浅议RTM复合材料的应用

周子森

摘 要：RTM工艺是一种闭模成型技术，是复合材料低成本液体成形技术之一。文章通过介绍RTM复合材料在实际工业生产中的运用，来阐述RTM复合材料的特征。

关键词：RTM；复合材料；应用

1.RTM工艺简述

RTM工艺是一种闭模成型技术，是复合材料低成本液体成形技术之一。通过将树脂注入预先铺有预成型体的闭合模具中即时成型制品，具有成型周期短、对环境污染危害少、设备和劳动成本低、能成型复杂和大型制件的优点。所以使其在航空航天、汽车制造、大飞机、体育器材等领域得到了广泛的应用。由于该技术易于实现结构的整体化、净尺寸和快速成形，因而可以以较低的制造成本获得较高的减重效益。

目前在众多的复合材料制造工艺中，树脂传递模型（RTM）是一种最为常用的纤维增强复合材料生产工艺，其基本加工原理为：将纤维预制件准确地放入模具内，使用夹紧（或加压）、密封机构将模具紧固闭合，然后将一定压力、数量的树脂注入模具内部，加热整个模具，利用热量将树脂固化，待模具完全冷却后，取出产品进行后处理。与其他复合材料加工工艺相比，RTM工艺具有如下特点：

将纤维预制件的设计与树脂注入过程分开，易于纤维增强、夹芯及大型复杂结构件设计生产，且加工工艺简单。RTM工艺总投资规模小。相关材料损耗少，生产成本较低。RTM 生产过程主要使用密封模具，有害气体的挥发量及树脂污染物较少，利于操作人员的健康和环境保护。RTM中纤维预铺放，可任意方向增强，制品强度好，制品正反面无玻璃纤维暴露。

2.RTM技术的分类

RTM技术经过30多年的发展，已经衍生出多种成型技术，主要有：

传统RTM：成型时闭合模具，向预制件中注入树脂，注射压力约为0.7～1.4MPa，所得产品的纤维体积含量约为20%～45%。

VARTM：制品孔隙较少，纤维体积含量可提高到50%～60%。

RARTM：使用橡胶模具压紧预成型体并抽真空，使树脂在真空作用下被吸入预制件中，同时也可以给树脂加压。产品的纤维体积含量可达60%以上。

VIP：利用真空将树脂吸入预制件中进行纤维浸润，产品的纤维体积含量可达60%左右。

SCRIPTM：利用真空袋使树脂加压浸渍，浸渍速度快，面积广。树脂在预制件的厚度方向也能充分浸渍。但必须使真空袋和软面模具。

3.RTM技术的应用

3.1 RTM技术在航空工业的应用

Boeing 公司用编织结构增强RTM技术制造了“J”形机骨架。道格拉斯公司采用缝合结构增强体RTM技术研制了机翼和机身蒙皮。对于这种带加筋结构的复合材料，利用RTM技术比一般传统的复合材料成型技术加工时间减少50% 以上，且能提高。

复合材料的抗冲击性能，改善制件加强筋和蒙皮之间的整体性。空中客车公司利用碳纤维、玻璃纤维混杂织物作为增强材料，中温固化环氧树脂为基体树脂，利用RTM技术批量生产A 321发动机吊架尾部整流锥。与模压技术相比，获得了生产成本降低30% 的效果。利用RTM 技术制备的实壁结构机头雷达罩，具有刚度高、透波性能好等优点，在各种型号飞机上得到广泛应用。BP高级材料公司使用 RTM 技术成型了具有蜂窝式芯型结构增强的复杂几何体形状的波音757推进器转向风门。Hercules 公司使用RTM技术制造导弹机翼和其它部件，使用的预成型体包括碳纤维衣、玻璃纤维与碳纤维的混合物。Hercules正在研制用RTM生产Pegasus三级触发器，其部件选用了HBRF 255A环氧树脂和A S4碳纤维编织预成型体，部件独特而复杂的造型再次证明了RTM 技术的优异的适应性。

3.2 RTM技术在大飞机复合材料构件上的应用

随着低成本复合材料制造技术的成熟，复合材料构件在大型民用飞机上的应用取得了巨大的进展，其中以A380和B787最具代表性。A380客机上的复合材料用量达，是率先将复合材料用于中央翼盒的大型民用飞机，其他复合材料构件还有水平尾翼、垂直尾翼、后承压框、地板梁和机身壁板等。B787“梦想”飞机的复合材料用量达50%，是第一个使用复合材料整体机翼和机身的大型客机。飞机的主要构件如水平尾翼垂直尾翼、地板梁、整流罩、机舱门等都采用了复合材料。这些复合材料构件的采用，与金属结构相比，使B787飞机减重约18t，提高燃油效率20%，与B787相比，飞机的维护成本降低了30%，同时也使飞机的安全性、舒适性和环保性得到了提高。复合材料整体构件在民机上的大量应用得益于树脂基复合材料低成本制造技术的日臻成熟和完善。其中，预成型体液体成型技术是树脂基复合材料低成本制造技术的重要方面。

3.3 RTM技术在汽车工业中的应用

世界汽车工业正朝着轻量、高速、安全、节能、低污染、多功能的方向发展，采用新型复合材料制造汽车车身及零部件则是汽车轻量化最有效的途径之一，据报道，汽车每减重100kg，百公里耗油可减少0.4L。国外从50年代初开始玻璃钢（FRP）汽车件的研究；从80年代开始，国外已广泛采用片状模塑料（SMC），树脂传递模塑（RTM）等FRP制造技术开发汽车车身板和零部件，如制造汽车仪表盘、保险杠、发动机罩、档泥板、车门、行李箱盖、散热器骨架乃至整体车身：进人90年代，RTM工业化生产技术在国际上得到广泛的应用研究，例如，美国进行了Viper高级跑车部件的RTM工业化生产线的研究。

3.4 RTM技术在体育器材上的应用

碳纤维是含碳量很高的无机高分子纤维材料，它外柔内刚，质量比金属铝轻，而强度却高于钢铁。它有四种产品形式：纤维，布料，预浸料坯和切短纤维。布料指的是由碳纤维制成的织品；预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料经树脂浸渍使其转化成片状；切短纤维指的是短丝按照不同的配比，这些产品和树脂一起应用将形成碳纤维增强复合材料（CFRP）。当前，用来制造体育运动器材的新材料主要是复合材料，而碳纤维复合材料又是其中的佼佼者。从某种意义来说，现代竞技运动是一项向人类体能极限挑战的运动，任何项目世界紀录微小的提高往往需要和依赖科技的推动。利用新材料提升比赛器材的性能，从而提高运动成绩的案例屡见不鲜。

参考文献

[1]VARTM工艺浸润过程及其应用基础研究[D].郑澎.中北大学 2011.

[2]RTM制品缺陷分析与表征[D].李萍.武汉理工大学 2007.