反應注射成型起源于聚氨酯塑料。隨著工藝技術的進步，該工藝也擴展到了多種材料的加工中。與此同時，為了拓寬RIM技術的應用領域，特別是在汽車行業中的應用，該工藝還引入了纖維增強技術。
RIM簡介
    反應注射成型（簡稱“RIM”）是指將具有高化學活性、相對分子質量低的雙組分材料經撞擊混合后，在常溫低壓下注入密閉的模具內，完成聚合、交聯和固化等化學反應并形成制品的工藝過程。這種將聚合反應與注射成型相結合的新工藝，具有物料混合效率高、流動性好、原料配制靈活、生產周期短及成本低的特點，適用于大型厚壁制品生產，故而受到了各國的重視。
    RIM早僅用于聚氨酯材料，隨著工藝技術的進步，RIM也可應用于多種材料（如環氧、尼龍、聚脲及聚環戊二烯等）的加工。用于橡膠與金屬成型的RIM工藝是當前研究的熱點。
    為了拓寬RIM的應用領域，提高RIM制品的剛性與強度，使之成為結構制品，RIM技術得到了進一步的發展，出現了專門用于增強型制品成型的增強反應注射成型（RRIM）和專門用于結構制件成型的結構反應注射成型（SRIM）技術等。RRIM和SRIM成型工藝原理與RIM相同，不同之處主要在于纖維增強復合材料制品的制備。目前，典型的RIM制品有汽車保險杠、擋泥板、車體板、卡車貨箱、卡車中門和后門組件等大型制品。它們的產品質量比SMC產品好，生產速度更快，所需二次加工量更小。
RIM成型工藝
   1.工藝過程
   RIM工藝過程為：單體或預聚物以液體狀態經計量泵以一定的配比進入混合頭進行混合?；旌衔镒⑷肽＞吆?，在模具內快速反應并交聯固化，脫模后即為RIM制品。這一過程可簡化為：貯存→計量→混合→充?！袒敵觥筇幚?。
    2.工藝控制
    (1)貯存。RIM工藝所用的兩組分原液通常在一定溫度下分別貯存在2個貯存器中，貯存器一般為壓力容器。在不成型時，原液通常在0.2~0.3 MPa的低壓下，在貯存器、換熱器和混合頭中不停地循環。對聚氨酯而言，原液溫度一般為20~40℃，溫度控制精度為±1℃。
    (2)計量。兩組分原液的計量一般由液壓系統來完成，液壓系統由泵、閥及輔件（控制液體物料的管路系統與控制分配缸工作的油路系統）所組成。注射時還需經過高低壓轉換裝置將壓力轉換為注射所需的壓力。原液用液壓定量泵進行計量輸出，要求計量精度至少為±1.5％ ，好控制在±1％。
    (3)混合。在RIM制品成型中，產品質量的好壞很大程度上取決于混合頭的混合質量，生產能力則完全取決于混合頭的混合質量。一般采用的壓力為10.34~20.68MPa，在此壓力范圍內能獲得較佳的混合效果。
    (4)充模。反應注射物料充模的特點是料流的速度很高。為此，要求原液的粘度不能過高，例如，聚氨酯混合料充模時的粘度為0.1Pa.s左右。
    當物料體系及模具確定之后。重要的工藝參數只有2個，即充模時間和原料溫度。聚氨酯物料的初始溫度不得超過90℃，型腔內的平均流速一般不應超過0.5m/s。
    (5)固化。聚氨酯雙組分混合料在注入模腔后具有很高的反應性，可在很短的時間內完成固化定型。但由于塑料的導熱性差，大量的反應熱不能及時散發，故而使成型物內部溫度遠高于表層溫度，致使成型物的固化從內向外進行。為防止型腔內的溫度過高（不能高于樹脂的熱分解溫度），應該充分發揮模具的換熱功能來散發熱量。
    反應注射模內的固化時間，主要由成型物料的配方和制品尺寸決定。另外，反應注射制品從模內脫出后還需要進行熱處理。熱處理有兩個作用：一是補充固化，二是涂漆后的烘烤，以便在制品表面形成牢固的保護膜或裝飾膜。
    (6)成型制品缺陷產生的原因及解決方法。RIM制品缺陷產生的原因及解決辦法見表1。

                                        表1 RIM成型常見制品缺陷和對策[-page-]

RIM模具與制品設計
1.模具設計
   （1） 澆注系統。澆注系統又稱“注入系統”，由澆口、流道和排氣孔組成。在進行RIM模具設計時，澆口形狀與高度取決于成型制品的壁厚與型腔流量。大容量的模具通常宜采用直棒狀澆口，而小容量模具則宜采用扇形澆口。
    主流道的位置應直接設在模具上，但應注意，在確定流道位置時，務必使物料從制品的橫截面的低處進入型腔。排氣孔的位置則應設在物料流動的末端，以便注射時將空氣趕出型腔。
   （2）模溫控制系統。這里僅以RIM金屬模具為例加以說明。模具溫度的控制方法通常是在模內埋設套管，通入水進行加熱或冷卻。金屬模具厚度應為50mm，而套管間距要因加工樹脂不同而有所不同。通常，聚氨酯RIM的模溫為40~80℃，模溫控制精度為±4℃，好為±1℃。套管間距為80~100mm，冷卻孔與模具腔壁之間的距離應為9.5mm。
   （3） 分型面。對分型面的位置設置有一總體要求，就是將分型面位置設在加工制件輪廓的附近稍下方，這樣可使正在膨脹并充滿型腔的物料將型腔內的殘留空氣排至模外。
2．制品設計
（1） 制品厚度。與常規注射制品相同，在進行RIM制品的壁厚設計時，同樣應避免壁厚過厚或過薄。以聚氨酯泡沫塑料RIM制品為例，常規壁厚應控制在6.35~12.7mm，當壁厚大于12.7mm或小于3.17mm時，則應采取適當的補救措施。
（2） 加強筋。使用加強筋的目的是提高制品的剛性與強度。應選用細而長的加強筋，避免選用粗而短的加強筋。加強筋的設置應沿物料流動方面為宜，這樣不會影響物料流動過程中的氣體排放。
（3） 脫模斜度。RIM制品的脫模斜度應選擇2°，太大或太小都不利于制品脫模。
（4） 圓角。RIM制品的內部圓角半徑不得小于3.175mm，外部圓角半徑不得小于1.578mm。
（5）凸臺。凸臺應采用2°的脫模斜度并沿制件周邊或內筋布置，若凸臺的設計高度超過6.57mm，則必須由撐板相輔。在導入孔中成型，必須準確確定定位螺紋和自攻螺紋的位置。凸臺和導入孔的尺寸對于脫模強度影響很大，應加以注意。
多種多樣的RIM技術
1.聚氨酯RIM
    聚氨酯RIM所用原料與通用型聚氨酯原料不同的是：要求液體原料粘度低、流動性好及反應活性高，而且原料應配制成A（多元醇）、B（二異氰酯）兩組分。其工藝過程包括：將A、B兩組分原料分別置于注射機的原料罐中，并使它們在N2氣氛中、于一定溫度下保持適宜的粘度（1Pa?s以下）和反應活性；用定量泵將兩組分原料按一定比例壓入混合器并注入密封的模具中；混合物在模具內迅速聚合，固化成型。在這一過程中，從原料壓出到充滿模腔只需1~4s，而完整的生產周期則為30~120s。
2．聚氨酯RRIM
    聚氨酯RRIM工藝所用的雙組分是多元醇和異氰酸酯。多元醇為聚醚型，相對分子質量為1?800~2?400，官能度為2~3；異氰酸酯一般為二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）或多異氰酸酯及其異構體的混合物，官能度為2~7。RRIM的增強材料主要有兩種，即短切增強纖維和磨碎增強纖維。纖維的長度一般為1.5~3.0mm，這種長度既能保證增強效果，又便于通過注射系統。纖維長度的分散性越大，則增強效果越差。RRIM制品中的增強纖維含量（質量分數）一般在20%以下，對于特殊要求的高強度制品，增強纖維的含量可達50%。
3.環氧樹脂RIM
    環氧樹脂是繼聚氨酯之后開發的又一熱固性RIM品種。雙組分環氧樹脂RIM工藝過程與聚氨酯RIM大致相同。環氧樹脂與固化劑配比及工藝條件見表2。

                 表2 環氧樹脂配方及工藝條件

    環氧樹脂RIM制品的拉伸強度和彎曲模量高，線膨脹系數低，并具有優良的耐化學性和較高的耐熱性（與聚氨酯和尼龍相比）。為了改善環氧樹脂的沖擊強度，可在原料中添加帶有異氰酸酯基、相對分子質量為4?000的聚乙二醇預聚物。
    另外，為進一步提高力學性能，還可加入各種增強材料，如各種纖維、須狀粉末、片狀粉末、微珠料及長纖維等，使之成為RRIM制品，它們在汽車工業的應用中極具競爭力。
4．尼龍6 RIM
    尼龍6 RIM所用的原料包括聚醚多元醇和催化劑制成的預聚物(A組分)及己內酰胺（B組分）。加工時，先將己內酰胺加入原料罐中，控制溫度為74~85℃，再加入催化劑，封閉容器，強力攪拌使催化劑溶于己內酰胺中，混合物在N2下脫氣15min。再將己內酰胺和預聚物混合，混合溫度74~85℃，攪拌均勻后脫氣。隨后在壓力作用下，兩種液體組分經過混合器進入模具，固化成型。由于預聚物和己內酰胺發生了嵌段共聚反應，因而所得制品柔性好，沖擊強度高。
    添加了增強材料的尼龍6 RRIM制品的剛性更高，線膨脹系數較低。尼龍6 RIM和RRIM制品用途較廣，主要用于汽車工業，如擋泥板、門板、發動機罩和防撞蓋等。
5.雙環戊二烯（DCPD）RIM
    DCPD RIM的原料主要包括DCPD、催化劑、活化劑、穩定劑、調節劑、填料、抗氧劑、彈性體、發泡劑、阻燃劑及成核劑等。
    在DCPD RIM體系中，一般將各種原料按配方要求分為A、B兩組分，其中A組分包括DCPD、催化劑、穩定劑及其他助劑等。B組分包括DCPD、活化劑、調節劑及其他助劑等。
    加工時，經準確計量的A、B兩組分在混合頭內混合均勻后，被注入密封模具內，在模具中發生快速聚合反應，隨之固化成型。需要特別注意的是，在模具未充滿前，由聚合反應時間調節劑來控制化學反應。充滿模具后，大約在10s內完成聚合而成型。制品一般不需要經過后熟化過程。 [-page-]
6．聚脲RIM
    聚脲RIM使用的是一種含內脫模劑的自脫模物料體系，成型時由端氨基聚醚、胺擴鏈劑與端基為異氰酸基的預聚物（MDI）反應制成聚脲。該工藝具有很多優良特性：由于胺基和異氰酸基的反應活性高，因而不需要催化劑；反應物料注入模腔時粘度大，充模時減少了渦流，因此帶入空氣少，制品的廢品率低；物料入模后1~2s內即發生凝膠，在模具內僅需停留20s；脫模時物料不黏附模腔，選用內脫模劑體系受限制較少；加入增強玻璃纖維制備聚脲RRIM制品時，對胺與異氰酸酯之間的反應亦無影響。
    聚脲生成的整個反應過程中不需要催化劑，使得制品中無殘存催化劑，故而聚脲RIM制品在高溫下不發生降解，制品穩定性好。
    端氨基聚醚、二胺擴鏈劑與MDI的反應速度很快。為使反應處于可控制狀態，可用部分聚醚多元醇對MDI進行改性以制成半預聚物，從而降低物料之間的反應速度，減緩反應物料的凝膠速度。同時，通過調節游離異氰酸基含量，還可制得具有不同彎曲彈性模量的聚脲RIM制品。陶氏化學公司的SPECTRIMTMHT系列聚脲的性能見表3。

                               表3 聚脲SPECTRIMTMHT系列性能

7．氈片模塑RIM
    將增強纖維制成氈片，預先放置于模具中，然后，兩組分低粘度液體經高壓撞擊混合并注入型腔。在型腔中，混合液體浸漬纖維氈片并反應形成制品，這種成型方法被稱為“氈片模塑RIM（MM/RIM）”。ARIMA×1000是Ashland公司開發的MM/RIM 產品，其性能見表4。
                               表4 ARIMA×1000的性能

8.可變纖維反應注射成型（VFRIM）
    MM/RIM技術是先將纖維鋪設于模具型腔，然后再注入液態樹脂。這種工藝的缺點是需要預制纖維氈，從而使工序變得復雜，提高了成本。另外由于鋪纖維氈需要手工進行，也大大增加了勞動強度?；诖?，又催生出了可變纖維反應注射成型(Variable fiber injection reaction injecction molding，VFRIM)。
    這一技術由德國克勞斯瑪菲公司與意大利Cannon―Technos公司在20世紀90年代開發。其重要特征是，先將纖維粗紗送入切碎機，切成分散的短纖維，然后再將短纖維送入L形混合頭，與樹脂發生混合，后將混合物注入模具進行固化成型。
    目前已經采用VFRIM技術生產的產品有汽車門板、坐墊托盤、保險杠、遮陽板、行李托盤及輕型貨車箱板等。表5和表6分別是典型的低密度和高密度VFRIM制品與傳統R1M制品的性能比較。從中可以看到，采用VFRIM技術生產的低密度制品的性能與傳統的RIM制品相當。而采用VFRIM技術生產的高密度制品較之RIM制品，則顯示出了更好的性能。 
        
    VFRIM技術的優點之一是，通過調節纖維切碎機，可以控制纖維的長度、密集程度和纖維粗紗的數量，從而控制纖維在整個制品中的分布。優點之二是成本大幅降低。纖維粗紗成本比用于傳統SRIM技術的玻璃纖維氈低60％ 。由于減少了將玻璃纖維鋪放入模具內的工序，成本也相應降低；在注入樹脂／玻璃纖維混合物時，由于控制精確，可減少廢料。這些綜合因素使得整個生產成本降低，這是該技術的主要優勢。
    VFRIM技術目前正在不斷發展中，相信該技術將會在汽車部件制造業中發揮越來越重要的作用。