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玻璃钢
2004年第4期
真空灌注成型工艺及其影响因素的探讨
李传胜周利峰张锦南
(上海玻璃钢研究所
1前言
随着复合材料工业对成型工艺的要求越来越高,特别是成型工艺的环保及成本方面的要
求越来越高。传统的产品成型大部分采用手糊成型,手糊成型具有生产率低,劳动强度大,
劳动卫生条件差,产品质量不易控制,性能稳定性不高,产品力学性能较低的缺点。对于成
型相对较小的产品,手糊成型成本低,易于实施,但对于结构复杂、力学性能要求高、体形
庞大的大型产品,应用传统的手糊成型工艺已很难实施,迫切需要一种新的成型工艺来解决
这一难题。
2真空灌注成型工艺
2.1技术背景
近年来,国外研制开发了真空辅助RTM成型技术( Vacuum- Assisted Resin Transfer
Molding)简称 VARTM。与传统的RTM工艺相比,其模具成本可以降低50-70%,使用这-
工艺在成型过程中有机挥发物(VO℃)非常少,充分满足了人们对环保的要求,并且成型适
应性好。因为有真空辅助,可以充分消除气泡。这一工艺制造的单件制品的最大表面积可以
达到186m2,厚度150mm,纤维重量含量
最大可达75-80%。正因为这些优点,
进胶管
这一技术正迅速地得到推广。真空灌注成
导流布
导流管
型工艺是 VARTM工艺的进一步改进。
结构铺层
胶模布
2.2基本原理
真空灌注成型工艺是将纤维增强材
料直接铺放在模具上,在纤维增强材料顶
密闭体系
模具
上铺设一层剥离层,剥离层通常是一层很
薄的低孔隙率、低渗透率的纤维织物,剥
离层上铺放高渗透介质,然后用其真空袋
图1树脂灌注体系示意图
7?
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包覆、密封。
树脂灌注体系如图1所示,模具用薄膜包覆密封,真空泵抽气至负压状态,各种铺层如
图1所示,脱模布为-一层易剥离的低孔隙率的纤维织物,导流布为高滲透率的介质,导流管
分布在导流布的上面。树脂通过进胶管进入整个体系,通过导流管引导树胎流动的主方向
导流布使树脂分布到铺层的每个角落,固化后剥离脱模布,从而得到密实度高、含胶量低的
结构铺层。
2-3材料要求
2.3.1树脂系统
(1)粘度要求合适:粘度大,成型大制品不易均匀布满模腔,粘度太低易夹带空气,使
制品出现针孔。
(2)固化放热峰温度低:抽真空成型较大较厚的制品,放热峰温度过高,局部热量不易
散出,易产生焦化。
3)固化时间:固化时间的长短应根据所制造的产品而定,适宜的固化时间有利于缩短
工作周期。
(4)物理性能:所选的树脂应具有较好的力学性能,拉伸强度和弯曲强度要高,耐腐蚀
性能要好.固化收缩要小。
5)价格便宜,无毒,来源广泛
32增强材料
(1)树脂的流动阻力小,树脂浸演性好。
(2)机械强度高。
3)铺覆性好,即增强材料在无皱折、不断裂、不撕裂的情况下能够容易制成与工件相
同的形状。
(4)质量均匀性好。
2.4工艺特点
采用真空灌注成型工艺,可以大大的减少工人的劳动强度,改善工作卫生条件。由于整
个工装系统密闭,减少了操作者与有害物质的接触,使工艺操作简单:同时,从制品性能上
来说,真空灌注可以降低制品空隙率,有效地控制产品的含胶量。生产出来的制品的人为影
响因素少,产品的质量稳定性高,重现性能好,制品的表观质量好,相同铺层厚度薄,强度
高,相对于手糊成型其拉伸强度提高20%以上
以下是相同材料用手糊和真空灌注两种成型工艺制成的板材的力学性能对比实验(见表
从表1的数据中可以看出:
(1)相同的原材料,真空灌注成型工艺成型的板材拉伸强度和拉伸模量均比手糊成型高
(2)有毡编织布要比无毡编织布的强度低,方格布的拉伸强度要高于编织布。
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表
编号纤维种类
工艺方式拉伸强度(MPa)拉伸模量(GPa
编织布
手捌
451
24.8
编织布(有毡
手糊
360
18.4
方格布
手糊
460
24.8
编织布
真空灌注
515
29.9
编织布(有毡)
真空灌注
456
25.6
6
方格布
真空灌注
572
32.6
2.5影响因素
2.5.]树脂
(1)树脂粘度
树脂粘度对真空灌注成型的板材强度影响也很大。树脂A为高粘度树脂,树脂B为低
粘度树脂。
若采用低粘度的树脂,纤维采用编织布,那么真空灌注成型的板材强度有了更大地提高。
测试结果如表2
表2
测试结果
测试项目
单位
树脂A
树脂B
拉伸强度
Mpa
570
拉伸模量
Gpa
28.
弯曲强度
658
弯曲模量
27.9
从结果上可以看出,树脂粘度降低后,树脂浸润好,并且树脂含量低,整个板材的强度
较以前有了大幅度的提高。
同时,在真空灌注成型工艺中,树脂粘度是影响进胶速率的重要因素之一。粘度降低
树脂流动性好,进胶速率大大提高。
(2)凝胶时间
凝胶时间的控制是真空灌注成型能够成功的一个重要因素,凝胶时间太短,树脂不能够
充满整个模腔,凝胶时间过长又会产生流胶现象,同时会影响产品的脱模时间。一般整个模
腔充满后15-20分钟凝胶比较合适,这样能确保树脂充模完成后在模腔内能够充分浸润到纤
维铺层中,消除气泡,提高产品质量。
(3)树脂的放热峰温度
树脂的放热峰温度不应过高,生产厚壁制品时,放热峰温度过高容易产生爆聚。同时反
应放热峰温度又不能太低,放热峰温度过低容易导致凝胶时间过长,造成流胶现象,使固化
不良,影响产品质量。