CN117325478A - 一种双真空设备及双真空工艺 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双真空设备及双真空工艺，涉及设备加工成型技术领域，上述双真空设备用于对复合材料预成型体进行成型处理，包括：真空腔，真空腔连接有第一排空管路，第一排空管路被配置为对真空腔进行真空处理；真空腔内设有操作台，操作台上铺设有真空袋；真空袋连接有第二排空管路，第二排空管路对真空袋进行真空处理；真空袋内设有脱模件，脱模件设于真空袋和预成型体之间；真空腔内还设有加热设备，加热设备被配置为对预成型体进行成型处理时进行加热。本申请实施例提供的双真空设备能够有效提高预成型体的成型效率，并且能够降低最终成型体的孔隙率，以使得成型的产品能够满足更高的要求。

Description

一种双真空设备及双真空工艺

技术领域

本申请涉及设备加工成型技术领域，具体涉及一种双真空设备及双真空工艺。

背景技术

高压成型技术，如热压罐技术、模压技术等，可制备品质优良的复合材料，其产品的孔隙率可稳定控制在1％以内。低压成型技术由于不需要高压设备使得生产成本远低于高压成型技术，因此发展受到青睐。低压成型技术的最大不足在于产品品质不如高压成型件。袋压成型工艺是典型的低压成型技术，仅通过1个大气压对预成型体进行压缩并加热成型。传统的袋压成型工艺制得的产品孔隙率通常在2％以上，有的甚至达到8％。

发明内容

本申请实施例提供一种双真空设备及双真空工艺，能够有效降低传统袋压成型工艺产品的孔隙率，以使得成型的产品能够满足更高的要求。

本实施例具体技术方案如下：

一方面，本实施例提供一种双真空设备，用于对预成型体进行成型处理，包括：真空腔，真空腔连接有第一排空管路，第一排空管路被配置为对真空腔进行真空处理；真空腔内设有操作台，操作台上铺设有真空袋；真空袋连接有第二排空管路，第二排空管路对真空袋进行真空处理；真空袋内设有脱模件，脱模件设于真空袋和预成型体之间；真空腔内还设有加热设备，加热设备被配置为对预成型体进行成型处理时进行加热。

在其中一些实施例中，加热设备与真空袋间隔设置。

在其中一些实施例中，加热设备包括电加热管，电加热管设置在真空腔内侧壁、底部和/或顶部。

在其中一些实施例中，真空袋至少部分侧面与操作台活动连接。

在其中一些实施例中，双真空设备还包括热电偶，热电偶被配置为对待成型体进行温度测量。

另一方面，本申请实施例提供一种双真空工艺，包括以下步骤：将预成型体放置在真空袋内侧之后，对真空袋进行真空处理；对预成型体进行预加热；对真空箱抽真空处理，并保持一定时长；消除真空箱内的真空状态，并继续保持加热，完成固化。

在其中一些实施例中，对真空袋进行真空处理的过程中，真空袋的真空度为-0.08～-0.1MPa；对真空箱抽真空处理过程中，真空箱真空度高于真空袋内的真空度。

在其中一些实施例中，对真空箱抽真空处理，并保持一定时长过程中，保持时长为8-12分钟。

在其中一些实施例中，将预成型体放置在真空袋之后，对真空袋进行真空处理之前，还包括以下步骤：对预成型体进行逐层铺贴；在铺贴过程中，每铺设一层预浸料，采用熨斗与预浸料对预浸料进行一次熨烫处理；依次铺设脱模件和透气毡。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请实施例提供的双真空设备能够有效提高预成型体的成型效率，并且能够降低最终成型体的孔隙率，以使得成型体能够满足更高的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一些实施例提供的双真空设备的结构示意图；

图2是本申请一些实施例提供的示例中环氧树脂粘-时曲线图

图3是本申请一些实施例提供的示例中外推法拟合曲线；

图4是本申请一些实施例提供的实例中110℃恒温DSC结果图；

图5是本申请一些实施例提供的示例中双真空工艺金相图，其中：图5(a)是本申请一些实施例提供的示例中传统工艺金相图；图5(b)是本申请一些实施例提供的示例中传统-70试验金相图；图5(c)是本申请一些实施例提供的示例中双真空工艺-60试验金相图；图5(d)是本申请一些实施例提供的示例中双真空工艺-70试验金相图；图5(e)是本申请一些实施例提供的示例中双真空工艺-80试验金相图；图5(f)是本申请一些实施例提供的示例中双真空工艺-90试验金相图；

图6是本申请一些实施例提供的双真空工艺-70/10试验金相图.

其中：

1、预成型体；10、真空腔；20、第一排空管路；30、操作台；40、真空袋；50、第二排空管路；60、热电偶；70、脱模件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本申请中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

一方面，本申请实施例提供一种双真空设备，请参阅图1，该双真空设备用于对预成型体1进行成型处理，主要包括真空腔10，真空腔10连接有第一排空管路20，第一排空管路20将真空腔10内部空间与真空发生器连接，以用于对真空腔10进行排空处理。真空腔10内设有操作台30，该操作台30用于放置预成型体1，操作台30上铺设有真空袋40，预成型体1放置在操作台30上，并被真空袋40覆盖。真空袋40连接有第二排空管路50，第二排空管路50将真空袋40内部空间与真空发生器连接，以用于对真空袋40进行排空处理。真空袋40内设有脱模件70，脱模件70设于真空袋40和预成型体1之间，用于辅助预成型体1在成型后的脱模处理。真空腔10内还设有加热设备，加热设备在预成型体1进行成型处理时进行加热，以辅助预成型体1的成型。

通过上述实施例的设置的双真空设备，能够有效提高预成型体1的成型效率，并且能够降低最终成型体的孔隙率，以使得成型体能够满足更高的要求。

在其中一些实施例中，脱模件70可采用聚四氟乙烯薄膜，在具体使用时，脱模件设置在预成型体的四周，在预成型体底部的脱模件可在模具表面粘贴聚四氟乙烯薄膜，以用于脱膜。在预成型体顶部的脱模件可采用脱模布进行铺设。

在其中一些实施例中，加热设备与真空袋40间隔设置。通过将加热设备可通过对空气进行加热，进而实现对预成型体的加热，通过设置为无接触加热，能够使得位于真空袋40内侧的预成型体1的受热更加均匀，加热效果更好，进而使得最终的成型体成型效果更好。另一方面，真空腔内抽真空以后，预成型体与加热装置之间没有空气了，因此就没有了热交换的介质，所以能对在真空腔保持真空的时候同时达到保持预成型体1温度不变的效果。

在其中一些实施例中，加热设备包括电加热管，电加热管设置在真空腔内侧壁、底部和/或顶部。通过该设置，能够保证对预成型体1进行均匀加热，其加热效果更好。

在其中一些实施例中，真空袋40至少部分侧面与操作台30活动连接。通过该设置，在对预成型体1进行成型处理之前，可以预先将真空袋40布设在操作台30上，然后预成型体1在需要进行成型处理时，将预成型体1通过真空袋40与操作台30活动连接的侧面放置在真空袋40内侧，可以有效提高预成型体1的成型处理的效率。

在其中一些实施例中，操作台30上设有固定槽，固定槽内活动设有固定件，固定件用于将真空袋40外周压设至固定槽内，以使得真空袋40固定在操作台30上。通过该设置，能够方便对真空袋40进行固定。

在其中一些实施例中，双真空设备还包括热电偶60，热电偶被60配置为对待成型体1进行温度测量。通过该设置，可实时对预成型体的温度进行测量。

另一方面，本申请实施例提供一种双真空工艺，主要包括以下步骤：

S10、将预成型体1放置在真空袋40内侧之后，对真空袋40进行真空处理。

S20、对预成型体1进行预加热。

S30、预成型体达到一定温度时，对真空箱抽真空处理，并保持一定时长。

S40、消除真空箱的真空状态，并继续保持加热，完成固定。

在其中一些实施例中，对真空袋40进行真空处理的过程中，真空袋40的真空度为-0.08～-0.1MPa；对真空箱抽真空处理过程中，真空箱真空度高于真空袋40内的真空度。

在其中一些实施例中，对预成型体1进行加热的过程中，以每分钟2℃的升温速率从室温升至110℃，并保温100-140分钟。

在其中一些实施例中，对真空箱抽真空处理，并保持一定时长过程中，保持时长为8-12分钟。

在其中一些实施例中，将预成型体1放置在真空袋40之后，对真空袋40进行真空处理之前，还包括以下步骤：

T10、对预成型体1进行逐层铺贴；在铺贴过程中，每铺设一层预浸料，采用熨斗对预浸料进行一次熨烫处理。在T10中，通过采用熨斗进行对预浸料进行熨烫处理，以使得不同预浸料之间形成了胶接，形成封闭空间。

T20、依次铺设脱模件70和透气毡。

具体示例：

1.材料与固化制度

示例中采用的预浸料为某环氧树脂基的单向碳纤维预浸料，单层预浸料成型后的理论厚度为0.125mm。树脂的黏度特性如图2所示。对树脂基体进行非等温DSC测试。以1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min五种升温速率测得的非等温DSC结果如图3所示。根据外推法得到树脂的起始反应温度为104.5℃，峰值温度为111.27℃。由此，将预浸料固化温度确定为110℃。图4所示是110℃下的恒温DSC测试结果。由此得到固化时间为120分钟。最终得到预浸料固化制度为110℃、保温120分钟。

2.成型工艺

采用传统袋压工艺和本专利提出的工艺分别制作复合材料板并比较制品的孔隙率。预成型体均为250mm×250mm的正方形板件，共8层预浸料，采用准各向同性的铺层方式[0/45/90/-45]_S，理论总厚度1mm。将预成型体至于专利所述双真空设备的操作台上。操作台上预先粘贴有聚四氟乙烯薄膜用于脱膜。预成型体的铺贴过程中，每铺设一层预浸料使用热熨斗给预浸料加热使其粘度降低，便于层间贴合，同时用力沿着纤维方向平移，便于层间气体的排出。预成型体上依次铺放脱模布和透气毡，最后使用真空袋进行密封。真空袋与第二排空管路相连。

传统袋压工艺：利用第二排空管路对真空袋抽真空，当真空度达到-0.095MPa后，以2℃/min的升温速度对预成型体进行加热，温度达到110℃后保温120min，然后，自然冷却完成制备。该工艺记作“传统”，如表1所示。“传统-70”在“传统”基础上略做变化，达到真空度并开始加热后，当预成型体温度达到70℃时，保温30min，随后继续加热至110℃后保温120min，自然冷却完成制备。

表1传统工艺的工艺参数

双真空工艺：利用第二排空管路对真空袋抽真空，当真空度达到-0.095MPa后，以2℃/min的升温速度对预成型体进行加热。当达到预定温度后，利用第一排空管路对真空腔抽真空，真空度略高于真空袋，此时真空袋鼓起。维持该真空状态及预成型体的温度30min。然后，使真空腔恢复至常压状态，真空袋恢复至对预成型体的压缩状态，继续以2℃/min的升温速度对预成型体进行加热。达到110℃后保温120min，自然冷却完成制备。该工艺记作“双真空工艺-XX”，如表2所示，其中XX代表对真空腔抽真空时预成型体的温度。例如，“双真空工艺-70”指的是，当预成型体达到70℃时，对真空腔抽真空处理，保持30min后，恢复真空腔的常压状态并加热。设置对照实验“双真空工艺-70/10”，与“双真空工艺-70”相比唯一的不同在于，当预成型体温度达到70℃后，真空腔的真空状态仅保持10min，然后恢复常压状态并继续对预成型体进行加热。

表2：双真空工艺的工艺参数

3.测试评估

对制备的复合材料板取样打磨，依据GB/T3365-2008《碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量试验方法》使用显微镜观察复合材料样品并计算孔隙率。

4.结果与分析

(1)双真空状态对孔隙率的影响

图5(a)所示是“传统”工艺制件的金相图，孔隙集中在层间，平均孔隙率达到2.72％。图5(b)是“传统-70”制品的金相图，平均孔隙率略有降低，为2.28％。图5(c)到图5(f)分别为60℃、70℃、80℃和90℃下双真空工艺制品的金相图，孔隙率显著降低。表3给出了不同工艺条件下制品的孔隙率。

表3：孔隙率结果

从结果可以看出，双真空工艺能有效降低制品的孔隙率。对比“传统”、“传统-70”和“双真空工艺-70”可以得到，在70℃环境下虽然能一定程度地降低孔隙率，但双层真空状态起到了关键作用。单独延长70℃的单层真空时间，孔隙率仅降低了不到0.5％，而双真空的作用下孔隙率直接降到了0.24％。

对比不同温度下的双真空工艺可以发现，在适合的温度下施加双真空才能得到最佳的效果。从结果来看，对于该材料体系，60℃情况下施加双真空能得到最佳效果，孔隙率仅为0.20％。结合不同温度下树脂的粘度归纳出，当树脂粘度在18Pa·s至225Pa·s之间时，双真空工艺具有较明显的优化效果。

由此推断双真空工艺降低孔隙率的原理如下。孔隙来源于铺贴预浸料过程中夹杂在预浸料铺层间的空气。采用熨斗熨烫并驱赶层间的空气一方面能消除层间的部分空气，另一方面加热使得相邻预浸料产生粘连，将残余空气包裹在其中不易溢出，固化完成后残余空气变成孔隙。在加热至固化温度之前延长传统袋压工艺的真空时间，能缓慢排出层间气体，因此传统-70的孔隙率有所降低。施加双真空后，预成型体不再受到挤压，同时，由于外层真空度高于内层真空度，促使层间残余气体发生一定的膨胀。气体膨胀为打开相邻预浸料间的导气通路提供了动力源；温度过低时，树脂粘度大、层间结合力强阻碍通路的形成；温度过高，树脂粘度小使得预浸料变柔软，同样不利于打开导气通路。因此，在合适的温度区间施加双真空才能获得最低的产品孔隙率。

(2)双真空时长的优化

图6所示是“双真空工艺-70/10”，制品的平均孔隙率为0.25％，与“双真空工艺-70”制品的孔隙率相当，说明10min双真空的时长足以有效排出预成型体内的空气。

5.结论

采用本专利提出的双真空设备可以简单便捷的实施双真空工艺，且实施的双真空工艺能有效降低制品孔隙率。

以上对本申请实施例所提供的一种双真空设备及双真空工艺进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种双真空设备，用于对复合材料预成型体进行成型处理，其特征在于，包括：

真空腔，所述真空腔连接有第一排空管路，所述第一排空管路被配置为对所述真空腔进行真空处理；

所述真空腔内设有操作台，所述操作台上铺设有真空袋；

所述真空袋连接有第二排空管路，所述第二排空管路对所述真空袋进行真空处理；所述真空袋内设有脱模件，所述脱模件设于所述真空袋和预成型体之间；

所述真空腔内还设有加热设备，所述加热设备被配置为对预成型体进行成型处理时进行加热。

2.根据权利要求1所述的双真空设备，其特征在于，所述加热设备与所述真空袋间隔设置。

3.根据权利要求2所述的双真空设备，其特征在于，所述加热设备包括电加热管，所述电加热管设置在所述真空腔内侧壁、底部和/或顶部。

4.根据权利要求1所述的双真空设备，其特征在于，所述真空袋至少部分侧面与所述操作台活动连接。

5.根据权利要求1所述的双真空设备，其特征在于，双真空设备还包括热电偶，所述热电偶被配置为对所述待成型体进行温度测量。

6.一种双真空工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将预成型体放置在真空袋内侧之后，对真空袋进行真空处理；

对预成型体进行预加热；

对真空箱抽真空处理，并保持一定时长；

消除真空箱内的真空状态，并继续保持加热，完成固化。

7.根据权利要求6所述的双真空工艺，其特征在于，对真空袋进行真空处理的过程中，真空袋的真空度为-0.08～-0.1MPa；对真空箱抽真空处理过程中，真空箱真空度高于真空袋内的真空度。

8.根据权利要求7所述的双真空工艺，其特征在于，对真空箱抽真空处理，并保持一定时长过程中，保持时长为8-12分钟。

9.根据权利要求6所述的双真空工艺，其特征在于，将预成型体放置在真空袋之后，对真空袋进行真空处理之前，还包括以下步骤：

对预成型体进行逐层铺贴；在铺贴过程中，每铺设一层预浸料，采用熨斗与预浸料对预浸料进行一次熨烫处理；

依次铺设脱模件和透气毡。