一種用於大型複合材料構件製作抽真空方法及複合抽氣層的製作方法

2023-05-12 15:35:46

專利名稱：一種用於大型複合材料構件製作抽真空方法及複合抽氣層的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料構件的製作方法，尤其是一種製造大型複合材料構件的 加工製作抽真空方法及部件結構。主要用於風機葉片和遊艇等大型複合材料構件的製造。
背景技術：
在製作大型複合材料構件時(如風電葉片、遊艇等的製作)，通常採用真空灌注工 藝(簡稱VIP, Vacuum Infusion Process)。即體系在一定的負壓的條件下，樹脂由外界注入 到增強材料中，然後固化成型。體系的負壓是通過調壓泵連接外置抽氣管將密封體系中的 空氣抽走形成的。VIP工藝主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結構要求設計好的增 強材料預成型體，通過真空輔助將專用低粘度注射樹脂體系注入閉合模腔，模具具有周邊 密封和緊固以及注射及排氣系統，以保證樹脂流動順暢並排出模腔中的全部氣體和徹底浸 潤纖維，並且模具有加熱系統可進行加熱固化而成型複合材料構件。但在這種外置抽氣管對體系進行抽氣的樹脂注入過程中，一方面由於真空灌注過 程中局部流動的不均勻性，當產品局部已經浸潤時，其餘部位還沒有完全浸潤，在已浸潤部 分造成局部富樹脂，而未浸潤部分樹脂不足，為保證產品質量勢必增加樹脂用量，並用調壓 泵一直對體系進行抽氣，形成負壓來排除腔體內的氣體，防止氣泡留在制品中，導致製品表 面發白，或造成樹脂包流，導致樹脂不能完全浸潤纖維布。另一方面，當樹脂到達外置抽氣 口時，如果繼續抽氣多餘的樹脂會堵塞抽氣管路，為了防止樹脂進入管路造成管路堵塞，需 要停止對該抽氣口的抽氣，可這樣體系中的氣泡就會殘留下來，無法排除，在產品內部出現 局部富集，這些都會影響產品質量。此外利用外置抽氣管對體系進行抽氣容易造成封真空時操作困難，且質量隱患 多。利用外置抽氣管時，需要把一段抽氣管密封在體系中，故需要在此位置預留足夠多的真 空袋膜以便打折，給操作帶來困難。在沒有對體系進行抽氣之前，由於抽氣管的張力作用， 會對打折區域的密封膠條有一定的拉緊，容易使膠條與袋膜之間存在縫隙，在對體系進行 抽氣時，形成漏氣點。同時，在真空灌注過程中，體系中存在過量的樹脂，增加了產品的重量。利用傳統 的抽氣系統進行真空灌注，當樹脂到達抽氣口時，需把相應的抽氣管路關閉，阻止樹脂進入 抽氣管路，這樣樹脂就會在制品某些區域的表面囤積，而不能及時排出，增加了產品重量。利用外置抽氣管對體系進行抽氣還存在抽氣管重複利用率低，與之相關的輔助材 料浪費嚴重。當樹脂到達抽氣口附近時，需把相對應的抽氣管路關閉，停止抽氣。一旦樹脂 進入到主抽氣管中，則相應的一段抽氣管必須更換。因此很有必要對此加以改進。

發明內容
本發明的目的在於解決大型複合材料構件製作時，模具型面內局部容易出現局部 富樹脂所產生的一系列問題，提出一種既可以提高了管路的抽氣效率，杜絕了樹脂進入抽氣管路的可能，又可以使抽氣管路重複利用，同時保證了產品質量的大型複合材料構件制 作抽真空方法。本發明的另一目的在於提出一種實現上述大型複合材料構件製作方法的，用於制 作大型複合材料構件抽真空用複合抽氣層。本發明的具體技術實施方案為一種大型複合材料構件製作抽真空方法，在真空 灌注工藝所使用的模具抽氣口處，通過一種具有複合抽氣層的抽氣系統，在真空灌注過程 中對模具型腔體系始終進行不間斷抽氣，保證樹脂能夠在玻璃纖維布中完全浸潤，避免了 局部區域出現纖維乾絲現象，有效地保證了製品的表觀質量。所述抽氣系統至少包括調壓泵、抽氣管道、抽氣口、複合抽氣層。所述的複合抽氣層至少包括導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料、密封材 料。根據上述方法所提出的用於製作大型複合材料構件抽真空的抽氣系統是一種大 型複合材料構件製作抽真空抽氣系統，至少包括一套真空抽氣裝置，真空抽氣裝置通過抽 氣管道與模具型腔連接，其特點在於在真空灌注工藝所使用的模具抽氣口處，設有複合抽 氣層，複合抽氣層安裝在真空抽氣裝置抽氣管道與模具型腔連接的管道口處；所述的複合 抽氣層至少包括導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料、密封材料。複合抽氣層內部的 疊放順序依次為導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料。該複合抽氣層兩面均可透過氣 體，其底部與模具抽氣口相接觸。該複合抽氣層所使用的導氣吸膠材料為高分子纖維材料， 具有導氣功能，其導氣量可調節，同時其具有吸收樹脂，減緩樹脂流動的功能的材料。微孔 透氣膜為一種高分子聚合物薄膜，該透氣薄膜可以透過空氣，但樹脂透過量非常小。支撐導 氣材料由一層或多層，相同或不同的高分子材料組成。其可以定量吸收由微孔透氣膜透過 的微量樹脂。可通過調整該支撐導氣材料的厚度及面積，控制複合抽氣層單位時間內的氣 體透過量。本發明的優點在於通過調節導氣量和控制樹脂在局部的流動，避免了樹脂在局 部的富集，提高了樹脂的利用率，減少了樹脂的用量；同時通過導氣吸膠材料、微孔透氣膜、 支撐導氣材料的阻擋樹脂、吸收樹脂的多重防護作用，阻止了樹脂進入抽氣管道，使抽氣管 道可重複利用，降低了生產成本。


圖1為本發明系統真空抽氣裝置部分抽真空原理示意圖； 圖2為本發明真空抽氣系統的管路示意圖3為複合抽氣層的基本原理結構示意圖； 圖4為複合抽氣層的俯視圖。圖中101、真空抽氣裝置；102、調壓裝置；103、主抽氣管道；104、壓力顯示儀表； 105、壓力調節閥；201、抽氣口 ；202、模具型腔；203、主抽氣管道；204、支抽氣管道；205、 閥門；206、樹脂收集裝置；301、複合抽氣層；302、模具型腔；303、抽氣口 ；304、支撐保護層； 305、微孔透氣膜；307、密封材料；308、抽氣管道；401、抽氣口 ；402、支撐保護層；403、微 孔透氣膜；404、導氣吸膠材料。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步描述。圖1是本發明的抽氣系統，調壓泵中真空抽氣裝置101通過軟管與調壓裝置102 連接，調壓裝置通過主抽氣管道103經過抽氣口與模具型腔106連接。抽真空時，接通真空 抽氣裝置101的電源，通過控制壓力調節閥105，以及讀取壓力顯示儀表104上的壓力來調 節模具型腔內的壓力。從開始對模具型腔抽氣，直到製品固化結束，真空抽氣裝置101要一 直處於工作狀態。圖2是本發明真空抽氣系統的管路示意圖，描述了本發明的抽氣管道在模具型腔 202中的布置方式的示意圖。本發明抽氣管道分為主抽氣管道203和支抽氣管道204，主抽 氣管道203從調壓裝置102接出來後，通過支抽氣管道，經過抽氣口 201與模具型腔202連 接相通。當調壓泵接上電源，並打開調壓裝置後，模具型腔內的空氣就會從支抽氣管道204 流經主抽氣管道203被抽走，繼而在模具型腔內形成負壓。灌注過程中，如果有樹脂流出， 則打開閥門205，讓樹脂流到樹脂收集裝置206中，在樹脂固化前，關閉閥門205，打開閥門 207，將樹脂排出。本發明要求主抽氣管道203和支抽氣管道的密封性能良好，符合真空灌 注工藝對真空度檢測的要求。圖3為複合抽氣層的基本原理結構示意圖，所述複合抽氣層301至少包括導氣吸 膠材料306、微孔透氣膜305、支撐導氣材料304、密封材料307 ；複合抽氣層301通過密封材 料307以密封的方式固定於產品模具型腔302之上。複合抽氣層採取多層材料疊合方式布 置，多層材料的疊放方式從下到上依次為支撐保護層304、微孔透氣膜305、導氣吸膠材料 306。支撐保護層304固定於模具抽氣口 303之上，其可以定量吸收由微孔透氣膜305透過 的微量樹脂。支撐保護層304可通過調整厚度及面積，控制複合抽氣層單位時間內的氣體 透過量。微孔透氣膜305可透過空氣和微量樹脂，對樹脂流動有一定的阻礙作用。導氣吸 膠材料306可通過調節導氣吸膠材料的種類和層數調節複合抽氣層的導氣量。在產品製造之前如圖1所示將抽氣動力系統固定與模具抽氣口 303之上，然後密 封整個體系進行抽氣，直至產品灌注固化完成。在產品製造過程中，當體系開始抽真空時， 由於壓差的作用，樹脂和空氣都會流向抽氣口附近的複合抽氣層301。當樹脂和空氣達到復 合抽氣層301時，由於複合抽氣層301中的支撐保護層304、微孔透氣膜305、導氣吸膠材料 306均為透氣材料，氣體可以順暢的通過複合抽氣層301，從模具抽氣口 303排出；同時由於 支撐保護層304、微孔透氣膜305、導氣吸膠材料306的吸膠及阻流作用，樹脂不能通過複合 抽氣層301，因此無法進入抽氣管路308，使得抽氣管路308可重複利用。可以通過調節復 合抽氣層的導氣和透氣速度，引導樹脂在局部的流動，避免了樹脂在局部的富集，提高了樹 脂的利用率，減少了樹脂的用量。圖4描述了本發明的核心內容，在模具的法蘭邊404上，布置有抽氣口 401，抽氣口 上是複合層。由下至上分別是支撐保護層402、吸膠層403、吸膠層404。當支撐保護層402 固定在模具法蘭上時，其具有一定的剛性和張力，在抽氣口對模具型腔進行抽氣時，其變形 很小，由此為吸膠層403、吸膠層404提供了支撐作用。而且支撐保護層402本身有一定的 吸膠功能，故可以吸收從吸膠層403、吸膠層404滲透下來的樹脂，起到了一定的保護作用。 吸膠層403、吸膠層404具有吸收產品多餘樹脂但不阻礙氣體流動的功能，故在一定程度上 保證模具型腔始終在抽氣的狀態下，樹脂不會被吸到抽氣管路中去。按照以上順序鋪設好複合層之後，需用密封膠把複合層固定在模具上。複合層完成之後，在複合層的靠外邊沿著 模具粘貼密封膠條，把抽氣口和複合層密封在模具型腔內，然後鋪設袋膜，使用新型抽氣系 統對模具型腔進行抽氣，直至製品固化完成之後。通過附圖可以看出本發明涉及一種大型複合材料構件製作抽真空方法，在真空灌 注工藝所使用的模具抽氣口處，通過一種具有複合抽氣層的抽氣系統，在真空灌注過程中 對模具型腔體系始終進行不間斷連續抽氣，保證樹脂能夠在玻璃纖維布中完全浸潤，避免 了局部區域出現纖維乾絲現象，有效地保證了製品的表觀質量。所述抽氣系統至少包括調壓泵、抽氣管道、抽氣口、複合抽氣層。所述的複合抽氣層至少包括導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料、密封材 料。根據上述方法所提出的用於製作大型複合材料構件抽真空的抽氣系統是一種大 型複合材料構件製作抽真空抽氣系統，至少包括一套真空抽氣裝置，真空抽氣裝置通過抽 氣管道與模具型腔連接，其特點在於在真空灌注工藝所使用的模具抽氣口處，設有複合抽 氣層，複合抽氣層安裝在真空抽氣裝置抽氣管道與模具型腔連接的管道口處；所述的複合 抽氣層至少包括導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料、密封材料。複合抽氣層內部的 疊放順序依次為導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料。該複合抽氣層兩面均可透過氣 體，其底部與模具抽氣口相接觸。該複合抽氣層所使用的導氣吸膠材料為高分子纖維材料， 具有導氣功能，其導氣量可調節，同時其具有吸收樹脂，減緩樹脂流動的功能的材料。
權利要求
1.一種大型複合材料構件製作抽真空方法，其特徵在於，在真空灌注工藝所使用的模 具抽氣口處，通過一種具有複合抽氣層的抽氣系統，在真空灌注過程中對模具型腔體系始 終進行不間斷連續抽氣，保證樹脂能夠完全浸潤玻璃纖維布，避免了局部區域出現纖維幹 絲現象，有效地保證了製品的表觀質量。
2.如權利要求1所述的大型複合材料構件製作抽真空方法，其特徵在於，所述抽氣系 統至少包括調壓泵、抽氣管道、抽氣口、複合抽氣層；調壓泵中真空抽氣裝置通過軟管與調 壓裝置連接，調壓裝置通過主抽氣管道經過抽氣口與模具型腔連接；抽真空時，接通真空抽 氣裝置的電源，通過控制壓力調節閥，以及讀取壓力顯示儀表上的壓力來調節模具型腔內 的壓力；從開始對模具型腔抽氣，直到製品固化結束，真空抽氣裝置要一直處於工作狀態。
3.如權利要求2所述的大型複合材料構件製作抽真空方法，其特徵在於，所述的抽氣 管道分為主抽氣管道和支抽氣管道，主抽氣管道從調壓裝置接出來後，通過支抽氣管道，經 過抽氣口與模具型腔連接相通；當調壓泵接上電源，並打開調壓裝置後，模具型腔內的空氣 就會從支抽氣管道流經主抽氣管道被抽走，繼而在模具型腔內形成負壓。
4.一種大型複合材料構件製作真空抽氣系統，其特徵在於，至少包括一套真空抽氣裝 置，真空抽氣裝置通過抽氣管道與模具型腔連接，其特點在於在真空灌注工藝所使用的模 具抽氣口處，設有複合抽氣層，複合抽氣層安裝在真空抽氣裝置抽氣管道與模具型腔連接 的管道口處，處於抽氣管道的真空管道內。
5.如權利要求4所述的大型複合材料構件製作真空抽氣系統，其特徵在於，所述的復 合抽氣層至少包括導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料、密封材料；複合抽氣層採取 多層材料疊合方式布置，多層材料的疊放方式從上到下依次為導氣吸膠材料、微孔透氣膜、 支撐導氣材料；複合抽氣層兩面均可透過氣體，其底部與模具抽氣口相接觸。
6.如權利要求3所述的大型複合材料構件製作真空抽氣系統，其特徵在於，所述抽氣 支路設有定向收集樹脂功能的裝置及密閉性良好的閥門；灌注過程中，如果有樹脂進入抽 氣管道，則打開閥門，讓樹脂流到樹脂收集裝置中，在樹脂固化前，關閉閥門，打開排空閥 門，將樹脂排出。
7.如權利要求6所述的大型複合材料構件製作真空抽氣系統，其特徵在於，支撐導氣 材料固定於模具抽氣口之上，其可以定量吸收由微孔透氣膜透過的微量樹脂；支撐導氣材 料可通過調整厚度及面積，控制複合抽氣層單位時間內的氣體透過量。
8.如權利要求6所述的大型複合材料構件製作真空抽氣系統，其特徵在於，微孔透氣 膜可透過空氣和微量樹脂，對樹脂流動有一定的阻礙作用；導氣吸膠材料可通過調節導氣 吸膠材料的種類和層數調節複合抽氣層的導氣量；該支撐導氣材料可通過調整其厚度及面 積，控制複合抽氣層單位時間內的氣體透過量。
全文摘要
一種用於大型複合材料構件製作抽真空方法及複合抽氣層，在真空灌注工藝所使用的模具抽氣口處，通過一種具有複合抽氣層的抽氣系統，在真空灌注過程中對模具型腔體系始終進行不間斷連續抽氣，保證樹脂能夠在玻璃纖維布中完全浸潤，避免了局部區域出現纖維乾絲現象，有效地保證了製品的表觀質量。所述抽氣系統至少包括調壓泵、抽氣管道、抽氣口、複合抽氣層。所述的複合抽氣層至少包括導氣吸膠材料、微孔透氣膜、支撐導氣材料、密封材料。
文檔編號B29C70/54GK102001184SQ201010293530
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者崔志剛, 梁自祿, 路忠林, 陳國娟, 陳煌 申請人:天津南車風電葉片工程有限公司