復合材料真空導入工藝

 

1、真空導入工藝（Vacuum infusion process,VIP)

真空導入工藝，簡稱VIP，在模具上鋪增強材料（玻璃纖維，碳纖維，夾心材料等，有別于真空袋工藝），然后鋪真空袋，并抽出體系中的空氣，在模具型腔中形成一個負壓，利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預鋪的管路壓入纖維層中，讓樹脂浸潤增強材料最后充滿整個模具，制品固化后，揭去真空袋材料，從模具上得到所需的制品。

VIP采用單面模具（就象通常的手糊和噴射模具）建立一個閉合系統。

真空導入工藝公諸于世很久了，這個工藝在1950 年出現了專利記錄。然而，直到近幾年才得到了發展。由于這種工藝是從國外引入，所以在命名上有多種稱呼，真空導入，真空灌注，真空注射等。

 

2、理論　

真空導入工藝能被廣泛的應用，有其理論基礎的，這就是達西定律：Darcy’s Law）t =?2h/(2 kDP )t 是導入時間，由四個參數來決定；h-樹脂粘度

從公式上可以看出所用樹脂的粘度越低，則所需導入時間就越短，因此真空導入所用的樹脂粘度一般不能太高。這樣可以使樹脂能夠快速的充滿整個模具。

?-注射長度，指的樹脂進料口與到達出料口的之間的距離，距離長當然所需的時間亦長。

DP-壓力差, 體系內與體系外壓力差值越大，對樹脂的驅動力也越大，樹脂流速越快，當然所需導入時間也越短。

k= 滲透性，指玻纖，夾心材料等對樹脂浸潤好壞的參數。k 值大說明浸潤好，像多向氈要比方格布，短切氈易被樹脂浸潤。因此為了使得樹脂在增強材料被壓實的情況下能方便的充滿體系，一般會人為設置一些導流槽，比如在夾心泡沫上下打孔等。

 

3、優勢

在通常的手糊工藝(hand lay-up)中,增強材料鋪于模具中, 采用刷子，輥子或其它方式手工浸潤增強材料。另外一種改進的方法是使用真空袋吸出手糊時積層中多余的樹脂。這樣提高的玻纖含量，得到更高強度和更輕的產品。VIP 相對于傳統的工藝具有很多優勢，如圖以手糊，真空袋和真空導入為例。在力學性能上真空導入占有明顯的優勢。

 

由此可以看出真空導入的優勢：

a 更高質量制品：在真空環境下樹脂浸潤玻纖，與傳統制造工藝相比，制品中的氣泡極少。體系中不留有多余的樹脂，玻纖含量很高，可達到70%，甚至更高。所得制品重量更輕，強度更高。批與批之間也非常穩定。

b 更少樹脂損耗：用VIP 工藝，樹脂的用量可以精確預算，對于手糊或噴射工藝來說，會因操作人員的多變性而難于控制。VIP 可以使得樹脂的損耗達到最少，更重要的是，這樣可以節約成本。

c 樹脂分布均勻：對于一個制品來說，不同部分的真空產生的壓力是一致的，因此樹脂對玻纖的浸潤速度和含量趨于一致。這個對于重量要求穩定的FRP 制件來是很關鍵的。

d 過程揮發更少：生產過程中沒有刷子或輥子之類，不會造成樹脂的潑灑或滴落現象發現，更不會有大量的氣味出現。所以它能提供一個干凈、安全和友好的工作環境, 保護操作者的身心健康。

e 使用單面模具：僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的制品，可以較好的控制產品的厚度。節約模具制造成本和時間。

正因為用VIP 工藝所做產品有如此的優點，最早應用于航天航空等特種領域，后來慢慢應用于高要求的民用產品。

 

4、工藝流程　

VIP 所用材料：樹脂

當準備開始真空導入的試驗時，首先要選用合適的樹脂，是環氧樹脂還是不飽和聚酯樹脂。真空導入工藝的樹脂，不能用普通的樹脂來代替，它對粘度，凝膠時間，放熱峰，浸潤性等有特殊的要求，具體可咨詢樹脂供應商。

固化體系

如果是環氧樹脂，要使用其相對應的專用固化劑；不飽和樹脂常用的固化劑是過氧化甲乙酮。不同的廠家其質量是不一樣的，選用時對其評價，不能因為用量少的材料而影響到整個制品的質量。

增強材料

增強材料一般常用的是玻璃纖維和碳纖維。比如復合縫邊氈，單布等，具體要根據力學設計。選用時最好做一下實驗，滲透性如何，因為纖維在制造過程中選用的浸潤劑，粘接劑的不同對樹脂的浸潤會不一樣，導致最終制品的力學性能會有很大的差異。

夾心材料

一般常用的是Balsa木，PVC 泡沫，PUR/PIR 泡沫，強心氈等。依據制品的需要選用合適的夾心材料。

設備、輔材

真空泵，接口，壓力表，導流管，脫模布，導流布，真空袋等等。真空導入工藝用所的材料不是隨隨便便拿來就能用，每種材料都要經過實驗加以確認，以此判斷是不是適用。

 

第一步：準備模具

真空灌注工藝要求模具具有較高的品質，較高的表面光澤度和硬度，模具邊緣至少保留15厘米，便于密封條和管路的鋪設。對模具進行清理干凈，然后打脫模蠟或涂脫模水。

第二步： 施工膠衣面

根據制品的要求，選擇合適的膠衣，手刷或噴涂。（有些制品表面不做膠衣面就直接鋪設干布）

第三步：增強材料鋪設

增強材料選用要依據制品強度要求來定（玻璃纖維，碳纖維，夾心材料..），不同的材料和織法會影響樹脂流速。

第四步：真空輔助材料鋪設

依次鋪設脫模布，導流網，真空袋...在合上真空袋之前，要考慮樹脂和抽真空管路的走向，否則有出現浸潤不良現象。鋪設時要小心，以免尖銳物刺破真空袋。

第五步：抽真空

材料鋪設完畢，夾緊各進樹脂管，開始抽真空，盡量把體系中空氣抽空，并檢查氣密性，這一步很關鍵，如有漏點存在，當樹脂導入時，空氣會進體入體系，氣泡會在漏點向其它地方滲入，甚至于有可能整個制品報廢。

第六步：調配樹脂

抽真空達到一定要求后，開始準備樹脂。按樹脂不同凝膠時間配入相應的固化劑。

第七步：導入樹脂

把進樹脂管路插入配好的樹脂桶中，根據進料順序依次打開夾子，注意樹脂桶的量，及時補充。

第八步：脫模

樹脂凝膠固化到一定程度后，揭去真空材料。從模具上取出制品并進行后處理。

任何一個工藝不可能是十全十美的，目前來說VIP 所需的一次性耗材很大一部分需要進口，提高材料成本，但這部分可以減少樹脂用量上得到平衡。另外對操作人員的技能要求更高。每一過程都仔細按步驟做好才能進入下一步的操作，否則會造成不能逆轉的損失。    

所以這種工藝目前用在附加值高的FPR 部件和制品中， 如體育用品配件，游艇，風力發電葉片等。但人們對更高性能材料的大量需要，真空導入工藝正被越來越多的人認識和采用。