浅析树脂传递模塑（RTM）技术及国内水滑梯的应用

卢东梅

摘要：近年来树脂传递模塑（RTM）技术作为新一代复合材料成型方法取得了突飞猛进的发展，它的崛起已经使复合材料加工工艺在欧美发达国家产生了巨大的变化，目前主要应用在航空、航天、航海、汽车和建筑等领域。我国手糊玻璃钢成型工艺因质量、强度、成本、环保、清洁等综合方面的要求，已经开始由敞开式手糊工艺过渡到闭模成型工艺。水上乐园行业逐步从手糊玻璃钢工艺进入了轻质树脂传递模塑（L-RTM），但受限于模具费用、材料、工艺、技术人员和行业发展情况，短时间内无法全面替代旧工艺。

关键词：树脂传递模塑（RTM）；工艺；L- RTM技术在水滑梯的应用

RTM起始于50年代，树脂传递模塑（RTM）工艺是从湿法手糊成型和注射成型相结合二演化过来的一种新型低压液体闭膜成型技术。可以生产出两面光的制品。在国外属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺（Resin Injection）和压力注射工艺(Pressure Injection)。

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2. 树脂传递模塑（RTM）技术

树脂传递模塑(Resin Transfer Moulding,简称RTM)是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法。该项技术可不用预浸料、热压罐，有效地降低设备成本、成型成本。该项技术近年来发展很快，在飞机工业、汽车工业、舰船工业等领域应用日广，并研究发展出RFI 、VARTM 、SCRIMP 、SPRINT等多种分支，满足不同领域的应用需求。

技术特点:①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（20000件/年以内）；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况例题铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥适合批量生产的产品，建厂投资少，上马快。

1.1 RTM基本原理

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。

原理图

1.2 RTM工艺简介

RTM是先将增强织物置于模具中形成一定的形状，再将树脂注射进入模具、浸渍纤维并固化的一种复合材料生产工艺，是FRP的主要成型工艺之一。其最大特点是污染小，为闭模操作系统，另外在制品可设计性、可方向性增强、制品综合性能方面优于SMC、BMC。树脂传递模塑成型（RTM）是一种介于手糊工艺和SMC工艺之间的、适合中等批量生产的闭模成型技术。RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺入到闭模的模腔内，用压力将液态树脂注入模腔，浸润玻璃纤维增强材料，然后经固化、脱模后形成产品。

1.3 RTM工艺特点

(1)RTM工艺分增强材料预成型坯加工和树脂注射固化两个步骤，这两个步骤可分开进行，具有高度的灵活性和组合性，能实现材料设计。

(2)RTM是闭模成型工艺，增强材料与树脂的浸润由带压树脂在密闭模腔中快速流动来完成，而非手糊和喷射工艺中的手工浸润，又非预浸料工艺和SMC工艺中的昂贵机械化浸润，是一种低成本、高质量的半机械化纤维/树脂浸润方法。

(3)RTM工艺采用了与制品形状相近的增强材料预成型技术，纤维/树脂的浸润一经完成即可固化，因此可用低黏度快速固化的树脂，并可对模具加热而进一步提高生产效率和产品质量。

(4)增强材料预成型体可以是短切毡、连续纤维毡、纤维布、无皱折织物、三维针织物以及三维编织物，并可根据性能要求进行择向增强、局部增强、混杂增强以及采用预埋和夹芯结构，可充分发挥复合材料性能的可设计性。

(5)RTM工艺的闭模树脂注人方法可极大地减少树脂的有害成分对人体和环境的毒害，满足先进工业国家对苯乙烯等有害气体挥发浓度越来越严格的限制。

(6)RTM采用低压注射技术（注射压力<0.4MPa），有利于制备大尺寸、复杂外形、两面光洁的整体结构。

(7)模具可根据生产规模的要求选择不同的材料，以最大限度降低成本。

1.4 RTM工艺的优点

(1)无需胶衣涂层即可为构件提供光滑表面，能制造出具有良好表面的高精度复杂制品。

(2)模具制造及选材灵活性大，设备及模具投资小，产品只需做小的修边。

(3)产品铺层过程中可加入嵌件及对局部进行加强。

(4)制品纤维含量高，孔隙率低（<0.2%）。

(5)可以生产高性能、尺寸较大、批量生产的产品。

1.5 RTM工艺的缺点

(1)准备工序时间较长而且较为复杂。需要正确的铺层、铺设导流介质、导流管、有效的真空密封等。因此对于小尺寸产品，其工艺时间反而超过手糊工艺

(2)生产成本较高，并产生较多的废料。如真空袋膜、导流介质、脱模布及导流管等辅助材料都是一次性使用，而且目前相当多的要依赖进口，故生产成本比手糊工艺高。但产品越大，这个差别越小。随着辅助材料的国产化，这一成本差别也越来越小。当前研究可多次使用的辅助材料是本工艺的一个发展方向。

(3)工艺制造有一定的风险。尤其是大型复杂结构产品，一旦在树脂灌注中失败，产品易报废。
因此需要要有较好的前期研究，严格的工艺控制和有效的补救措施，以保证工艺的成功。

2. RTM在国内水滑梯的应用

鉴于RTM技术生产出来的产品的优势，欧美国家的水滑道厂家已经率先采用了RTM工艺生产产品，欧美国家厂家几乎全部水滑梯产品采用L-RTM技术。采用RTM生产的滑道生产品双面完美光亮、平滑，美观卓越的产品，水滑梯更坚固、更轻质，厚度均匀分布、接口完美平滑、环保、易于维护、可使用半透明颜色。例如“魔光”滑梯、流星雨滑梯等。采用 RTM 技术生产出来的产品成为一个乐园业主、经营者的首选，因为这种水滑梯有很多优势，如均匀的厚度、双面平滑光亮、低挥发排放。

水滑道厂家基础采用L-RTM（轻质树脂传递模塑）工艺，就是真空辅助带压低粘度树脂在闭合模腔中流动浸润增强材料并固化成型而得到复合材料构件的一种工艺技术。L-RTM在水上乐园的水滑梯的应用逐渐从国外厂家发展到国内厂家，现在国内具有影响力的厂家有部分产品开始使用。

RTM技术从模具、树脂、工艺和操作人员的要求都比较高，特别是模具和工艺问题，所以现在国内厂家只能小范围生产。

模具对于水上乐园厂家来说是灵魂，他们从上世纪80年代开始采用玻璃钢制作水滑梯，从落后的手工制作木制模具到2014年开始使用5轴数控机床精准加工模具（三维模型直接导入编程系统），厂家在更新模具时资金投入非常大，有些厂家至今还没有从这次投入收回的成本。采用RTM技术生产产品的模具与原来手工糊制的模具差异相对大。手工糊制的模具是敞开模具，采用1件模具即可。RTM需要上下2个精准模具，2个模具的间隙为玻璃钢设计厚度，上模需要留排气孔和注入孔，2模具周边接触面必平整，并且定位机构和压紧机构。所以模具投入的成本大了2倍左右。模具的密封程度、排气孔的数量与树脂能否完全浸润玻璃钢纤维有着直接的关系，也会直接影响玻璃钢的质量，出现无胶、气孔、过脆等现象，产品的报废率相当高，在体积大结构复杂的产品上尤为明显。所以厂家还没有足够的资金再次全面的投入新模具当中。

L-RTM技术对树脂和工艺的要求非常高，L-RTM技术的关键是寻找理想的树脂体系。RTM对高性能基体树脂工艺性的要求可概括为：室温或工作温度具有低的黏度（一般应小于1.0pa.s）及一定的贮藏期；树脂对增强材料具有良好的浸润性、匹配性、黏附性；树脂在固化温度下具有良好的反应性，且后处理温度不宜过高（如T≤2000C）；固化树脂具有良好的良好的力学性能和耐热性能。RTM技术需要采用泵来抽真空，把握抽气的速度尤为重要，不同的模具的大小和结构都需要反复试验摸索，方能达到好的产品。

L-RTM工艺比手工糊制的复杂，对设备的操作技术人员要求也相应提高，原有的操作人员无法直接胜任，技术人员的补充也成为了其中阻碍L-RTM技术在水滑梯行业上的一个阻碍因素。加上国内市场发展出现了瓶颈，导致RTM技术在水滑梯上短时间内还无法替代传统的手工糊制成型技术。

结束语

RTM工艺技术提供具有综合性能优良、适应性强的产品，随着质量和环保的强大需要下，目前我国的技术日新月异，L-RTM技术在国内水滑梯行业上必定有一席之地。

参考文献

[1] 胡金武.RTM工艺技术及应用.航天返回与遥感 1995年6月第16卷第2期：41-47

[2] 邓杰 艾涛. 用于树脂传递模塑（RTM）的高性能树脂基体研究.化学与黏合 2006年第28卷第2期：77

作者简介：卢东梅（1978-）,女，广东广州人，广东航驿水上乐园设备有限公司设计部 设计部主管）研究方向：RTM技术国内水滑梯的应用