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    復合材料真空導入工藝

    日期:2019-08-03 04:08:54 來自:皇品包裝

    真空導入技術自引入到我國后,經過十多年來的發展,在國內已經是一項非常成熟的工藝了。近幾年由于環保嚴查,閉模工藝越來越受到大家的重視,原先很多做手糊工藝的企業都在謀求工藝上的轉型。
     
    1、真空導入工藝(Vacuum infusion process,VIP)
    真空導入工藝,簡稱VIP,在模具上鋪增強材料(玻璃纖維,碳纖維,夾心材料等,有別于真空袋工藝),然后鋪真空袋,并抽出體系中的空氣,在模具型腔中形成一個負壓,利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預鋪的管路壓入纖維層中,讓樹脂浸潤增強材料最后充滿整個模具,制品固化后,揭去真空袋材料,從模具上得到所需的制品。
    VIP采用單面模具(就象通常的手糊和噴射模具)建立一個閉合系統。
    真空導入工藝公諸于世很久了,這個工藝在1950 年出現了專利記錄。然而,直到近幾年才得到了發展。由于這種工藝是從國外引入,所以在命名上有多種稱呼,真空導入,真空灌注,真空注射等。
     
    2、理論 
    真空導入工藝能被廣泛的應用,有其理論基礎的,這就是達西定律:Darcy’s Law)t =?2h/(2 kDP )t 是導入時間,由四個參數來決定;h-樹脂粘度
    從公式上可以看出所用樹脂的粘度越低,則所需導入時間就越短,因此真空導入所用的樹脂粘度一般不能太高。這樣可以使樹脂能夠快速的充滿整個模具。
    ?-注射長度,指的樹脂進料口與到達出料口的之間的距離,距離長當然所需的時間亦長。
    DP-壓力差, 體系內與體系外壓力差值越大,對樹脂的驅動力也越大,樹脂流速越快,當然所需導入時間也越短。
    k= 滲透性,指玻纖,夾心材料等對樹脂浸潤好壞的參數。k 值大說明浸潤好,像多向氈要比方格布,短切氈易被樹脂浸潤。因此為了使得樹脂在增強材料被壓實的情況下能方便的充滿體系,一般會人為設置一些導流槽,比如在夾心泡沫上下打孔等。
     
    3、優勢
    在通常的手糊工藝(hand lay-up)中,增強材料鋪于模具中, 采用刷子,輥子或其它方式手工浸潤增強材料。另外一種改進的方法是使用真空袋吸出手糊時積層中多余的樹脂。這樣提高的玻纖含量,得到更高強度和更輕的產品。VIP 相對于傳統的工藝具有很多優勢,如圖以手糊,真空袋和真空導入為例。在力學性能上真空導入占有明顯的優勢。
     
    由此可以看出真空導入的優勢:
    a 更高質量制品:在真空環境下樹脂浸潤玻纖,與傳統制造工藝相比,制品中的氣泡極少。體系中不留有多余的樹脂,玻纖含量很高,可達到70%,甚至更高。所得制品重量更輕,強度更高。批與批之間也非常穩定。
    b 更少樹脂損耗:用VIP 工藝,樹脂的用量可以精確預算,對于手糊或噴射工藝來說,會因操作人員的多變性而難于控制。VIP 可以使得樹脂的損耗達到最少,更重要的是,這樣可以節約成本。
    c 樹脂分布均勻:對于一個制品來說,不同部分的真空產生的壓力是一致的,因此樹脂對玻纖的浸潤速度和含量趨于一致。這個對于重量要求穩定的FRP 制件來是很關鍵的。
    d 過程揮發更少:生產過程中沒有刷子或輥子之類,不會造成樹脂的潑灑或滴落現象發現,更不會有大量的氣味出現。所以它能提供一個干凈、安全和友好的工作環境, 保護操作者的身心健康。
    e 使用單面模具:僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的制品,可以較好的控制產品的厚度。節約模具制造成本和時間。
    正因為用VIP 工藝所做產品有如此的優點,最早應用于航天航空等特種領域,后來慢慢應用于高要求的民用產品。
     
    4、工藝流程 
    VIP 所用材料:樹脂
    當準備開始真空導入的試驗時,首先要選用合適的樹脂,是環氧樹脂還是不飽和聚酯樹脂。真空導入工藝的樹脂,不能用普通的樹脂來代替,它對粘度,凝膠時間,放熱峰,浸潤性等有特殊的要求,具體可咨詢樹脂供應商。
    固化體系
    如果是環氧樹脂,要使用其相對應的專用固化劑;不飽和樹脂常用的固化劑是過氧化甲乙酮。不同的廠家其質量是不一樣的,選用時對其評價,不能因為用量少的材料而影響到整個制品的質量。
    增強材料
    增強材料一般常用的是玻璃纖維和碳纖維。比如復合縫邊氈,單布等,具體要根據力學設計。選用時最好做一下實驗,滲透性如何,因為纖維在制造過程中選用的浸潤劑,粘接劑的不同對樹脂的浸潤會不一樣,導致最終制品的力學性能會有很大的差異。
    夾心材料
    一般常用的是Balsa木,PVC 泡沫,PUR/PIR 泡沫,強心氈等。依據制品的需要選用合適的夾心材料。
    設備、輔材
    真空泵,接口,壓力表,導流管,脫模布,導流布,真空袋等等。真空導入工藝用所的材料不是隨隨便便拿來就能用,每種材料都要經過實驗加以確認,以此判斷是不是適用。
     
    第一步:準備模具
    真空灌注工藝要求模具具有較高的品質,較高的表面光澤度和硬度,模具邊緣至少保留15厘米,便于密封條和管路的鋪設。對模具進行清理干凈,然后打脫模蠟或涂脫模水。
    第二步: 施工膠衣面
    根據制品的要求,選擇合適的膠衣,手刷或噴涂。(有些制品表面不做膠衣面就直接鋪設干布)
    第三步:增強材料鋪設
    增強材料選用要依據制品強度要求來定(玻璃纖維,碳纖維,夾心材料..),不同的材料和織法會影響樹脂流速。
    第四步:真空輔助材料鋪設
    依次鋪設脫模布,導流網,真空袋...在合上真空袋之前,要考慮樹脂和抽真空管路的走向,否則有出現浸潤不良現象。鋪設時要小心,以免尖銳物刺破真空袋。
    第五步:抽真空
    材料鋪設完畢,夾緊各進樹脂管,開始抽真空,盡量把體系中空氣抽空,并檢查氣密性,這一步很關鍵,如有漏點存在,當樹脂導入時,空氣會進體入體系,氣泡會在漏點向其它地方滲入,甚至于有可能整個制品報廢。
    第六步:調配樹脂
    抽真空達到一定要求后,開始準備樹脂。按樹脂不同凝膠時間配入相應的固化劑。
    第七步:導入樹脂
    把進樹脂管路插入配好的樹脂桶中,根據進料順序依次打開夾子,注意樹脂桶的量,及時補充。
    第八步:脫模
    樹脂凝膠固化到一定程度后,揭去真空材料。從模具上取出制品并進行后處理。
    任何一個工藝不可能是十全十美的,目前來說VIP 所需的一次性耗材很大一部分需要進口,提高材料成本,但這部分可以減少樹脂用量上得到平衡。另外對操作人員的技能要求更高。每一過程都仔細按步驟做好才能進入下一步的操作,否則會造成不能逆轉的損失。    
    所以這種工藝目前用在附加值高的FPR 部件和制品中, 如體育用品配件,游艇,風力發電葉片等。但人們對更高性能材料的大量需要,真空導入工藝正被越來越多的人認識和采用。

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