真空导入工艺的应用-介绍.pdf
真空导入工艺的应用真空导入工艺的应用 -介绍介绍.顾王飞（金陵帝斯曼树脂有限公司 210038）摘要摘要：真空导入工艺是最近兴起的复合材料加工方法，本文介绍了真空导入工艺的原理，并与其它工艺在力学性能上作了对比，阐述由真空导入工艺所制的产品的优势，同时对生产工艺过程作了扼要的介绍。关键词；关键词；真空导入 树脂 玻璃钢 玻璃纤维 在目前的材料中，复合材料因其质轻高强而被广泛的应用。针对复合材料的制造工艺也在不断的提高和创新。由起初的手糊，发展到机械化的喷射，拉剂，模压等工艺，到现在兴起的真空导入工艺，与真空导入相关的工艺还有树脂传递模塑（RTM），真空辅助 RTM（VARTM），真空袋压，SCRIMP，SRIM(Structural Reaction Injection Molding)，RFI（resin film infusion）。但都有一些差别，很多文章中都介绍过，这里就不赘述了。1 真空导入工艺真空导入工艺(vacuum infusion process,VIP)真空导入工艺(Vacuum Infusion Process)，简称 VIP，在模具上铺“干”增强材料（玻璃纤维，碳纤维，夹心材料等，有别于真空袋工艺），然后铺真空袋，并抽出体系中的空气，在模具型腔中形成一个负压，利用真空产生的压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维积层中，让树脂浸润增强材料最后充满整个模具，制品固化后，揭去真空袋材料，从模具上得到所需的制品。VIP 采用单面模具（就象通常的手糊和喷射的模具）建立一个闭合系统。真空导入工艺公诸于世很久了,这个工艺在 1950 出现了专利记录了。然而，直到近几年才得到了发展。由于这种工艺是由国外引入，所以在命名上有多种称呼，真空导入，真空灌注，真空注射。22 理论 理论 真空导入工艺能被广泛的应用，有其理论基础的，这就是达西定律（Darcys Law）t=2/(2 k P)t 是导入时间，由四个参数来决定。-树脂粘度，从公式上可以看出所用树脂的粘度低，则所需导入时间就短，因此真空导入所用的树脂粘度一般不能太高。这样可以使树脂能够快速的充满整个模具。第1 页，共6页-注射长度，指的树脂进料口与到达出料口的之间的距离，距离长当然所需的时间亦长。P-压力差,体系内与体系外压力差值越大，对树脂的驱动力也越大，树脂流速越快，当然所需导入时间也越短。k=渗透性，指玻纤，夹心材料等对树脂浸润好坏的参数。k 值大说明浸润好，象连续毡，多向毡要比方格布，短切毡易被树脂浸润。因此为了使得树脂在增强材料被压实的情况下能方便的充满体系，一般会人为设置一些导流槽，比如在夹心泡沫上下打孔等。3 优势优势 在通常的手糊工艺(hand lay-up)中,增强材料铺于模具中,采用刷子，辊子或其它方式手工浸润增强材料。另外一种改进的方法是使用真空袋吸出手糊时积层中多余的树脂。这样提高的玻纤含量，得到更高强度和更轻的产品，VIP 相对于传统的工艺具有很多优势。如图以手糊，真空袋和真空导入为例。在力学性能上真空导入占有明显的优势。注：树脂：Synolite 4082-G-22,无玻纤：400g/m2方格布和 300 g/m2短切毡交替铺设共 8 层。室温固化 24 小时，80下 4 小时 由此可以看出真空导入的优势 0102030405060708090100压缩强度弯曲强度拉伸强度玻纤含量(体积比)手糊真空袋真空导入 参比参比=100%a.更高质量制品：在真空环境下树脂浸润玻纤，与传统制造工艺相比，制品中的气 第2 页，共6页 泡极少。体系中不留有多余的树脂，玻纤含量很高，可达到时 70%，甚至更低。所得制品重量更轻，强度更高。批与批之间也非常稳定。b.更少树脂损耗：用 VIP 工艺，树脂的用量可以精确预算，对于手糊或喷射工艺来说，会因操作人员的多变性而难于控制。VIP 可以使得树脂的损耗达到最少，更重要的是，这样可以节约成本。c.树脂分布均匀：对于一个制品来说，不同部分的真空产生的压力是一致的，因此树脂对玻纤的浸润速度和含量趋于一致。这个对于重量要求稳定的 FRP 制件来是很关键的。d.过程挥发更少：生产过程中没有刷子或辊子之类，不会造成树脂的泼洒或滴落现象发现，更不会有大量的气味出现。所以它能提供一个干净、安全和友好的工作环境,保护操作者的身心健康。e.使用单面模具：仅用一面模具就可以得到两面光滑平整的制品，可以较好的控制产品的厚度。节约模具制造成本和时间。正因为用 VIP 工艺所做产品有如些的优点，最早应用于航天航空等特种领域，后来慢慢应用于高要求的民用产品。VIP 工艺的应用领域 1）船艇工业-船体，甲板，方向舵，雷达屏蔽罩 2）风电能源-叶片，机仓罩 3）体育休闲-头盔，帆板 4）汽车工业-各类车顶，挡风板，车厢 5）建筑领域-建筑物顶部件，建筑模板 6）农业和园艺-粮仓圆盖，农机保护盖 4工艺流程工艺流程 模具模具-真空袋真空袋 树脂树脂 增强材料增强材料 脱模布脱模布 导流布导流布 密封条密封条 抽真空抽真空 第3 页，共6页 41 VIP 所用材所用材料料 4，它对粘度，凝胶时间，放热的要求，具体可咨询树脂供应商。4量是不一样的，选用时对其评价，不能因为用量少的材料而量。4，粘接剂的不同对树脂的浸润会不一样，导致最终制品的力学性能会有很大的4Balsa 木，PVC 泡沫，PUR 泡沫，强蕊毡等。依据制品的需要 4以确，以此判断文章中讨论。11 树脂 当准备开始真空导入的试验时，首先要选用合适的树脂，是环氧树脂还是不饱和聚酯树脂。真空导入工艺的树脂，不能用普通的树脂来代替峰，浸润性等有特殊12 固化体系 如果是环氧树脂，要使用其相对应的专用固化剂；不饱和树脂常用的固化剂是过氧化甲乙酮。不同的厂家其质影响到整个制品的质13 增强材料 增强材料一般常用的是玻璃纤维和碳纤维。比如连续毡，复合缝边毡，单布等，具体要根据力学设计。选用时最好做一下实验，渗透性如何，因为纤维在制造过程中选用的浸润剂差异。14 夹心材料 一般常用的是木板，选用合适的夹心材料。15 设备、辅材 真空泵，接口，压力表，导流管，脱模布，导流布，真空袋等等。真空导入工艺用所的材料不是随随便便拿来就能用，每种材料都要经过实验加认是不是适用。这里就不详细阐述，作为专题在以后的 模具准备产品脱模 胶衣面树脂导入 增强材料铺设真空导入工艺典型步骤真空导入工艺典型步骤 准备树脂 真空袋铺设抽真空 第4 页，共6页 42 VIP 工艺流程工艺流程 使用和如何安排。为了解说方便，我们以如所例示意图为例子。5 厘米，便于密封条和管路的铺设。对模具进行清理干净，然后打脱模蜡或抹脱模水。胶衣和打磨胶衣，选用类型有邻苯，间苯和乙烯基。用手刷和喷射的方法施工胶衣。VIP 要多考虑几点。虽然所有织物都可用响树脂流速。否则有的地方树脂会无法浸润到。铺设时要非常小心，以免一尖 ，空气会进体入体系，气会渗入，甚至于有可能整个制品报废。补。不过一般真空导入树脂含有固化指示剂，可以从颜色上来判断，根据进料顺序依次打开夹子，注意树脂桶的量，及时补充。然后要了解材料如何第一步：准备模具 和其它积层工艺一样，对 VIP 来说高质量的模具也是必须的。表面要有较高的硬度和较高的光泽，并且模具边缘至少保留 1第二步：施工胶衣面 可以根据制品的要求，可以用产品第三步：增强材料铺设 选用增强材料-玻璃纤维，碳纤维，夹心材料这要依据制品强度要求来定。选择增强材料对积层工艺来说是很重要的一步，但对于以，但不同的材料和织法会影 第四步：真空袋材料铺设 先铺上脱模布，接着是导流布，最后是真空袋。在合上真空袋之前，要仔细考虑树脂和抽真空管路的走向，些锐物刺破真空袋。第五步：抽真空 铺完这些材料后，夹紧各进树脂管，对整个体系抽真空，尽量把体系中空气抽空，并检查气密性，这一步很关键，如有漏点存在，当树脂导入时泡在漏点向其它地方第六步：配树脂 抽真空达到一定要求后，准备树脂。按凝胶时间配入相应的固化剂，切记不能忘加固化剂，否则很难弥是否加了固化剂。第七步：导入树脂 把进树脂管路插入 配好的树脂桶中第八步：脱模 第5 页，共6页 树脂凝胶固化到一定程度后，揭去真空袋材料。从模具上取出制品并进行后处理。5 结5 结。但人们对更高性能材料的大量需要，真空导入工艺正被越来越多人认识和采用。Chris Kirschling,Stephen Brooks.Resin systems for Vacuum infusion Applications Vr ation is simply explained eywords:vacuum infusion process resin FRP glass fibre 语 语 当然任何一个工艺不可能是十全十美的，目前来说 VIP 所需的一次性耗材很大一部分需要进口，提高材料成本，但这部分可以减少树脂用量上得到平衡。另外对操作人员的技能要求更高。每一过程都仔细按步骤做好才能进入下一步的操作，否则会造成不能逆转的损失。所以这种工艺目前用在附加值高的 FPR 部件和制品中，如体育用品配件，游艇，风力发电叶片等的参考文献参考文献1 Marco method,us patent No 2495640(1950).2 王继辉，李新华.复合材料液体模塑成型技术.化学工业出版社,2004.3 3 ACUUM INFUSION PROCESS APPLICATION -INTRUDUCTION Gu Wangfei(Jinling DSM Resins Co.,Ltd 210038)Abstract:Vacuum infusion process gives rise to composite industry this years.So the theory of vacuum infusion process and its advantage of mechanical properties compared to otheprocessing are introduced.In the article step by step infusion applicK 第6 页，共6页
