CN109228402A - 一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统及方法，包括包括数控真空装置、防吸入真空输出装置、液体树脂除气装置、模具和温控固化装置；所述防吸入真空输出装置的顶部通过管路连接至模具，所述防吸入式真空输出系统的中部通过管路连接至数控真空装置，为模具提供真空环境；所述数控真空装置通过管路连接至液体树脂除气装置，向模具注入液树脂基体材料；所述温控固化装置连接至模具，为模具的固化过程提供可控的环境温度。本发明能够有效避免在注入过程中由于真空系统故障导致的废品率，降低经济损失；确保真空系统的安全和运行可靠性；提升复合材料产品的力学性能指标。
Description
技术领域
本发明属于真空辅助工艺技术领域，特别是涉及一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统及方法。
背景技术
新型材料研究长久以来一直是国防战略技术研究中的一个重要领域，复合化则是新型材料发展的一个重要方向。由两种或多种不同性能、形态的组分材料通过复合工艺合成的多相复合材料，可有效改善组分材料性能，与单一组分材料相比新型复合材料具有多种优势。
以目前技术成熟应用最为广泛的纤维增强复合材料(Fiber ReinforcedPlastics,FRP)为例，其不仅具有比强度高、比模量大、抗疲劳断裂和耐腐蚀性能优异等特点外，还具有材料可设计性和易于整体成型等优点，有利于实现结构和材料高度统一的优化设计。
真空辅助RTM成型工艺作为一种改进的RTM工艺，只需要一个模具面来铺放纤维预成型体，以保证构件工作表面品质；另一面则为软模，采用弹性真空袋覆盖；模腔周围采用真空密封条密封，模腔同时具有基体材料注入口和抽真空出口。真空辅助RTM工艺作为一种廉价的复合材料液体成型工艺，是目前汽车、航空以及船舶制造业最重要的低成本生产工艺，并且已成为这一领域的研究热点。
但是，现有的真空辅助RTM成型工艺，无法对真空系统进行可调控制和防护，导致在注入过程中由于真空系统故障导致的废品率的增大，造成了巨大的经济损失；无法实现真空系统的安全和运行可靠性；使成型的复合材料产品的力学性能差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统及方法，能够有效避免在注入过程中由于真空系统故障导致的废品率，降低经济损失；确保真空系统的安全和运行可靠性；提升复合材料产品的力学性能指标。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，包括数控真空装置、防吸入真空输出装置、液体树脂除气装置、模具和温控固化装置；所述防吸入真空输出装置的顶部通过管路连接至模具，所述防吸入式真空输出系统的中部通过管路连接至数控真空装置，为模具提供真空环境；所述数控真空装置连接至液体树脂除气装置，由液体树脂除气装置向模具注入液树脂基体材料；所述温控固化装置连接至模具，为模具的固化过程提供可控的环境温度；
所述数控真空装置，数控自动调节真空度，通过防吸入真空输出装置为模具提供真空条件；
所述防吸入真空输出装置，包括防吸入结构和过滤结构，通过防吸入结构防止液态和气态的树脂基体材料吸入数控真空装置，通过过滤结构滤除吸入数控真空装置的气态树脂基体材料；
所述液体树脂除气装置，在液态树脂基体材料注入模具前除去液态树脂基体材料中所含的大量微小气泡，并将处理后的液态树脂基体材料注入模具；
所述模具，用于成型层合结构或夹芯结构的复合材料构件。
进一步的是，设置2个数控真空装置分别连接至防吸入真空输出装置，形成并联双真空系统。采用并联双真空系统；并联双真空系统可有效降低在注入过程中由于真空系统故障导致的废品率，也可有效避免大型、高成本产品在加工过程中因真空失压而造成的经济损失。
进一步的是，所述数控真空装置包括干泵、真空调节仪、真空测量器和比例调节阀，所述干泵通过防吸入真空输出装置连接至模具，所述真空测量前设置在所述模具中，所述比例调节阀设置在管路上，所述真空测量器和比例调节阀均与真空调节仪电连接。
进一步的是，所述数控真空装置还包括真空截止阀和针阀，所述真空截止阀设置在干泵和比例调节阀之间的管路上，且从真空截止阀和比例调节阀之间的管路上引出支管，在所述支管上设置针阀，所述针阀一端连通大气。
进一步的是，所述数控真空装置还包括闭环控制系统，通过闭环控制系统电控调节比例调节阀和手动调节针阀实现在真空辅助工艺所需的2kPa至10kPa真空范围内的真空度调节。
进一步的是，为确保真空系统的安全和运行可靠性；所述防吸入真空输出装置包括圆柱形容器，在所述圆柱形容器顶部设置有多处开孔，所述开孔连通至模具型腔；在所述圆柱形容器顶部设置有观察窗口；在所述圆柱形容器中部设置有接口，所述接口与数控真空装置连接；
当有液态树脂基体材料通过顶部的开孔从模具型腔吸入时，液态树脂基体材料自然落入所述圆柱形容器底部，而不会被直接被吸入数控真空装置；当圆柱形容器内树脂基体材料蓄积过多后，打开顶部观察窗口加以清除；
在圆柱形容器中部的接口处加装有金属丝过滤部件，防止气态树脂基体材料吸入数控真空装置中。
进一步的是，注入前的液体树脂中存在大量微小的气泡，在注入低压的模具型腔后会迅速膨胀形成较大的气泡孔洞，在树脂固化后形成空隙，从而影响产品质量，因此在注入前需要尽量去除液体树脂中的大量微小气泡；为了大幅降低成品空隙率，有效提升产品的各项力学性能指标；
所述液体树脂除气装置，将液态树脂基体材料置入低压环境后诱发微量气泡膨胀，微量气泡在浮力作用下迅速上浮并在到达液体表面后破裂从而释放内部气体；
所述液体树脂除气装置包括罐体、顶盖、观察孔和三通阀；所述罐体通过三通阀与防吸入真空输出装置相连接，且所述三通阀另一端与大气连通；所述顶盖盖于罐体顶端，所述观察孔设置在顶盖上；
通过调节三通阀控制罐体内压力；由于在除气阶段早期，大量气泡迅速形成并上浮，会形成类似于沸腾状，为防止液体溢出，通过控制三通阀降低罐体内真空度提高内部压力；当液体内气泡去除后，防止罐体内部液态树脂基体材料由于真空度过高和压力过低而发生自身汽化从而沸腾，通过调节三通阀对罐体内压进行控制。
进一步的是，所述模具为铝制金属板面；为导热、防止树脂固化过程中的热堆积引起的不均匀固化；铝制金属板面硬度低，利于该模具在脱模时台面的适当变形，便于脱模。
另一方面，本发明还提供了一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制方法，复合材料加工成型的真空辅助工艺包括步骤：模具设计、铺层设计、纤维预成型体铺层、密封、真空定型、充模、基体固化和脱模；
配合上述工艺，所述真空辅助工艺控制系统的控制方法包括步骤：
S100，通过数控真空装置控制防吸入真空输出装置，吸取模具内部残留并使模具内部处于真空状态；
S200，启动液体树脂除气装置，去除防吸入真空输出装置中液态树脂基体的气泡；
S300，将除气后的树脂液态基体胶液注入模具，完成充模。
进一步的是，在预成型体铺设阶段，控制织物纤维走向；用网格控制法，通过预先在模具表面标记纤维设计走向的网格或通过激光装置在模具表面投射网格对铺层纤维走向加以准确控制；提升复合材料产品的力学性能指标；
在充模时，通过控制充模速度，改变预成型体渗透率加快充模速度；
在基体固化时，根据材料的化学特性和注入充模时间要求，通过凝胶试验制定合理的固化剂和催化剂配比方案；需保证预成型体在树脂基体材料充分浸润后再进入基体固化阶段；有效降低废品率。
采用本技术方案的有益效果：
本发明有效降低在注入过程中由于真空系统故障导致的废品率，也可有效避免大型、高成本产品在加工过程中因真空失压而造成的经济损失；实现在真空辅助RTM工艺所需的2kPa至10kPa真空范围内的真空度自动数控可调；
本发明通过防吸入结构和过滤系统实现对液态和气态树脂材料的吸入防护目的，确保真空系统的安全和运行可靠性；该系统相连的液体树脂除气装置则主要用于在液态基体胶液注入模具前，除去胶液中所含的大量微小气泡，进而大幅降低成品空隙率，有效提升产品的各项力学性能指标；
本发明通过温控固化装置，可以有效地消除试件内应力并提高基体粘结剂的胶接强度，提高约三分之一；尤其适用于性能要求较高的复合材料产品。
附图说明
图1为本发明的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中数控真空装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中防吸入真空输出装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中液体树脂除气装置的结构示意图；
图5为本发明的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制方法的流程示意图；
其中，1是数控真空装置、2是防吸入真空输出装置、3是液体树脂除气装置、4是模具、5是温控固化装置；11是干泵、12是真空调节仪、13是真空测量器、14是比例调节阀、15是截止阀、16是针阀；21是圆柱形容器、22是开孔、23是观察窗口、24是接口；31是罐体、32是顶盖、33是观察孔、34是三通阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，包括数控真空装置1、防吸入真空输出装置2、液体树脂除气装置3、模具4和温控固化装置5；所述防吸入真空输出装置2的顶部通过管路连接至模具4，所述防吸入式真空输出系统的中部通过管路连接至数控真空装置1，为模具4提供真空环境；所述数控真空装置1连接至液体树脂除气装置3，由液体树脂除气装置3向模具4注入液树脂基体材料；所述温控固化装置5连接至模具4，为模具4的固化过程提供可控的环境温度；
所述数控真空装置1，数控自动调节真空度，通过防吸入真空输出装置2为模具4提供真空条件；
所述防吸入真空输出装置2，包括防吸入结构和过滤结构，通过防吸入结构防止液态和气态的树脂基体材料吸入数控真空装置1，通过过滤结构滤除吸入数控真空装置1的气态树脂基体材料；
所述液体树脂除气装置3，在液态树脂基体材料注入模具4前除去液态树脂基体材料中所含的大量微小气泡，并将处理后的液态树脂基体材料注入模具4；
所述模具4，用于成型层合结构或夹芯结构的复合材料构件。
作为上述实施例的优化方案，设置2个数控真空装置1分别连接至防吸入真空输出装置2，形成并联双真空系统。采用并联双真空系统；并联双真空系统可有效降低在注入过程中由于真空系统故障导致的废品率，也可有效避免大型、高成本产品在加工过程中因真空失压而造成的经济损失。
其中，如图2所示，所述数控真空装置1包括干泵11、真空调节仪12、真空测量器13和比例调节阀14，所述干泵11通过防吸入真空输出装置2连接至模具4，所述真空测量前设置在所述模具4中，所述比例调节阀14设置在管路上，所述真空测量器13和比例调节阀14均与真空调节仪12电连接。
所述数控真空装置1还包括真空截止阀15和针阀16，所述真空截止阀15设置在干泵11和比例调节阀14之间的管路上，且从真空截止阀15和比例调节阀14之间的管路上引出支管，在所述支管上设置针阀16，所述针阀16一端连通大气。
所述数控真空装置1还包括闭环控制系统，通过闭环控制系统电控调节比例调节阀14和手动调节针阀16实现在真空辅助工艺所需的2kPa至10kPa真空范围内的真空度调节。
作为上述实施例的优化方案，如图3所示，为确保真空系统的安全和运行可靠性；所述防吸入真空输出装置2包括圆柱形容器21，在所述圆柱形容器21顶部设置有多处开孔22，所述开孔22连通至模具4型腔；在所述圆柱形容器21顶部设置有观察窗口23；在所述圆柱形容器21中部设置有接口24，所述接口24与数控真空装置1连接；
当有液态树脂基体材料通过顶部的开孔22从模具4型腔吸入时，液态树脂基体材料自然落入所述圆柱形容器21底部，而不会被直接被吸入数控真空装置1；当圆柱形容器21内树脂基体材料蓄积过多后，打开顶部观察窗口23加以清除；
在圆柱形容器21中部接口24处加装有金属丝过滤部件，防止气态树脂基体材料吸入数控真空装置1中。
作为上述实施例的优化方案，由于注入前的液体树脂中存在大量微小的气泡，在注入低压的模具4型腔后会迅速膨胀形成较大的气泡孔洞，在树脂固化后形成空隙，从而影响产品质量，因此在注入前需要尽量去除液体树脂中的大量微小气泡；为了大幅降低成品空隙率，有效提升产品的各项力学性能指标；
所述液体树脂除气装置3，将液态树脂基体材料置入低压环境后诱发微量气泡膨胀，微量气泡在浮力作用下迅速上浮并在到达液体表面后破裂从而释放内部气体；
如图4所示，所述液体树脂除气装置3包括罐体31、顶盖32、观察孔33和三通阀34；所述罐体31通过三通阀34与防吸入真空输出装置2相连接，且所述三通阀34另一端与大气连通；所述顶盖32盖于罐体31顶端，所述观察孔33设置在顶盖32上；
通过调节三通阀34控制罐体31内压力；由于在除气阶段早期，大量气泡迅速形成并上浮，会形成类似于沸腾状，为防止液体溢出，通过控制三通阀34降低罐体31内真空度提高内部压力；当液体内气泡去除后，防止罐体31内部液态树脂基体材料由于真空度过高和压力过低而发生自身汽化从而沸腾，通过调节三通阀34对罐体31内压进行控制。
作为上述实施例的优化方案，所述模具4为铝制金属板面；为导热、防止树脂固化过程中的热堆积引起的不均匀固化；铝制金属板面硬度低，利于该模具4在脱模时台面的适当变形，便于脱模。
为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图5所示，本发明还提出了一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制方法，复合材料加工成型的真空辅助工艺包括步骤：模具4设计、铺层设计、纤维预成型体铺层、密封、真空定型、充模、基体固化和脱模；
配合上述工艺，所述真空辅助工艺控制系统的控制方法包括步骤：
S100，通过数控真空装置1控制防吸入真空输出装置2，吸取模具4内部残留并使模具4内部处于真空状态；
S200，启动液体树脂除气装置3，去除防吸入真空输出装置2中液态树脂基体的气泡；
S300，将除气后的树脂液态基体胶液注入模具4，完成充模。
其中，在预成型体铺设阶段，控制织物纤维走向；用网格控制法，通过预先在模具4表面标记纤维设计走向的网格或通过激光装置在模具4表面投射网格对铺层纤维走向加以准确控制；提升复合材料产品的力学性能指标；
在充模时，通过控制充模速度，改变预成型体渗透率加快充模速度；
在基体固化时，根据材料的化学特性和注入充模时间要求，通过凝胶试验制定合理的固化剂和催化剂配比方案；需保证预成型体在树脂基体材料充分浸润后再进入基体固化阶段；有效降低废品率。
为进一步验证本发明的有效性和可靠性，研究针对自主设计加工的碳纤维层合结构复合材料试件开展了相关力学性能测试，研究共开展0°拉伸、90°拉伸、0°压缩、90°压缩、±45°拉伸剪切等试验。
试验件加工：试验件为利用真空辅助RTM工艺加工而成的碳纤维增强层合结构复合材料件；试验件纤维增强体为东丽T70012K碳纤维织物，基体为乙烯基酯树脂，加强片与试样连接采用Loctite高强度环氧树脂胶接；胶接后的材料利用水切割加工形成最终试件。
拉伸试验：0°拉伸和90°拉伸试验均采用ASTM D3039标准，选取工作段较长的矩形直边试验件；0°拉伸试验件长250mm，宽15mm，厚约1.2mm，铺层为6层单向碳纤维织布；90°拉伸试验件长175mm，宽25mm，厚约1.9mm，铺层为10层单向碳纤维织布。0°拉伸与90°拉伸试验共分别开展5组和7组有效试样测试，试验结果显示：纵向拉伸强度1753MPa，模量126.0GPa，泊松比0.314；横向拉伸强度19.3MPa，模量10.0GPa。
压缩试验：采用ASTM D6641标准，试件为不易发生总体失稳的短标距试验件。标准试验件的宽度为12mm；为减小试验件发生失稳的概率，复合材料压缩试验通常采用的短工作段的试验件，参考ASTM D6641标准，根据试验件的屈曲条件，工作段可取12mm-25mm。为了尽量防止试验件的屈曲，本压缩试验件工作段长12mm；试验件厚度必须足以防止屈曲，大量试验结果表明，厚度在2mm-3mm可以取得理想的效果；因此，实际试件尺寸为：长140mm，宽12mm，厚约2.2mm，试验件铺层为12层碳纤维单向织布。针对0°压缩与90°压缩试验分别进行了6组有效试样测试，测试结果显示：试件0°纵向压缩强度779MPa，90°横向压缩强度114.5MPa。
面内剪切试验：试验共开展5组有效试样测试，得到T700碳纤维/乙烯基酯复合材料±45°拉伸剪切试验。实验结果：10000με以后，应力应变曲线呈现明显非线性；50000με时试验件都未发生破坏，根据ASTM D3518标准规定，取50000με时对应的应力为材料最大剪应力。试验测得：面内剪切强度为43.1MPa，剪切模量3.4GPa。
因此，研究针对T700碳纤维/乙烯基酯复合材料各项力学性能测试结果如表1所示；对试验数据的分析结果表明，基于前述真空辅助RTM工艺技术和工艺设备加工的纤维增强复合材料性能已达或部分超过公开文献类似产品的性能指标且性能稳定。
表1 T700碳纤维/乙烯基酯复合材料力学性能测试结果
通过该上述实验结果，进一步验证了本发明所提出的真空辅助RTM工艺技术和工艺系统的有效性和可靠性，能够解决本发明的技术问题，能够达到本发明的技术效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，包括数控真空装置(1)、防吸入真空输出装置(2)、液体树脂除气装置(3)、模具(4)和温控固化装置(5)；所述防吸入真空输出装置(2)的顶部通过管路连接至模具(4)，所述防吸入式真空输出系统的中部通过管路连接至数控真空装置(1)，为模具(4)提供真空环境；所述数控真空装置(1)连接至液体树脂除气装置(3)，由液体树脂除气装置(3)向模具(4)注入液树脂基体材料；所述温控固化装置(5)连接至模具(4)，为模具(4)的固化过程提供可控的环境温度；
所述数控真空装置(1)，数控自动调节真空度，通过防吸入真空输出装置(2)为模具(4)提供真空条件；
所述防吸入真空输出装置(2)，包括防吸入结构和过滤结构，通过防吸入结构防止液态和气态的树脂基体材料吸入数控真空装置(1)，通过过滤结构滤除吸入数控真空装置(1)的气态树脂基体材料；
所述液体树脂除气装置(3)，在液态树脂基体材料注入模具(4)前除去液态树脂基体材料中所含的大量微小气泡，并将处理后的液态树脂基体材料注入模具(4)；
所述模具(4)，用于成型层合结构或夹芯结构的复合材料构件。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，设置2个数控真空装置(1)分别连接至防吸入真空输出装置(2)，形成并联双真空系统。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，所述数控真空装置(1)包括干泵(11)、真空调节仪(12)、真空测量器(13)和比例调节阀(14)，所述干泵(11)通过防吸入真空输出装置(2)连接至模具(4)，所述真空测量前设置在所述模具(4)中，所述比例调节阀(14)设置在管路上，所述真空测量器(13)和比例调节阀(14)均与真空调节仪(12)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，所述数控真空装置(1)还包括真空截止阀(15)和针阀(16)，所述真空截止阀(15)设置在干泵(11)和比例调节阀(14)之间的管路上，且从真空截止阀(15)和比例调节阀(14)之间的管路上引出支管，在所述支管上设置针阀(16)，所述针阀(16)一端连通大气。
5.根据权利要求4所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，所述数控真空装置(1)还包括闭环控制系统，通过闭环控制系统电控调节比例调节阀(14)和手动调节针阀(16)实现在真空辅助工艺所需的2kPa至10kPa真空范围内的真空度调节。
6.根据权利要求1-5中任一所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，所述防吸入真空输出装置(2)包括圆柱形容器(21)，在所述圆柱形容器(21)顶部设置有多处开孔(22)，所述开孔(22)连通至模具(4)型腔；在所述圆柱形容器(21)顶部设置有观察窗口(23)；在所述圆柱形容器(21)中部设置有接口(24)，所述接口(24)与数控真空装置(1)连接；
当有液态树脂基体材料通过顶部的开孔(22)从模具(4)型腔吸入时，液态树脂基体材料自然落入所述圆柱形容器(21)底部，而不会被直接被吸入数控真空装置(1)；当圆柱形容器(21)内树脂基体材料蓄积过多后，打开顶部观察窗口(23)加以清除；
在圆柱形容器(21)中部接口(24)处加装有金属丝过滤部件，防止气态树脂基体材料吸入数控真空装置(1)中。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，所述液体树脂除气装置(3)，将液态树脂基体材料置入低压环境后诱发微量气泡膨胀，微量气泡在浮力作用下迅速上浮并在到达液体表面后破裂从而释放内部气体；
所述液体树脂除气装置(3)包括罐体(31)、顶盖(32)、观察孔(33)和三通阀(34)；所述罐体(31)通过三通阀(34)与防吸入真空输出装置(2)相连接，且所述三通阀(34)另一端与大气连通；所述顶盖(32)盖于罐体(31)顶端，所述观察孔(33)设置在顶盖(32)上；
通过调节三通阀(34)控制罐体(31)内压力；由于在除气阶段早期，通过控制三通阀(34)降低罐体(31)内真空度提高内部压力，防止液体溢出；当液体内气泡去除后，通过调节三通阀(34)对罐体(31)内压进行控制，防止罐体(31)内部液态树脂基体材料发生自身汽化从而沸腾。
8.根据权利要求1所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制系统，其特征在于，所述模具(4)为铝制金属板面。
9.一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制方法，其特征在于，复合材料加工成型的真空辅助工艺包括步骤：模具(4)设计、铺层设计、纤维预成型体铺层、密封、真空定型、充模、基体固化和脱模；
配合上述工艺，所述真空辅助工艺控制系统的控制方法包括步骤：
S100，通过数控真空装置(1)控制防吸入真空输出装置(2)，吸取模具(4)内部残留并使模具(4)内部处于真空状态；
S200，启动液体树脂除气装置(3)，去除防吸入真空输出装置(2)中液态树脂基体的气泡；
S300，将除气后的树脂液态基体胶液注入模具(4)，完成充模。
10.根据权利要求9所述的一种复合材料加工成型的真空辅助工艺控制方法，其特征在于，
在预成型体铺设阶段，控制织物纤维走向；用网格控制法，通过预先在模具(4)表面标记纤维设计走向的网格或通过激光装置在模具(4)表面投射网格对铺层纤维走向加以准确控制；
在充模时，通过控制充模速度，改变预成型体渗透率加快充模速度；
在基体固化时，根据材料的化学特性和注入充模时间要求，通过凝胶试验制定合理的固化剂和催化剂配比方案；需保证预成型体在树脂基体材料充分浸润后再进入基体固化阶段。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114434829A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-06 | 浙江颢屹汽车技术有限公司 | 一种真空导入工艺 |
| CN116176008A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-05-30 | 北京维盛复合材料有限公司 | 一种原材料工艺流量控制系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101439570A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-05-27 | 北京玻钢院复合材料有限公司 | 复合材料rtm成型排气泡流出树脂胶液再注射工艺及设备 |
| CN101585238A (zh) * | 2009-07-02 | 2009-11-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 超大型复合材料构件整体成型工艺及成型系统 |
| CN102001184A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-04-06 | 天津南车风电叶片工程有限公司 | 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 |
| CN104589669A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-05-06 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种复合材料液体压力成型方法 |
| CN104786521A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法 |
| CN105479773A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-13 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种液态树脂转移模塑系统及其成型方法 |
| CN106377806A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-02-08 | 闫红霞 | 一种医用抽吸器 |
| CN106903905A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-30 | 西北工业大学 | 一种适用于vari的c型带筋壁板复合材料的成型模具及方法 |
-
2018
- 2018-10-19 CN CN201811223183.8A patent/CN109228402A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101439570A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-05-27 | 北京玻钢院复合材料有限公司 | 复合材料rtm成型排气泡流出树脂胶液再注射工艺及设备 |
| CN101585238A (zh) * | 2009-07-02 | 2009-11-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 超大型复合材料构件整体成型工艺及成型系统 |
| CN102001184A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-04-06 | 天津南车风电叶片工程有限公司 | 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 |
| CN104589669A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-05-06 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种复合材料液体压力成型方法 |
| CN104786521A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法 |
| CN105479773A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-13 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种液态树脂转移模塑系统及其成型方法 |
| CN106377806A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-02-08 | 闫红霞 | 一种医用抽吸器 |
| CN106903905A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-30 | 西北工业大学 | 一种适用于vari的c型带筋壁板复合材料的成型模具及方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114434829A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-06 | 浙江颢屹汽车技术有限公司 | 一种真空导入工艺 |
| CN114434829B (zh) * | 2022-02-14 | 2024-01-19 | 浙江颢屹汽车技术有限公司 | 一种真空导入工艺 |
| CN116176008A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-05-30 | 北京维盛复合材料有限公司 | 一种原材料工艺流量控制系统 |
| CN116176008B (zh) * | 2023-04-25 | 2023-08-22 | 北京维盛复合材料有限公司 | 一种原材料工艺流量控制系统 |
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