專利名稱：超臨界流體輔助rtm樹脂壓注機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樹脂基復(fù)合材料成型加工設(shè)備領(lǐng)域，具體說是樹脂基復(fù)合材料RTM成型加工設(shè)備領(lǐng)域。所發(fā)明的超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)不僅適用于RTM專用樹脂的成型，特別是還可使非RTM專用樹脂能用RTM工藝成型制品。
背景技術(shù)：
在尖端科技領(lǐng)域，特別是在航空航天、船舶、汽車及軍事應(yīng)用領(lǐng)域，樹脂基復(fù)合材料的制造水平已成為一個(gè)國(guó)家高科技水平的重要標(biāo)志。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料已開始由戰(zhàn)略武器向常規(guī)兵器應(yīng)用推廣，對(duì)兵器的輕量化、抗彈藥、隱身、耐熱和軍用電子技術(shù)的發(fā)展均起到了巨大的推動(dòng)作用，因此，自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)以來，在短短的幾十年里，樹脂基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，得到各國(guó)政府的高度重視與大力支持。但先進(jìn)復(fù)合材料在帶來一系列革命的同時(shí)，卻帶來了整體成本的提高，于是，歐美國(guó)家在20世紀(jì)90年代針對(duì)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用形勢(shì)提出了低成本復(fù)合材料及“買得起”的復(fù)合材料的概念，如美國(guó)軍方和NASA合作相繼出臺(tái)了ACEE(Advanced Composite Energy Efficiency)、ACT(AdvancedComposite Technology)、CAI(Composite Affordability Initiative)等計(jì)劃，其中最具代表性的是CAI計(jì)劃。因此，降低樹脂基復(fù)合材料的制造成本、提高樹脂基復(fù)合材料的制造水平、大力擴(kuò)展樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域已成為業(yè)界研究與關(guān)注的主要熱點(diǎn)之一。
在樹脂基復(fù)合材料的低成本制造工藝中，最引人注目的是樹脂傳遞模塑成型技術(shù)。
樹脂傳遞模塑成型(Resin Transfer Molding，簡(jiǎn)稱RTM)是指預(yù)先在模具的型腔中放置好增強(qiáng)材料、嵌件等，閉模后，從設(shè)置于適當(dāng)位置的注膠孔在一定壓力下將配制好的一定溫度的樹脂膠液注入到模具型腔中使之浸透增強(qiáng)材料，然后固化、脫模而取得制品的一種成型工藝。其適用的范圍很廣，從建筑、交通、電訊、衛(wèi)生領(lǐng)域到航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，已開發(fā)出的產(chǎn)品有汽車殼體及部件、娛樂車構(gòu)件、螺旋槳、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、天線罩、機(jī)器罩、浴盆、淋浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。
RTM是一種先進(jìn)的樹脂基復(fù)合材料制造技術(shù)，是樹脂基復(fù)合材料制造工藝的主導(dǎo)方向之一，具有其它傳統(tǒng)工藝無法比擬的特點(diǎn)①可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能的統(tǒng)一，以及設(shè)計(jì)、制造的一體化；②既可以制造大型整體復(fù)合材料構(gòu)件，又可以制造各種小型精密復(fù)合材料構(gòu)件；③無需膠衣層就可以制造兩面光滑的制品，且能成型出具有良好表面品質(zhì)的高精度復(fù)雜制件；④成型效率高，制件的后加工少且簡(jiǎn)單；⑤模具制造與材料選擇的機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，便于使用計(jì)算機(jī)鋪助設(shè)計(jì)(CAD)進(jìn)行模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)；⑥不需要龐大復(fù)雜的設(shè)備就可以成型復(fù)雜的大型制件，設(shè)備和模具的投資少，原材料及能源消耗少；⑦制件的孔隙率低，只有0～0.2％；⑧制件的纖維含量高，且增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放，容易實(shí)現(xiàn)按制品受力狀況合理鋪放增強(qiáng)材料，構(gòu)件易于實(shí)現(xiàn)局部增強(qiáng)，并可方便地制造含嵌件和局部加厚的構(gòu)件；⑨為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康。
但是，由于RTM工藝的發(fā)展時(shí)間短，其特有的成型特點(diǎn)又導(dǎo)致該工藝具有一定的技術(shù)難度。目前，RTM技術(shù)國(guó)內(nèi)外普遍存在的難點(diǎn)和問題之一是可用于RTM工藝的樹脂種類少，遠(yuǎn)不能滿足RTM工藝快速發(fā)展的要求。
RTM專用樹脂既不同于手糊成型用的樹脂，也不同于擠拉、纏繞成型用的樹脂。RTM專用樹脂應(yīng)具備“一長(zhǎng)”、“一快”、“兩高”、“四低”的特點(diǎn)。“一長(zhǎng)”是指樹脂的凝膠時(shí)間長(zhǎng)；“一快”是指樹脂的固化時(shí)間快(固化時(shí)間指樹脂從膠凝到達(dá)到最高放熱峰的時(shí)間)；“兩高”是指樹脂應(yīng)具有高消泡性和高浸潤(rùn)性；“四低”是指樹脂的粘度低、可揮發(fā)份低、固化收縮率低、放熱峰值低。對(duì)于目前制備高性能樹脂基復(fù)合材料常用的樹脂，如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂和聚苯并咪唑樹脂等，由于粘度高，因此，為了滿足RTM的工藝要求必須進(jìn)行改性，以降低其粘度，提高對(duì)纖維的浸潤(rùn)性，而這必將導(dǎo)致成型制品力學(xué)性能的下降。
所謂超臨界(supercritical，SC)流體是指熱力學(xué)參數(shù)高于其臨界點(diǎn)(臨界溫度和臨界壓力)的流體，即對(duì)比溫度(實(shí)際溫度與臨界溫度的比值)和對(duì)比壓力(實(shí)際壓力與臨界壓力的比值)同時(shí)大于1的流體。它既不同于氣體，也不同于液體，兼有氣體和液體的特點(diǎn)密度與液體相近，因而具有很強(qiáng)的溶劑強(qiáng)度；粘度與氣體相近，因而流動(dòng)性比液體好得多，傳質(zhì)系數(shù)也比液體大得多。此外，超臨界流體的密度、溶劑強(qiáng)度和粘度等性能可以通過改變壓力和溫度方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。也就是說超臨界流體具有很好的溶解特性、擴(kuò)散特性和化學(xué)反應(yīng)特性。在臨界點(diǎn)附近，溫度和壓力的微小變化就可以使超臨界流體的密度產(chǎn)生大的變化，從而使與密度相關(guān)聯(lián)的粘度、比熱容、介電常數(shù)、傳遞特性和溶解能力等許多物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生較大的變化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述的在現(xiàn)有技術(shù)所提供的RTM技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明在普通RTM樹脂壓注機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)，通過超臨界流體的引入降低成型樹脂的粘度，提高其對(duì)纖維的浸潤(rùn)性，并降低成型制品中的空隙率。從而一方面可使高粘度的高性能樹脂方便地用于RTM技術(shù)中，擴(kuò)大RTM用樹脂的范圍；另一方面，可以提高RTM成型制品的質(zhì)量。
本發(fā)明就是利用超臨界流體具備的優(yōu)異的溶解特性和擴(kuò)散特性，可以大大降低高粘度、高性能樹脂的粘度，提高其流動(dòng)性，提高其充模流動(dòng)的能力和對(duì)纖維的浸漬效果，從而克服樹脂品種對(duì)RTM工藝的限制，使難以用RTM成型的樹脂能方便地用RTM工藝成型制品。由于超臨界流體是在高于臨界壓力、臨界溫度的條件下形成的，所以注射時(shí)必須使用高壓注射，這樣還可以大大提高樹脂充模流動(dòng)的速率，提高其成型效率，縮短成型周期。在充模過程中，由于壓力降低，超臨界流體以氣體形式逸出并帶走液體中的低分子揮發(fā)物，因此還可以提高制品的性能。
目前研究較多的超臨界流體有CO2、N2、水、丙烷、甲醇、乙烯、乙烷等。CO2的臨界溫度為31.06℃，臨界壓力為7.39MPa，相比較而言臨界條件容易達(dá)到，而且CO2的化學(xué)性質(zhì)不活潑，無毒、無味、價(jià)廉易得、可循環(huán)使用、綠色環(huán)保。所以，本發(fā)明優(yōu)選使用SC-CO2。當(dāng)然，使用其它的超臨界流體(如超臨界N2或者超臨界水)也可以達(dá)到本發(fā)明之目的。例如，也可使用N2，其臨界溫度為-147℃，臨界壓力為3.35MPa。
本發(fā)明因此提供一種超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)，所述超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)包括助劑輸送裝置、樹脂輸送循環(huán)裝置、混合裝置、注射裝置和PLC(Programmable Logic Controller)控制裝置，見附圖1。其特征在于該壓注機(jī)還包括超臨界流體CO2發(fā)生裝置，所述超臨界CO2發(fā)生裝置包括依次連接的CO2存貯器、第一過濾器、冷凝器、第一流量計(jì)、高壓泵和恒溫穩(wěn)壓罐。
上述超臨界流體CO2發(fā)生裝置中所述的CO2存貯器為高壓CO2氣體鋼瓶。
本發(fā)明所述的助劑輸送裝置包括助劑存貯罐、第二過濾器、第二流量計(jì)和第一計(jì)量輸送器。
所述助劑存貯罐中的助劑是為使樹脂配料能順利成型加工及獲得所需應(yīng)用性能而添加到樹脂基體中的化學(xué)品，又稱為“添加劑”。主要包括提高穩(wěn)定性的助劑(如抗氧劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、防霉劑和金屬鈍化劑等)；改善力學(xué)性能的助劑(如交聯(lián)劑和助交聯(lián)劑、固化劑、抗沖擊劑、增容劑與偶聯(lián)劑等)；改善加工性能的加工助劑(如潤(rùn)滑劑和脫模劑、加工助劑和防粘合劑等)；柔軟化與輕質(zhì)化的助劑(如增塑劑、發(fā)泡劑等)；改變表面性能的助劑(如抗靜電劑、防霉劑及表面改性劑等)；改變色光的助劑(如著色劑、熒光增白劑、消光劑和珠光劑等)；難燃化和抑煙助劑(如阻燃劑、抑煙劑等)和其它助劑(如填充劑、成核劑、驅(qū)避劑、分散劑、增香劑及光降解劑和生物降解劑等)。所述助劑可以是低粘度的液態(tài)助劑，也可以是稀釋劑稀釋的高粘度液態(tài)助劑，或經(jīng)溶劑等溶解的固態(tài)助劑溶液。
本發(fā)明所述的混合裝置包括混合器、流量控制閥和靜態(tài)混合器。所述混合器主要用來混合超臨界二氧化碳和助劑，并用來儲(chǔ)存超臨界二氧化碳及其混合物。
所述樹脂輸送循環(huán)裝置包括樹脂存貯罐、電動(dòng)攪拌器、排料口、第三過濾器、第二計(jì)量輸送器、高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器和熱交換器。其中所述的樹脂存貯罐為設(shè)有電動(dòng)攪拌器和壓力顯示表的普通存貯器。
所述的注射裝置為具有自清洗功能的混合注射槍，所述混合注射槍首先使流體在高壓下霧化，接著使其從混合注射槍中的活塞與注射腔的間隙縫隙中流出，實(shí)現(xiàn)混合功能，并在高壓下注射進(jìn)入賦型模具的模腔中成型。
所述PLC控制裝置包括各個(gè)壓力傳感器、各個(gè)溫度傳感器、各個(gè)流量計(jì)及各個(gè)電子設(shè)備單元的控制體。其中所述的電子設(shè)備單元的控制體是指使高壓泵、恒溫穩(wěn)壓罐、第一計(jì)量輸送器、第二計(jì)量輸送器、電動(dòng)攪拌器、高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器、熱交換器和/或混合注射槍按照所設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的控制體。


圖1是本發(fā)明所述SC-CO2輔助RTM樹脂壓注機(jī)的一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，結(jié)合圖1詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案。本發(fā)明所述的超臨界輔助RTM壓注機(jī)包括超臨界流體CO2發(fā)生裝置、助劑輸送裝置、樹脂體系輸送裝置、混合裝置、注射裝置和PLC控制裝置。其中，如圖1所示，本發(fā)明的成型設(shè)備包括如下的部件1.CO2存貯器；2.第一過濾器；3.冷凝器；4.第一流量計(jì)；5.高壓泵；6.恒溫穩(wěn)壓罐；7.混合器；
8.流量控制閥；9.助劑存貯罐；10.第二過濾器；11.第二流量計(jì)；12.第一計(jì)量輸送器；13.樹脂存貯罐；14.電動(dòng)攪拌器；15.排料口；16.第三過濾器；17.第二計(jì)量輸送器；18.高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器；19.熱交換器；20.靜態(tài)混合器；21.第三流量計(jì)；22.混合注射槍；23.三向閥。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述SC-CO2發(fā)生裝置包括CO2存貯器1、第一過濾器2、冷凝器3、第一流量計(jì)4、高壓泵5。所述CO2存貯器1為高壓CO2氣體鋼瓶。所述CO2存貯器1的出口與第一過濾器2的進(jìn)口相連接。所述第一過濾器2的出口與冷凝器3的進(jìn)口相連接。所述冷凝器3是一個(gè)列管式熱交換器，二氧化碳在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻劑在管外流動(dòng)，以冷卻管中的二氧化碳。所述冷凝器3設(shè)有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述冷凝器3的出口與第一流量計(jì)4的進(jìn)口相連接。所述第一流量計(jì)4的出口與高壓泵5的進(jìn)口相連接。所述高壓泵5可選自螺桿泵、齒輪泵或柱塞泵。所述高壓泵5設(shè)有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。所述高壓泵5的出口與恒溫穩(wěn)壓罐6的進(jìn)口相連；所述恒溫穩(wěn)壓罐6可為夾套式結(jié)構(gòu)，在夾套內(nèi)可以通入加熱介質(zhì)；所述加熱介質(zhì)包括過熱水、蒸汽、熱油。所述恒溫穩(wěn)壓罐6亦可為單層結(jié)構(gòu)，通過恒溫穩(wěn)壓罐的外壁加熱；加熱方式可以采用電加熱、紅外線加熱或微波加熱等。所述恒溫穩(wěn)壓罐6也可選用具有高壓加熱功能的其它設(shè)備。所述恒溫穩(wěn)壓罐6有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述恒溫穩(wěn)壓罐6的出口與混合裝置中的一個(gè)進(jìn)口相連接。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述助劑輸送裝置包括助劑存貯罐9、第二過濾器10、第二流量計(jì)11、第一計(jì)量輸送器12。所述助劑存貯罐9為設(shè)有一個(gè)加料口和一個(gè)出料口的普通存貯器。所述助劑存貯器9的出料口與第二過濾器10的進(jìn)口相連接。所述第二過濾器10的出口與第二流量計(jì)11的進(jìn)口相連接。所述第二流量計(jì)11設(shè)有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述第二流量計(jì)11的出口與第一計(jì)量輸送器12相連接。所述第一計(jì)量輸送器12可選自螺桿泵、齒輪泵或柱塞泵。由于柱塞泵具有計(jì)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，故所述的第一計(jì)量輸送器12優(yōu)選使用柱塞泵。所述第一計(jì)量輸送器12的出口和混合裝置的混合器7的一個(gè)進(jìn)口相連接。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述混合裝置包括混合器7、流量控制閥8和靜態(tài)混合器20。所述混合器7設(shè)有兩個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。所述混合器7的一個(gè)進(jìn)口與SC-CO2發(fā)生裝置中的恒溫穩(wěn)壓罐6相連接，另一個(gè)進(jìn)口與助劑輸送裝置中的第一計(jì)量輸送器12相連接。所述混合器7的出口與流量控制閥8相連接。所述流量控制閥8的出口與靜態(tài)混合器20相連接。所述靜態(tài)混合20為普通的靜態(tài)混合器。所述靜態(tài)混合器20也可選自其它具有混合高壓流體作用的器具。所述靜態(tài)混合器20設(shè)有兩個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。所述靜態(tài)混合器20的兩個(gè)進(jìn)口，一個(gè)與混合裝置中的流量控制閥8的出口相連接，一個(gè)與樹脂循環(huán)輸送裝置中的高低壓轉(zhuǎn)換器18的出口相連接。所述靜態(tài)混合器的出口與注射裝置中的第三流量計(jì)21的進(jìn)口相連接。
超臨界CO2發(fā)生裝置的作用過程是在高壓泵5的作用下，CO2由存貯器1經(jīng)過濾器2進(jìn)入冷凝器3成為液態(tài)二氧化碳，然后進(jìn)入高壓泵5，高壓泵5是超臨界流體的壓力來源，通過高壓泵5的作用可使恒溫穩(wěn)壓罐6中CO2的壓力達(dá)到臨界壓力以上，控制恒溫穩(wěn)壓罐6的溫度和壓力，使由高壓泵5進(jìn)入到恒溫穩(wěn)壓罐6中的CO2被加熱到臨界溫度31.06℃以上的某一個(gè)溫度，壓力升至7.39MPa以上的某一個(gè)值，超臨界二氧化碳體系即形成。然后使超臨界二氧化碳進(jìn)入混合器7中，并在混合器7中與助劑輸送裝置輸送的助劑進(jìn)行混合，最后超臨界二氧化碳-助劑經(jīng)流量控制閥8定量進(jìn)入靜態(tài)混合器20。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述樹脂輸送循環(huán)裝置包括樹脂存貯罐13、電動(dòng)攪拌器14、排料口15、第三過濾器16、第二計(jì)量輸送器17、高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18、熱交換器19。所述樹脂存貯罐13為設(shè)有電動(dòng)攪拌器14和壓力顯示表的普通存貯器。所述樹脂存貯罐13有一個(gè)加料口和兩個(gè)出料口。所述樹脂存貯罐13的兩個(gè)出料口，一個(gè)和第三過濾器16相連接，另一個(gè)為排料口15。所述第三過濾器16的入口與樹脂存貯罐13相連接。所述第三過濾器16的出口與第二計(jì)量輸送器17的進(jìn)口相連接。所述第二計(jì)量輸送器17可選自高壓齒輪泵、柱塞泵或螺桿泵。由于高壓齒輪泵具有無脈動(dòng)，計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，故所述第二計(jì)量輸送器17優(yōu)選使用高壓齒輪泵。所述第二計(jì)量輸送器17的出口與高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18的進(jìn)口相連接。所述高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18設(shè)有一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口。所述高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18的兩個(gè)出口分別與混合裝置中的靜態(tài)混合器20和樹脂循環(huán)輸送裝置中的熱交換器19的進(jìn)口相連接。所述熱交換器19為夾套式結(jié)構(gòu)，在夾套內(nèi)可以通入加熱介質(zhì)加熱。加熱介質(zhì)包括過熱水、蒸汽、熱油。所述熱交換器19的出口與樹脂存貯罐13相連接。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述注射裝置由第三流量計(jì)21、混合注射槍22和三向閥23組成。所述第三流量計(jì)21的進(jìn)口與混合裝置中的靜態(tài)混合器20的出口相連接。所述第三流量計(jì)21的出口與混合注射槍22的進(jìn)口相連接。所述混合注射槍22有一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口。所述混合注射槍22的一個(gè)出口在注射時(shí)插入到注射模具中(圖中未示出)。所述混合注射槍22的另一個(gè)出口與三向閥23相連接。所述三向閥23的一個(gè)接口與排料管相連接，另外兩個(gè)接口分別與混合注射槍22和樹脂循環(huán)輸送裝置中的熱交換器19相連接。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述PLC控制裝置包括各個(gè)壓力傳感器、各個(gè)溫度傳感器、各個(gè)流量計(jì)及各個(gè)電子設(shè)備單元的控制體。所述壓力傳感器和溫度傳感器分別安裝于混合裝置中的恒溫穩(wěn)壓罐6、樹脂循環(huán)輸送裝置中的樹脂存貯罐13、注射裝置中的混合注射槍22之前以及所需的連接管路上。其中所述各個(gè)壓力傳感器和各個(gè)溫度傳感器未分別具體地在圖1中標(biāo)出，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性的所述實(shí)施方案并結(jié)合其專業(yè)技術(shù)知識(shí)以按照具體所需確定各個(gè)壓力傳感器及各個(gè)溫度傳感器的具體安裝位置，其具體安裝數(shù)目也可以根據(jù)本發(fā)明上述的技術(shù)方案并結(jié)合實(shí)際所需確定，并可在本發(fā)明所提供的上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上在合理的范圍內(nèi)變化。所述流量計(jì)安裝于各個(gè)輸出管路上，所述流量計(jì)包括在前述方案中已經(jīng)提及并已在圖1中標(biāo)出的和未在圖1中示出，但根據(jù)實(shí)際情況需要安裝的那些；本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在本發(fā)明所提供的示例性而非限制性的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合其專業(yè)技術(shù)知識(shí)，根據(jù)實(shí)際所需安排各個(gè)流量計(jì)的具體安裝位置和安裝數(shù)目。例如，在一個(gè)變化的實(shí)施方案中，出于提高測(cè)量和控制精度的目的，可以根據(jù)實(shí)際所需，在不負(fù)面影響本發(fā)明所述的超臨界輔助RTM壓注機(jī)的運(yùn)行效果的前提下，在適當(dāng)范圍內(nèi)增加上述壓力傳感器、溫度傳感器和/或流量計(jì)的安裝數(shù)目，例如在較長(zhǎng)的管線上根據(jù)設(shè)計(jì)所需而每相隔固定或非固定距離就設(shè)計(jì)安裝一個(gè)壓力傳感器和/或溫度傳感器以監(jiān)測(cè)管線的工作情況，例如用于監(jiān)測(cè)有無泄漏及其它引起壓力和/或溫度波動(dòng)的情況出現(xiàn)?；蛘呃?，在另一個(gè)變化的實(shí)施方案中，出于成本控制，在通過實(shí)際檢測(cè)和對(duì)比試驗(yàn)從而確定不會(huì)顯著地負(fù)面影響本發(fā)明所述的超臨界輔助RTM壓注機(jī)運(yùn)行效果的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際所需適當(dāng)?shù)販p少所述壓力傳感器、溫度傳感器和/或流量計(jì)的安裝數(shù)目。例如，在確保所述RTM壓注機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，根據(jù)實(shí)際所需可選擇性地減少一個(gè)或多個(gè)位于各個(gè)輸出管路而未在圖1中示出的流量計(jì)；或可選擇地減少前述的用于管路上監(jiān)測(cè)壓力和/或溫度波動(dòng)的壓力和/或溫度傳感器。所述電子設(shè)備單元的控制體是指使恒溫穩(wěn)壓罐6、高壓泵5、第一計(jì)量輸送器12、第二計(jì)量輸送器17、電動(dòng)攪拌器14、高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18、熱交換器19、混合注射槍22按照所設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的控制體。
本發(fā)明所述超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)的工作過程為在PLC控制裝置上設(shè)定好壓力、溫度、流量等參數(shù)，樹脂輸送循環(huán)體系中的第二計(jì)量輸送器17首先使樹脂由樹脂存貯罐13的出口流出，經(jīng)第三過濾器16、第二計(jì)量輸送器17、高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18，由熱交換器19加熱，最后流回到樹脂存貯罐13中。此循環(huán)是為了使樹脂在低壓下進(jìn)行恒溫加熱處理，以使樹脂存貯罐13中的樹脂達(dá)到設(shè)定的溫度。當(dāng)樹脂達(dá)到所設(shè)定的溫度后，樹脂輸送循環(huán)裝置中的樹脂低壓循環(huán)停止，高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器18與熱交換器19相連的口自動(dòng)封閉，與混合裝置中的靜態(tài)混合器20相連的口自動(dòng)打開，已達(dá)到設(shè)定溫度的樹脂在所設(shè)定的壓力下進(jìn)入靜態(tài)混合器20中。與此同時(shí)，助劑存貯罐9中的助劑經(jīng)第二過濾器10、第二流量計(jì)11、第一計(jì)量輸送器12按照所設(shè)定的量流入混合器7中，與此同步，CO2在壓力作用下由CO2存貯器1經(jīng)第一過濾器2、冷凝器3、第一流量計(jì)4、高壓泵5后在所設(shè)定的溫度、壓力下以超臨界流體的形式流入混合器7中。注入混合器7中的助劑和SC-CO2初步混合后經(jīng)恒溫穩(wěn)壓器6和流量控制閥8以設(shè)定的流量、壓力和溫度流入到靜態(tài)混合器20中。進(jìn)入靜態(tài)混合器20中的樹脂和SC-CO2-助劑進(jìn)行第二次混合。從靜態(tài)混合器20出來的流體經(jīng)過第三流量計(jì)21進(jìn)入到混合注射槍22中進(jìn)行第三次混合，并經(jīng)注射槍注入到模具中，獲得模具所賦形狀的成型制品。
權(quán)利要求
1.一種超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，所述樹脂傳遞模塑壓注機(jī)包括助劑輸送裝置、樹脂輸送循環(huán)裝置、混合裝置、注射裝置和PLC控制裝置，其特征在于該壓注機(jī)還包括超臨界CO2發(fā)生裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述超臨界CO2發(fā)生裝置包括依次連接的CO2存貯器(1)、第一過濾器(2)、冷凝器(3)、第一流量計(jì)(4)、高壓泵(5)、恒溫穩(wěn)壓罐(6)。
3.如權(quán)利要求2所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述CO2存貯器(1)為高壓CO2氣體鋼瓶；所述CO2存貯器(1)的出口與第一過濾器(2)的進(jìn)口相連接，所述第一過濾器(2)的出口與冷凝器(3)的進(jìn)口相連接，所述冷凝器(3)的出口與第一流量計(jì)(4)的進(jìn)口相連接，所述第一流量計(jì)(4)的出口與高壓泵(5)的進(jìn)口相連接，所述高壓泵(5)的出口與恒溫穩(wěn)壓罐(6)的進(jìn)口相連，所述恒溫穩(wěn)壓罐(6)的出口與混合裝置中的一個(gè)進(jìn)口相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述助劑輸送裝置包括助劑存貯罐(9)、第二過濾器(10)、第二流量計(jì)(11)和第一計(jì)量輸送器(12)。
5.如權(quán)利要求4所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于，所述助劑存貯罐(9)中含有選自如下助劑中的至少一種提高穩(wěn)定性的助劑；改善力學(xué)性能的助劑；改善加工性能的助劑；柔軟化與輕質(zhì)化的助劑；改變表面性能的助劑；改變色光的助劑；難燃化和抑煙助劑；或其它助劑。
6.如權(quán)利要求5所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述提高穩(wěn)定性的助劑包括抗氧劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、防霉劑和金屬鈍化劑；所述改善力學(xué)性能的助劑包括交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑、固化劑、抗沖擊劑、增容劑和偶聯(lián)劑；所述改善加工性能的助劑包括潤(rùn)滑劑、脫模劑、加工助劑和防粘合劑；所述柔軟化與輕質(zhì)化的助劑包括增塑劑和發(fā)泡劑；所述改變表面性能的助劑包括抗靜電劑、防霉劑和表面改性劑；所述改變色光的助劑包括著色劑、熒光增白劑、消光劑和珠光劑；所述難燃化和抑煙助劑包括阻燃劑和抑煙劑；所述其它助劑包括填充劑、成核劑、驅(qū)避劑、分散劑、增香劑、光降解劑和生物降解劑。
7.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述混合裝置包括混合器(7)、流量控制閥(8)和靜態(tài)混合器(20)。
8.如權(quán)利要求7所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述混合器(7)設(shè)有兩個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口；所述混合器(7)的一個(gè)進(jìn)口與超臨界CO2發(fā)生裝置中的恒溫穩(wěn)壓罐(6)相連接，另一個(gè)進(jìn)口與助劑輸送裝置相連接；所述混合器(7)的出口與流量控制閥(8)相連接；所述流量控制閥(8)的出口與靜態(tài)混合器(20)相連接；所述靜態(tài)混合器(20)設(shè)有兩個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口；所述靜態(tài)混合器(20)的兩個(gè)進(jìn)口，一個(gè)與混合裝置中的流量控制閥(8)的出口相連接，一個(gè)與樹脂循環(huán)輸送裝置中的一個(gè)出口相連接；所述靜態(tài)混合器的出口與注射裝置中的一個(gè)進(jìn)口相連接。
9.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述樹脂輸送循環(huán)裝置可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一定溫度樹脂的高、低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換。
10.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述樹脂輸送循環(huán)裝置包括樹脂存貯罐(13)、電動(dòng)攪拌器(14)、排料口(15)、第三過濾器(16)、第二計(jì)量輸送器(17)、高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器(18)、熱交換器(19)。
11.如權(quán)利要求10所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述樹脂存貯罐(13)為設(shè)有電動(dòng)攪拌器(14)和壓力顯示表的普通存貯器；所述樹脂存貯罐(13)的兩個(gè)出料口，一個(gè)和第三過濾器(16)相連接，另一個(gè)為排料口(15)；所述第三過濾器(16)的出口與第二計(jì)量輸送器(17)的進(jìn)口相連接；所述第二計(jì)量輸送器(17)的出口與高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器(18)的進(jìn)口相連接；所述高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器(18)設(shè)有一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口，所述高低壓循環(huán)轉(zhuǎn)換器(18)的兩個(gè)出口分別與混合裝置中的靜態(tài)混合器(20)和樹脂循環(huán)輸送裝置中的熱交換器(19)的進(jìn)口相連接；所述熱交換器(19)為夾套式結(jié)構(gòu)，在夾套內(nèi)可以通入加熱介質(zhì)加熱；所述熱交換器(19)的出口與樹脂存貯罐(13)相連接。
12.如權(quán)利要求11所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于加熱介質(zhì)包括過熱水、蒸汽、熱油。
13.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述注射裝置為具有自清洗功能的混合注射槍(22)。
14.如權(quán)利要求13所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述混合注射槍(22)有一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口，所述混合注射槍(22)的進(jìn)口與靜態(tài)混合器(20)的出口相連接，所述的混合注射槍(22)的兩個(gè)出口一個(gè)與賦型模具相連接，另一個(gè)與樹脂輸送循環(huán)裝置中的三向閥(23)相連接；所述三向閥23的進(jìn)口與混合注射槍22的一個(gè)出口相連接，所述三向閥23的出口一個(gè)與熱交換器19相連接，一個(gè)作為排料口排除添加助劑的混合物。
15.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述PLC控制裝置包括各個(gè)壓力傳感器、各個(gè)溫度傳感器、各個(gè)流量計(jì)及各個(gè)電子設(shè)備單元的控制體。
16.如權(quán)利要求15所述的超臨界流體輔助樹脂傳遞模塑壓注機(jī)，其特征在于所述壓力傳感器和溫度傳感器分別安裝于混合裝置中的恒溫穩(wěn)壓罐(6)、樹脂循環(huán)輸送裝置中的樹脂存貯罐(13)、熱交換器(19)、注射裝置中的混合注射槍(22)之前以及其它所需的連接管路上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)，所述超臨界流體輔助RTM樹脂壓注機(jī)包括助劑輸送裝置、樹脂輸送循環(huán)裝置、混合裝置、注射裝置和PLC控制裝置。其特征在于該設(shè)備中引入了SC－CO
文檔編號(hào)B29C31/00GK1887579SQ20061010897
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者劉亞青, 杜瑞奎, 張彥飛, 趙貴哲 申請(qǐng)人:劉亞青