复合材料真空导入工艺

 

1、真空导入工艺（Vacuum infusion process,VIP)

真空导入工艺，简称VIP，在模具上铺增强材料（玻璃纤维，碳纤维，夹心材料等，有别于真空袋工艺），然后铺真空袋，并抽出体系中的空气，在模具型腔中形成一个负压，利用真空产生的压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中，让树脂浸润增强材料最后充满整个模具，制品固化后，揭去真空袋材料，从模具上得到所需的制品。

VIP采用单面模具（就象通常的手糊和喷射模具）建立一个闭合系统。

真空导入工艺公诸于世很久了，这个工艺在1950 年出现了专利记录。然而，直到近几年才得到了发展。由于这种工艺是从国外引入，所以在命名上有多种称呼，真空导入，真空灌注，真空注射等。

 

2、理论　

真空导入工艺能被广泛的应用，有其理论基础的，这就是达西定律：Darcy’s Law）t =ℓ2h/(2 kDP )t 是导入时间，由四个参数来决定；h-树脂粘度

从公式上可以看出所用树脂的粘度越低，则所需导入时间就越短，因此真空导入所用的树脂粘度一般不能太高。这样可以使树脂能够快速的充满整个模具。

ℓ-注射长度，指的树脂进料口与到达出料口的之间的距离，距离长当然所需的时间亦长。

DP-压力差, 体系内与体系外压力差值越大，对树脂的驱动力也越大，树脂流速越快，当然所需导入时间也越短。

k= 渗透性，指玻纤，夹心材料等对树脂浸润好坏的参数。k 值大说明浸润好，像多向毡要比方格布，短切毡易被树脂浸润。因此为了使得树脂在增强材料被压实的情况下能方便的充满体系，一般会人为设置一些导流槽，比如在夹心泡沫上下打孔等。

 

3、优势

在通常的手糊工艺(hand lay-up)中,增强材料铺于模具中, 采用刷子，辊子或其它方式手工浸润增强材料。另外一种改进的方法是使用真空袋吸出手糊时积层中多余的树脂。这样提高的玻纤含量，得到更高强度和更轻的产品。VIP 相对于传统的工艺具有很多优势，如图以手糊，真空袋和真空导入为例。在力学性能上真空导入占有明显的优势。

 

由此可以看出真空导入的优势：

a 更高质量制品：在真空环境下树脂浸润玻纤，与传统制造工艺相比，制品中的气泡极少。体系中不留有多余的树脂，玻纤含量很高，可达到70%，甚至更高。所得制品重量更轻，强度更高。批与批之间也非常稳定。

b 更少树脂损耗：用VIP 工艺，树脂的用量可以精确预算，对于手糊或喷射工艺来说，会因操作人员的多变性而难于控制。VIP 可以使得树脂的损耗达到最少，更重要的是，这样可以节约成本。

c 树脂分布均匀：对于一个制品来说，不同部分的真空产生的压力是一致的，因此树脂对玻纤的浸润速度和含量趋于一致。这个对于重量要求稳定的FRP 制件来是很关键的。

d 过程挥发更少：生产过程中没有刷子或辊子之类，不会造成树脂的泼洒或滴落现象发现，更不会有大量的气味出现。所以它能提供一个干净、安全和友好的工作环境, 保护操作者的身心健康。

e 使用单面模具：仅用一面模具就可以得到两面光滑平整的制品，可以较好的控制产品的厚度。节约模具制造成本和时间。

正因为用VIP 工艺所做产品有如此的优点，最早应用于航天航空等特种领域，后来慢慢应用于高要求的民用产品。

 

4、工艺流程　

VIP 所用材料：树脂

当准备开始真空导入的试验时，首先要选用合适的树脂，是环氧树脂还是不饱和聚酯树脂。真空导入工艺的树脂，不能用普通的树脂来代替，它对粘度，凝胶时间，放热峰，浸润性等有特殊的要求，具体可咨询树脂供应商。

固化体系

如果是环氧树脂，要使用其相对应的专用固化剂；不饱和树脂常用的固化剂是过氧化甲乙酮。不同的厂家其质量是不一样的，选用时对其评价，不能因为用量少的材料而影响到整个制品的质量。

增强材料

增强材料一般常用的是玻璃纤维和碳纤维。比如复合缝边毡，单布等，具体要根据力学设计。选用时最好做一下实验，渗透性如何，因为纤维在制造过程中选用的浸润剂，粘接剂的不同对树脂的浸润会不一样，导致最终制品的力学性能会有很大的差异。

夹心材料

一般常用的是Balsa木，PVC 泡沫，PUR/PIR 泡沫，强心毡等。依据制品的需要选用合适的夹心材料。

设备、辅材

真空泵，接口，压力表，导流管，脱模布，导流布，真空袋等等。真空导入工艺用所的材料不是随随便便拿来就能用，每种材料都要经过实验加以确认，以此判断是不是适用。

 

第一步：准备模具

真空灌注工艺要求模具具有较高的品质，较高的表面光泽度和硬度，模具边缘至少保留15厘米，便于密封条和管路的铺设。对模具进行清理干净，然后打脱模蜡或涂脱模水。

第二步： 施工胶衣面

根据制品的要求，选择合适的胶衣，手刷或喷涂。（有些制品表面不做胶衣面就直接铺设干布）

第三步：增强材料铺设

增强材料选用要依据制品强度要求来定（玻璃纤维，碳纤维，夹心材料..），不同的材料和织法会影响树脂流速。

第四步：真空辅助材料铺设

依次铺设脱模布，导流网，真空袋...在合上真空袋之前，要考虑树脂和抽真空管路的走向，否则有出现浸润不良现象。铺设时要小心，以免尖锐物刺破真空袋。

第五步：抽真空

材料铺设完毕，夹紧各进树脂管，开始抽真空，尽量把体系中空气抽空，并检查气密性，这一步很关键，如有漏点存在，当树脂导入时，空气会进体入体系，气泡会在漏点向其它地方渗入，甚至于有可能整个制品报废。

第六步：调配树脂

抽真空达到一定要求后，开始准备树脂。按树脂不同凝胶时间配入相应的固化剂。

第七步：导入树脂

把进树脂管路插入配好的树脂桶中，根据进料顺序依次打开夹子，注意树脂桶的量，及时补充。

第八步：脱模

树脂凝胶固化到一定程度后，揭去真空材料。从模具上取出制品并进行后处理。

任何一个工艺不可能是十全十美的，目前来说VIP 所需的一次性耗材很大一部分需要进口，提高材料成本，但这部分可以减少树脂用量上得到平衡。另外对操作人员的技能要求更高。每一过程都仔细按步骤做好才能进入下一步的操作，否则会造成不能逆转的损失。    

所以这种工艺目前用在附加值高的FPR 部件和制品中， 如体育用品配件，游艇，风力发电叶片等。但人们对更高性能材料的大量需要，真空导入工艺正被越来越多的人认识和采用。