف ويمكن تصميمها باستخدام تقوية الألياف المحلية وفقًا للشكل المحدد للأجزاء، وهو أمر مفيد لتحسين أداء المنتج.ومن منظور تكاليف الإنتاج، فإن 70% من تكلفة المكونات المركبة تأتي من تكاليف التصنيع.ولذلك، فإن كيفية تقليل تكاليف التصنيع هي قضية مهمة تحتاج إلى حل عاجل في تطوير المواد المركبة.بالمقارنة مع تقنية خزان الضغط الساخن التقليدية لتصنيع المواد المركبة القائمة على الراتنج، فإن عملية RTM لا تتطلب أجسام خزانات باهظة الثمن، مما يقلل تكاليف التصنيع بشكل كبير.علاوة على ذلك، فإن الأجزاء المصنعة بواسطة عملية RTM لا تقتصر على حجم الخزان، كما أن نطاق حجم الأجزاء مرن نسبيًا، مما يمكنه تصنيع مكونات مركبة كبيرة وعالية الأداء.بشكل عام، تم تطبيق عملية RTM على نطاق واسع وتطورت بسرعة في مجال تصنيع المواد المركبة، ولا بد أن تصبح العملية السائدة في تصنيع المواد المركبة.
في السنوات الأخيرة، تحولت منتجات المواد المركبة في صناعة الطيران تدريجياً من المكونات غير الحاملة والمكونات الصغيرة إلى المكونات الحاملة الرئيسية والمكونات المتكاملة الكبيرة.هناك طلب ملح على تصنيع المواد المركبة الكبيرة وعالية الأداء.لذلك، تم تطوير عمليات مثل قولبة نقل الراتينج بمساعدة الفراغ (VA-RTM) وقولبة نقل الراتينج الخفيف (L-RTM).

عملية صب نقل الراتنج بمساعدة الفراغ عملية VA-RTM

إن عملية صب نقل الراتينج بمساعدة الفراغ VA-RTM هي تقنية معالجة مستمدة من عملية RTM التقليدية.تتمثل العملية الرئيسية لهذه العملية في استخدام مضخات التفريغ وغيرها من المعدات لتفريغ الجزء الداخلي من القالب حيث يوجد تشكيل الألياف، بحيث يتم حقن الراتينج في القالب تحت تأثير الضغط السلبي الفراغي، مما يحقق عملية التسلل تشكيل الألياف، وأخيرًا التصلب والتشكيل داخل القالب للحصول على الشكل المطلوب وجزء حجم الألياف من أجزاء المواد المركبة.

بالمقارنة مع تقنية RTM التقليدية، تستخدم تقنية VA-RTM الضخ الفراغي داخل القالب، والذي يمكن أن يقلل ضغط الحقن داخل القالب ويقلل بشكل كبير من تشوه القالب وتشكيل الألياف، وبالتالي تقليل متطلبات أداء العملية للمعدات والقوالب .كما أنها تسمح لتكنولوجيا RTM باستخدام قوالب أخف، وهو أمر مفيد لتقليل تكاليف الإنتاج.ولذلك، هذه التكنولوجيا أكثر ملاءمة لتصنيع الأجزاء المركبة الكبيرة، على سبيل المثال، لوحة مركب ساندويتش الرغوة هي واحدة من المكونات الكبيرة شائعة الاستخدام في مجال الطيران.
بشكل عام، تعد عملية VA-RTM مناسبة للغاية لإعداد مكونات مركبة فضائية كبيرة وعالية الأداء.ومع ذلك، لا تزال هذه العملية شبه آلية في الصين، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة تصنيع المنتج.علاوة على ذلك، يعتمد تصميم معلمات العملية في الغالب على الخبرة، ولم يتم تحقيق التصميم الذكي بعد، مما يجعل من الصعب التحكم بدقة في جودة المنتج.وفي الوقت نفسه، أشارت العديد من الدراسات إلى أنه يتم إنشاء تدرجات الضغط بسهولة في اتجاه تدفق الراتنج أثناء هذه العملية، خاصة عند استخدام الأكياس المفرغة من الهواء، سيكون هناك درجة معينة من استرخاء الضغط في الجزء الأمامي من تدفق الراتنج، مما سيؤدي إلى تؤثر على تسرب الراتنج، وتتسبب في تكوين فقاعات داخل قطعة العمل، وتقلل من الخواص الميكانيكية للمنتج.وفي الوقت نفسه، سيؤدي توزيع الضغط غير المتساوي إلى توزيع غير متساوٍ لسمك قطعة العمل، مما يؤثر على جودة مظهر قطعة العمل النهائية، وهذا أيضًا يمثل تحديًا تقنيًا لا تزال التكنولوجيا بحاجة إلى حله.

عملية صب نقل الراتنج الخفيف عملية L-RTM

تعد عملية L-RTM لقولبة نقل الراتنج خفيفة الوزن نوعًا جديدًا من التكنولوجيا تم تطويرها على أساس تقنية معالجة VA-RTM التقليدية.كما هو موضح في الشكل، فإن الميزة الرئيسية لتكنولوجيا العملية هذه هي أن القالب السفلي يستخدم قالبًا معدنيًا أو قالبًا صلبًا آخر، والقالب العلوي يستخدم قالبًا خفيف الوزن شبه صلب.تم تصميم الجزء الداخلي من القالب بهيكل إغلاق مزدوج، ويتم تثبيت القالب العلوي من الخارج من خلال الفراغ، بينما يستخدم الجزء الداخلي الفراغ لإدخال الراتنج.بسبب استخدام قالب شبه صلب في القالب العلوي لهذه العملية، وحالة الفراغ داخل القالب، يتم تقليل الضغط داخل القالب وتكلفة تصنيع القالب نفسه بشكل كبير.يمكن لهذه التقنية تصنيع أجزاء مركبة كبيرة.بالمقارنة مع عملية VA-RTM التقليدية، فإن سمك الأجزاء التي تم الحصول عليها بهذه العملية يكون أكثر تجانسًا وجودة الأسطح العلوية والسفلية متفوقة.وفي الوقت نفسه، يمكن إعادة استخدام المواد شبه الصلبة في القالب العلوي، وتتجنب هذه التقنية هدر أكياس التفريغ في عملية VA-RTM، مما يجعلها مناسبة للغاية لتصنيع الأجزاء المركبة الفضائية مع متطلبات جودة سطح عالية.

ومع ذلك، في عملية الإنتاج الفعلية، لا تزال هناك بعض الصعوبات الفنية في هذه العملية:
(1) نظرًا لاستخدام المواد شبه الصلبة في القالب العلوي، فإن الصلابة غير الكافية للمادة يمكن أن تؤدي بسهولة إلى الانهيار أثناء عملية القالب الثابت بالفراغ، مما يؤدي إلى سمك غير متساوٍ لقطعة العمل والتأثير على جودة سطحها.وفي الوقت نفسه، تؤثر صلابة القالب أيضًا على عمر القالب نفسه.كيفية اختيار مادة شبه صلبة مناسبة كقالب L-RTM هي إحدى الصعوبات الفنية في تطبيق هذه العملية.
(2) نظرًا لاستخدام ضخ الفراغ داخل قالب تكنولوجيا العملية L-RTM، فإن ختم القالب يلعب دورًا حاسمًا في التقدم السلس للعملية.يمكن أن يؤدي الختم غير الكافي إلى عدم تسرب الراتنج بشكل كافٍ داخل قطعة العمل، مما يؤثر على أدائها.ولذلك، فإن تكنولوجيا ختم القالب هي إحدى الصعوبات التقنية في تطبيق هذه العملية.
(3) يجب أن يحافظ الراتينج المستخدم في عملية L-RTM على لزوجة منخفضة أثناء عملية التعبئة لتقليل ضغط الحقن وتحسين عمر خدمة القالب.يعد تطوير مصفوفة راتنجية مناسبة أحد الصعوبات التقنية في تطبيق هذه العملية.
(4) في عملية L-RTM، عادة ما يكون من الضروري تصميم قنوات التدفق على القالب لتعزيز تدفق الراتنج الموحد.إذا كان تصميم قناة التدفق غير معقول، فإنه يمكن أن يسبب عيوب مثل البقع الجافة والشحوم الغنية في الأجزاء، مما يؤثر بشكل خطير على الجودة النهائية للأجزاء.خاصة بالنسبة للأجزاء المعقدة ثلاثية الأبعاد، فإن كيفية تصميم قناة تدفق القالب بشكل معقول هي أيضًا إحدى الصعوبات التقنية في تطبيق هذه العملية.