RTM工艺实现直接喷漆 - 文章

RTM工艺实现直接喷漆

作者：Josef Renkl, Sebastian Schmidhuber

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表面RTM工艺-新开发的表面RTM工艺使汽车结构中具有可涂饰表面的纤维增强可视部件实现了低成本大批量生产。通过在型腔内用PU层直接流涂表面RTM部件，可涂饰组件无需经过任何其他中间步骤即可进行生产。

克劳斯玛菲在德国杜塞尔多夫K 2013展会上现场展示的用于碳纤维增强PU部件自动化生产的生产单元成为了一个公众热点。这个产品的主要特点是，部件可直接从具有可涂饰表面的模具中取出。

Roding Roadster R1轻量跑车展示了表面树脂传递模塑（RTM）技术—一种新近推出的工艺（标题图）的潜力。在生产过程中，首先使反应树脂在压缩RTM工艺过程中渗入模内的纤维预制件。基体固化之后，在第二个步骤中按固定的间隙宽度开模，从而使部件表面能够在型腔内用附加的PU层进行直接流涂。这个PU层可以使纤维增强部件表面上所有不平整的地方变平，因此该部件无需任何其他步骤或二次加工即可进行涂漆。

在表面RTM过程中，计量线和混合头均在高压范围内运行，因此反应快速的基体树脂可以得到应用，使周期时间缩短至5-7分钟，从而使表面RTM工艺适用于大批量生产。基体部件高达50%的纤维体积含量确保了部件优异的机械性能和较轻的重量。

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新工艺通过Roding Roadster R1跑车进行了展示。这辆轻量汽车的重量是950千克，动力是320马力，碳纤维含量是120千克，赫然表现了现代轻量结构的潜力。制造商是总部设在德国下巴伐利亚州罗丁格的Roding Automobile GmbH，专门开发和生产轻量结构的碳纤维增强塑料产品。车顶面板由一个嵌在PU基体上的准各向同性结构CRP无端纤维稀松布制成（图1）。表面积为约0.45平方米，纤维体积含量为约50%。克劳斯玛菲注塑单元使用的基体材料由总部设在德国杜塞尔多夫的德国汉高集团提供。上述特殊的表面涂层是总部设在德国腓特烈斯多夫的Rühl Puromer GmbH生产的一种脂肪质抗紫外线PU系统。

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生产周期从预制件生产开始，预制件由总部设在德国埃平根的迪芬巴赫机械设备有限责任公司提供。预制件插入模内之后，模架闭合，型腔被抽成真空。注入模架部件PU混合物之后，模具按规定的间隙宽度开模，从而使混合物以相对较低的压力压入模内。部分树脂将渗入纤维稀松布，而大部分树脂将“浮”在纤维上方。排料完成后，模具闭合，因此树脂将压入纤维稀松布，使纤维完全润湿。

经过短暂的反应时间，PU基体已经固化，半模则按规定的间隙尺寸再次调整。最终，部件表面和模具表面之间形成一个小小的间隙，这个间歇随后用第二个PU系统进行填充（图2）。通过这种方式，可涂饰的PU层在纤维增强部件表面形成。表面材料的层厚取决于部件的几何形状和纤维层的结构。例如，层厚可能介于0.15至0.2毫米之间。

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K 2013展会上使用的模具由总部设在奥地利米尔斯的项目合作伙伴Alpex Technologies GmbH制造，它采用一种特殊的密封技术，即使模具在两阶段过程中微微开启也可抽成真空。通过有选择的排气控制，应用于模具表面的涂层将不含空气夹杂物。精密集成的传感器对最佳模具填充进行监控并在线提供相关的部件质量信息。该模具配备顶出系统，可用机械手和抓爪系统协助脱模。部件从模具中脱离后，首先被放置于冷却压力表上，防止在冷却过程中产生变形，并确保尺寸稳定性。在此步骤之后，部件将被传送到铣削工作台以除去多余的纤维和树脂。

新开发的模架

模具位于RTM模架内，它由总部设在德国慕尼黑的克劳斯玛菲技术有限公司新近开发，具有3,800千牛的锁模力（图3）。该模架的压板表面尺寸为1300×1300毫米，平行冲程为250毫米，非常适用于汽车外部应用中尺寸约1平方米的大面积部件。闭模过程中良好的同步性确保了部件的质量和工艺的可靠性。由于精确的压板平行度，精确可重复的间隙得以形成，从而实现了PU涂层在部件表面上的均匀分布。因为模架的上部是铰接而成的，操作员或操作装置可从三个面对模具区域进行人性化的干预。

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在K 2013展会上应用于基体材料和涂装系统的PU组件混合物由两个RimStar Nano定量配料机配制（图4）。该系统配备专门的真空辅助罐系统以及一个高效节能、极其精确的温度控制器，控制器带有一个接近混合头的固定作业点。RimStar Nano计量机的计量泵是耐磨损的自制单元，因此，根据机器概念，所有常规基体系统的永久工艺可靠性可得到保证，如PU、聚酰胺和环氧树脂等。模架材料由RimStar Nano 8/8定量配制，并通过MK-5/8-2K 80混合头注入模具。由于表面材料具有相对较小的生产率，因此使用的是RimStar Nano 4/4计量机和MK-5/8-2K 40混合头。

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利用Vario-Nozzle改变应用率

上述两个混合头均按偏转原理运行，例如排出管呈90°对着混合室。该组件在高压条件下按碰撞混合原理混合。高压再循环通过可调喷嘴实现。所有部件流入混合室的过程与控制活塞的开模行程同步进行。通过混合头的喷嘴模块，内部脱模剂实现了精确和重复的计量和混合，即使量非常少。由于采用了专利的Vario Nozzle，排气量在喷射过程中可能发生改变而不产生压力变化或影响混合质量（图5）。喷涂材料使用的偏转器混合头还额外配备一个吹风机，它能够在混合室中产生对比压力或将空气注入混合室。

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结语

由于周期时间仅为短短数分钟，表面RTM工艺使具有优质可涂饰表面的纤维增强可视部件实现了大批量生产。因为无需复杂的二次加工，每个部件的成本降低了约60%。这种技术在展会上一经展出即获得了大量的需求。例如，希望使该工艺适用于批量生产的原始设备制造商和供应商已发起了密集的会谈。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/12/2014)


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