專利名稱：一種復(fù)合材料真空輔助成型工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及真空輔助成型工藝技術(shù)，特別涉及用于提高真空輔助成型制品的內(nèi)部和表面質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
真空輔助成型工藝是一種僅利用真空負(fù)壓作為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)樹脂導(dǎo)入、纖維浸漬、樹脂固化的復(fù)合材料成型工藝。以真空負(fù)壓作為動(dòng)力，通過預(yù)設(shè)的樹脂流動(dòng)通道，將樹脂吸入布設(shè)在真空袋內(nèi)的預(yù)制件內(nèi)，實(shí)現(xiàn)樹脂對纖維的浸潤，在不需要額外施加壓力的條件下固化成型。在諸多影響真空輔助成型復(fù)合材料制品質(zhì)量的因素中，樹脂流動(dòng)控制系統(tǒng)和真空排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與模式，對制品的內(nèi)在質(zhì)量具有重要影響。
在樹脂流動(dòng)控制系統(tǒng)中，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)是影響成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素。通常采用的方法有兩種，一是在預(yù)制件表面鋪放樹脂導(dǎo)流介質(zhì)，樹脂沿導(dǎo)流介質(zhì)迅速充滿其表面，在負(fù)壓作用下浸漬預(yù)制件，使用該方法進(jìn)行大面積制件加工，在樹脂尚未完成對預(yù)制件的完全浸漬時(shí)，樹脂便沿流動(dòng)阻力較小的預(yù)制件邊緣直接進(jìn)入排氣通道造成樹脂短路，制品成型后在內(nèi)部產(chǎn)生孔隙、干斑等質(zhì)量缺陷。另一種方法是在模具表面按一定的方式設(shè)計(jì)加工出大量尺寸不等的網(wǎng)狀導(dǎo)流槽，形成主、支流道作為樹脂的流動(dòng)通道，在模具和預(yù)制件之間鋪放樹脂導(dǎo)流介質(zhì)，使樹脂迅速充滿靠近模具的預(yù)制件表面，然后樹脂從下表面自下而上浸漬預(yù)制件，使用該方法進(jìn)行大厚度制件加工，雖可以有效改善樹脂短路問題，但由于樹脂流道凹陷，在復(fù)合材料表面易產(chǎn)生槽痕等缺陷影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。
在真空排氣系統(tǒng)中，常用的工藝方法是將真空嘴放置在預(yù)制件的邊角位置，抽空排出預(yù)制件內(nèi)的氣體，在負(fù)壓作用下，實(shí)現(xiàn)樹脂對預(yù)制件的快速浸漬。
針對大尺寸復(fù)合材料制件，中國專利01120577.6提出了一種真空滲透成型工藝，將注膠嘴改為注膠管，解決了大尺寸制件寬度方向上樹脂的流動(dòng)問題，有效改善了復(fù)合材料的內(nèi)部及外觀質(zhì)量。
針對大厚度復(fù)合材料制件，中國專利01120575.x提出了一種真空滲透成型工藝，將排氣通道由僅設(shè)在預(yù)制件的邊角位置，改為在與注膠嘴相對的方向并在復(fù)合材料預(yù)制件的上部增設(shè)排氣通道，有效降低了大厚度制件的孔隙率和干斑缺陷，改善了復(fù)合材料的內(nèi)部及外觀質(zhì)量。
上述兩項(xiàng)專利公開的工藝方法，對于減輕成型制品內(nèi)部及表面缺陷，改善成型質(zhì)量具有一定的作用，但是沒有克服在采用上述成型工藝進(jìn)行復(fù)合材料制品成型時(shí)，由于樹脂流動(dòng)狀態(tài)不易控制而產(chǎn)生的樹脂短路現(xiàn)象。樹脂短路易使復(fù)合材料預(yù)制件內(nèi)夾裹氣泡而產(chǎn)生孔隙、干斑等質(zhì)量缺陷，影響了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致成型失敗，工藝的可靠性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對真空輔助成型技術(shù)存在的問題，提出了一種經(jīng)濟(jì)有效的真空輔助成型方法，在基本不增加工藝成本和工裝投入的前提下，有效提高成型工藝的可靠性，顯著改善復(fù)合材料制品的質(zhì)量。
本發(fā)明涉及的成型工藝方法(基本結(jié)構(gòu)示意于附圖1)以通用的真空輔助成型方法為基礎(chǔ)，包括在單面模具1上依次鋪放下層脫模布3、預(yù)制件4、上層脫模布5及樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6，樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6連接預(yù)制件4和注膠系統(tǒng)7，在遠(yuǎn)離注膠系統(tǒng)的方向設(shè)置排氣口9，用真空袋2將整個(gè)系統(tǒng)密封，抽空使樹脂在負(fù)壓下作用下通過注膠系統(tǒng)7沿樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6迅速分布，實(shí)現(xiàn)樹脂對預(yù)制件4的浸潤。本發(fā)明的特點(diǎn)在于在預(yù)制件4上方不設(shè)置注膠系統(tǒng)7的方向上設(shè)置樹脂阻流區(qū)8——即上層脫模布5、樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6沿預(yù)制件4的邊沿向鋪層中心縮進(jìn)一段距離，在接近預(yù)制件4的邊緣部分，預(yù)制件4表面無導(dǎo)流系統(tǒng)，降低樹脂在流程接近尾聲時(shí)的流動(dòng)速度，避免由于樹脂流動(dòng)速度過快直接進(jìn)入排氣口9產(chǎn)生樹脂短路造成制品缺陷，確保在預(yù)制件4有效區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)樹脂對纖維的完全、良好浸漬。
樹脂阻流區(qū)8的設(shè)置方式靈活多樣，可以直接在預(yù)制件4上設(shè)置，也可以緊靠預(yù)制件4邊緣單獨(dú)鋪設(shè)纖維織物實(shí)現(xiàn)，樹脂阻流區(qū)8的厚度可以小于預(yù)制件4的厚度。根據(jù)樹脂注入方式的不同，可以在預(yù)制件4表面遠(yuǎn)離注膠系統(tǒng)7的方向上設(shè)置阻流區(qū)8，也可在除樹脂注入系統(tǒng)7以外的任何方向上設(shè)置樹脂阻流區(qū)8。樹脂阻流區(qū)8的寬度與被成型制品的結(jié)構(gòu)、尺寸、厚度有關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單、厚度薄、尺寸小的制品所需樹脂阻流區(qū)8的寬度小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度大、尺寸大的制品所需樹脂阻流區(qū)8的寬度大。一般情況下，樹脂阻流區(qū)8的寬度不小于制件的厚度，樹脂阻流區(qū)8的寬度不得小于10mm。
本發(fā)明采用的樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6由單層或多層導(dǎo)流介質(zhì)構(gòu)成，對于結(jié)構(gòu)簡單的小尺寸制品，通過篩選導(dǎo)流介質(zhì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)單層導(dǎo)流介質(zhì)即可滿足工藝要求，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型制品，樹脂流程長、影響因素復(fù)雜，單層導(dǎo)流介質(zhì)對樹脂流動(dòng)的導(dǎo)引作用不足以滿足制品成型要求，可采用多層導(dǎo)流介質(zhì)(一般兩層即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)可鋪設(shè)三層或三層以上導(dǎo)流介質(zhì))的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對樹脂流程的有效導(dǎo)引和對樹脂流動(dòng)狀態(tài)、路線的有效控制，在要求樹脂優(yōu)先流到或難以流到的部位，鋪設(shè)多層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)，在部分表面形成雙層甚至多層導(dǎo)流通道，樹脂在雙層(或多層)導(dǎo)流通道中的流動(dòng)速度較在單層導(dǎo)流介質(zhì)中的流動(dòng)速度顯著加快，實(shí)現(xiàn)樹脂對預(yù)制件4的依次浸漬，對復(fù)雜制品的工藝穩(wěn)定性和制品內(nèi)在質(zhì)量的改善和提高具有顯著效果。
附圖2給出樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6采用雙層導(dǎo)流介質(zhì)的一種鋪放結(jié)構(gòu)，在預(yù)制件4上依次鋪放脫模布5、下層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13、上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)(類似三角形)14，上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14對頂鋪放在下層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13上，不與預(yù)制件4相接觸，在預(yù)制件4上鋪有上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14的邊緣同時(shí)設(shè)置注膠系統(tǒng)7，注膠系統(tǒng)7由注膠口11和注膠管路12組成，注膠管路12布設(shè)在上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14上，在不設(shè)置注膠管路的方向設(shè)置樹脂阻流區(qū)8。
上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14為類似三角形的結(jié)構(gòu)，具有一條接近直線(或直線)的底邊和一個(gè)尖頂，兩邊可以是直線也可以是曲線，頂角一般小于90°，兩塊對頂鋪放。類似三角形的底邊與注膠管路12在預(yù)制件4上鋪設(shè)形狀一致或接近，長度與注膠管路12的長度相當(dāng)，高度以兩尖接觸為宜，結(jié)構(gòu)原則以為樹脂提供對稱流動(dòng)通道為目的，盡量對稱設(shè)置。
對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜制品，應(yīng)根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)不同的上層導(dǎo)流介質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過多層導(dǎo)流介質(zhì)的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)樹脂的預(yù)期流動(dòng)。
在排氣系統(tǒng)中，本發(fā)明采用在預(yù)制件邊緣鋪設(shè)排氣通道的方法使傳統(tǒng)工藝中的“點(diǎn)”排氣變?yōu)椤熬€型”排氣，通過調(diào)整氣路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)樹脂的穩(wěn)定、有序流動(dòng)和對真空袋2內(nèi)氣體的快速有效排放。在預(yù)制件4上遠(yuǎn)離注膠系統(tǒng)的邊緣以搭接方式鋪設(shè)排氣通道10(結(jié)構(gòu)示意于附圖3)，排氣通道10和樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)6之間留足樹脂阻流區(qū)8，排氣通道10連接預(yù)制件4和居中設(shè)置的排氣口9，排氣口9通過排氣通道10快速有效地排出真空袋2內(nèi)的氣體。
排氣通道10與預(yù)制件4的邊緣部分搭接，搭接尺寸以保證排氣通道10與預(yù)制件4在全部搭接邊緣均實(shí)現(xiàn)有效搭接為準(zhǔn)，搭接寬度一般在10mm～400mm之間。
排氣通道10采用透氣性材料，具有與預(yù)制件4對應(yīng)邊緣相協(xié)調(diào)的長條形結(jié)構(gòu)。長度不大于同方向上導(dǎo)流系統(tǒng)6的尺寸，寬度不小于10mm。當(dāng)預(yù)制件4尺寸較大時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況可均勻?qū)ΨQ布置多個(gè)排氣口9(結(jié)構(gòu)示意于附圖4)。
采用上述技術(shù)方案，通過多層導(dǎo)流介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對樹脂流動(dòng)狀況的有效控制，通過線型排氣通道和對稱設(shè)置的排氣口，保證預(yù)制件內(nèi)的氣體被快速有效排出，有效避免由于樹脂短路現(xiàn)象引發(fā)的預(yù)制件內(nèi)裹進(jìn)氣泡產(chǎn)生干斑現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)樹脂對預(yù)制件有效區(qū)域的完全、良好浸漬，提高成型過程的可靠性，對制品進(jìn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，制品厚度均勻，外觀良好，制品內(nèi)部無孔隙、干斑等質(zhì)量缺陷，成型成功率達(dá)到99％以上。
采用本發(fā)明涉及的工藝方法，無需在模具上加工導(dǎo)流槽或者真空通道，節(jié)省模具制造成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)性；采用本發(fā)明涉及的工藝方法，對成型工裝沒有特殊要求，輔材消耗低，經(jīng)濟(jì)性好，同時(shí)可有效避免樹脂流入排氣通道，污染工裝設(shè)備。


附圖1 一種復(fù)合材料真空輔助成型工藝方法的基本結(jié)構(gòu)示意圖附圖2 一種雙層導(dǎo)流介質(zhì)鋪放結(jié)構(gòu)示意圖附圖3 一種線型排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖附圖4 另一種線型排氣結(jié)構(gòu)示意圖附圖5 實(shí)施例一采用工藝方法結(jié)構(gòu)示意圖附圖6 實(shí)施例二采用工藝方法結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例僅對發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明，不作為對發(fā)明內(nèi)容的限制。
實(shí)施例一制備一塊尺寸為400mm×300mm×10mm玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料平板原材料預(yù)制件采用面密度為400的玻璃纖維織物制備；樹脂體系196#聚酯樹脂100份；過氧化甲乙酮1份；環(huán)烷酸鈷1份；脫模布3采用0.1mm厚的聚四氟乙烯玻纖布；脫模布5采用0.08mm厚的聚酯薄膜；網(wǎng)狀樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13采用40目編織網(wǎng)格布；排氣通道10采用60目的編織網(wǎng)格布；成型過程各層鋪放結(jié)構(gòu)示意于附圖5。將纖維增強(qiáng)織物剪裁成420mm×310mm的布片若干，制成預(yù)制件4，準(zhǔn)備420mm×310mm脫模布3一塊，400mm×300mm的脫模布5和網(wǎng)狀樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13各一塊，300mm×100mm排氣通道10一塊。
在平面模板1上，依次鋪放脫模布3、預(yù)制件4，在纖維預(yù)制件4上表面靠短邊居中依次鋪放脫模布5和樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13，在邊緣鋪放樹脂分配管路12，在樹脂分配管路12中間連接樹脂注入嘴11；在樹脂分配管路12的對邊沿預(yù)制件邊緣鋪放排氣通道10，排氣通道10與預(yù)制件4搭接10mm，在排氣通道10的中間位置安放排氣口9，用真空袋2密封以上系統(tǒng)，并將排氣口9及樹脂注入嘴11與外部對應(yīng)系統(tǒng)連接。對上述密封系統(tǒng)按普通成型方式進(jìn)行抽空，注膠，樹脂凝膠后停止抽真空，常溫固化1小時(shí)。經(jīng)檢驗(yàn)，制得的板材纖維體積含量50％以上，厚度均勻，制品內(nèi)部無空隙、干斑等質(zhì)量缺陷，制品外觀質(zhì)量良好。
實(shí)施例二制備一塊尺寸為4000mm×2000mm×25mm玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料平板所用原材料同實(shí)施例一。
成型過程成型過程各層鋪放結(jié)構(gòu)示意于附圖6。將纖維增強(qiáng)織物剪裁成4100mm×2100mm的布片若干，制成預(yù)制件4，準(zhǔn)備4100mm×2100mm脫模布3一塊，4000mm×2100mm的脫模布5和網(wǎng)狀樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13各一塊，外形尺寸為底×高＝4000mm×1050mm的三角形網(wǎng)狀樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14兩塊，500mm×200mm排氣通道10兩塊。
在平面模板1上，依次鋪放脫模布3、預(yù)制件4，在預(yù)制件4上依次居中鋪放脫模布5和下層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)13，在下層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)區(qū)域內(nèi)，對頂鋪放三角形上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14；在上層樹脂導(dǎo)流介質(zhì)14上沿預(yù)制件4寬度方向，在邊緣鋪放樹脂分配管路12，在樹脂分配管路12中間連接樹脂注入嘴11；在預(yù)制件4長度方向上，沿預(yù)制件4邊緣兩邊各居中鋪放一組排氣通道10，排氣通道10與預(yù)制件4搭接20mm，在排氣通道10上遠(yuǎn)離預(yù)制件4的位置居中對稱各安放一個(gè)排氣口9，用真空袋2密封以上系統(tǒng)，并將排氣口9及樹脂注入嘴11與外部對應(yīng)系統(tǒng)連接。對上述密封系統(tǒng)按普通成型方式進(jìn)行抽空，注膠，固化。經(jīng)檢驗(yàn)，制得的板材纖維體積含量50％以上，厚度均勻，制品內(nèi)部無空隙、干斑等質(zhì)量缺陷，制品外觀質(zhì)量良好。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，包括單面模具(1)、在模具上依次鋪放的預(yù)制件(4)、脫模布(5)、樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)(6)，以及在成型過程中的工藝裝備包括注膠系統(tǒng)(7)，排氣口(9)和用于系統(tǒng)密封的真空袋(2)，其特征在于在樹脂注入系統(tǒng)中，在除樹脂注入端以外的其它方向上，設(shè)置樹脂阻流區(qū)(8)。
2.如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是樹脂阻流區(qū)(8)的寬度不小于制件的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是樹脂阻流區(qū)(8)的寬度不小于10mm。
4.如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是排氣口(9)與預(yù)制件(4)通過排氣通道(10)連接，預(yù)制件(4)的邊緣與排氣通道(10)搭接。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是排氣通道(10)具有與預(yù)制件(4)對應(yīng)邊緣相協(xié)調(diào)的長條形結(jié)構(gòu)，長度不大于同方向上導(dǎo)流系統(tǒng)(6)的尺寸，寬度不小于10mm。
6.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是預(yù)制件(4)的邊緣與排氣通道(10)的搭接寬度為10mm～400mm。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)(6)采用多層導(dǎo)流介質(zhì)疊合鋪放形式。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是樹脂導(dǎo)流系統(tǒng)(6)采用雙層導(dǎo)流介質(zhì)疊合結(jié)構(gòu)，由下層導(dǎo)流介質(zhì)(13)、上層導(dǎo)流介質(zhì)(14)疊和構(gòu)成，上層導(dǎo)流介質(zhì)(14)不與預(yù)制件(4)接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料制品的真空輔助成型工藝方法，其特征是上層導(dǎo)流介質(zhì)(14)為類似三角形結(jié)構(gòu)，具有一條接近直線(含直線)的底邊和頂角小于90°的尖頂，兩塊導(dǎo)流介質(zhì)(14)對頂鋪放，點(diǎn)接觸。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及真空輔助成型工藝技術(shù)，特別涉及用于提高真空輔助成型制品的內(nèi)部和表面質(zhì)量的方法。本發(fā)明涉及的工藝方法基本要求與傳統(tǒng)工藝相同，本發(fā)明的顯著特點(diǎn)在于采用在預(yù)制件邊緣設(shè)置樹脂剎閘區(qū)的方法，降低樹脂在制件邊緣的流動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)樹脂對預(yù)制件的完全良好浸漬；通過在排氣系統(tǒng)中設(shè)置排氣通道的方法，使傳統(tǒng)工藝中的“點(diǎn)”排氣結(jié)構(gòu)變?yōu)椤熬€型”排氣結(jié)構(gòu)，通過氣路結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對真空袋內(nèi)氣體的快速有效排放；根據(jù)被成型制品的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)樹脂導(dǎo)流介質(zhì)多層疊和鋪放結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對樹脂的流動(dòng)狀態(tài)的有效控制，從而提高復(fù)雜制品成型工藝的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明涉及的工藝方法，輔材消耗低，經(jīng)濟(jì)性好，同時(shí)可有效避免樹脂流入排氣通道，污染工裝設(shè)備。
文檔編號B29C70/48GK1554531SQ20031011449
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者鄭威, 張銳, 袁秀梅, 高泉喜, 王昭亮, 鄭 威 申請人:中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所