1  前  言
      熱膨脹模塑法是七十年代中期發(fā)展起來的一種新型的復(fù)合材料固化成型方法，它是以熱膨脹材料為芯模，剛性材料(金屬)為陰模，復(fù)合材料置于芯模與陰模之間，當(dāng)模具受熱后，由于芯模的體積膨脹受到復(fù)合材料預(yù)成型體及陰模的限制而產(chǎn)生巨大的均勻壓力，從而實現(xiàn)在加熱固化過程中對復(fù)合材料預(yù)成型體施壓，其中熱膨脹材料一般為有機硅橡膠、聚甲基丙烯酰亞胺等。硅橡膠是有機硅聚合物中的重要產(chǎn)品之一，具有在很寬的溫度范圍內(nèi)長時間保持彈性的特性，因此作為熱膨脹芯模材料研究成熟且應(yīng)用較廣的是有機硅橡膠。
      國防科技大學(xué)聚合物基復(fù)合材料實驗室在軟模輔助RTM工藝一次整體成型內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料構(gòu)件上開展了研究工作，并初步取得了令人滿意的結(jié)果。這一改進型的RTM工藝與傳統(tǒng)RTM工藝最大的區(qū)別就是在于軟模的應(yīng)用，故軟模的材料選擇、軟模的設(shè)計和制備以及最終復(fù)合材料成型過程中軟模的工藝控制是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此有必要對軟模進行深入的研究。
      本文在研究確定的軟模熱膨脹性能基礎(chǔ)上，進一步對這種軟模材料的工藝性能進行深入研究，掌握其基本力學(xué)性能，確定該種硅橡膠的澆鑄工藝窗口及硫化工藝條件，同時對該種材料用于RTM工藝進行了構(gòu)件制備試驗，為其在大型復(fù)雜構(gòu)件中推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
2  實  驗
2.1  原材料
      COCA31-11加成型硫化有機硅模具橡膠：深圳市固加實業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)。
2.2  實驗方法和儀器
2.2.1  硅橡膠粘度-溫度特性測試
      將硅橡膠膠料兩組分加熱到所需的溫度后，將兩組分混合并攪拌一分鐘，再將混合后的膠料置于JWC-32C精密恒溫槽中，恒溫槽是上海思爾達科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)，用旋轉(zhuǎn)粘度計法測定其粘度，粘度計是上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的NDJ-5S數(shù)顯粘度計。
2.2.2  硅橡膠基本力學(xué)性能測試
       硅橡膠基本力學(xué)性能測試方法及使用主要儀器見表1。
   


       從圖2可以看出，隨溫度的升高，原材料混合體系的初始粘度雖然有所下降，有利于澆鑄過程的實施，但保持低粘度的時間太短，不能滿足澆鑄過程對時間的起碼要求。但在室溫下較低的粘度能保持20分鐘以上，為實現(xiàn)大件的澆鑄提供了可能性。事實上進一步的測試表明該硅橡膠在30度溫度下需要76分鐘后開始硫化，可滿足硅橡膠澆注工藝窗口要求，因此可以確定硅橡膠的澆鑄溫度在25度~30度之間比較合適。
       硫化是硅橡膠模具制造的主要過程之一，在這個過程中硅橡膠要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，由液體變?yōu)楦邚椥泽w，從而獲得所要求的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。加成型硅橡膠模具制造普遍采用兩段硫化法，基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的兩段硫化法有助于提高整個硅橡膠模具的硫化程度的均勻性，從而保證模具物理和力學(xué)性能，改善其抗壓縮永久變形性和尺寸穩(wěn)定性，延長其使用壽命。廠方提供硅橡膠的硫化工藝為室溫硫化24小時后在80度~120度下后硫化0.5~1小時，經(jīng)實驗最終確定采用30度硫化24h、90度后硫化1h的硫化工藝。
3.2  硅橡膠基本力學(xué)性能及軟模試驗效果
      按照確定的澆鑄、硫化、后硫后等工藝條件制備出硅橡膠試件，測試硅橡膠的基本力學(xué)性能如表2所示。從表2可以看出，硅橡膠力學(xué)性能優(yōu)良并且離散性較小，說明所確定的硅橡膠澆柱溫度及硫化工藝合理適用。
    
      為了進一步考察硅橡膠軟模在制備復(fù)合材料上的可行性，本文設(shè)計了一個具有典型內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(圖1所示)，初步澆注成型了硅橡膠軟模(圖3所示)，并用軟模輔助RTM成型了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料構(gòu)件(見圖4所示)，軟模外形完整、尺寸準(zhǔn)確，而且利用軟模自身柔軟的特點解決了內(nèi)部復(fù)雜構(gòu)件的一次整體成型困難的問題，制備出了外形完整的復(fù)合材料構(gòu)件，所制備的軟模經(jīng)數(shù)次高溫、高壓使用后，壓縮變形很小，性能無明顯下降，這也充分證明了COCA31-11可以作為軟模輔助RTM工藝中軟模材料使用。
   

 
      如何依據(jù)軟模材料的熱膨脹性能和制品的形狀尺寸對軟模設(shè)計，以及如何通過在成型過程中對軟模進行工藝控制，來發(fā)揮軟模膨脹擠膠作用制得高纖維含量的復(fù)合材料構(gòu)件是以后研究的重要課題，總而方之，軟模輔助RTM具有極為廣闊的發(fā)展前景。
4  結(jié) 論
      (1)通過粘度-溫度試驗確定了COCA31-11硅橡膠澆鑄溫度為25~30度，在30度時其硫化時間為76分鐘；
      (2)確定了COCA31-11硅橡膠的硫化工藝為：30度硫化24小時、90度后硫化1小時，在此硫化工藝條件下制備的硅橡膠試件力學(xué)性能優(yōu)良，離散性較小；
     (3)用COCA31-11硅橡膠制備的軟模外形完整、尺寸準(zhǔn)確，用其輔助RTM制備的碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件外形完整，并且COCA31-11軟模經(jīng)過數(shù)次使用后無明顯變形，證明此種硅橡膠可以用于RTM成型具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料構(gòu)件。