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传递模塑

传递模塑是一种将铸造材料压入模具的制造工艺。传递模塑与压缩模塑不同在于其模具是封闭的[1] ，而不开放向填充柱塞，尺寸公差更大、环境影响更小。[2]与注射模塑相比，传递模塑使用更高的压力来均匀填充模具型腔，使得较厚的增强纤维基体能够更完全地填充树脂。[2]此外，与注射成型不同，传递模塑材料可以固体形式开始工艺过程，可降低成本、减小时间依赖性。转移工艺的填充速率可能比同等的注射成型工艺慢。[2]

过程

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图1：传递模塑基本流程

模具内表面可涂明胶。如果需要，可首先预装增强纤维基体或预成型件于模具中。[2]传递模塑复合材料的纤维含量可高达 60%（体积比） 。填充材料可以是预热的固体或液体，装入一个称为锅中。冲头或柱塞将材料从中压入加热的模具腔中。如果原料最初是固体，则加压压力和模具温度会将其熔化。 可以使用标准模具，例如浇口通道、流门和顶针。 加热的模具可确保流体保持液态以完成填充。 填充后，模具可以受控速率冷却，以实现最佳的热固性固化。

演变

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业界在传递模塑类别中确定了多种工艺。每种方法之间存在重叠区域，并且可能没有明确定义之间的区别。

树脂传递模塑

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图 2：树脂传递模塑
  1. Cope
  2. Drag
  3. Clamp
  4. Mixing chamber
  5. Fiber preform
  6. Heated mold
  7. Resin
  8. Curative

树脂传递模塑（Resin transfer molding，RTM）使用液体的热固性树脂浸透放置在封闭模具中的纤维预制件。 此工艺用途广泛，除了纤维预制件之外，还可以制造带有嵌入物体的产品，例如泡沫芯或其他组件。 [3]

真空辅助树脂传递模塑

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真空辅助传递模塑（Vacuum assisted transfer molding，VARTM）使用纤维垫一侧的部分真空来拉动树脂以使其完全饱和。 VARTM使用较低的柱塞力，从而可以使用更便宜的设备进行成型。 真空可以使树脂充分流动和、或固化而无需加热。[4]这种与温度无关的特性使得更厚的纤维预制件和更大的产品几何形状变得经济。VARTM可以生产比常规传递模塑孔隙率更低的零件，同时铸件强度成比例增加。[1]

微传递模塑

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微传递模塑也称为传递微模塑，是一种使用模具形成然后传递小至 30 nm结构到薄膜和微电路上的工艺。[5]与正常规模的传递模塑不同，微成型可以并且可用于金属和非金属。 [6]

缺陷

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在商业生产任何类型的材料时，限制缺陷是关键。 传递模塑也不例外。 例如，传递模塑部件中的空隙会显著降低强度和模量。[7]当纤维在尖角周围使用时，也可能有缺陷。 树脂流可以在这些角的外侧形成富含树脂的区域。[8]

压力分布

传递模塑最终产品中产生空隙的因素有很多。 一是被压入模具的材料之间的压力分布不均匀。 在这种情况下，材料会自行折叠并产生空隙。 另一个是预先压入模具的树脂有空隙。 限制这些模具的方法包括在高压下压入树脂，保持纤维分布均匀，以及使用适当脱气的高品质基础树脂。

尖角

 
图 3：尖角在传递成型中产生空隙

尖角是所有基于模具的制造（包括铸造）都会遇到的问题。 特别是在传递模塑中，角落可能会破坏模具中放置的纤维，并可能在角落内侧产生空隙。 这种效果如图3所示。 这些设计中的限制因素是内角半径。[8]此内半径限制根据树脂和纤维的选择而变化，但经验法则是半径为层压板厚度的3~5倍。[8]

材料

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最常用于传递模塑的材料是热固性聚合物。 这种类型的聚合物易于成型和操作，固化后会硬化成永久形式。[9]对于简单的同质性传递模塑零件，该零件只是由这种塑胶基材制成。 另一方面，树脂传递模塑允许透过将纤维放置在模具内并随后注入热固性聚合物来制造复合材料。[10]

在传递模塑中可能会出现被称为空隙和干燥树脂（在树脂传递模塑的情况下）的缺陷，并且通常会因高黏度材料而加剧。 这是因为流过薄模具的高黏度塑胶可能会错过整个空出的区域，从而留下气穴。 当纤维存在时留下气穴，就会形成一个“干燥”区域，从而防止负载通过干燥区域的纤维传递。

用于塑胶的材料通常是聚氨酯或环氧树脂。 这两种材料在固化前都是柔软且有延展性的，在凝固后变得更硬。 用于纤维的材料多种多样，但常见的选择是碳纤维或凯夫拉纤维，以及有机纤维，例如大麻。[11]

参考

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  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 （英语）. 
  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]. （原始内容存档 (PDF)于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 （英语）. 
  10. ^ III, William H. Seemann, Plastic transfer molding techniques for the production of fiber reinforced plastic structures, Feb 20, 1990 [2016-03-08], （原始内容存档于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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