[發(fā)明專利]超大型復合材料構(gòu)件整體成型工藝及成型系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910303943.0
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101585238A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾竟成;楊金水;楊孚標;彭超義;劉卓峰;肖加余
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44;B29C70/54;B29C70/34
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所
• 代理人: 陳 暉;楊 斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復合材料構(gòu)件的成型工藝及系統(tǒng)，尤其涉及一種利用樹脂傳遞模塑輔助真空灌注進行復合材料成型的工藝及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超大型復合材料構(gòu)件是指那些單件成型面積達數(shù)十平方米以上、單件重量達數(shù)噸以上、單件某個方向的尺寸達數(shù)十米的復合材料制品，如兆瓦級以上的風力發(fā)電機復合材料葉片、大型復合材料船體、大型軌道交通工具的箱體或頂蓋等等。這些超大型復合材料構(gòu)件通常采用手糊工藝或者真空灌注工藝(簡稱VIP工藝，Vacuum?Infusion?Process)制備。手糊工藝具有生產(chǎn)效率低、工作強度大、工作環(huán)境差、產(chǎn)品質(zhì)量不易控制、產(chǎn)品性能穩(wěn)定性不高和產(chǎn)品力學性能較低等缺點。VIP工藝起源于美國俄亥俄州立大學，其基本原理是采用干法鋪層把增強材料預先鋪放到敞口模具中，然后用真空袋膜密封，再利用真空泵實施真空，最后把預先配置的樹脂體系利用真空負壓灌注到成型模具中成型制品。VIP工藝是一種比較先進的復合材料成型工藝，能夠有效克服手糊工藝的上述缺點，因而在超大型復合材料構(gòu)件的生產(chǎn)中，采用VIP工藝逐步取代手糊工藝已經(jīng)成為一種趨勢。

然而，傳統(tǒng)VIP工藝在制備超大型復合材料構(gòu)件方面也存在著如下缺點：(1)利用真空負壓灌注樹脂，極限灌注壓力不可能超過一個大氣壓，因而樹脂的灌注速度以及樹脂對增強材料的浸漬效果都受到了限制，特別是在制備超大型復合材料構(gòu)件方面不利于進一步提高生產(chǎn)效率；(2)制備超大型復合材料構(gòu)件，需要預先配置大量樹脂體系，樹脂混合無法在封閉系統(tǒng)中完成，混合過程中會混入大量氣泡，氣泡的存在將嚴重影響復合材料制品的質(zhì)量；而且一次混膠量越大就越難于混合均勻，大量樹脂體系又難于多次細化混合，必然存在混膠不均勻的問題，混膠不均勻勢必影響復合材料制品的固化質(zhì)量；再者，這些預先將樹脂和固化劑混合配置好的樹脂體系，需要大型容器來盛裝，而盛裝在大型容器中的樹脂體系因散熱性能不好容易發(fā)生快速反應導致樹脂體系粘度增大而影響灌注效率和浸漬效果，甚至可能導致樹脂體系發(fā)生爆聚而無法使用；(3)大量樹脂體系配好以后，如果在使用過程中因真空系統(tǒng)出問題需要停機調(diào)試或者其他客觀原因?qū)е聵渲瑢脒^程暫時中斷，則剩余未導入的樹脂體系將會繼續(xù)發(fā)生反應而變得不可用，很可能導致大量樹脂體系浪費掉。上述問題是傳統(tǒng)VIP工藝在制備超大型復合材料構(gòu)件過程中比較常見的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種節(jié)省原料、效率高、適用性強、產(chǎn)品效果好、安全環(huán)保的超大型復合材料構(gòu)件整體成型工藝，還提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面、操作使用方便的能用于上述成型工藝的成型系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種超大型復合材料構(gòu)件整體成型工藝，其特征在于：所述整體成型工藝包括真空灌注預處理、自動混膠、真空脫泡、調(diào)壓緩沖和真空灌注五個步驟，所述自動混膠后得到的混合膠液注入到一緩沖容器中進行所述的真空脫泡和調(diào)壓緩沖處理，經(jīng)過調(diào)壓緩沖處理后，所述緩沖容器內(nèi)的正壓達到0.5atm～1.0atm，所述混合膠液在緩沖容器內(nèi)形成的正壓和真空灌注形成的真空負壓的雙重壓力下注入到所述復合材料構(gòu)件整體成型用模具中。

上述的超大型復合材料構(gòu)件整體成型工藝，本質(zhì)上是一種樹脂傳遞模塑輔助真空灌注工藝(簡稱RTMAVIP，Resin?Transfer?Molding?assisted?Vacuum?Infusion?Process)，其利用樹脂傳遞模塑(RTM)工藝的優(yōu)勢對傳統(tǒng)真空灌注工藝進行了重大改進，使得真空灌注時的壓力可通過緩沖容器進行調(diào)節(jié)，并通過緩沖容器壓和真空負壓的雙重作用進行真空灌注，大大提高了真空灌注的效率和真空浸漬的效果。

上述技術(shù)方案中，所述真空灌注預處理步驟具體是指：先清理修整所述的整體成型用模具，在模具上噴涂脫模劑和膠衣，再裁剪、鋪放增強材料并用脫模布覆蓋，在脫模布上鋪設(shè)真空灌注輔助材料(例如導流布、導膠管和模腔內(nèi)的真空導管等)以構(gòu)建膠液導流系統(tǒng)，設(shè)置好注膠口和抽氣口，然后用第一層真空袋膜在模具上進行密封(模具上的增強材料和膠液導流系統(tǒng)都應包含在密封后形成的模腔中)，得到第一層袋膜系統(tǒng)，抽真空并檢測模腔氣密性(一般要求能夠保持恒定真空負壓至少30分鐘)；第一層袋膜系統(tǒng)氣密性達到要求后再用第二層真空袋膜密封所述的第一層袋膜系統(tǒng)，并抽真空再次檢測模腔氣密性(要求能夠持續(xù)保持真空負壓)。兩次密封及氣密性檢測是為了確保后續(xù)真空灌注過程中真空壓力不低于0.098Mpa，并且能持續(xù)保壓。