CN102001184B - 一种用于大型复合材料构件制作抽真空方法及复合抽气层 - Google Patents

Abstract

一种用于大型复合材料构件制作抽真空方法及复合抽气层，在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，通过一种具有复合抽气层的抽气系统，在真空灌注过程中对模具型腔体系始终进行不间断连续抽气，保证树脂能够在玻璃纤维布中完全浸润，避免了局部区域出现纤维干丝现象，有效地保证了制品的表观质量。所述抽气系统至少包括调压泵、抽气管道、抽气口、复合抽气层。所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料。

Description

一种用于大型复合材料构件制作抽真空方法及复合抽气层

技术领域

本发明涉及一种复合材料构件的制作方法，尤其是一种制造大型复合材料构件的加工制作抽真空方法及部件结构。主要用于风机叶片和游艇等大型复合材料构件的制造。

背景技术

在制作大型复合材料构件时（如风电叶片、游艇等的制作），通常采用真空灌注工艺（简称VIP,Vacuum Infusion Process）。即体系在一定的负压的条件下，树脂由外界注入到增强材料中，然后固化成型。体系的负压是通过调压泵连接外置抽气管将密封体系中的空气抽走形成的。VIP工艺主要原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，通过真空辅助将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料构件。

但在这种外置抽气管对体系进行抽气的树脂注入过程中，一方面由于真空灌注过程中局部流动的不均匀性，当产品局部已经浸润时，其余部位还没有完全浸润，在已浸润部分造成局部富树脂，而未浸润部分树脂不足，为保证产品质量势必增加树脂用量，并用调压泵一直对体系进行抽气，形成负压来排除腔体内的气体，防止气泡留在制品中，导致制品表面发白，或造成树脂包流，导致树脂不能完全浸润纤维布。另一方面，当树脂到达外置抽气口时，如果继续抽气多余的树脂会堵塞抽气管路，为了防止树脂进入管路造成管路堵塞，需要停止对该抽气口的抽气，可这样体系中的气泡就会残留下来，无法排除，在产品内部出现局部富集，这些都会影响产品质量。

此外利用外置抽气管对体系进行抽气容易造成封真空时操作困难，且质量隐患多。利用外置抽气管时，需要把一段抽气管密封在体系中，故需要在此位置预留足够多的真空袋膜以便打折，给操作带来困难。在没有对体系进行抽气之前，由于抽气管的张力作用，会对打折区域的密封胶条有一定的拉紧，容易使胶条与袋膜之间存在缝隙，在对体系进行抽气时，形成漏气点。

同时，在真空灌注过程中，体系中存在过量的树脂，增加了产品的重量。利用传统的抽气系统进行真空灌注，当树脂到达抽气口时，需把相应的抽气管路关闭，阻止树脂进入抽气管路，这样树脂就会在制品某些区域的表面囤积，而不能及时排出，增加了产品重量。

利用外置抽气管对体系进行抽气还存在抽气管重复利用率低，与之相关的辅助材料浪费严重。当树脂到达抽气口附近时，需把相对应的抽气管路关闭，停止抽气。一旦树脂进入到主抽气管中，则相应的一段抽气管必须更换。

因此很有必要对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于解决大型复合材料构件制作时，模具型面内局部容易出现局部富树脂所产生的一系列问题，提出一种既可以提高了管路的抽气效率，杜绝了树脂进入抽气管路的可能，又可以使抽气管路重复利用，同时保证了产品质量的大型复合材料构件制作抽真空方法。

本发明的另一目的在于提出一种实现上述大型复合材料构件制作方法的，用于制作大型复合材料构件抽真空用复合抽气层。

本发明的具体技术实施方案为：一种大型复合材料构件制作抽真空方法，在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，通过一种具有复合抽气层的抽气系统，在真空灌注过程中对模具型腔体系始终进行不间断抽气，保证树脂能够在玻璃纤维布中完全浸润，避免了局部区域出现纤维干丝现象，有效地保证了制品的表观质量。

所述抽气系统至少包括调压泵、抽气管道、抽气口、复合抽气层。

所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料。

根据上述方法所提出的用于制作大型复合材料构件抽真空的抽气系统是：一种大型复合材料构件制作抽真空抽气系统，至少包括一套真空抽气装置，真空抽气装置通过抽气管道与模具型腔连接，其特点在于：在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，设有复合抽气层，复合抽气层安装在真空抽气装置抽气管道与模具型腔连接的管道口处；所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料。复合抽气层内部的叠放顺序依次为导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料。该复合抽气层两面均可透过气体，其底部与模具抽气口相接触。该复合抽气层所使用的导气吸胶材料为高分子纤维材料，具有导气功能，其导气量可调节，同时其具有吸收树脂，减缓树脂流动的功能的材料。微孔透气膜为一种高分子聚合物薄膜，该透气薄膜可以透过空气，但树脂透过量非常小。支撑导气材料由一层或多层，相同或不同的高分子材料组成。其可以定量吸收由微孔透气膜透过的微量树脂。可通过调整该支撑导气材料的厚度及面积，控制复合抽气层单位时间内的气体透过量。

本发明的优点在于：通过调节导气量和控制树脂在局部的流动，避免了树脂在局部的富集，提高了树脂的利用率，减少了树脂的用量；同时通过导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料的阻挡树脂、吸收树脂的多重防护作用，阻止了树脂进入抽气管道，使抽气管道可重复利用，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明系统真空抽气装置部分抽真空原理示意图；

图2为本发明真空抽气系统的管路示意图；

图3为复合抽气层的基本原理结构示意图；

图4为复合抽气层的俯视图。

图中：101、真空抽气装置；102、调压装置；103、主抽气管道；104、压力显示仪表；105、压力调节阀；201、抽气口；202、模具型腔；203、主抽气管道； 204、支抽气管道；205、阀门；206、树脂收集装置；301、复合抽气层；302、模具型腔；303、抽气口；304、支撑保护层；305、微孔透气膜；307、密封材料；308、抽气管道；401、抽气口；402、支撑保护层； 403、微孔透气膜；404、导气吸胶材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述。

图1是本发明的抽气系统，调压泵中真空抽气装置101通过软管与调压装置102连接，调压装置通过主抽气管道103经过抽气口与模具型腔106连接。抽真空时，接通真空抽气装置101的电源，通过控制压力调节阀105，以及读取压力显示仪表104上的压力来调节模具型腔内的压力。从开始对模具型腔抽气，直到制品固化结束，真空抽气装置101要一直处于工作状态。

图2是本发明真空抽气系统的管路示意图，描述了本发明的抽气管道在模具型腔202中的布置方式的示意图。本发明抽气管道分为主抽气管道203和支抽气管道204，主抽气管道203从调压装置102接出来后，通过支抽气管道，经过抽气口201与模具型腔202连接相通。当调压泵接上电源，并打开调压装置后，模具型腔内的空气就会从支抽气管道204流经主抽气管道203被抽走，继而在模具型腔内形成负压。灌注过程中，如果有树脂流出，则打开阀门205，让树脂流到树脂收集装置206中，在树脂固化前，关闭阀门205，打开阀门207，将树脂排出。本发明要求主抽气管道203和支抽气管道的密封性能良好，符合真空灌注工艺对真空度检测的要求。

图3为复合抽气层的基本原理结构示意图，所述复合抽气层301至少包括导气吸胶材料306、微孔透气膜305、支撑导气材料304、密封材料307；复合抽气层301通过密封材料307以密封的方式固定于产品模具型腔302之上。复合抽气层采取多层材料叠合方式布置，多层材料的叠放方式从下到上依次为：支撑保护层304、微孔透气膜305、导气吸胶材料306。支撑保护层304固定于模具抽气口303之上，其可以定量吸收由微孔透气膜305透过的微量树脂。支撑保护层304可通过调整厚度及面积，控制复合抽气层单位时间内的气体透过量。微孔透气膜305可透过空气和微量树脂，对树脂流动有一定的阻碍作用。导气吸胶材料306可通过调节导气吸胶材料的种类和层数调节复合抽气层的导气量。

在产品制造之前如图1所示将抽气动力系统固定与模具抽气口303之上，然后密封整个体系进行抽气，直至产品灌注固化完成。在产品制造过程中，当体系开始抽真空时，由于压差的作用，树脂和空气都会流向抽气口附近的复合抽气层301。当树脂和空气达到复合抽气层301时，由于复合抽气层301中的支撑保护层304、微孔透气膜305、导气吸胶材料306均为透气材料，气体可以顺畅的通过复合抽气层301，从模具抽气口303排出；同时由于支撑保护层304、微孔透气膜305、导气吸胶材料306的吸胶及阻流作用，树脂不能通过复合抽气层301，因此无法进入抽气管路308，使得抽气管路308可重复利用。可以通过调节复合抽气层的导气和透气速度，引导树脂在局部的流动，避免了树脂在局部的富集，提高了树脂的利用率，减少了树脂的用量。

图4描述了本发明的核心内容，在模具的法兰边404上，布置有抽气口401，抽气口上是复合层。由下至上分别是支撑保护层402、吸胶层403、吸胶层404。当支撑保护层402固定在模具法兰上时，其具有一定的刚性和张力，在抽气口对模具型腔进行抽气时，其变形很小，由此为吸胶层403、吸胶层404提供了支撑作用。而且支撑保护层402本身有一定的吸胶功能，故可以吸收从吸胶层403、吸胶层404渗透下来的树脂，起到了一定的保护作用。吸胶层403、吸胶层404具有吸收产品多余树脂但不阻碍气体流动的功能，故在一定程度上保证模具型腔始终在抽气的状态下，树脂不会被吸到抽气管路中去。按照以上顺序铺设好复合层之后，需用密封胶把复合层固定在模具上。复合层完成之后，在复合层的靠外边沿着模具粘贴密封胶条，把抽气口和复合层密封在模具型腔内，然后铺设袋膜，使用新型抽气系统对模具型腔进行抽气，直至制品固化完成之后。

通过附图可以看出本发明涉及一种大型复合材料构件制作抽真空方法，在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，通过一种具有复合抽气层的抽气系统，在真空灌注过程中对模具型腔体系始终进行不间断连续抽气，保证树脂能够在玻璃纤维布中完全浸润，避免了局部区域出现纤维干丝现象，有效地保证了制品的表观质量。

所述抽气系统至少包括调压泵、抽气管道、抽气口、复合抽气层。

所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料。

根据上述方法所提出的用于制作大型复合材料构件抽真空的抽气系统是：一种大型复合材料构件制作抽真空抽气系统，至少包括一套真空抽气装置，真空抽气装置通过抽气管道与模具型腔连接，其特点在于：在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，设有复合抽气层，复合抽气层安装在真空抽气装置抽气管道与模具型腔连接的管道口处；所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料。复合抽气层内部的叠放顺序依次为导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料。该复合抽气层两面均可透过气体，其底部与模具抽气口相接触。该复合抽气层所使用的导气吸胶材料为高分子纤维材料，具有导气功能，其导气量可调节，同时其具有吸收树脂，减缓树脂流动的功能的材料。

Claims (5)

1.一种大型复合材料构件制作抽真空方法，其特征在于，在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，通过一种具有复合抽气层的抽气系统，在真空灌注过程中对模具型腔体系始终进行不间断连续抽气，保证树脂能够完全浸润玻璃纤维布，避免了局部区域出现纤维干丝现象；所述抽气系统至少包括调压泵、抽气管道、抽气口、复合抽气层；所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料；所述的复合抽气层是在模具的法兰边上，布置有抽气口，抽气口上是复合层；由下至上分别是支撑保护层、第一吸胶层、第二吸胶层；复合抽气层内部的叠放顺序依次为导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料，复合抽气层两面均可透过气体，其底部与模具抽气口相接触，复合抽气层所使用的导气吸胶材料为高分子纤维材料；按照以上顺序铺设好复合层之后，需用密封胶把复合层固定在模具上；复合层完成之后，在复合层的靠外边沿着模具粘贴密封胶条，把抽气口和复合层密封在模具型腔内，然后铺设袋膜，使用新型抽气系统对模具型腔进行抽气，直至制品固化完成之后。

2.如权利要求1所述的大型复合材料构件制作抽真空方法，其特征在于，调压泵中真空抽气装置通过软管与调压装置连接，调压装置通过抽气管道经过抽气口与模具型腔连接；抽真空时，接通真空抽气装置的电源，通过控制压力调节阀，以及读取压力显示仪表上的压力来调节模具型腔内的压力；从开始对模具型腔抽气，直到制品固化结束，真空抽气装置要一直处于工作状态。

3.如权利要求2所述的大型复合材料构件制作抽真空方法，其特征在于，所述的抽气管道分为主抽气管道和支抽气管道，主抽气管道从调压装置接出来后，通过支抽气管道，经过抽气口与模具型腔连接相通；当调压泵接上电源，并打开调压装置后，模具型腔内的空气就会从支抽气管道流经主抽气管道被抽走，继而在模具型腔内形成负压。

4.一种大型复合材料构件制作真空抽气系统，其特征在于，至少包括一套真空抽气装置，真空抽气装置通过抽气管道与模具型腔连接，其特点在于：在真空灌注工艺所使用的模具抽气口处，设有复合抽气层；所述的复合抽气层是在模具的法兰边上，布置有抽气口，抽气口上是复合层；由下至上分别是支撑保护层、第一吸胶层、第二吸胶层；复合抽气层安装在真空抽气装置抽气管道与模具型腔连接的管道口处，处于抽气管道的真空管道内；所述的复合抽气层至少包括导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料、密封材料，复合抽气层内部的叠放顺序依次为导气吸胶材料、微孔透气膜、支撑导气材料，复合抽气层两面均可透过气体，其底部与模具抽气口相接触，复合抽气层所使用的导气吸胶材料为高分子纤维材料。

5.如权利要求4所述的大型复合材料构件制作真空抽气系统，其特征在于，所述抽气支路设有定向收集树脂功能的装置及密闭性良好的阀门；灌注过程中，如果有树脂进入抽气管道，则打开阀门，让树脂流到树脂收集装置中，在树脂固化前，关闭阀门，打开排空阀门，将树脂排出。