真空辅助树脂灌注工艺的创新性改进

第1期18纤维复合材料No11 2010年3月F I BER CO M P O SI TES M ar1,2010

工艺#设计

真空辅助树脂灌注工艺的创新性改进

苏峰,于洋,于柏峰

(哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036)

摘要真空辅助树脂灌注工艺是一种新型的复合材料低成本,高性能成型技术。由于其低成本、制品性能好、环境友好等独特的优势,真空辅助树脂灌注工艺已成功用于舰船、军事设施、国防工程、航空和风电等民用工业领域。

但是这种工艺也有很多不可控制的因素,仍有许多需改进的地方。本文从树脂计量混合技术及制品表面质量控制等方面讨论了当今真空辅助树脂灌注工艺的一些创新性的改进。

关键词真空辅助树脂灌注工艺(真空灌注工艺,VAR I);工艺原理;工艺优势;树脂计量混合技术;制品表面质量控制

Innovative I mprove m ent of Vacuu m A ssistant Resi n Infusion Process(VAR I)

S U Feng,YU Y ang,YU Ba ifeng

(H arb i n FRP Instit ute,H arbi n150036)

ABSTRACT V acuu m ass i stant resi n i nfusi on process(VAR I)is a new cost-e ffecti ve and hi gh-pe rf o r m ance pro cess.

Because o f its advantages o f cost-effec tive,good properties o f products and env ironmenta l-fr i end l y,VAR I has been ap-p lied t o ships,m ilitary infrastructure,nati onal de f ense eng i neeri ng,aerospace and civ il i ndustr i es,e tc.this paper d i scus-ses som e i nnovati ve i m provem ents about vacuu m assistant res i n i nfus i on process from the resi n m ix i ng techno l ogy and sur-face qua lit y contro.l

KEYWORDS V acuum assistant res i n i nf us i on process;P ro cess princ i p l e;P rocess advantages;R esi n m i x i ng techno l ogy;

Su rface qua lity contro l

1引言

真空辅助树脂灌注工艺(真空灌注工艺,VAR I),也称真空导入工艺,是一种新型的复合材料低成本,高性能成型技术。它是在真空条件下,利用树脂的流动、渗透实现对纤维及其织物的浸渍,并在真空下固化的成型方法。这种工艺适用于质量要求高,批量小和尺寸较大的制品。在国内外,真空辅助树脂灌注工艺已成功用于舰船、军事设施、国防工程、航空和风电等民用工业领域。

随着真空灌注技术逐渐获得认可以及开模工艺限制问题的增多,真空灌注工艺正快速成为主流工艺。

2真空灌注工艺

2.1工艺原理

真空灌注成型工艺是目前使用的几种闭模成型工艺之一。这种工艺是将干态纤维及芯材在模具内铺叠后闭合模具,在真空的作用下通过进料管路将树脂注入增强材料,树脂固化后完成制品模塑,见图1。这种工艺与RTM(树脂传递模塑)工艺的差别在于后者是通过机械注射压力注入树脂,而前者则是利用真空形成的大气压力推动树脂完成灌注过程。

2.2工艺优势

和传统开模成型工艺相比,真空灌注工艺具有许多优点:

¹比手工铺放节约成本约50%,树脂浪费率降低5%;

º加工过程环保,挥发性有害物质排放低;

»同等原材料下,与手糊件相比,强度、刚度、硬度及其它物理性能提高30%-50%以上;

¼产品质量不受操作人员影响,产品性能的均匀性和重复性好;

½制品孔隙率低。

3真空灌注工艺的应用

真空辅助树脂灌注工艺是一种新型的复合材料低成本,高性能成型技术。由于其低成本、制品性能好、环境友好等独特的优势,真空辅助树脂灌注工艺已成

1期苏 峰等:真空辅助树脂灌注工艺的创新性改进19

功应用于航天,国防工程,造

船和民用工业等领域。

图1 真空灌注示意图

在航天和国防领域,VARI 广泛应用在飞机、无人机上。如大飞机的蒙皮,飞机翼梁等。洛-马公司在制造三叉戟II D5弹道导弹仪器舱段的复合材料构件时,为降低成本,最终选用VAR I 成型技术制造弹道导弹仪器舱段,实现了一次整体成型,成本降低了75%。

在船舶制造业中,VARI 已应用在潜艇壁板上。英国公司H i g h M odu l u s 和加拿大公司Christensen Shipyar ds 之间的合作研究项目旨在开发一种全球最大的全复合材料游艇(图2)。此创新游艇将会有57米长,重约500吨,并将采用真空灌注工艺制造。第一艘游艇将会于2011年推向市场。

另外,真空灌注工艺一直是国际上风电叶片生产商主流生产工艺,不仅可以缩短生产周期而且又

能保证产品质量的稳定性。

图2 英国拟建造的全复合材料游艇

4 创新性的改进

尽管国内外复合材料生产厂家,特别是一些造

船厂,游艇工厂和叶片厂,已经有不少采用真空灌注工艺,但多数厂家在工艺运用上以/试误0的方式来积累经验,这使得制品受到很大影响。制品质量受很多因素影响,如浸渍时的真空度选择,树脂凝胶及固化情况等因素。本文从树脂计量混合技术及制品表面质量控制两方面讨论了当今真空辅助树脂灌注工艺的一些创新性的改进。4.1 树脂计量混合技术

向模具中供应树脂的过程实际上是一个手动过程。手工混合大量树脂不仅浪费而且很脏,还有可能造成重大失误。大批量环氧树脂的混合还会产生危险的放热反应。采用计量混合技术以可控且有效的方式混合和分散树脂,可能是灌注工艺中/缺少的一环0。最简单的方法就是使用计量混合设备将混合后的树脂泵送到大型容器中,然后该容器用于向不同的灌注线供料。这一过程有几种不同的选择,从简单的手动控制系统到调度自动化的设备,这些设备可以自动探测流量。设备不同的混合比例,以及探测流量。设备流速可以达到30kg /m i n ,适用于环氧树脂、不饱和聚酯或乙烯基酯树脂系统。

真空灌注技术将进一步向减少废弃物,提高清洁度和提高工艺控制精度方向发展,以确保产品质量满足标准,并使产品具有可重复性。

为达到这一目的Co mposite i n tegration,pri n cess Yachtsgant 开发出来的传感控制系统,可以从灌注的层压材料中获得信息。I M PS(模内压力传感器),安装在真空袋内的多个位置上(图3),可以精确测定低于大气压的压力,从而优化并控制工艺过程。