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真空輔助樹脂傳遞模塑工藝介紹及應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-05-26  來源:www.nogabe.com  瀏覽次數:572
核心提示:SCRIMP真空輔助樹脂傳遞注塑是利用薄膜將增強材料密封于單邊模具上,完全借助于真空將低黏度樹脂吸入,利用高滲透率介質沿增強材料的表面快速浸漬,并同時向增強材料厚度方向進行浸潤的加工工藝。

    真空輔助樹脂傳遞模塑工藝(VARTM/SCRIMP)適用于質量要求高、小批量和尺寸較大的制品。它和傳統的熱壓罐成型工藝相比,具有模具低成本,樹脂室溫固化以及幾乎不受限制的制品尺寸等突出的特點。在國外VARTM已成功地用于艦船、軍事設施、國防工程、航空和民用工業等領域。目前,真空輔助樹脂傳遞注塑中應用最廣泛的工藝之一,SCRIMPTM成型工藝,是在19世紀80年代后期在RTM工藝基礎上發展起來的以低成本、適合制作大型復合材料制品的成型工藝。該加工工藝的成品有較好的品質,如:孔隙率低、纖維含量高,和良好的機械性能,并且可以將揮發性有毒氣體的排放量控制在最小的程度。

  SCRIMP真空輔助樹脂傳遞注塑是利用薄膜將增強材料密封于單邊模具上,完全借助于真空將低黏度樹脂吸入,利用高滲透率介質沿增強材料的表面快速浸漬,并同時向增強材料厚度方向進行浸潤的加工工藝。用這種方法加工的復合材料,纖維含量高,制品力學性能優良,而且產品尺寸不受限制,尤其適合制作大型制品。最近,由于樹脂體系和紡織增強材料成型技術的不斷發展,航空制造者們也對VARTM表現出了濃厚的興趣,主要表現為采用碳纖維-環氧樹脂、碳纖維-雙馬來酰亞胺樹脂的復合材料。

  和傳統的開模成型工藝相比,SCRIMP成型工藝具有許多的優點。SCRIMP工藝比手工鋪放節約成本約50%,樹脂浪費率低于5%,特別是加工過程的環保性,是SCRIMP工藝最突出的優點。在同樣原材料的情況下,與手糊構件相比,復合材料的強度、剛度或硬度及其它的物理特性可提高30%-50%以上。產品質量不受操作人員影響,產品性能的均勻性和重復性比開模產品好得多,缺陷也少得多。SCRIMP由于是采用閉模成型工藝,揮發性有機物和有毒空氣污染物均受到很大程度的控制,VOC排放不超過5PPm的標準,而開模成型的苯乙烯的揮發量超過500PPm。SCRIMP工藝特別適合制造較大的制品,并且可以進行芯材、加筋結構件的一次成型以及厚的、大型復雜幾何形狀的制造,提高了產品的整體性,而且材料和人工的節省實為可觀。采用SCRIMP制作的構件,不論是同一構件還是構件與構件間,制品都有保持著良好的重復性。SCRIMP成型時樹脂的消耗量可以進行嚴格控制,纖維體積比可高達60%,制品孔隙率小于1%。

  國內外復合材料生產廠家,特別是一些造船廠、游艇工廠和風力發電葉片廠,目前已經有不少已經采用SCRIMP方法,但多數的制造技術在使用上都是以“試誤(TrialandError)”的方式來積累加工經驗的,這樣就使得制品的品質受到很大的影響。而要充分發揮采用SCRIMP工藝制品的特點,達到高水平的品質,生產企業應該注意諸如:浸漬時的真空度的選擇、增強材料的特性、樹脂黏度、樹脂種類、浸漬程度、樹脂的凝膠及固化情況等。

  LCM工藝用紡織增強材料目前,常用的增強材料主要是玻璃纖維、碳纖維、芳綸和高密度聚乙烯纖維等等。而增強材料的結構可以有許多種類可供選擇,圖1為常用的增強材料的結構形式,如機織的方格布、三維正交機織物、經編多軸向織物、2D和3D的編織織物以及縫編織物。在復合材料加工過程中,增強材料的結構、材質和鋪放形式都直接影響到樹脂浸潤和加工工藝。

  LCM工藝技術的應用SCRIMP工藝的高纖維含量、優異的制品性能、良好的生產重復性、特別是低成本的快速成型,使其制品性能可以與航空、宇航等領域廣泛采用的熱壓釜工藝相媲美。隨著SCRIMP技術從早期的海軍軍事和國防軍工領域應用向民用工業的拓展,SCRIMP工藝已經大量地應用于制造船體、船舶甲板、巡邏艇、風機葉片、橋梁、運輸殼體以及其它民用和海洋基礎工程。目前SCRIMP工藝可成型面積達185m2、厚度達700mm、纖維重量含量達70~80%、孔隙率低于1%的制品,其樹脂浪費率低于5%,與手工鋪放相比,節約勞動成本50%以上。SCRIMP制品的主要應用領域是是船體結構,瑞典海軍的隱型護衛艦Visby,艇長72m,是目前建造的最大的FRP夾芯結構,艦上的部件如船體、甲板和上層建筑都也都是用SCRIMP法制造的。

  SCRIMP工藝的另一個主要應用領域是風機葉片的制造。國內目前的我國風機葉片制造廠家由于受市場、技術、材料及資金等方面的影響,大多采用濕法手糊工藝,常溫固化。能夠實現600KW和750KW機組葉片的批量生產。濕法手糊工藝工藝相對簡單,不需要加溫加壓裝置,不需要昂貴的工裝設備。成型工藝具有生產效率低、勞動強度大、勞動衛生條件差、產品質量不易控制、性能穩定性不高、產品力學性能較低等的缺點,該工藝通常只用于生產葉片長度比較短和批量比較小的時候。但對于大型的兆瓦級風力機葉片,由于葉片體形龐大,最寬處達300cm左右,最高處大于200cm,手糊成型工藝是無法勝任的。目前,國外采用閉模的真空輔助成型工藝用于生產大型葉片(葉片長度在40m以上時)和大批量的生產。這種工藝適宜一次成型整體的風力發電機葉片(纖維、夾芯和接頭等可一次模腔中共成型),而無需二次粘接。世界著名的葉片生產企業LM公司開發出56M的全玻纖葉片就是采用這種工藝生產的。
 
關鍵詞: 真空輔助 VARTM SCRIMP
 
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