CN102173061B - 一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料成型技术领域，主要涉及一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡方法及装置；使混合后的液态树脂进入一个脱泡装置(13)并持续从所述脱泡装置的多层螺旋层流板流过；脱泡装置(13)为持续的真空状态，使液态树脂的表面积增大，即使液态树脂液面变为一个厚度极小的薄层，脱泡装置的压差将混入液态树脂中的气泡体积瞬间放大，并由持续的真空迅速将这些气泡排除；通过脱泡处理的液态树脂直接连接至复合材料真空灌注成型现场，对复合材料制品(9)在真空状态下进行灌注成型，实现液态树脂脱泡、灌注一体化。

Description

一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡方法及装置

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，主要涉及一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡方法及装置。

背景技术

成型工艺原理是：在复合材料模具中进行干纤维铺层，在干纤维铺层上表面铺设导流介质，然后将这些干铺层和导流介质连同模具一起建立真空密封系统，最后在真空压力下使得较低粘度的液态树脂通过导流介质的分散完全浸润铺层。这种成型方法具有无挥发、工作环境好、产品性能好等诸多优点。

但是，真空灌注工艺成型的复合材料中往往残留较多气泡，致使复合材料的性能整体下降。目前国内外为解决此问题，普遍采用真空系统在液态树脂灌注前将混入的气泡脱除，专利《用于风力机成型的树脂脱泡箱》(专利号200920068309.9)就是利用这种脱泡方式借助真空条件脱泡，如图1。

其基本脱泡原理和过程为：

液态树脂通过液态树脂混合设备1混合后，通过液态树脂流动通道2流到可搬运的液态树脂容器3。然后将可搬运的液态树脂容器3，搬运后放置在脱泡箱5中，通过真空气体流动通路6将脱泡箱5和真空泵8连接成一密闭真空系统，当真空表7达到一定压力，此时液态树脂中残留气泡4持续在真空压力下排除，通过真空泵8抽走，并维持一定时间后，液态树脂中残留气泡4大部分被排除后，将可搬运的液态树脂容器3搬运后放置到复合材料制品9附近进行真空灌注成型。

这种脱泡方法在进行少量液态树脂真空灌注成型具有一定的实用性。但在成型大型复合材料部件(例如：大型游艇、兆瓦级风力发电机叶片、大型客车顶棚、飞机机翼等)时，因这些部件体型较大，一次真空灌注成型所需求的液态树脂量一般为数吨，需要制造大型的脱泡箱、大型液态树脂存储容器、大型真空泵站才能满足一次使用的液态树脂用量，否则如果采用小型的脱泡箱、小型液态树脂存储容器、小型真空泵站，则需要数百次重复以上过程才能满足一次真空灌注，劳动强度大。而且该方法脱泡效率非常低(脱泡的时间短则不能达到脱泡的效果，脱泡时间长，则会导致液态树脂凝胶，粘度急速升高并最终固化，不能再用于真空灌注成型。因此该专利无法应用于复合材料产品实际连续生产。

其它传统脱泡方法则是采用连续毡、短切毡等容易集气的玻璃织物夹杂在铺层当中，用于收集液态树脂中的气泡，但气泡同样汇集在这些铺层织物中，同样导致铺层抗拉伸、抗弯曲、抗剪切、抗压缩性能薄弱，导致复合材料整体性能下降。

发明内容

本发明提出一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡方法及装置；解决传统液态树脂脱泡存在的脱泡效率低、劳动强度大、无法实现连续生产的问题。

本发明实现其发明目的采取下述技术方案：

一种复合材料真空灌注成型工艺液态树脂脱泡的方法，对液态树脂进行混合，并使混合后的液态树脂进入一个内置多层螺旋层流板的脱泡装置；所述的脱泡装置为持续的真空状态，混合后的液态树脂持续从所述脱泡装置的多层螺旋层流板流过，使液态树脂的表面积增大，即使液态树脂液面变为一个厚度极小的薄层，脱泡装置内的压差将混入液态树脂中的气泡体积瞬间放大，并由持续的真空迅速将这些气泡排除；经过脱泡处理的液态树脂通过液态树脂流动通道直接连接至复合材料真空灌注成型现场，对复合材料制品在真空状态进行灌注成型，实现液态树脂脱泡、灌注一体化。

一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡装置，主要包括有液态树脂混合设备、脱泡装置和将液态树脂与混合设备、将液态树脂与复合材料真空灌注成型现场连通的液态树脂流动通道；所述的脱泡装置主要由真空泵、多层螺旋层流板、阀门构成；所述的螺旋层流板为球形弧面结构，相邻的上下两个螺旋层流板的弧面相反；弧面表面分布液态树脂流动凹槽通道，所述的液态树脂流动凹槽通道为螺旋形；液态树脂流动凹槽通道中分布多个液态树脂流动孔，若干个螺旋层流板依次通过多层螺旋层流板组装连接轴连接组成脱泡装置内部的液态树脂流动机构，上层螺旋层流板的出口与下层螺旋层流板的入口对应设置，最上层螺旋层流板的入口与脱泡装置液态树脂的入口对应。

将已连接好的液态树脂流动机构整体放入脱泡装置内部，当液态树脂通过阀门进入最上层螺旋层流板时，液态树脂将依次在多层螺旋层流板上沿螺旋形液态树脂流动凹槽通道流动，部分液态树脂会通过均匀分布在螺旋层流板的凹槽通道上的液态树脂流动孔滴落至下一层螺旋层流板；这些流动和滴落的液态树脂由于表面积增大(相当于液态树脂液面变为一个厚度较小的薄层)，在脱泡装置内部持续真空压差作用下将混入液态树脂中的气泡体积瞬间放大，持续的真空迅速将这些气泡排除。当液态树脂逐渐流动和滴落至螺旋形层流板的最后一层时，液态树脂中的气泡已被排尽，可以进行液态树脂灌注。

将液态树脂混合设备通过液态树脂流动通道连接到脱泡装置；通过真空气体流动通路将脱泡装置和真空泵连接构成真空密闭系统，并通过液态树脂流动通道连接至复合材料制品；开启真空泵，开启真空泵与脱泡装置之间的阀门，当真空表压力达到-90kpa～-95kpa，开启液态树脂混合设备与脱泡装置之间的阀门，此时液态树脂在此系统中通过液态树脂流动通道流动至脱泡装置中，并在脱泡装置内部自上而下流动，在多层螺旋层流板的作用下，液态树脂中残留气泡在真空压力下持续排除，并被真空泵持续抽走，液态树脂中残留气泡被排除后，开启脱泡装置与复合材料制品之间的阀门进行真空灌注，此时可以通过阀门进行液态树脂流速、真空压力、灌注速度的控制，实现连续脱泡、连续灌注的目的。

脱泡装置的引入是本发明脱泡技术方法的关键，在这个脱泡装置的连续工作状态下，实现了液态树脂的连续脱泡，可用于连续的生产应用。该脱泡装置的外形可以为圆柱形、方体等形状、具有一定高度和宽度、具有一定存储空间。具体的尺寸根据液态树脂的用量不同而不同，液态树脂用量越大，灌注过程中单位时间液态树脂需求量越高则需要设计的脱泡装置的体积越大，需要设计的脱泡装置高度越高。

脱泡装置系统中真空压力为-90kpa～-95kpa，复合材料制品9中的真空压力为-95kpa～-100kpa。保证此压力，才能保证液态树脂在整个系统中的流动、才能保证液态树脂中气泡完全排除、才能保证液态树脂能够顺利灌注至复合材料制品9中。

多层螺旋层流板及其螺旋的设置

多层螺旋层流板是液态树脂的脱泡的关键，所述的螺旋层流板至少应为2层，即至少包含一个上层螺旋层流板和下层螺旋层流板。需保证：

液态树脂能够自上而下平铺流动，并使得液态树脂在该层流板表面流动时具有尽可能大的表面积和尽可能远的流动距离，才能使得液态树脂在流动过程中更易排除气泡。

螺旋层流板必须和脱泡装置的内壁紧密结合，防止液态树脂在第一层层流板通过脱泡装置的内壁直接流动至最底层，而达不到脱泡的效果。

每个螺旋层流板的螺旋形液态树脂流动凹槽通道的圈数根据液态树脂流量的不同而不同，流量越大，则液态树脂流动凹槽通道的尺寸越大，深度越深，相应的圈数越少，但至少应保证螺旋圈数多于5圈。

多层螺旋层流板中流动孔的设置

液态树脂流动孔使得部分液态树脂在螺旋流动过程中能够滴落到下一层层流板，达到极大增加液态树脂的表面积、极大增加脱泡效率的效果。如果不设置这样的流动孔，则不能保证液态树脂自上而下极短的流动时间内完全脱泡。流动孔的尺寸根据液态树脂的粘度不同而不同，只要保证液态树脂在灌注成型工艺要求的粘度下能通过流动孔即可。孔与孔之间的间距根据需要可设定为30～100mm。但随液态树脂用量的增加，可同时增加脱泡装置的尺寸、螺旋层流板的尺寸以及液态树脂流动孔的尺寸和间距。

本发明的特点

1)本发明所述脱泡方法简便易行，使用过程中可控流量、可控压力、可调流速、可实现复合材料产品的连续生产应用。

2)本发明所述脱泡方法行之有效，脱泡效率达99％以上，大大改善了复合材料制品抗拉伸、抗弯曲、抗剪切、抗压缩等力学性能，提高制品的使用寿命和耐化学腐蚀性、耐候性，该方法在生产中的应用能大大提高复合材料制品的综合性能。

3)本发明所述脱泡装置造价成本低，操作简单，能够持续进行大型复合材料部件的液态模塑成型，大大降低混合后的液态树脂凝胶而导致的真空灌注失败。

4)本发明所述螺旋形层流板，较大的扩液态树脂脱泡表面积，不用加热和搅拌也能实现有效去除液态树脂中混入的气泡，从而减少了电能、热能的浪费，节约的大量成本支出。

5)本发明所述螺旋层流板能够重复利用，在真空灌注结束后，多层螺旋层流板可以拆卸清洗后重复使用，节约成本。

附图说明

图1为传统脱泡装置示意图。图2为本发明脱泡装置示意图。

图3为本发明多层螺旋层流板示意图。

图中，1、液态树脂混合设备，2、液态树脂流动通道，3、可搬运的液态树脂容器，4、液态树脂中的残留气泡，5、脱泡箱，6、真空气体流动通道，7、真空表，8、真空泵，9、复合材料制品，10、阀门i，11、上层螺旋层流板，12、下层螺旋层流板，13、脱泡装置，14、多层螺旋层流板组装连接，15、阀门ii，16、阀门iii，17、螺旋形液态树脂流动凹槽通道，18、液态树脂流动孔，19、多层螺旋层流板组装连接轴。

具体实施方式

结合附图对本发明的实施例加以说明：

如图2、图3所示，一种复合材料真空灌注成型工艺液态树脂脱泡的装置，主要包括有液态树脂混合设备1、脱泡装置13和将液态树脂与混合设备1、将液态树脂与复合材料真空灌注成型现场连通的液态树脂流动通道2；所述的脱泡装置主要由真空泵8、多层螺旋层流板、阀门i10、阀门ii15、阀门iii16构成；所述的螺旋层流板为球形弧面结构，弧面表面分布液态树脂流动凹槽通道17，所述的液态树脂流动凹槽通道17为螺旋形；凹槽通道中分布多个液态树脂流动孔，若干个螺旋层流板依次通过多层螺旋层流板组装连接轴14连接组成脱泡装置内部的液态树脂流动机构，上层螺旋层流板的出口与下层螺旋层流板的入口对应设置，最上层螺旋层流板的入口与脱泡装置液态树脂的入口对应。所述的螺旋层流板至少应为2层，即至少包含一个上层螺旋层流板11和一个下层螺旋层流板12；所述的螺旋形液态树脂流动凹槽通道17的圈数多于5圈。

一种复合材料真空灌注成型工艺液态树脂脱泡的方法，对液态树脂进行混合，并使混合后的液态树脂进入一个内置多层螺旋层流板的脱泡装置13；所述的脱泡装置13为持续的真空状态，混合后的液态树脂持续从所述脱泡装置的多层螺旋层流板流过，使液态树脂的表面积增大，即使液态树脂液面变为一个厚度极小的薄层，脱泡装置内的压差将混入液态树脂中的气泡体积瞬间放大，并由持续的真空迅速将这些气泡排除；通过脱泡处理的液态树脂通过液态树脂流动通道2直接连接至复合材料真空灌注成型现场，对复合材料制品9进行真空灌注成型，实现液态树脂脱泡、灌注一体化。

具体工艺过程为：将液态树脂混合设备1通过液态树脂流动通道2连接到脱泡装置13；通过真空气体流动通路6将脱泡装置13和真空泵8连接构成真空密闭系统。并通过液态树脂流动通道2连接至复合材料制品9；开启真空泵8，开启真空泵8与脱泡装置13之间的阀门i10，当真空表7达到一定压力(-90kpaa～-95kpa)，开启液态树脂混合设备1与脱泡装置13之间的阀门iii16，此时液态树脂通过液态树脂流动通道2流动至脱泡装置13中，并在脱泡装置13内部自上而下流动，在上层螺旋层流板11和下层螺旋层流板12的作用下，液态树脂中残留气泡4持续在真空压力下排除，并持续被真空泵8抽走，液态树脂中残留气泡4被排除后，开启ii15进行真空灌注；此时可以通过液态树脂混合设备1与脱泡装置13之间的阀门iii16、真空泵8与脱泡装置13之间的阀门阀门i10、脱泡装置13与复合材料制品9之间的阀门阀门ii15进行液态树脂流速、真空压力、灌注速度的控制，实现连续脱泡、连续灌注的目的。

Claims (2)

1.一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡装置，其特征在于：主要包括有液态树脂混合设备(1)、脱泡装置(13)和液态树脂流动通道(2)；所述液态树脂混合设备(1)通过液态树脂流动通道(2)连接脱泡装置(13)；脱泡装置(13)通过真空气体流动通路(6)和真空泵(8)连接构成真空密闭系统，脱泡装置(13)并通过液态树脂流动通道连接至复合材料制品(9)；所述的脱泡装置主要由真空泵(8)、多层螺旋层流板、阀门i(10)、阀门ii(15)、阀门iii(16)构成；所述阀门iii(16)位于液态树脂混合设备(1)与脱泡装置(13)之间，所述阀门i(10)位于真空泵(8)与脱泡装置(13)之间；所述阀门ii(15)设置在脱泡装置(13)与复合材料制品(9)之间；所述的螺旋层流板为球形弧面结构，弧面表面分布液态树脂流动凹槽通道(17)，所述的液态树脂流动凹槽通道(17)为螺旋形；凹槽通道(17)中分布多个液态树脂流动孔，若干个螺旋层流板依次通过多层螺旋层流板组装连接轴(14)连接组成脱泡装置内部的液态树脂流动机构，上层螺旋层流板的出口与下层螺旋层流板的入口对应设置，最上层螺旋层流板的入口与脱泡装置液态树脂的入口对应；所述的螺旋层流板至少为两层，即至少包含一个上层螺旋层流板(11)和一个下层螺旋层流板(12)；所述的螺旋形液态树脂流动凹槽通道(17)的圈数多于5圈。

2.利用权利要求1所述一种用于复合材料真空灌注成型的液态树脂脱泡装置脱泡的方法，其特征在于：对液态树脂进行混合，并使混合后的液态树脂进入一个内置多层螺旋层流板的脱泡装置(13)；所述的脱泡装置(13)为持续的真空状态，混合后的液态树脂持续从所述脱泡装置的多层螺旋层流板流过，使液态树脂的表面积增大，即使液态树脂液面变为一个厚度极小的薄层，脱泡装置内的压差将混入液态树脂中的气泡体积瞬间放大，并由持续的真空迅速将这些气泡排除；通过脱泡处理的液态树脂通过液态树脂流动通道(2)直接连接至复合材料真空灌注成型现场，对复合材料制品(9)在真空状态下进行灌注成型，实现液态树脂脱泡、灌注一体化；

具体工艺过程为：将液态树脂混合设备(1)通过液态树脂流动通道(2)连接到脱泡装置(13)；通过真空气体流动通路(6)将脱泡装置(13)和真空泵(8)连接构成真空密闭系统；并通过液态树脂流动通道(2)连接至复合材料制品(9)；开启真空泵(8)，开启真空泵(8)与脱泡装置(13)之间的阀门i(10)，当真空表(7)压力达到-90kpa～-95kpa，开启液态树脂混合设备(1)与脱泡装置(13)之间的阀门iii(16)，此时液态树脂在此系统中通过液态树脂流动通道(2)流动至脱泡装置(13)中，并在脱泡装置(13)内部自上而下流动，在多层螺旋层流板的作用下，液态树脂中残留气泡(4)持续在真空压力下排除，并持续被真空泵(8)抽走，液态树脂中残留气泡(4)大部分被排除后，开启脱泡装置(13)与复合材料制品(9)之间的阀门ii(15)进行真空灌注；此时可以通过液态树脂混合设备(1)与脱泡装置(13)之间的阀门iii(16)、真空泵(8)与脱泡装置(13)之间的阀门i(10)、脱泡装置(13)与复合材料制品(9)之间的阀门ii(15)进行液态树脂流速、真空压力、灌注速度的控制，实现连续脱泡、连续灌注的目的。