真空灌注工藝簡(jiǎn)介王玄 V21_2015-from CQUFSAE

1、 重慶大學(xué)FSAE方程式賽車車身碳纖維真空灌注成型工藝報(bào)告王玄重慶大學(xué)FSAE賽車隊(duì)201X年XX月XX日一、 2013年車身制作總結(jié)2013年車身、座椅等采用的手糊工藝制作，總體來(lái)說(shuō)效果不理想，主要有以下一些問(wèn)題：l 工作量大；l 樹脂揮發(fā)，工作環(huán)境惡劣；l 不能去除多余的樹脂，導(dǎo)致車身樹脂-纖維比過(guò)大，脆性大，且內(nèi)部氣泡含量多，機(jī)械性能差；l 樹脂浪費(fèi)量大，且用量不穩(wěn)定，不同操作者、不同部件可復(fù)制性差；l 表面質(zhì)量差，精度低，易起泡；l 光潔度差同時(shí)加大了后續(xù)打磨、上漆等美化處理程序的難度和工作量。同時(shí)，手糊工藝二、 2014年車身制作工藝選擇2014年擬采用其他的成型工藝，其中可選方案主

2、要有：1. 預(yù)浸料熱壓罐法(Autoclave) 在模具上逐層干法鋪貼預(yù)浸料復(fù)合材料，制袋密封，送入熱壓釜，先在袋內(nèi)抽真空產(chǎn)生負(fù)壓，加熱至一定溫度，高溫下加高壓固化。特點(diǎn)：精度高，纖維含量高，質(zhì)量較好，但是需要熱壓釜，成本過(guò)高。2. 樹脂膜滲透工藝(Resin Film infusion，RFI) 將預(yù)催化樹脂膜放人模腔內(nèi)，在其上覆增強(qiáng)材料，再用真空袋封閉模腔，抽真空并加熱模具使模腔內(nèi)的樹脂膜融化，滲透到纖維層(一般是由下至上)，最后固化制得制品。特點(diǎn)：周期較長(zhǎng)3. 樹脂傳遞模塑成型工藝(Resin Transfer Molding，RTM) 將增強(qiáng)織物置于模具中形成一定的形狀，再將樹脂注射進(jìn)

3、入模具、浸漬纖維并固化的一種復(fù)合材料生產(chǎn)工藝。以RTM為基礎(chǔ)發(fā)展為VARTM和SCRIMP法。3.1 真空輔助樹脂傳遞模塑工藝（Vacuum Assisted RTM，VARTM） 在RTM的基礎(chǔ)上，在注射樹脂前預(yù)先在腔內(nèi)抽真空用注射機(jī)注入樹脂（或者邊抽真空邊注射樹脂）3.2 樹脂浸漬模塑成型工藝(Seemann Composites Resin infusion Manufacturing process，SCRIMP) 利用薄膜將增強(qiáng)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(zhì)沿增強(qiáng)材料的表面快速浸漬，并同時(shí)向增強(qiáng)材料厚度方向進(jìn)行浸潤(rùn)的加工工藝特點(diǎn)：RTM 為閉模

4、壓力注射，便于自動(dòng)化操作，但同時(shí)高壓力需要高強(qiáng)度、高剛度的雙面模具和樹脂壓注機(jī)，以及具有較大合模力的設(shè)備，模具制造相對(duì)復(fù)雜，要求較高，成本也太高。 VARTM是在RTM的基礎(chǔ)上結(jié)合抽真空工藝發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)真空輔助改善模具型腔內(nèi)樹脂的流動(dòng)性、浸漬性，更好地排盡氣泡，再用注射機(jī)注入樹脂，提高了樹脂流動(dòng)和浸潤(rùn)纖維的能力，提高了增強(qiáng)材料的含量；可使用相對(duì)較小的注射壓力，減小了對(duì)模具和設(shè)備的要求，投資減小(對(duì)車隊(duì)依然較高)；SCRIMP纖維含量高，制品力學(xué)性能優(yōu)良；樹脂浪費(fèi)率低；產(chǎn)品性能的均勻性和重復(fù)性比開模產(chǎn)品好得多4. 真空袋工藝(Vacuum bagging ) 預(yù)先浸潤(rùn)增強(qiáng)纖維，在模具內(nèi)鋪好后

5、鋪設(shè)真空袋，抽真空后在負(fù)壓下固化成型特點(diǎn)：減少產(chǎn)品氣泡；有效控制產(chǎn)品含膠量；均勻加壓，產(chǎn)品的性能均勻5. 真空灌注成型Vacuum Infusion Process，VIP 真空灌注成型 (Vacuum Infusion Process，VIP)，也稱為真空輔助樹脂灌注成型技術(shù)(Vacuum Assisted Resin Infusion，VARI) ，是在RTM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型高性能、低成本的復(fù)合材料制件的成型工藝，在航空航天、風(fēng)電等領(lǐng)域受到廣泛的重視?？紤]到真空灌注工藝相對(duì)于之前的手糊工藝孔隙率低，缺陷少，有較高的制品密實(shí)度和層間粘接強(qiáng)度，因而有更高的機(jī)械性能和更輕的重量，而熱壓罐

6、法等對(duì)設(shè)備等要求較高，成本高，現(xiàn)階段不適合車隊(duì)使用；故綜合質(zhì)量、可操作性、經(jīng)濟(jì)性、車隊(duì)條件等因素2014年擬采用碳纖維真空灌注成型工藝，三、 真空灌注成型工藝簡(jiǎn)介：1. 工藝過(guò)程是在高硬度、高表面質(zhì)量的單面模具上干法鋪貼增強(qiáng)材料（玻璃纖維，碳纖維，凱芙拉，夾心材料等，有別于真空袋工藝），然后鋪真空袋材料（先鋪上脫模布，接著是導(dǎo)流布，最后是真空袋），連接抽真空體系，并抽出體系中的空氣，在模具型腔中形成較高負(fù)壓，利用真空產(chǎn)生的壓力把液態(tài)樹脂通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)并鋪設(shè)的注膠管路壓入纖維層中，讓樹脂浸潤(rùn)增強(qiáng)材料最后充滿整個(gè)模具，制品固化后，揭去真空袋材料，從模具上得到所需的光潔制品。圖1.真空灌注工藝2. 真

7、空灌注工藝優(yōu)點(diǎn)：l 模具成本低，只需單面剛性模具，適用于設(shè)計(jì)大型、復(fù)雜外形l 更高的樹脂纖維比，孔隙率低，缺陷少，更高的機(jī)械性能，更輕的重量l 減少樹脂浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本l 樹脂用量穩(wěn)定，易于控制；l 外形可控，尺寸精確，表面質(zhì)量高，減少準(zhǔn)備時(shí)間與維修次數(shù)，降低工作量l 揮發(fā)物少，不用預(yù)先浸潤(rùn)纖維，可操作性好，工作環(huán)境好3. 同時(shí)也應(yīng)該注意以下問(wèn)題：l 真空灌注工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)操作人員要求較高。要求操作者熟悉工藝流程，掌握操作要領(lǐng)，了解可能產(chǎn)生的問(wèn)題及解決方案；l 管路布置。真空灌注法要求合理布置真空管和樹脂導(dǎo)入管，每個(gè)部件的真空管和樹脂導(dǎo)入管的布置是不盡相同的，在鋪層前就要充分考慮好；l 樹

8、脂灌注一旦開始，就幾乎不能采取任何措施來(lái)糾正錯(cuò)誤。例如出現(xiàn)一點(diǎn)真空泄露時(shí)，即使是少量的氣體進(jìn)入也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品報(bào)廢，所以一定要精心準(zhǔn)備。l 要有好的心態(tài)，熟練之前會(huì)有一些部件（或者不止一些）部件被毀掉。l 正式制作前，練習(xí)制作樣塊。關(guān)鍵是通過(guò)錯(cuò)誤學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。4. VIP工藝用材料及設(shè)備、輔材n #M 01模具泡沫、02 模具膠衣（易打磨底膠、高光膠衣）、03模具樹脂、04表面氈、05短切氈、06方格布、07封孔劑、08拋光劑、09潔模劑、10脫模劑n #C 01碳纖維、02灌注樹脂、03固化劑、04強(qiáng)芯氈、05輕質(zhì)結(jié)構(gòu)芯材、06結(jié)構(gòu)膠粘劑、n #HC 01脫模布、02隔離膜、03導(dǎo)流布、04真空

9、袋膜、05密封膠帶、06快干噴膠、07真空管、08螺旋管、09彈簧夾鉗、10 T型接頭、11注膠座、n #G 01真空泵、02樹脂收集器（含壓力表、調(diào)壓閥）、03膠衣噴槍、04拋光機(jī)、 05修邊槍、06電子秤、07樹脂桶、08配膠桶、09固化劑量瓶、10羊毛拋光盤、11美工刀、12滾輪、13手糊毛刷、14口罩、15橡膠手套注：#M-模具材料；#C-主要材料；#HC-真空耗材；#G-工具；詳細(xì)參考：碳纖維 丙烯腈基機(jī)織斜紋6K炭布，連續(xù)氈； 玻璃纖維 連續(xù)氈優(yōu)于短切氈；編織布優(yōu)于方格布；有利于樹脂流動(dòng)和浸潤(rùn)纖維注意要選用無(wú)堿玻璃纖維表面氈30-40g/m2; 短切氈300-450g/m2; 方格

10、布0.4-0.45mm厚；快干噴膠 3M supper67 / 77或風(fēng)電專用快干噴膠輕質(zhì)芯材 夾層結(jié)構(gòu)芯材的選擇主要考慮三個(gè)方面的因素：力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度和密度）要求、工藝條件（承受的溫度、制品形狀、芯材的加工等）要求和價(jià)格。 PVC泡沫、PET、PMI、SAN或其他線性微孔封閉型塑料，芳綸NOMEX蜂窩具體選擇可參考結(jié)構(gòu)芯材選擇強(qiáng)芯氈 推薦荷蘭蘭拓強(qiáng)芯氈 厚1.5-2.0-2.-5mm；樹脂 力學(xué)性能抗拉、彎曲強(qiáng)度要高，耐腐蝕、耐疲勞性能要好具體可咨詢樹脂供應(yīng)商。低粘度，凝膠時(shí)間，固化溫度、放熱峰，浸潤(rùn)性，韌性等有特殊的要求， 粘度 真空灌注用樹脂粘度范圍在0.10.8Pa.s，一般應(yīng)在

11、0.120.4Pa.s，低粘度的樹脂有利于灌注。凝膠時(shí)間在15-30min。 推薦乙烯基樹脂，粘度約275，很適合真空灌注。另外（聚酯樹脂 粘度475、環(huán)氧樹脂900-975）放熱峰 放熱峰不能過(guò)高樹脂選擇可參考附件樹脂系統(tǒng)真空袋 較好的延伸性、柔韌性、抗穿刺性； 推薦尼龍膜，聚丙烯膜脫模布 低孔隙率、低滲透率的薄膜材料； 如PE、PP多孔膜等帶孔隔離膜 聚乙烯PE或聚丙烯PP；厚0.03mm，孔徑0.8mm左右，孔間距5*5mm；密封膠帶 高彈性、表面粘結(jié)性及耐溫性，以丁基橡膠為基膠，添加補(bǔ)強(qiáng)劑、增粘劑等；導(dǎo)流布 鋪層最上一層，位于脫模布之上，真空袋之下；尼龍或聚丙烯，面密度200g/m2真

12、空抽氣注膠管 HDPE聚乙烯材質(zhì)，12-16mm，螺旋管 一種聚乙烯塑料帶子卷成的管子，可透過(guò)空氣和樹脂；有一定的抗壓性能；T型接頭 與進(jìn)膠管匹配；注膠座 與螺旋管匹配，彈簧夾鉗 五金市場(chǎng)購(gòu)買，或用焊接平臺(tái)用夾鉗真空泵 抽速>5L/s，真空度>95%；樹脂捕獲器 密封性好，能承受壓力,內(nèi)涂脫模劑，放置接膠紙筒；流量調(diào)節(jié)器 超聲波測(cè)漏儀 可考慮聽診器四、 真空灌注工藝重點(diǎn)問(wèn)題及解決根據(jù)具體產(chǎn)品確認(rèn)好使用的增強(qiáng)材料、夾芯材料、樹脂系統(tǒng)；這是直接決定產(chǎn)品質(zhì)量和性能的因素，必須多做了解，做好充分的準(zhǔn)備 樹脂：固化劑：促進(jìn)劑的比例選擇？需要常溫固化；所以大都使用脂肪胺、聚酰胺等，ps：固化劑

13、：促進(jìn)劑的比例對(duì)固化的具體影響？l 咨詢商家，固化劑、促進(jìn)劑用量越多，固化速度越快；l 色相越淺越好、透明度越高越好、雜質(zhì)越少越好 固化時(shí)間多久比較好？l 固化時(shí)間隨溫度不同而變化。l 常溫固化時(shí)間一般在24小時(shí)以上，加熱條件下可適當(dāng)縮短固化時(shí)間；l 但是要注意，加熱固化之前要常溫固化6小時(shí)以上，且要緩慢升溫，不能過(guò)快，溫度一般60-90； 灌注時(shí)間的控制l 樹脂的粘度 樹脂粘度越低，導(dǎo)入時(shí)間就越短，因此真空導(dǎo)入宜用低粘度樹脂，這樣可以使樹脂快速充型；可以調(diào)節(jié)樹脂固化劑、促進(jìn)劑的量；l 注射長(zhǎng)度 樹脂注入口與抽氣口的之間的距離，距離短則充型時(shí)間亦短。l 壓力差 體系內(nèi)與體系外壓力差越大，對(duì)樹脂

14、驅(qū)動(dòng)力越大，樹脂流速越快，充型時(shí)間亦短。l 滲透性 玻纖、碳纖、夾心材料等對(duì)樹脂浸潤(rùn)越好，滲透性越好；多向氈要比方格布，短切氈易被樹脂浸潤(rùn)。l 灌注時(shí)間隨工件大小而定，工件越大，時(shí)間越長(zhǎng)。一般大小工件灌注時(shí)間約為5-10分鐘（從開始導(dǎo)入時(shí)計(jì)時(shí)）； 車身設(shè)計(jì)l 做好流線造型，空氣動(dòng)力學(xué)效果好，較好的A級(jí)曲面也便于制造；避免尖角，復(fù)雜結(jié)構(gòu)；l 考慮復(fù)雜結(jié)構(gòu)、卷邊、特殊連接等的實(shí)現(xiàn) 車身分塊的問(wèn)題ps： 分塊時(shí)要注意的問(wèn)題？如何分塊？    模具如何分塊？l 分塊要有利于模具設(shè)計(jì)和制作l 有利于車身灌注成型；l 要有合適的安裝點(diǎn)；l 分塊要方便車身拆裝；l 分割線盡量美

15、觀，有較好的視覺效果；可參考汽車的車身分割線； 真空灌注時(shí)樹脂流動(dòng)的死角解決方案ps：有哪些具體的解決方法？l 改變配比、提高溫度等，提高樹脂流動(dòng)性l 鋪設(shè)導(dǎo)流布；l 添加樹脂導(dǎo)入口；l 改變注膠管鋪設(shè)方法；l 芯材開槽、模具開槽；l 利用重力，改變模具放置方法 灌注過(guò)程發(fā)生漏氣時(shí)解決方案？l 夾緊抽氣管，關(guān)閉真空泵，快速查找漏氣原因并修正；l 在密封膠旁邊補(bǔ)一條通氣纏繞管,把氣引到抽氣口,避免進(jìn)入到產(chǎn)品上； 導(dǎo)入方式的選擇線性導(dǎo)入、多邊導(dǎo)入、外圍導(dǎo)入、中心導(dǎo)入；多點(diǎn)導(dǎo)入、從底部導(dǎo)入；多點(diǎn)導(dǎo)入由底部到頂部導(dǎo)入，避免氣泡產(chǎn)生樹脂桶最好低于模具最低點(diǎn) 夾層結(jié)構(gòu)芯材的選擇l 抗壓強(qiáng)度要滿足要求l 灌

16、注用芯材最好是輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)芯材，如巴沙木，PMI結(jié)構(gòu)泡沫，也可考慮PVC結(jié)構(gòu)泡沫、NOMEX芳綸蜂窩、鋁蜂窩等夾芯材料， 芯材開槽與開孔l 窄且深的溝槽，窄的槽間距20mm；l 孔徑2mm；孔間距小如50mm； 車身與車架的連接怎么方便快速裝拆？合理布置安裝點(diǎn)采用快拆螺母；塑料卡扣；VIP真空灌注成型一般工藝流程第一步：準(zhǔn)備模具VIP 也需要高質(zhì)量的模具，表面要有較高的硬度和較高的表面質(zhì)量（最好是鏡面），并且模具邊緣至少保留15 厘米的法蘭邊，以鋪設(shè)密封膠帶和螺旋管。模具要清理干凈，然后打脫模劑。潔模-潔模過(guò)程是要將模具表面上的拋光劑殘余或油劑等清除掉，使隨后加上的封孔劑及脫模劑（蠟）可牢固

17、地附在模具上。先將船牌69潔模水用紗布擦在模具表面然后抹干，再涂一層船牌69潔模水，讓其充分揮發(fā)干后（約半小時(shí)），再用干凈干布擦至光亮。封模-船牌86封孔劑，用紗布均勻地涂在模面上，讓其干透（約3060分鐘），再用干凈干布擦至光亮。如果是新模具，要封孔四次，如果是舊模翻新，封孔兩次即可。打脫模劑-可選擇美國(guó)產(chǎn)三星牌102、金冠牌8、或船牌333三種皆可，金冠牌較硬、船牌較軟，三星牌最好；涂脫模蠟最好用紗布把適量脫模蠟包起來(lái)然后擠過(guò)紗布均勻地涂覆到模具表面上，這樣既均勻又節(jié)省，不致于脫模蠟大量散落，待其干透（3060分鐘），再用手包干凈紗布擦或拋光機(jī)拋至光亮照人。新模具要上4至5次脫模蠟，才可使

18、用。第一只產(chǎn)品脫模后，以后每一次脫模上一次脫模蠟即可。第二步： * 膠衣面可以根據(jù)制品的要求，可以用產(chǎn)品膠衣和打磨膠衣，選用類型有鄰苯，間苯和乙烯基。用手刷和噴射的方法施工膠衣。第三步：鋪設(shè)增強(qiáng)材料選用增強(qiáng)材料- 碳纖維，夾芯材料這要依據(jù)制品強(qiáng)度要求來(lái)定。碳纖維：機(jī)織斜紋6K炭布，鋪3-4層，拐角、復(fù)雜地方可使用快干噴膠輔助粘貼定位；酌情用快干膠(502即可)在幾個(gè)重點(diǎn)部位加強(qiáng)以免等下開始刷上樹脂時(shí)某些地方會(huì)翹起邊緣要留夠余量，保證剪裁后能得到所需尺寸的工件；夾芯材料：PMI為閉孔泡沫，但在與面板相接處泡沫芯材最好處于開孔狀態(tài)，有利于樹脂的填充，浸潤(rùn)效果較好，能形成較好的粘結(jié)界面；第四步：真空

19、袋材料鋪設(shè)及設(shè)備連接先鋪上脫模布，接著是導(dǎo)流布，最后是真空袋。 鋪脫模布-脫模布鋪在碳纖維之上的第一層，以方便脫模。脫模布要覆蓋整個(gè)碳纖維表面，最好比碳纖維鋪層略大；按模具大小剪裁，用膠帶粘貼定位，防止之后鋪貼時(shí)移動(dòng)； 可加鋪帶孔隔離膜 鋪導(dǎo)流網(wǎng)-鋪在脫模布之上；導(dǎo)流網(wǎng)用于促進(jìn)樹脂流動(dòng)；按模具大小適當(dāng)剪裁，用膠帶粘貼定位，防止之后鋪貼時(shí)移動(dòng)；在邊角處不能平滑鋪貼時(shí)可用剪刀剪開，以防出現(xiàn)褶皺； 放置螺旋管-螺旋管用密封膠條固定在導(dǎo)流網(wǎng)之上，使樹脂能迅速分布于模具樹脂注入端，并沿導(dǎo)流網(wǎng)流到另一端； 在合上真空袋之前，要仔細(xì)考慮樹脂和抽真空管路的布置，以便樹脂流動(dòng)充型；否則有的地方樹脂會(huì)無(wú)法浸潤(rùn)到。

20、對(duì)于復(fù)雜零件，樹脂不易到達(dá)的部位可添加螺旋管，采用多點(diǎn)注射，多線灌注；用膠帶定位螺旋管； 放置注膠座-注膠座建議使用硅橡膠材質(zhì)，底部有一個(gè)凹槽與螺旋管配套；底端凹槽卡在在螺旋管中間位置，以使樹脂流過(guò)注膠座進(jìn)入螺旋管；合理布置進(jìn)膠口位置和數(shù)量； 在螺旋管上再鋪一層導(dǎo)流網(wǎng)便于抽真空和注膠； 放置真空抽氣座-抽氣座也是硅橡膠材質(zhì)，底部有多個(gè)凹槽，使抽真空時(shí)空氣快速抽出；使用時(shí)將抽氣座置于導(dǎo)流網(wǎng)之上； 貼密封膠條（也可在鋪增強(qiáng)材料之前貼）-密封膠條是一種柔韌的粘性膠帶；-沿模具邊緣粘貼，用于粘貼真空袋，抽氣后形成真空環(huán)境；-先不要揭去密封膠帶貼紙，以便后續(xù)鋪設(shè)真空袋時(shí)不會(huì)被粘住；-拐角處要注意，粘貼盡

21、量順滑，表面不要褶皺，以免漏氣； 鋪真空袋-真空袋鋪在最上面一層，要保證足夠大；一般比模具多20cm；-適度打褶，不能太緊；-時(shí)應(yīng)特別注意：一邊揭去密封膠帶貼紙，一邊貼真空袋，不要嘗試把密封膠條的貼紙全部揭掉再鋪真空袋，以免真空袋在鋪好之前就被粘上；-確認(rèn)真空袋在粘貼位置沒有褶皺、重疊；-鋪設(shè)時(shí)要非常小心，以免一些尖銳物刺破真空袋。-粘好后要認(rèn)真按壓，確保密封完好；很重要 連接并密封樹脂導(dǎo)入管用剪刀在樹脂吸入口剪切45°左右的開口，以防入口被堵；在注膠座開口處用小刀小心開十字小口，用密封膠條在樹脂導(dǎo)入口纏繞幾圈，插入注膠管，用密封膠條小心密封； 連接并密封真空抽氣管用同樣的方法連接并

22、密封抽氣管 準(zhǔn)備樹脂罐罐內(nèi)涂上脫模蠟，以便倒出樹脂；內(nèi)放可取出的一次性容器，如紙杯等，可丟棄； 連接真空泵和樹脂收集器用適當(dāng)長(zhǎng)度的真空抽氣管連接真空泵和樹脂收集器； 夾緊樹脂導(dǎo)入管用彈簧夾鉗夾緊樹脂導(dǎo)入管；第五步：抽真空鋪完這些材料后，準(zhǔn)備妥當(dāng)后即可開啟真空泵對(duì)整個(gè)體系抽真空，抽氣時(shí)不斷調(diào)整真空袋位置，使其鋪貼良好，真空袋較緊時(shí)可暫時(shí)調(diào)低抽速，調(diào)整細(xì)節(jié)部位后，再開啟抽盡空氣。盡量把體系中空氣抽空，并檢查氣密性，氣密性合格后才能注膠。這一步很關(guān)鍵，如有漏點(diǎn)存在，當(dāng)樹脂導(dǎo)入時(shí)，空氣會(huì)進(jìn)體入體系，氣泡會(huì)在漏點(diǎn)向其它地方滲入，甚至于有可能整個(gè)制品報(bào)廢。檢查方法：抽完真空后，壓力應(yīng)在-0.1Mpa左右，壓力過(guò)大說(shuō)明漏氣