RTM成型工艺及分类介绍
1、RTM成型工艺与分类
RTM是指低粘度树脂在闭合模具中流动、浸润增强材料并固化成形的一种工艺技术，属于复合材料的液体成形或结构液体成形技术范畴。其具体方法是在设计好的模具中，预先放入经合理设计、剪裁或经机械化预成形的增强材料，模具需有周边密封和紧固，并保证树脂流动顺畅；闭模后注入定量树脂，待树脂固化后即可脱模得到所期望产品。
SMC、BMC模压、注射成型、RTM、VEC技术都属闭模成型工艺。由于环境法的制定和对产品要求的提高使敞模成型复合材料日益受到限制，促使了闭模成型技术的应用，近年来尤其促进了RTM技术的革新和发展。
2、RTM的类型
RTM工艺起始于上世纪50年代， 目前，RTM成型工艺己广泛应用于建筑、交通、电讯、卫生、航天航空等领域。下面介绍几种RTM技术。
01、RTM，树脂传递模塑。该技术源自聚氨酯技术，成型时关闭模具，向预制件中注入树脂，玻纤含量低，约20-45%。
02、VARIT，真空辅助树脂传递注塑。该技术利用真空把树脂吸入预制件中，同时也可压入树脂，真空度约10-28英寸汞柱。
03、VARTM，真空辅助树脂传递注塑。制品孔隙一般较少，玻纤含量可增高。
04、VRTM，真空树脂传递模塑。
05、VIP，真空浸渍法。
06、VIMP，可变浸渍塑法。树脂借助真空或自重移动，压实浸渍。
07、TERTM，热膨胀RTM。在预制件中插入芯材，让树脂浸渍并对模具与成形品加热。芯材受热膨胀，压实铺层。利用这种压实作用，结合表面加压成型。
08、RARTM，橡胶辅助RTM。在TERTM方法中不用芯材而用橡胶代之。橡胶模具压紧成型品，使孔隙大大减少，玻纤含量可高达60-70%。
09、RIRM，树脂注射循环模塑。真空与加压结合，向多个模具交替注入树脂，使树脂循环，直至预制件被充分浸透。
10、CIRTM，Co-Injection RTM。共注射RTM，可注入几种不同的树脂，也可使用几种预制件，可利用真空袋和柔性表面的模具。
11、RLI，树脂液体浸（渗）渍。在下模内注入树脂，入入预制件后覆盖上模，加热并用热压釜的成型压力成型。加热使树脂粘度降低、流动性好，易于浸透。
12、SCRIMPTM西曼复合材料公司树脂浸渍塑法。申请zhuanli。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，必须使用真空袋和软面模具。
13、RTM，树脂传递模塑。该技术源自聚氨酯技术，成型时关闭模具，向预制件中注入树脂，玻纤含量低，约20-45%。
14、VECTM虚拟设计复合材料VEC的核心技术是获得zhuanli的“浮充模具”思想。复合材料对模装于两充液的钢制压力容器之间，而模具沿容器全长形成密封，容器内充满可压缩的导热液体，液体通常为水。
3、RTM成型工艺流程及工艺特点
RTM工艺具体工艺流程如下：
特点：
⊙可根据生产规模的要求，采用不同材料不同档次的模具，可最大限度地降低成本，从而获得较佳经济效益。
⊙属于闭模树脂注入方法，可最大程度减少树脂等有害成分对人体和环境的毒害，符合环保要求。
⊙采用低黏度快速固化树脂，生产过程中可对RTM模具加热，从而进一步提高生产效率和产品质量。
⊙有利于制备大中尺寸、复杂形状、两面光洁的整体结构件，尺寸精度好，表面质量高，机械性能好。
⊙增强材料预成型体可根据性能要求进行择向增强、局部增强、混杂增强及采用预埋及夹芯结构，可充分发挥FRP的性能可设计性。
4、RTM制品常见缺陷、原因及解决方法
01、产品表面局部粗糙无光泽
RTM产品产生这种现象的主要原因是产生轻度粘膜。用手在模具上触摸，当触摸到这些部位时，手感极其粗糙。通常产品生产一段时间后就会这样的总题，需要及时清洗模具。首先用水砂打磨模具上粗糙的部位，然后用蘸有丙酮的棉丝擦洗整个模具，最后给模具涂覆脱模剂。
02、起皱
这是有胶衣制品经常发生的弊病之一。胶衣起皱的的主要原因是在注射树脂之前，胶衣树脂固化不完全，注射树酯中的单体（苯乙烯）部分地融解了胶衣树酯，引起膨胀，产生皱纹。因此在注射树脂之前要检查胶衣是否固化。
03、漏胶
漏胶的主要原因是模具合模后不严密或密封垫不严密。合模前检查密封垫是否完好，有无裂缝等。发现总是要及时更换。合模时要检查密封状况。合模时，模具要压紧密封垫，浇注时一旦发现漏胶应立即紧固漏胶部位周围的螺栓。
04、起泡
产生这种现象的主要原因：
1）模腔内树脂固化的应放热过高，固化时间过短，从而模腔中的气体没有完全排出。
2）树脂入模腔时带入空气过多，注射时间内无法将气泡完全排出。
3）树脂粘度过大气泡在注射时不能全部从产品中溢出。
4）树脂注入模腔的压力过大，致使气泡包容在树脂中难以排出。
对应的解决办法为：
1）适当调低灌注用树脂固化剂用量；
2）模具上设计排气口；
3）测试树脂25℃下的粘度，通常RTM用树脂粘度为0.5～1.5PaS。若树脂粘度没有超标，就应考虑环境温度是否过低，如果温度过低可在树脂灌注前适当予热达一恒温，但温度选择要恰当，树脂粘度过低将会影响产品的力学性能；
4）降低树脂注射压力，增加树脂注射量，从而降低树脂在模腔的流速，增加渗流量。
05、制品内部出现干斑
RTM产品内部出现干斑主要原因是玻纤浸润不充分。如果同期产品中出现干斑是某个产品的某个部位，这时也应考虑是否由于玻璃纤维布被子污染造成的。通常制品，内部出现干斑也与树脂粘度有关，所以应首先分析和调节树脂粘度。查看模具流道是否太长或太窄，及时修改模具。查看给料管，改进给料管，改进给料管，增加给料点。
06、裂纹
国内RTM工艺与国外相比，仍存在一定的差距。国内RTM工艺产品的纤维含量较低（一般约50%），而且由于该工艺的技术不成熟，部分制品的纤维含量分布不均匀，导致纤维含量过低的部分易出现裂纹。从理论上分析，裂纹产生的原因有两种：1、切制品在模腔内固化不完全，甚至经后固化处理后，制品内部仍在缓慢固化，而且树脂的固化收缩率又较大，这样在制品中纤维含量低的部位，承力载体强度不够，由于固化内应力的作用，制品表面形成裂纹；2、制品本身固化已完全，但由于运输过程中温差变化大，热胀冷缩，产生内应力较大，在制品纤维含量最低的薄弱部位产生裂纹。
因此应根据工艺实际情况调整工艺参数，提高纤维含量和纤维分布的均匀性。同时要注意RTM工艺用树脂的固化收缩率，树脂固化收缩率大，不仅影响产品表面效果，还会因固化收缩产生的内应力增加脱模难度。这时应使用低收缩添加剂，或用混合型树脂体系降低树脂的固化收缩率。
07、芯材移动
RTM产品产生这种现象的主要原因是产生轻度粘膜。用手在模具上触摸，当触摸到这些部位时，手感极其粗糙。通常产品生产一段时间后就会这样的总题，需要及时清洗模具。首先用水砂打磨模具上粗糙的部位，然后用蘸有丙酮的棉丝擦洗整个模具，最后给模具涂覆脱模剂。
▶注射压力在10～60bar，工艺周期大约6分钟。▶德国加工机械领域的专家迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克劳斯玛菲公司（KraussMaffei）共同开发了高压树脂传递模塑成型工艺（HP-RTM）的自动化生产线。包括预成型加工、压制过程以及修整工艺。相比于传统的RTM工艺，HP-RTM工艺减少了树脂注射次数，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。2015年以后，碳纤维成本的降低以及快速固化环氧树脂的出现，加上针对热固性复合材料快速制造开发的HP-RTM工艺和热塑性复合材料层板热成型自动化设备的研发，到2020年，碳纤维复合材料的综合性价比会优于金属，并取代金属材料，用于量产车的底盘制造，并涵盖大多数的高端车型和少量的中级车。陶氏汽车系统业务部将携最新的VORAFORCE™5300环氧树脂方案(用于高压树脂传递成型复合材料)，在2015巴黎举办的JEC欧洲复合材料展亮相。利用陶氏该方案，高压树脂传递成型(HPRTM)或湿压缩工艺的成型周期能被控制在60秒以下，从而实现碳纤维复合材料的大规模生产。无毒、超短的注塑和固化周期，且其超低粘度能有效提升汽车结构复合材料部件生产过程中的零部件整合能力，带来真正适用于量产汽车的经济型、轻量化解决方案。克劳斯玛菲集团向RehauAG+Co.公司德国成型工厂新建的轻量化构造技术中心交付了一台RimStarCompact8/4高压树脂转印机，该公司目前在新技术中心开发燃料电池汽车用的氢燃料箱（厚壁中空压力容器）。克劳斯玛菲RIM-star HP-RTM 产品壳体RIM-star碳纤维增强复合材料，直接可适合从模具修饰。该系列产品不久将用于模制车顶壳，纤维体积分数50%，用于罗丁跑车Targa（德国罗丁汽车有限公司）。采用两台RIMstarNano 4/4计量机，它是高温工艺控制装备，将聚氨酯基体树脂备好，材料温度升到80℃。据报道，所设计的是耐磨损优化的机器。它对聚酰胺（PA）、聚氨酯（PUR）和环氧树脂，确保耐久工艺过程稳定性。该机器中心部件是一种新型RTM模具支架，设计简易，合模力为3 800 kN。日本“人与车科技展2014”展出使用“Loctite MAX3”的碳纤维增强树脂基复合材料的成形品（汽车的车顶）。新型基体树脂“Loctite MAX3”耐热性与环氧树脂相同125℃, 比环氧基体树脂成形时间短。延展率和韧性超过了环氧树脂、拉伸弹性模量和拉伸强度与环氧树脂同等。Loctite MAX3树脂在高温下的粘度较低，树脂注入工序中，更容易渗入到纤维材料中。缩短向成形模具注入树脂到脱模的时间（脱模时间）。车顶材料以高压RTM 工艺成形时，脱模时间为5.5分钟，为环氧树脂的1/5左右。宝马公司开发的碳纤维复合材料车身，用于i3电动汽车。宝马公司和SGL经10多年研制，开发用于汽车的碳纤维和碳纤维布。该复合材料采用HP-RTM工艺制造，现已经量产，质量标准高、性价比好，生产周期短。BaxxodurSystem2202专为高压RTM工艺生产结构件而研发：在120°C温度下，该产品的注塑时间仅为45秒且纤维浸润效果极佳，并能在2.5分钟内完成固化。这种热固性树脂采用了全新的固化机制，可实现快速交联反应。对风机叶片的真空灌注工艺，该环氧树脂系列产品可满足各种陆地和海上风机不同尺寸规格的叶片要求。生产大型叶片采用Baxxodur系统有助于提高制造工艺的生产效率。想要做好L-RTM模具前提是要做好准备工作。对图纸要有详细的了解、精心的设计、准确的审核。对原材料要严格把关，使用前要做凝胶实验，确保选购的材料在保质期内。要有个清洁的工作环境，务必要保证常温的工作条件。如果再配备有责任心的员工，那么就会达到事半功倍的效果！首先是图纸是否适合制作L-RTM工艺，有些地方是否需要改动，脱模角度，分模情况等。在原来产品图的基础上需要加出L-RTM模具的裙边和宽度，加工模型需要确定哪面光滑，考虑密封条如何在模具裙边拐弯，不会影响今后模具的密封效果。抽气口是否影响产品的外观、是否有局部加厚等。模型制作有很多种工艺和方法，有用块状代木，有用高密度聚氨酯泡沫，有用聚苯泡沫和糊状代木结合，有用木材等等。考虑综合成本和效果，一般选糊状代木，模型三维图设计时需要留出代木层足够的空间或厚度，模型加工厂家用手工涂代木或用机器涂代木，还要考虑代木和下面泡沫的粘接力度。模型加工好后需要对照图纸来测量，如打三座标，拍照扫描等手段检测。模型加工好后，需要衡量表面效果才能确定处理方案。易打磨底胶建议用量在300g平米，喷易打磨前要清洁表面，喷涂距离为400毫米，喷枪要调节出最佳效果，不然易打磨喷涂时会造成起毛（干态过喷）。喷涂时要先难后易，最后才去喷涂模型的大面积。打磨时先砂纸的目数，最关键是要了解模型的结构，如果不重视结构造型，在打磨时会把线条、弧线、平面度都会磨变形，这样就达不到理想的效果，严重的还会造成今后产品不合格。高光胶衣建议用量在200g平米，喷涂高光胶衣前要清洁表面，喷涂距离为400毫米，喷枪要调节出最佳效果。喷涂时要先难后易，最后喷涂模型的大面积。高光胶衣打磨处理，先是选择砂纸的目数，最关键是要了解产品模型的结构，如果不重视结构造型，在打磨时会把线条和弧线都会打走形。对表面要求更高的产品在高光胶衣抛亮后就能查出是否满意。模具胶衣建议用量在800g平米（小模具1000g平米）。对模具来讲模具胶衣至关重要，模具胶衣喷涂前需要做好足够的准备工作，最好先做个样块来检测这款胶衣能否达到你的高要求效果。模具胶衣在喷涂时视喷枪种类来调节距离和气量，喷涂时要薄，多遍多层，避免在局部增厚太快，喷涂时先难后易。模具表面几层对糊制要非常仔细，要确保表面毡是干燥的，表面毡潮湿也会引起很多问题，树脂要做好凝胶时间。要在胶衣粘手不粘胶时先贴上表面毡，这样会提高粘接力减少树脂用量，表面毡铺放时要对接，树脂用量要适中，局部使用刷子时要90度用力，不然表面毡就会被刷子推走或堆积，注意树脂含量。短切毡糊制先要确保干燥，掌握树脂的凝胶时间，糊制时间尽量安排在白天，短切毡糊制之前确认表面毡完全固化后并去除气泡，控制树脂的用量，短切毡铺放时尽量对接，树脂用量要适中，局部使用刷子时要90度用力不然短切毡就会被刷子推走或堆积。模具型面复杂前两层选择150至300g的毡。尽量使用猪鬃滚筒去泡。模具的增强层大多选择零收缩树脂，建议零收缩树脂铺层厚度要在3毫米以上。零收缩树脂几层一起糊制最关键要把第一层搞定，千万不能等到几层糊好了一起滚气泡。模具夹芯层需要要注意贴实，夹芯层也有专用腻子，夹芯层下面腻子也可以选择低收缩树脂和填料调配，夹芯层下面腻子不能太厚以粘住为主。糊制包裹层之前要对夹心检查是否粘牢，对拐角处要处理平顺过度并打磨，最后才能糊制包裹层。轻质RTM模具对钢架的强度要求不需要很强，但是为了考虑钢架的应力，钢架焊好后要去除应力，没有条件去除应力，可以使用硅胶来粘接钢架，硅胶会起到缓冲效果。模腔贴蜡片前是要保证环境温度，温度高了蜡片会变软走形，温度低了蜡片会变硬粘接的力度会很差。考虑蜡片接头处的效果，要在贴蜡片前对模具有个规划，从哪里开始哪里交接，每张蜡片铺贴时都要用力均匀，关键要确保每层蜡片底下不能窝气。产品结构容易离模的形状，贴蜡片之前还要把真空辅助考虑进去。特别是在凹模里贴蜡片，蜡片更容易离开或有空隙，使用真空辅助就会有帮助。气室制作关键是要保证后面的两道密封效果，铺贴之前要设计合理，铺贴预埋内外密封道时要确保不变形和粘牢。背模制作的树脂前提是要考虑收缩效果，密封道和气室的糊制要合理安排步骤，确保不能收缩变形，如果变形会直接影响模具的密封效果。正模处理时要有个洁净环境，模具脱模后效果已经很好，选用高目数的水砂纸处理。这时如果有一颗沙粒就会把胶衣面磨出很多划痕，就连打磨的砂纸和垫板用之前都要先清洗再使用。打磨时不能直接用水龙头对着冲，最好先用个桶盛着水备用。模具在清洗时擦模具要选用纯棉布，朝着一个方向擦拭，擦过后的布要在水桶里摆动着洗净后再用。背模光洁度要求不高，但是对注射口和抽气口的密封牢度很在意，只要背模有轻微的漏气都会对产品影响很大。RTM产品干区和涡气有很多种原因下面对部分原因进行分析树脂转移模塑成形（RTM：Resin Transfer Molding）技术是一种低成本复合材料的制造方法，最初主要用于飞机次承力结构件，如舱门和检查口盖。1996年，美国防务预研局开展了高强度主承力构件的低成本RTM 制造技术研究。RTM技术具有高效、低成本、制件质量好、尺寸精度高、受环境影响小等优点，可应用于体积大、结构复杂、强度高的复合材料制件的成型，已经成为近几年航空航天材料加工领域研究最为活跃的方向之一。目前主要的派生技术是真空导入模塑工艺(VIMP：Vacuum Infusion Molding Process)、柔性辅助RTM和共注射RTM。这些技术在保留了传统的RTM工艺可浸渍成型带有夹芯、加筋、预埋件的大型构件等优势的基础上，具有生产构件范围广、产品质量稳定、易与其他编织工艺相结合和低成本的制造优势。RTM工艺的主要原理是在模腔（模腔需要预先制作成特定尺寸）中铺放按性能和结构要求设计的增强材料预成形体，在一定压力范围内，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，通过树脂与增强体的浸润固化成型。模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维；同时具有加热系统，可加热固化成形复合材料构件。它是一种不采用预浸料，也不采用热压罐的成形方法。(1)RTM工艺专用树脂在常温下为液体或固体，可在室温下稳定的存在，贮存时不出现树脂化学成分和性质的改变。(2)树脂体系在工艺温度下有适当的黏度(工作范围内约为0.2-0.8Pa•s)，黏度过高会导致树脂流动和纤维/树脂浸润困难；过低会导致树脂不稳定流动与扩散，形成孔隙。(3)足够长的凝胶时间以满足树脂流动充模、纤维浸润的要求。同时，树脂的低黏度保持时间应大于40min，形成RTM工艺树脂所需的低黏度平台特性。(4)树脂在注射及固化过程中无挥发产物的生成，同时树脂对增强材料应具有良好的浸润性和粘附性。传统成型工艺相比，RTM工艺最大的优点就是以一步浸润代替了传统成型工艺两步或多步浸润的过程，减少了预浸料制备、铺层、真空袋及在热压罐中固化等工序，从而大大的降低了成型时间和成型的成本。真空导入模塑工艺VIMP是在RTM工艺上发展起来的一种新型的大尺寸复合材料制件的低成本液体模塑成型技术。其工艺原理是在单面刚性模具上用柔性真空袋膜包覆、密封纤维增强材料，利用真空负压排除模腔中的气体，并通过真空负压驱动树脂流动而实现树脂对纤维及其织物浸渍的一种工艺，原理如下图所示。柔性辅助RTM工艺是利用制造空心结构，通过柔性模对预成型体的压实作用来加工先进复合材料的一种成型技术。根据柔性模膨胀的方式，又分为气囊辅助RTM工艺和热膨胀软模辅助RTM工艺。与传统的RTM工艺相比，此法解决了内腔结构较复杂而无法脱模的问题，同时制件纤维体积含量得到提高，产品性能得到改善。该工艺在成型复杂复合材料构件中具有独特优势。气囊辅助RTM工艺是目前国外研究较多的一种先进工艺，它是通过将预成型体安放在密封气囊，通过气囊充压压实预成型体，使其附着于模腔内表面而成型。目前中小型复合材料RTM零件的制造已经获得了较广泛的应用，而大型RTM件也在JSF的垂尾上应用成功。该方法的优点是环保、形成的层合板性能好且双面质量好，在航空中应用不仅能够减少本身劳动量，而且由于能够成形大型整体件，使装配工作量减少。但是树脂通过压力注射进入模腔形成的零件存在着孔隙含量较大、纤维含量较低、树脂在纤维中分布不匀、树脂对纤维浸渍不充分等缺陷，因此该技术还有改进潜力。碳纤维由于纤维直径小，表面惰性高，一般采用预浸料/热压罐成型工艺，为降低成本，国外目前已有主要应用于RTM工艺的碳纤维产品及环氧树脂型号，国内在这方面研究相对较少。RTM工艺相比于成熟的预浸料/热压罐成型工艺，在降低材料成本和制造成本方面效果显著，且在制造小型复杂形状结构时更具优势。据悉RTM技术已经逐渐应用到国产T700级碳纤维复合材料中，采用RTM工艺成型能同时满足航空材料高性能、低成本及国产化的要求。液体树脂灌注成型工艺（Liquid Resin Infusion，缩写LRI）是传统RTM工艺的一种变体，它通过使用单面模具并与特定的真空袋装置相结合。真空袋装置可提供树脂分布和固化。由于LRI是在一个真空膜下进行的,它不需要特殊的模具，所以大大降低了制造成本，并且用这种工艺可以制出大而厚的复杂部件。将增强纤维放置在刚性工具表面上，加固层完成后，就用树脂分配介质覆盖，最后用可成型的真空袋覆盖。在某些情况下，可以预热树脂使其具有较低的粘度。如果树脂已被处理过，建议进行脱气。根据零件尺寸和形状，通过单个或多个入口引入树脂。树脂的分配通道网络集成到真空袋装置中，以控制树脂流入复杂零件。浸渍前，空气通过真空口从预制件中排出。树脂罐连接到入口。罐子可以保持在大气压下。真空口和真空罐之间的压差迫使树脂进入高多孔流动介质，该介质在通过零件厚度注入之前，将树脂分布在零件表面。真空袋提供固结压力。有时可以使用第二个真空袋来保证真空度和固结压力。灌注过程通常在中间温度下进行，此时树脂粘度足够低，可以进行良好的灌注，但不足以启动固化过程。一旦灌注完成，温度将升高至最终固化温度。根据经验和使用适当的增强材料，可以获得高质量复合材料零件所需的60%纤维体积的高质量组件。可以加工体积较大的零部件，特别是具有较大表面的零件，例如厚盖和机身面板；与相对昂贵的RTM配对模具相比，LRI采用了简单的单面模具；树脂传递模塑（Resin Transfer Moulding ，缩写RTM）作为一种常见的复合材料制造工艺，通过将低粘度的反应性树脂泵入含有预制件或增强体的匹配模具，树脂在固化前将纤维浸湿在模具中。欧洲空客采用碳纤维织物及RTM树脂制造的Airbus A380门铰链臂。每个A380上有16个门铰链臂，除了减轻重量外，它们还提供了更好的机舱隔热效果，减少了热量损失RTM在许多应用中被用于制造高质量零件。其主要特点是：a、相对大容量的自动化流程；b、净形状和高尺寸公差。RTM工艺被认为是替代手工复合材料材料工艺的一种经济高效的方法，传统上被航空工业广泛用来制造初级和二级结构部件。法国空客（Nantes）制造的空客A380副翼翼梁，使用编织碳纤维和RTM树脂加工而成■只有低粘度树脂适合RTM（0.1至1 Pa.s）；■与最新一代的预浸料相比，除增韧的增强材料，一般韧性低。对干态增强材料进行加工以获得具有最终几何形状的预成型件，其目的是便于操作并防止在注射过程中织物打滑。先对装有预成型坯的模具抽真空达到完全真空状态，然后将树脂注入模具中，注射过程中，树脂填充模具型腔并完全浸渍预成型坯。HP-RTM（High PressureResinTransfer Molding）是高压树脂传递模塑成型工艺的简称。它是指利用高压压力将树脂对冲混合并注入到预先铺设有纤维增强材料和预置嵌件的真空密闭模具内，经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模，获得复合材料制品的成型工艺。工艺过程如图1所示：RTM（ResinTransfer Molding）工艺最早起源于1940年的MARCO法。Macro法相当简单，对模腔抽真空以驱动树脂浸渍过程，美国海军承包商用这种方法开发出了大型玻璃钢增强塑料船体。在20世纪50年代称为RTM工艺，该工艺可以生产双面光滑的产品，树脂的注射压力适中，比手糊工艺优越，所以得到了发展。20世纪50年代至70年代，由于最初的RTM虽然成本低但技术要求高，特别是对原材料及模具要求高，所以发展缓慢。直到1985年，以缩短成型周期、提高表面平滑性和质量稳定性为目标的第二代RTM加工法得以公开，才使得RTM不论是在原材料方面还是制品强度等各方面都有明显的优势。90年代RTM成型工艺及其理论研究达到高潮，欧美很多公司投入巨资用于开发RTM工艺，还开设专科学校培训RTM专业人才。进入21世纪，随着我国化学工业和机械制造水平的提升，以及市场应用技术水平的提升，我国复合材料的RTM工艺技术也迎来了全新的发展期，不仅在技术水平上，而且在生产规模、自动化程度上都取得了巨大的进步。相比较而言，RTM工艺技术优势明显，其特点主要体现在：模具制造和材料选择灵活性强；能制造具有良好表面质量，尺寸精度高的部件特别是大型部件；易实现局部增强，嵌入件可以预先安置；纤维含量最高可达60%，在树脂中可以加入填料，以降低成本改善性能；闭模成型，苯乙烯排放量少，有利于环境保护；低压注射，一般≤0.4MPa，可用玻璃钢模、铝模等，模具成本较低；制品孔隙率较低，一般小于1%。局限性：适合一定批量的产品，经济规模产品在500~2000件；模具的设计和制造有一定的难度；树脂流动和浸渍控制困难，导致工艺复杂性和不可控性增大。复合材料RTM成型工艺技术相比较其它成型工艺有明显的高性能和低成本优势，尤其是面对当前高速发展的潜力巨大的汽车复合材料市场需求，如何改进复合材料成型技术以便更好地适应市场需求，成为研究者所关注的焦点之一。国内外研究者也开展了大量颇有成效的研究，使得RTM技术更趋成熟，并形成一个完整的材料、工艺和理论体系。并在RTM工艺技术的技术上开发了一系列新的RTM成型技术。主要有：VARTM（Vacuum Assisted ResinTransfer Molding）、Light-RTM（Light-ResinTransfer Molding）、SCRIMP（Seemann Composites Resin Infusion Manufacturing Process）、MI-RTM（Multiple Insert Tooling ResinTransfer Molding）、HP-RTM（High PressureResinTransfer Molding）、HP-CRTM（High Pressure CompressionResinTransfer Molding）等。与常规的RTM工艺相比，VARTM工艺技术以真空压力作为动力，采用单面刚性模具和真空袋复合构成制件的模腔，使模具更加轻便；真空的作用有助于树脂对纤维的浸渍，使纤维浸渍更充分；同时真空还起到排除纤维束内的空气的作用，从而减少了微观空隙的形成，得到空隙率更低的制品；真空的作用使制品纤维含量更高，生产的构件机械性能更好。Light-RTM工艺在VARTM工艺技术的基础上，采用半刚性模具和刚性模具配合构成制件型腔，并采用真空密封技术，成型模具的可以反复使用，大大降低了模具成本及制件制造成本；同时采用类环形通道从模具四周注胶，以及收集杯集料技术，大改善了树脂的流动充模，提高了生产效率。SCRIMP工艺则采用精心设置的树脂分配系统，使树脂胶液先迅速在长度方向上充分流动填充，然后在真空压力下在厚度方向缓慢浸润，大大改善了浸渍效果，减少了缺陷发生，使模塑部件具有很好的一致性和重复性。而且也克服了VARTM在生产大型平面、曲面的层合结构以及加筋异型构件等制品时，纤维浸渍速度慢、成形周期长等不足。尤其是在大型制品生产领域，该技术具有得天独厚的技术优势。MI-RTM工艺技术由多个托入式衬模和衬模模腔支撑系统构成。主要是将传统RTM工艺中原本集中在模腔中完成的多项工序进行分解并移出模腔外来完成，这样大幅度减少了成型时间并充分地利用了RTM装备的功效，从而降低了模具制造成本，为大批量制造RTM制品提供了低风险、低造价的方法。近几年出现的多工位中高压RTM成型工艺技术也是基于这一理念，在成型周期相对耗时纤维铺层环节，设置多个纤维铺设工位，并依次或交替与单一固定模配合注射成型制品，大幅缩短纤维铺设时间，提高生产效率和设备利用率，已经降低了制件成本。HP-RTM是近年来推出的一种应对大批量生产高性能热固性复合材料零件的新型RTM工艺技术。它采用预成型件、钢模，真空辅助排气，高压混合注射和在高压下完成树脂对纤维的浸渍和固化的工艺，实现低成本、短周期（大批量）、高质量生产。相比较传统RTM，HP-RTM工艺具有以下几个优点：第一，充模快、浸润效果好，显著减少了气泡，降低了孔隙率；第二，使用高活性树脂，缩短了生产周期，工艺稳定性和可重复性高；第三，使用内脱模剂和自清洁系统，制件表面效果优秀，厚度和形状偏差小。可实现低成本、短周期（大批量）、高质量生产。HP-CRTM工艺技术则是在HP-RTM工艺技术的树脂注胶前，增大了密封模腔间隙，使树脂注入通道增加，注胶结束后再将模具在高压下完全闭合，树脂体系随闭合压力流动充模，成型压力相对较低，避免了纤维的冲动，提高了树脂的渗透率与流动距离，提高了纤维的浸渍速度，有效避免了干纤维的产生，缩短了制件成型周期。以德国迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克劳斯玛菲公司（KraussMaffei）共同开发的高压树脂传递模塑成型工艺（HP-RTM）自动化生产线（如图2所示）为实例介绍HP-RTM工艺技术。具体过程如下：由图2的HP-RTM自动化生产线可知，HP-RTM自动化生产线主要由预成型体加工中心、预成型体处理、RTM注射系统、计量控制系统、制件机加工中心等构成。纤维预成型加工中心如图3所示。首先将碳纤维织物的卷筒固定在自动裁剪机的旋转轴上，并将预成型裁剪图样输入自动裁剪，并对裁剪图样进行优化排列；展开碳纤维织物卷筒，开动裁剪机，进行预成型体铺层图样的自动裁剪，如图4所示。并利用机械臂的吸盘将裁剪后的纤维铺层吸起，并转移到下一工序设备上，如图5、6所示。将裁剪所得的纤维织物转移到预定型剂喷涂设备，开动喷涂设备将预定型粘接剂均匀喷涂在纤维织物表面，喷涂时需移动纤维织物，以便预定型剂均匀喷涂在纤维织物表面，如图7所示。将涂覆有纤维预定型剂的碳纤维织物转移到织物叠合设备，并按所设计的制件纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上。如图8所示。利用织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上，如图9所示；纤维织物转移时，需精确控制输送带的移动速度和位置，防止纤维织物铺放过程中发生移动或错位，影响制件性能。将纤维织物铺层均匀铺入预成型模具中，首先将预成型体中心的加压压头下压，压紧纤维铺层结构，并将预成型模具的加压压头由中心向外辐射顺序下压，下压时尽可能的减少纤维的皱缩，以影响制品性能。如图10所示。在预成型模具的热、压作用下，使纤维预成型体定型。将经过预热预压定型的碳纤维增强体转入预成型体剪裁模具，并用裁剪样模覆盖，以裁剪样模为依据，利用机械手臂将裁刀沿样模边缘进行剪裁，切除多余的碳纤维，并获得与注射模腔尺寸相对应的纤维预成型体。剪裁过程如图11、12所示。将放置预成型体的托架依次叠放整齐，并利用带吸盘的机械手臂将纤维预成型体吸起。将预成型体转移至开启的RTM成型模具中，并将RTM注射模具闭合，并利用锁紧机构将RTM成型模具锁紧。如图13、14、15所示。在保证注射模型腔始终保持密封的条件下，对模具抽真空，并利用双橡胶密封圈的回弹性能，增大模具的合模间隙，如图所示；并将液态低黏度树脂在高压注射机的作用下由模具底部中心注入高温（模具温度≥150℃）密封注射模具内。利用高精度的高温注射机精确计量并控制树脂体系中各组分材料（主体树脂、固化剂、内脱模剂等）的比例，并在高压计量泵的作用下，进入注射机的混合头，并在混合头中高压对冲混合，并将混合均匀的树脂迅速注入高温模腔。图16 HP-RTM主体树脂注射过程模具的闭合间隙注胶结束后将模具完全闭合，闭合过程中模具进一步挤压注射树脂，使其充满并浸润碳纤维增强材料，并在高温高压作用下快速固化。待HP-RTM树脂固化结束，再次控制模具的合模间隙，并由预留的侧孔及流道中注入低黏度的模具表面树脂，并再次将模具完全闭合，挤压胶衣树脂使其尽可能的充模模具，并在制品表层喷涂一层均匀的树脂膜。待胶衣树脂固化结束，由慢到快打开液压机，使并利用机械手臂及其吸附装置将制件吸附固定，开启顶出机构将制件顶出，并使顶出后的制件紧紧吸附在机械手臂的吸盘上。同时清理模具中残留的树脂飞边等。脱模后，利用机械臂及吸盘将仍处于高温状态的成型制件，转移到冷却定型工装上，并将利用真空将制件紧紧吸附在冷却定型工装，并通过冷却定型工装使制件快速冷却至室温。制件脱模后，利用刷子、气泵、气嘴等清理模具，去除模具中残留的树脂及纤维等，并将模具擦拭干净。并在模具表层均匀涂覆脱模剂，并准备下一循环的生产。将冷却定型的复合材料样件转移至机加工中心，为保证制件机加工精度，将制件直接移至机加工工装上，并利用机械手以及机加工刀具，裁剪制件边缘多余的飞边、工艺边等。裁边加工结束后，还需对制件的连接和配合结构，如定位孔、配合面平面度等的机加工，加工过程中需要根据情况更换裁剪刀具，以保证制件加工精度。机加工结束后，还需要更换检查工具，对制件进行尺寸公差检查，检查结束即得到满足使用要求的复合材料制件。如图27、28所示。HP-RTM包括预成型加工、树脂注射、压制过程以及修整工艺。相比于传统的RTM工艺，HP-RTM工艺增加了注射后的压制过程，降低了树脂注射充填难度，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。具体工艺特点如下：①树脂快速充满模腔。较大的合模间隙和较高的注射压力（1.0～15.0MPa），以及低黏度的树脂，极大地提升了树脂的注射速度，缩短了成型工艺周期（3～5min）。②提高了树脂固化反应速率，缩短了树脂的固化周期。采用高活性快速固化树脂体系，并采用高效高压混合、注胶设备，使树脂基体混合均匀性更好，同时成型时需要高温环境，大大提高了树脂的固化反应速率。③使用内脱模剂和自清洁系统。使用了注射混合头的自清洁技术，并在原材料中添加了内脱模剂组分，有效地提高了设备的清洁效率。④降低了制件中孔隙含量，提高了制件制品性能。使用了模内快速抽真空技术有效降低了制件中孔隙含量，提高了纤维的浸渍效率，改善了纤维和树脂的界面结合能力，提升了制品的质量。⑤降低了制件的工艺难度，改善了树脂浸渍增强材料的质量。采用抽真空与注射后的压缩模塑工艺相结合的方式，降低了RTM工艺注胶口和排气口设计难度，提高了树脂的流动充填能力，以及树脂对纤维的浸渍质量。⑥产品的厚度和三维形状尺寸偏差低。为保证模具密封效果，采用双刚面闭合模具，同时采用大吨位液压机加压，提高了成型过程的锁模力，有效地降低了制件的厚度和形状偏差。⑦产品具有卓越的表面性能和质量。采用模内喷涂技术以及高光洁度模具，使制件在很短的时间内即可获得高精度的表观质量。⑧具有很高的工艺稳定性和重复性。采用间隙注胶和注胶后压缩技术，极大地提高了树脂的充模流动能力，有效降低了工艺缺陷产生的几率，具有很高的工艺重复性。纤维预定型技术主要包括：纺织、针织和编织预成型体；缝编预成型体；短切纤维喷射预成型体；热压预成型体等。其中热压定型技术应用最广泛，该技术中定型剂是基础保证，纤维预成型模具及压制工艺技术是纤维定型的关键所在。针对HP-RTM工艺，制件结构相对简单，因此，定型模具也相对简单，关键在于，如何通过设计并控制程序，控制定型模具和加压工装有效、有序加压定型。HP-RTM工艺树脂的混合和注射主要包括：树脂主材和模内喷涂树脂两种体系，其控制的关键在于高精度树脂计量系统、快速均匀混合技术及混合设备自清洁技术。HP-RTM工艺树脂主材需要在高温、高压下精确计量，则需要高精度的计量泵设备。树脂均匀混合及自清洁则需要设计有高效的、自清洁、多次混合头。HP-RTM工艺过程中，成型模具温度场的均匀性不仅决定和影响模腔中树脂的流动充填性能，而且对纤维的浸润性能，以及对复合材料整体性能及制品内应力都有较大的影响。因此，需要采用介质加热的方式结合高效、合理的循环油路设计。成型模具的密封性，直接决定了树脂流动充模特征，以及成型过程的排空能力，是影响制品性能优劣的关键一环。需要根据产品设计密封圈布置位置、方式以及数量，同时需要解决模具配合间隙、顶出系统、抽真空系统等位置的密封难题，确保树脂充填过程不发生漏气现象，以保证制件性能。HP-RTM工艺过程中，树脂的充填过程的合模间隙控制，以及压制环节的压力控制等都需要高效、高精度的液压机系统保证。同时需要根据注胶工艺、压制工艺的需要，提供适时控制技术，以保证成型过程的连续性随着碳纤维制备加工技术的进步，使碳纤维价格大幅度下降，对碳纤维抱有期望的汽车行业看到了希望。德国宝马纯电动汽车I3和I8的问世，更是把复合材料研究的目光吸引到了在I3和I8中大量使用HP-RTM工艺技术上，据宝马公司的报道显示，如图29所示，在i3汽车车身Life模块结构的34块碳纤维复合材料制件中，其中有13件采用HP-RTM工艺制造，2件采用泡沫夹芯RTM工艺制造，其余19件采用模压工艺制造。在I8汽车上也有14件采用RTM工艺制造，如图30所示。宝马公司最新的7系列轿车，车身16件复合材料技术中共采用了4种复合材料成型工艺技术，如图31所示。图29 宝马I3轿车车身结构中复合材料的分布情况图图30 宝马I8轿车车身结构中复合材料的分布情况图图31宝马7系列轿车车身结构中复合材料的分布情况图近两年来，国内外复合材料研究者对HP-RTM工艺技术及其原材料和配套设备的研制空前活跃。也取得了一系列的研究进展，具体表现为：HP-RTM工艺用对树脂基体的要求主要体现在：“一长”指树脂的胶凝时间适当长；“一快”指树脂的固化速度快；“两高”指树脂具有高消泡性和高浸润性；“四低”指树脂的粘度低、可挥发性低、固化收缩率低、放热峰低。目前，相对成熟的HP-RTM工艺用树脂基体制备技术主要掌握在国际化工巨头手中，其中有代表性的有：亨斯迈（Huntsman）公司大规模生产的两种树脂体系包括：Araldite® LY 3585/Aradur® 3475、Araldite® LY 3585/Hardener XB 3458（大量应用于I3的车身结构），这两种树脂体系既可以应用于HP-RTM工艺，也可以应用于WCM（Wet Compression Molding）工艺。两款树脂的成型温度分别为115℃、100℃，工艺周期分别为：3分30秒、6分15秒。陶氏（DOW）化学公司VORAFORCE 5300/VORAFORCE 5300 IMR树脂体系的注胶时间15-60s，固化时间30～120s。瀚森（Hexion）公司开发的EP TRAC 06000/EK TRAC 06130树脂体系，成型温度120℃，模具成型时间93s。汉高（Henkel）公司生产的乐泰Loctite MAX3基体树脂固化时间为5.5min，用于生产汽车的车顶。迈腾（Momentive）公司生产的Epikote 05475 / Epikure 05500 / Heloxy 112树脂体系在130℃下的成型周期为2分15秒，树脂基体玻璃化转变温度110℃。巴斯夫（BASF ）专为结构件HP-RTM工艺开发全新环氧树脂系统BaxxodurSystem2202树脂体系，该树脂在120℃下，注胶时间仅为45秒，且纤维浸润效果极佳，并能在2.5min内完成固化。国内：上海惠柏新材公司生产的RA-8930A/B、RA-8931A/B、RA-8920A/B三种树脂体系，120℃的凝胶时间分别为34s、33s、18s。广东博汇新材料科技有限公司生产的EpoTech®4330A/B树脂体系，可实现130℃ /1min或120℃/3min快速固化成型。EpoTech®4330A/4331B树脂体系，可实现在140℃/2min或120℃/5min快速固化成型。目前，HP-RTM工艺装备技术发展较为成熟的主要掌握在国际机械加工设备制造巨头手中，其中有代表性的有：德国迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克劳斯玛菲公司（KraussMaffei）共同开发的高压树脂传递模塑成型工艺（HP-RTM）自动化生产线，两家公司的具体分工情况如图32所示；蒂芬巴赫公司开发的HP-RTM生产线用纤维预成型设备和压制成型设备如图33、34所示；克劳斯玛菲公司设计开发的HP-RTM工艺用注胶机和混合头如图35、36所示。图32 迪芬巴赫公司和克劳斯玛菲公司HP-RTM生产线具体分工情况图35克劳斯玛菲公司HP-RTM提供的RTM注胶机德国恩格尔公司（ENGEL）和亨内基公司（Hennecke）共同开发的高压树脂传递模塑成型工艺自动化生产线，所设计的生产线原理如图37所示，图38为生产线实物图；亨内基公司开发HP-RTM注胶机及其混合头如图39、40所示。图37 恩格尔公司和亨内基公司开发HP-RTM生产线示意图图38 恩格尔公司和亨内基公司开发HP-RTM生产线意大利康隆（Cannon）公司独立设计和开发了全套HP-RTM生产线如图41-45所示。德国舒勒集团（SCHULER）与德国孚利模集团（FRIMO）有限公司也共同开发了HP-RTM生产线，所设计的生产线如图46所示；其中由舒勒公司开发的专用液压机如图47所示。图46德国舒勒集团与德国孚利模集团设计的HP-RTM生产线国内在HP-RTM工艺成型设备方面也进行了一定的研究，但是由于设备研发投入要求过高，单一的设备厂家无论从经费和技术储备都很难支撑整条生产线的研制任务，而各大型企业之间也缺乏有效的沟通和合作机制，因此到目前为止，除康得复合材料有限责任公司从国外引进的2条HP-RTM生产线外，还没有一条自主开发的HP-RTM生产线。国内开发的单一设备主要有：上海越科复合材料有限公司开发了HP-RTM专用注胶机，浙江优普模塑有限公司开发了快速成型双工位RTM压机及成型模具，如图48所示。图48浙江优普模塑有限公司开发的双工位RTM压机及成型模具HP-RTM所制备的复合材料具有强度模量高、孔隙含量低，表观性能优异，生产高效等特点及优势，目前所开发的产品主要用于各种具有高承载功能的汽车零部件。目前采用HP-RTM工艺生产的复合材料制品主要有：意大利康隆集团为宝马M3轿车生产的汽车顶盖，如图49所示。宝马公司和SGL联合开发的，采用HP-RTM工艺制造的宝马i3车身Life模块车身结构，如图50所示。宝马7系列轿车侧围车顶加强板、车顶中横梁结构均采用HP-RTM工艺制作，如图51所示。本特勒-西格里（Benteler-SGL）采用汉高公司的乐泰（Loctite）树脂基体采用HP-RTM生产的复合材料板簧重量可减轻65%，如图52所示；本特勒-西格里采用HP-RTM工艺生产的复合材料车用支杆，如图53所示。克劳斯玛菲采用汉高LoctiteMax3树脂生产的汽车车顶，如图54所示。蒂芬巴赫公司生产的HP-RTM复合材料后备箱内衬板，如图55所示。上海惠柏新材公司采用RA-8920A/B生产的汽车车顶如图56所示。图51 宝马7系列轿车用HP-RTM侧围车顶加强板图52 本特勒-西格里采用HP-RTM生产的复合材料板簧图53 本特勒-西格里采用HP-RTM工艺生产的复合材料车用支杆图54 采用汉高LoctiteMax3树脂生产的汽车车顶图55 蒂芬巴赫公司生产的HP-RTM复合材料后备箱内衬板图56 上海惠柏新材公司采用RA-8920A/B生产的汽车车顶由HP-RTM工艺制品的应用开发情况不难看出，目前开发的产品主要集中在具有较高强度要求的复合材料结构件领域。而且由于HP-RTM工艺装备体系既包括纤维预成型系统，还需要快速液压系统、高效自清洁混合注胶系统、高密封模具系统、计算机控制系统等，设备体系繁杂，制造技术难度大，大大提高了复合材料零部件的制造成本，虽然该工艺技术满足汽车产品的生产节拍要求，但其较高制造成本与汽车行业要求的低成本尚有一定的差距，因此，推广应用难度较大。综上所述，HP-RTM工艺技术进一步推广应用必须解决的问题主要包括：①高效率、低成本制造装备的设计和制造技术能力；②高性能、低黏度、快速固化树脂体系的研制和开发；③行业相关企业的协同开发机制和合作模式；④积极探索和开发新的应用市场。[1] KraussMaffei. 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