レジン トランスファー モールディング (RTM) プロセスは、繊維強化樹脂ベースの複合材料の典型的な液体成形プロセスであり、主に以下が含まれます。
(1) 必要なコンポーネントの形状および機械的性能要件に従ってファイバープリフォームを設計します。
（２）予め設計された繊維プリフォームを金型内に置き、金型を閉じて圧縮して、繊維プリフォームの対応する体積分率を得る。
(3) 専用の射出装置を使用し、一定の圧力と温度で樹脂を金型に射出して空気を除去し、ファイバープリフォームに浸します。
(4) 繊維プリフォームを樹脂に完全に浸漬した後、一定の温度で硬化反応が完了するまで硬化反応を行い、最終製品を取り出します。
樹脂の転写圧力は、RTM プロセスで制御する必要がある主なパラメーターです。この圧力は、金型キャビティへの射出時および強化材の浸漬時に発生する抵抗を克服するために使用されます。樹脂の伝達が完了するまでの時間はシステムの圧力と温度に関係しており、時間が短いと生産効率が向上します。しかし、樹脂の流量が多すぎると、接着剤が時間内に補強材に浸透できず、システム圧力の上昇により事故が発生する可能性があります。したがって、転写工程中に金型に入る樹脂液面は、一般的に 25mm/min を超えないようにする必要があります。吐出口を観察することで樹脂の転写プロセスを監視します。通常、金型上のすべての観察ポートに接着剤が溢れ、気泡が発生しなくなった時点で転写プロセスが完了すると想定され、実際に追加される樹脂の量は基本的に予想される樹脂の追加量と同じになります。したがって、排気口の設定には十分な注意が必要です。
樹脂の選択
RTMプロセスでは樹脂系の選択が鍵となります。樹脂が金型キャビティに放出され、繊維に急速に浸透する場合の最適粘度は 0.025 ～ 0.03Pa·s です。ポリエステル樹脂は粘度が低いため、室温でのコールドインジェクションで完成します。ただし、製品の性能要件が異なるため、選択される樹脂の種類も異なり、粘度も同じではありません。したがって、パイプラインと射出ヘッドのサイズは、適切な特殊コンポーネントの流量要件を満たすように設計する必要があります。RTMプロセスに適した樹脂としては、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられます。
補強材の選択
RTM加工では、ガラス繊維、グラファイト繊維、カーボン繊維、炭化ケイ素、アラミド繊維などの強化材を選択できます。短繊維、一方向織物、多軸織物、織物、編み物、芯材、プリフォームなど、設計ニーズに合わせて品種をお選びいただけます。
製品性能の観点から見ると、このプロセスで製造された部品は繊維体積率が高く、部品の特定の形状に応じて局所的な繊維強化を使用して設計できるため、製品性能の向上に役立ちます。生産コストの観点から見ると、複合部品のコストの 70% は製造コストから生じます。したがって、複合材料の開発においては、製造コストをいかに低減するかが喫緊の課題となっている。樹脂ベースの複合材料を製造するための従来のホットプレスタンク技術と比較して、RTM プロセスは高価なタンク本体を必要とせず、製造コストを大幅に削減します。さらに、RTM プロセスで製造される部品はタンク サイズによって制限されず、部品のサイズ範囲は比較的柔軟であるため、大型で高性能の複合部品を製造できます。全体として、RTM プロセスは複合材料製造の分野で広く適用され、急速に発展しており、複合材料製造における主要なプロセスになることは間違いありません。
近年、航空宇宙製造業界における複合材料製品は、非耐荷重コンポーネントや小型コンポーネントから、主要な耐荷重コンポーネントや大型の統合コンポーネントへと徐々に移行してきています。大型で高性能な複合材料の製造が急務となっています。そのため、真空アシストレジントランスファーモールディング（VA-RTM）や軽量レジントランスファーモールディング（L-RTM）などのプロセスが開発されています。
真空樹脂トランスファーモールドプロセス VA-RTMプロセス
真空補助樹脂トランスファー成形プロセス VA-RTM は、従来の RTM プロセスから派生したプロセス技術です。このプロセスの主なプロセスは、真空ポンプなどの装置を使用して、ファイバープリフォームが配置されている金型の内部を真空にし、真空負圧の作用下で金型内に樹脂を注入し、樹脂を浸透させるプロセスです。繊維プリフォームを成形し、最後に金型内で固化して成形し、複合材料部品の必要な形状と繊維体積分率を取得します。
従来の RTM 技術と比較して、VA-RTM 技術は金型内で真空ポンプを使用するため、金型内の射出圧力を低減し、金型と繊維プリフォームの変形を大幅に低減できるため、装置と金型のプロセスの性能要件が軽減されます。 。また、RTM テクノロジーでは軽量の金型を使用できるようになり、生産コストの削減に役立ちます。したがって、この技術は大型複合部品の製造に適しています。たとえば、発泡サンドイッチ複合プレートは、航空宇宙分野で一般的に使用される大型部品の 1 つです。
全体として、VA-RTM プロセスは、大型で高性能の航空宇宙用複合部品の製造に非常に適しています。しかし、中国ではこの工程がまだ半機械化されており、製品の製造効率が低いのが現状です。さらに、プロセスパラメータの設計はほとんどが経験に依存しており、インテリジェントな設計がまだ実現されていないため、製品の品質を正確に制御することが困難です。同時に、多くの研究で、このプロセス中に樹脂の流れの方向に圧力勾配が発生しやすいことが指摘されています。特に真空バッグを使用する場合、樹脂の流れの先頭である程度の圧力緩和が起こり、樹脂の浸透に影響を与え、ワーク内部に気泡が発生し、製品の機械的特性が低下します。同時に、不均一な圧力分布はワークピースの厚さ分布の不均一を引き起こし、最終的なワークピースの外観品質に影響を与えます。これは、技術がまだ解決する必要がある技術的課題でもあります。
軽量レジントランスファーモールド法 L-RTM法
軽量樹脂トランスファー成形法「L-RTMプロセス」は、従来のVA-RTMプロセス技術をベースに開発された新しい技術です。図に示すように、このプロセス技術の最大の特徴は、下型には金属などの剛性の高い金型を採用し、上型には半剛性の軽量金型を採用していることです。金型内部は二重シール構造となっており、外部から上型を真空固定し、内部から真空により樹脂を注入します。この工程の上型に半剛体金型を使用し、金型内を真空状態にすることにより、金型内の圧力を大幅に低減し、金型自体の製造コストを大幅に削減します。この技術により、大型の複合部品を製造できます。従来のVA-RTMプロセスと比較して、このプロセスで得られる部品の厚さはより均一であり、上面と下面の品質は優れています。同時に、上型に使用する半硬質材料を再利用することができます。この技術により、VA-RTM プロセスにおける真空バッグの無駄が回避され、高い表面品質が要求される航空宇宙用複合部品の製造に非常に適しています。
ただし、実際の製造プロセスでは、依然として技術的な問題がいくつかあります。
(1) 上型に半硬質材料を使用しているため、真空固定金型加工時に材料の剛性が不足すると崩れやすく、ワークの厚みムラや表面品質に影響を与えます。同時に、金型の剛性は金型自体の寿命にも影響します。L-RTM の金型として適切な半硬質材料を選択する方法は、このプロセスを適用する際の技術的な困難の 1 つです。
(2) L-RTM プロセス技術の金型内では真空ポンプが使用されているため、金型の密閉はプロセスの円滑な進行に重要な役割を果たします。シールが不十分な場合、ワーク内部への樹脂の浸透が不十分となり、性能に影響を及ぼす可能性があります。したがって、金型封止技術は、このプロセスの適用における技術的困難の 1 つです。
(3) L-RTM プロセスで使用される樹脂は、射出圧力を低減し、金型の寿命を延ばすために、充填プロセス中に低粘度を維持する必要があります。適切な樹脂マトリックスの開発は、このプロセスの適用における技術的困難の 1 つです。
(4) L-RTM プロセスでは、通常、樹脂の流れを均一にするために金型上の流路を設計する必要があります。流路の設計が合理的でない場合、部品内にドライスポットやグリースの多量などの欠陥が発生し、部品の最終品質に重大な影響を与える可能性があります。特に複雑な三次元部品の場合、金型の流路を合理的に設計する方法も、このプロセスを適用する際の技術的な困難の 1 つです。
投稿日時: 2024 年 1 月 18 日
