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傳遞模塑

傳遞模塑是一種將鑄造材料壓入模具的製造工藝。傳遞模塑與壓縮模塑不同在於其模具是封閉的[1] ，而不開放向填充柱塞，尺寸公差更大、環境影響更小。[2]與注射模塑相比，傳遞模塑使用更高的壓力來均勻填充模具型腔，使得較厚的增強纖維基體能夠更完全地填充樹脂。[2]此外，與注射成型不同，傳遞模塑材料可以固體形式開始工藝過程，可降低成本、減小時間依賴性。轉移工藝的填充速率可能比同等的注射成型工藝慢。[2]

過程

 
圖1：傳遞模塑基本流程

模具內表面可塗明膠。如果需要，可首先預裝增強纖維基體或預成型件於模具中。[2]傳遞模塑複合材料的纖維含量可高達 60%（體積比） 。填充材料可以是預熱的固體或液體，裝入一個稱為鍋中。沖頭或柱塞將材料從中壓入加熱的模具腔中。如果原料最初是固體，則加壓壓力和模具溫度會將其熔化。 可以使用標準模具，例如澆口通道、流門和頂針。 加熱的模具可確保流體保持液態以完成填充。 填充後，模具可以受控速率冷卻，以實現最佳的熱固性固化。

演變

業界在傳遞模塑類別中確定了多種工藝。每種方法之間存在重疊區域，並且可能沒有明確定義之間的區別。

樹脂傳遞模塑

 
圖 2：樹脂傳遞模塑
  1. Cope
  2. Drag
  3. Clamp
  4. Mixing chamber
  5. Fiber preform
  6. Heated mold
  7. Resin
  8. Curative

樹脂傳遞模塑（Resin transfer molding，RTM）使用液體的熱固性樹脂浸透放置在封閉模具中的纖維預製件。 此工藝用途廣泛，除了纖維預製件之外，還可以製造帶有嵌入物體的產品，例如泡沫芯或其他組件。 [3]

真空輔助樹脂傳遞模塑

真空輔助傳遞模塑（Vacuum assisted transfer molding，VARTM）使用纖維墊一側的部分真空來拉動樹脂以使其完全飽和。 VARTM使用較低的柱塞力，從而可以使用更便宜的設備進行成型。 真空可以使樹脂充分流動和、或固化而無需加熱。[4]這種與溫度無關的特性使得更厚的纖維預製件和更大的產品幾何形狀變得經濟。VARTM可以生產比常規傳遞模塑孔隙率更低的零件，同時鑄件強度成比例增加。[1]

微傳遞模塑

微傳遞模塑也稱為傳遞微模塑，是一種使用模具形成然後傳遞小至 30 nm結構到薄膜和微電路上的工藝。[5]與正常規模的傳遞模塑不同，微成型可以並且可用於金屬和非金屬。 [6]

缺陷

在商業生產任何類型的材料時，限制缺陷是關鍵。 傳遞模塑也不例外。 例如，傳遞模塑部件中的空隙會顯著降低強度和模量。[7]當纖維在尖角周圍使用時，也可能有缺陷。 樹脂流可以在這些角的外側形成富含樹脂的區域。[8]

壓力分布

傳遞模塑最終產品中產生空隙的因素有很多。 一是被壓入模具的材料之間的壓力分佈不均勻。 在這種情況下，材料會自行折疊並產生空隙。 另一個是預先壓入模具的樹脂有空隙。 限制這些模具的方法包括在高壓下壓入樹脂，保持纖維分佈均勻，以及使用適當脫氣的高品質基礎樹脂。

尖角

 
圖 3：尖角在傳遞成型中產生空隙

尖角是所有基於模具的製造（包括鑄造）都會遇到的問題。 特別是在傳遞模塑中，角落可能會破壞模具中放置的纖維，並可能在角落內側產生空隙。 這種效果如圖3所示。 這些設計中的限制因素是內角半徑。[8]此內半徑限制根據樹脂和纖維的選擇而變化，但經驗法則是半徑為層壓板厚度的3~5倍。[8]

材料

最常用於傳遞模塑的材料是熱固性聚合物。 這種類型的聚合物易於成型和操作，固化後會硬化成永久形式。[9]對於簡單的同質性傳遞模塑零件，該零件只是由這種塑膠基材製成。 另一方面，樹脂傳遞模塑允許透過將纖維放置在模具內並隨後注入熱固性聚合物來製造複合材料。[10]

在傳遞模塑中可能會出現被稱為空隙和乾燥樹脂（在樹脂傳遞模塑的情況下）的缺陷，並且通常會因高黏度材料而加劇。 這是因為流過薄模具的高黏度塑膠可能會錯過整個空出的區域，從而留下氣穴。 當纖維存在時留下氣穴，就會形成一個「乾燥」區域，從而防止負載通過乾燥區域的纖維傳遞。

用於塑膠的材料通常是聚氨酯或環氧樹脂。 這兩種材料在固化前都是柔軟且有延展性的，在凝固後變得更硬。 用於纖維的材料多種多樣，但常見的選擇是碳纖維或凱夫拉纖維，以及有機纖維，例如大麻。[11]

參考

  1. ^ 1.0 1.1 Hayward, J. S.; Harris, B. The effect of vacuum assistance in resin transfer moulding. Composites Manufacturing. 1990-09-01, 1 (3): 161–166. doi:10.1016/0956-7143(90)90163-Q. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Ornaghi, Heitor Luiz; Bolner, Alexandre Sonaglio; Fiorio, Rudinei; Zattera, Ademir Jose; Amico, Sandro Campos. Mechanical and dynamic mechanical analysis of hybrid composites molded by resin transfer molding. Journal of Applied Polymer Science. 2010-10-15, 118 (2): 887–896. ISSN 1097-4628. doi:10.1002/app.32388 （英語）. 
  3. ^ Kendall, K. N.; Rudd, C. D.; Owen, M. J.; Middleton, V. Characterization of the resin transfer moulding process. Composites Manufacturing. 1992-01-01, 3 (4): 235–249. doi:10.1016/0956-7143(92)90111-7. 
  4. ^ Heider, Dirk; Graf, A.; Fink, Bruce K.; Gillespie, Jr., John W. Feedback control of the vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) process. Process Control and Sensors for Manufacturing II 3589: 133–141. 1999-01-01. Bibcode:1999SPIE.3589..133H. S2CID 110793448. doi:10.1117/12.339956. 
  5. ^ Cavallini, Massimiliano; Murgia, Mauro; Biscarini, Fabio. Direct patterning of tris-(8-hydroxyquinoline)-aluminum (III) thin film at submicron scale by modified micro-transfer molding. Materials Science and Engineering: C. Current Trends in Nanotechnologies: From Materials to Systems, Proceedings of Symposium S, EMRS Spring Meeting 2001, Strasbourg France. 2002-01-02, 19 (1–2): 275–278. doi:10.1016/S0928-4931(01)00398-8. 
  6. ^ Choi, Seong-O; Rajaraman, Swaminathan; Yoon, Yong-Kyu; Wu, Xiaosong; Allen, Mark G. 3-D patterned microstructures using inclined UV exposure and metal transfer micromolding (PDF). Proc. Solid State Sensors, Actuators and Microsystems Workshop (Hilton Head, SC). 2006 [2016-03-08]. （原始內容存檔 (PDF)於2019-06-11）. 
  7. ^ Kang, Moon Koo; Lee, Woo Il; Hahn, H. Thomas. Formation of microvoids during resin-transfer molding process. Composites Science and Technology. 2000-09-01, 60 (12–13): 2427–2434. doi:10.1016/S0266-3538(00)00036-1. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Holmberg, J. A.; Berglund, L. A. Manufacturing and performance of RTM U-beams. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 1997-01-01, 28 (6): 513–521. doi:10.1016/S1359-835X(97)00001-8. 
  9. ^ Pascault, Jean-Pierre; Sautereau, Henry; Verdu, Jacques; Williams, Roberto J. J. Thermosetting Polymers. CRC Press. 2002-02-20. ISBN 9780824744052 （英語）. 
  10. ^ III, William H. Seemann, Plastic transfer molding techniques for the production of fiber reinforced plastic structures, Feb 20, 1990 [2016-03-08], （原始內容存檔於2017-04-03） 
  11. ^ Rouison, David; Sain, Mohini; Couturier, M. Resin transfer molding of hemp fiber composites: optimization of the process and mechanical properties of the materials. Composites Science and Technology. 2006-06-01, 66 (7–8): 895–906. doi:10.1016/j.compscitech.2005.07.040. 
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