1  輕型RTM工藝介紹
    傳統(tǒng)的RTM工藝，由于是閉模工藝，具有減少揮發(fā)性有機物(VOC)排放(可達SPPm以下)、擴大可用原材料范圍、降低用工、環(huán)境友善以及可得到兩面光潔的產品等優(yōu)點。但是在RTM工藝中，樹脂的注入是在較高的壓力和流速下進行的，因此我們要使模具的結構強度和剛度大到足夠在注射壓力下不破壞、不變形。通常采用帶鋼管支撐的夾芯復合材料，或用數控機床加工的鋁?；蜾撃?，這使制造費用增大，只有對產量足夠大的產品，才能抵消模具費用。此外為了閉合模具，要使周邊有足夠的箝緊能力或使用閉合模具的壓力系統(tǒng)。上述因素都限制了RTM工藝在大產品上的應用，否則模具會變得很重．而且投資也會很大。
    輕型樹脂傳遞模塑工藝(RTM一Light)又稱為LRTM，ECO，Vacuum Molding或VARTM。是近年來發(fā)展迅速的低成本制造工藝，目前在船艦、汽車、工業(yè)和醫(yī)用復合材料領域中應用已有超過RTM工藝的趨勢。
    RTM一Light工藝保留了RTM工藝的對模工藝，從而幾乎保留了RTM工藝的所有的優(yōu)點。但其上模為半剛性的玻璃鋼模，厚度一般為6一8mm，通常不需要用鋼管加固，模具有一個寬約100mm的剛性周邊，由雙道密封帶構成一個獨立的密封區(qū)，只要一抽真空模具即閉合，非常方便、快捷。然后對模腔內抽真空，利用模內的負壓和較低的注射壓力將樹脂注入模具，使樹脂滲入預先鋪設的增強纖維或預制件中。RTM—Light的模具費用低，而且由于模內的受壓降低，其模具已和開模相近，很容易從開模工藝的模具改造過來。
    RTM一Light的主要設備包括樹脂注入裝置、模具、抽真空裝置和其它輔助工具等。(圖l)
                          
2  輕型RTM和常規(guī)RTM比較
       (1)模具
       模具是這兩種工藝的最大差別，在RTM投資中，由于注射壓力大，相當部分的成本花在模具和夾緊裝置上。這樣對于產量少的產品在價格上是不適合的。RTM工藝模具使用壽命可達5000件以上，生產效率高，適合年產2000件以上的產品。
       RTM一Light的最大優(yōu)勢在于其模具生產成本的低廉性，費用大概只有常規(guī)RTM模具的一半，但模具使用壽命也低于RTM模具，適合年產1000件左右的產品。 RTM一Light工藝所生產的產品尺寸可以比傳統(tǒng)RTM大，通常產品小到相當于一個藍球帽，大到長8m的船體(約25m2)，但這不是尺寸的最終限制。產品尺寸小于藍球帽的難度是鋪加纖維，而產品大于8m,在如何處理上模上有難度。
       玻璃鋼模具的缺點是模具表面的使用壽命短。為了得到優(yōu)良的模具壽命和產品的重復性和尺寸精度，RTM - Light和RTM工藝的模具都必須高質量和具有精確的截面。在復合材料模壓工藝中，最終產品的表面要求的成本可達到最終產品價格的60%。復合材料模具能達到汽車表面質量的使用次數為500次，然后要進行模具的表面處理。增加壽命的一個方法是使用可更換模具面(ex-changeablemold skins)，如JHm Technologies公司的專利ZIP RTM技術，可用于RTM和RTM一Light工藝。通過使用可更換模具面來替代易損的模具表面，從而延長模具壽命和提高模具質量，模具使用壽命可達到8000一10000次。當同時使用幾個可更換模具面時，由于可以在模具外的可更換模具面上直接上膠衣并加熱，從而大大提高了生產效率。
       (2)注射壓力、流量和設備
        RTM工藝的注射壓力一般在0.1一0.4MPa,而RTM一Light工藝的注射壓力一般不超過.1MPa，通常在0.03-0.07MPa。
       樹脂注射速率隨多種因素影響，如樹脂粘度，部件尺寸，纖維類型和鋪層結構等，通常的注射速率為1.3一2升／分。
       為防止模具變形或沖開上模(尤其是在注射口位置)，這就要求對壓力有一個較為嚴格的控制。用于RTM一Light工藝的注射設備一般都帶有壓力反饋裝置，對壓力作閉環(huán)控制。也可以在RTM標準設備線上設計一個簡單的氣壓控制(VMPC模具保護)系統(tǒng)和一個和VMPC配合用的POD電子閉環(huán)系統(tǒng)，就可以在不導致模具變形和破壞的情況下，利用原生產設備得到最佳的生產率。
       設備研究也在向低價化和多用途化發(fā)展，Plastech的SSB注射設備，采用專利的活塞改造精密計量泵，其催化劑最低配比可達0.5%，配合工業(yè)用MPG(Mould pressureguard)，可由機器自行控制泵速，在12一15秒，可浸漬1m2增強材料，浸潤速度可精確控制。駭設備配置其它選項，還可用于手糊工藝的配膠和刷膠等。
      (3)生產效率和成本
      RTM一Light工藝是一個低成本生產技術。相比傳統(tǒng)RTM技術，模具成本低、不需要復雜的籍緊裝置或壓力系統(tǒng)、投資小、操作簡單，節(jié)約人力資本等。和開模工藝相比，它具有產品尺寸精度高，空隙率低、生產時苯乙烯的揮發(fā)量少，環(huán)境友善、材料浪費量少(樹脂利用率可達95%)，廢品率低，生產效率高等優(yōu)點。
       由于注射壓力較低，樹脂的流速不能加速到最佳流速，以前RTM一Light工藝的生產速度比RTM工藝少一半，以每班8小時計，對于采用膠衣表面和非加熱模工藝，RTM工藝每班可生產10一12模，RTM - Light工藝只能生產4一6模。對于一個34平方英尺需要加熱固化的產品，RTM工藝，在使用水壓機，加熱模具，并有5個可更換模時，每班可生產40模。同樣情況的RTM - Light工藝，可生產20模。但不需要用水壓機，模具價格也低一半。
      近年來通過模具設計和工藝控制的改進，兩者生產速度已接近。如Xiraplas公司在采用RTM一Light工藝替代開模工藝后，車間變得井然有序，利用原有的50名工人，和3000m2車間面積，使得產量增加了25%。據該公司聲稱和原開模工藝相比，生產效率提高了90%。
      (4)流道設計
      一般RTM工藝的流道設計都從中心注入，從周邊排出。但RTM-Light工藝通常從周邊流入，從中心排出。我們知道，當樹脂從樹脂管道進入模腔后，與織物相遇，織物對樹脂會產生一個反壓力(阻力)。反壓力的大小和織物的滲透率、樹脂的粘度以及樹脂的流速有關，當織物和樹脂選定的情況下，則和樹脂的流速成正比。以一個面積為3M2，厚度為3mm的產品為例，一般注入壓力為0.05MPa，注入時間為6min，注入流量為1.33L/min。如果從中心注入，并保持流量不變，則反壓力可增加到0.1MPa以上，從而導致模具的打開或漲?，F象，并導致樹脂流動前鋒失控及產品形成干斑等問題。為此必須要降低流速，但這又延長了注入時間，所以從中心注入，往往要超過6分鐘。當從周邊注入時，樹脂首先進入一個間隙約為1mm的幾乎無阻力的周邊流道，然后再進入纖維，由于樹脂進入纖維的通路增加(由一個點變成一個周邊)，相對樹脂在織物中的流速也減慢，反壓力也減小，注入流量可增加，注入時間可縮短。試驗表明，對于一個0.2m2的產品，從周邊注人的時間為2.1分鐘，而從中心注入為9分鐘，速度相差四倍。當然RTM工藝也可以從周邊注入樹脂，其內腔的壓力梯度不變，但壓力的最高點從原中心點移到周邊，這對控制模具的變形是有利的，因為模具的周邊剛性優(yōu)于中心區(qū)，但同時對周邊的密封要求也提高了。
    流道設計隨產品而異，如Spectrayte公司的18m長燈柱，采用長形流道。Brands公司的6m2樓板，由于是不對稱結構，采用兩個出口，在不同的結構中心，各放了一個樹脂收集器(Catchpot)，注射時間15分鐘。而荷蘭皇家海軍的13m2船體制造，由于產品較大，采用了兩個對角線安排的樹脂進口。
      (5)產品精度、結構及其它
       RTM和RTM一Light產品的尺寸粘度和重復性都受模壓用樹脂、工藝控制和產品固化情況的影響。產品截面精度還受工藝中樹脂流動速率和注射壓力的影響。對于RTM工藝當模具按標準制造，不發(fā)生彎曲，合適的夾緊裝置或用壓機夾緊，則部件的尺寸精度重復性很好，厚度偏差不大于0.OlOmm。而RTM一Light工藝通常上模有一定的變形，但產品尺寸精度也可以達到士0.020mm。個別地方為4士0.030mm。
       RTM和RTM一Light工藝都可壓制夾芯材料。芯材可采用輕木和泡沫。但RTM工藝有高的注射壓力，限制了低密度泡沫材料的使用，泡沫最低密度不小于80Kg/m3，而RTM一Light和ZIP RTM工藝的壓力較低，他所用的泡沫密度可小到37Kg/m3。但要指出的是在制造夾芯材料時，芯材的尺寸精確性要滿足模具要求，以保證模壓工藝和產品質量的重復性。
       RTM和RTM一Light工藝也可以使用預制件和嵌件，當使用預制件時可得到高纖維體積含量的產品。
       RTM-Light工藝產品可以不上膠衣，只要一般的脫模蠟，產品就可脫模。但RTM產品如不用膠衣，脫模較為困難。
       和開模工藝相比RTM一Light的投資還是相對較高，必須考慮產量對于配置模具必需的成本的合理性。此外，工藝的專業(yè)性強，日常維護任務重也影響一些手工鋪層的復合材料制造商對RTM一Light的使用。
    相對于RTM來說，RTM一Light擁有耗能低，對模具的剛性等指標要求不是太高等的優(yōu)點，但是對樹脂的黏度，樹脂和增強材料的相容性，還有對樹脂前鋒的前進速度的要求很高。
3  輕型RTM工藝中要注意的問題
      RTM一Light工藝是一個專業(yè)性較強的工藝，操作人員必須經過適當的培訓。如果沒有合理的纖維鋪層、好的氣密性和精確的模具安裝，沒有一致的樹脂流道控制，產品就會出現雜亂的干斑，徑向氣泡，以及樹脂富集等問題。下面對相關問題作簡要解說。
      (1)密封性
       RTM一Ligh工藝對細節(jié)性問題要求較高，特別是模具的密封性問題。周邊夾緊用的真空槽的真空度越低越好。內腔的真空度一般控制在15mm一Hg左右。周邊夾緊用真空密封槽采用柔性氯丁橡膠的翼式密封圈(Wing seal profile)，其底部寬為20mm，密封圈接頭處要垂直切割，用柔性膠粘劑膠合，以保證其彈性。外圈再用6mm寬硅橡膠封邊。
       在模塑的過程中，除了要注意模具真空密封膠的密封性，還要注意到模具的裝配、密封圈和管子的連接、以及模具的裂口等造成的泄漏。事實上，任何密封口或者是樹脂入口處的接頭，包括真空區(qū)的出口都應該嚴格的檢查。一個更為隱蔽的漏氣原因是，在模具面板的表面有裂紋，這些原因通常不被發(fā)現。這種問題的解決方法是，在模具內部未達到真空以前，用催化劑調制過的樹脂涂抹在模具的外表面，這是一種很有效的方法。
       此外密封面要保持清潔，盡量不用溶劑清洗。脫模劑最好選擇免清洗的半永久性脫模劑。
       (2)上下模的精密配合。
       上下模的精密配合有助于模內空腔的壓力平衡，使樹脂滲透均勻，有助于產品質量的提高。由于上模是半剛性模，每次合模必須仔細校正。
    如果在產品同一位置連續(xù)地出現白斑，這可能是因為模具閉合的不準確，造成內腔的不準確性，這直接導致了內腔厚度的不均勻。在這種情況下，假設玻璃纖維的鋪層是均勻的，注射過程中樹脂的流動會具有選擇性，它會選擇厚度(間隙)比較大的地方，所以在內腔比較薄的區(qū)域就會導致白斑的出現。
       較差的模具定位是造成模具配合不好的重要原因。當模具的邊銷安裝好之后，模具的X軸和Y軸就自然而然地確定下來了。如果邊銷的定位不當，就會造成不可預測的錯誤和改變注射的特性。
       (3)合理的鋪層和原材料選擇，
       由于成型壓力低RTM一Light工藝對織物的鋪層要求更為嚴格，不合理的鋪層，尤其是搭接頭的處理，會嚴重影響樹脂流道的一致性，從而造成產品的樹脂富集或缺膠(干斑)現象等。
      在鋪層時可籍助噴膠固定織物，使鋪層更為平整。但噴膠必須和所用樹脂相溶性好，過多的噴膠對產品最終性能還是有一定影響。
      不同的織物和氈對工藝有很大的影響，要盡量使用滲透率好的增強材料，現在的O.c.閉模氈或“Hi一Flow”復合氈的樹脂流速可比通常的短切氈快一倍。
      應根據產品要求的不同選擇合適的樹脂體系。盡量使用低粘度、低收縮率的樹脂。其標準和真空樹脂擴散工藝的要求相當。
      (4)表面裂紋
      產品表面的裂紋，會經常在角邊區(qū)域觀察到。這是一個在樹脂富集區(qū)常見的問題。這也可以追溯到模具的制造上去。如果兩個半模不能很好地彼此配合，就會產生一個超過預期厚度的余量。為解決這個問題，除了可修正半模之外，還可以在這些較厚的地方通過增加額外的玻璃纖維來彌補厚度，以防止產品的裂紋。
    在大面積的平面區(qū)，會發(fā)現由于產品過厚而產生的模具上的裂紋。這是由于操作者任意加大樹脂的注射速度造成的。注射的速度過快，就會使得模具的內腔膨脹，如果注射過程在一個很短的時間內完成的話，那么腔體就沒有時間來恢復，所以過多的樹脂就會導致模具的裂紋。在極端的情況下，會產生不可修復的模具表面的裂紋。
      (5)樹脂的溢出
      為了接收在模塑結束之前排出的樹脂，許多制造者感到有必要用一個較大的樹脂收集器。這是他們不能精確控制模塑填充的結果。如果樹脂充填過程進行得太快，就難以正確判斷什么時間停止注射。因為如果當你看到樹脂到達樹脂收集器后再停止注射，那么接著你會看到過多的樹脂會因為過度膨脹的模具恢復到原來的尺寸而流進樹脂收集器。為了克服這種可能，你只能更換一個較大的樹脂收集器來防止樹脂的溢出。
      解決這個問題的簡單方法是，預先計算要用多少樹脂。但是在模塑大件制品時，很難準確地知道要用多少的樹脂。另外的方法是通過精確的氣壓控制來為操作者提供信息，以避免操作者的盲目判斷。腔內的氣壓讀數，為操作帶來了更為準確的模具填充信息，避免了較大樹脂接收器的需要。這樣的一個系統(tǒng)，保證每次注射過程后有10到100毫升的余量已足夠，這使得樹脂的浪費達到最低，保證了利潤的增加。
      如果在模具的邊沿真空區(qū)出現樹脂溢出，可以有如下幾種原因：
      ①密封膠的密封不良
      當密封膠的路徑不在一個水平的位置時，就會產生樹脂的泄漏現象，在模具的面板上如果有凸起部分，就要保證在這個部分的密封膠有足夠的壓力，以至于完全密封。一種比較好的方法是安裝一種動態(tài)膠條，這種動態(tài)膠條，可在復雜的邊沿路徑上自適應密封面，當模具閉合的時候這種膠條可以微微地膨脹而達到密封。
      ②纖維在模具中的不當放置
      纖維在模具中放置時局部過厚或者是沒有充分的修剪，以至于纖維不能完全被放置于模具中，并且一些纖維在密封膠的路徑上，這些將直接導致樹脂的泄漏，所以在做每一次的模塑之前都要認真地檢查纖維的鋪層。
      ⑧注射壓力過大
      另一個比較常見的引起密封膠條泄漏樹脂的原因是在注射過程中，注入管道中的壓力太大RTM一Light的模具閉合僅僅是靠大氣壓的作用，樹脂注射機可以產生比實際需要更大的壓力，如果沒有比較靈敏和準確的壓力控制，樹脂將會泄漏進入真空區(qū)，這將導致模具周圍真空的流失和模具制作的失敗。
      ④真空密封的失去
      不管是長期的還是暫時的邊緣真空損失，都會導致樹脂的泄露。所以不要在同一個真空系統(tǒng)下，接入幾個模具，因為這樣將導致主要真空區(qū)的真空度降低。其實一個簡單的自動真空鎖閥門就有助于降低這種真空度失去的可能。
4  輕型RTM的應用領域
       國內關于RTM一Light工藝及產品的報道不多，但在國外的應用發(fā)展卻很快，并有超過RTM技術應用的趨勢。目前常見的應用領域，有航空航天、軍事、交通、建筑、船舶和能源等不一而足。例如：航空航天領域的艙門、風扇葉片、機頭雷達罩、飛機引擎罩等：軍事領域的魚雷殼體、油箱、發(fā)射管等；交通領域的輕軌車門、公共汽車側面板、汽車底盤、保險杠、卡車頂部擋板等；建筑領域的路燈的管狀燈桿、風能發(fā)電機機罩、裝飾用門、椅子和桌子、頭盔等；船舶領域的小型劃艇船體、上層甲板等。