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真空辅助树脂传递模塑工艺介绍及应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-05-26  来源:www.frpapp.com  浏览次数:475
核心提示:SCRIMP真空辅助树脂传递注塑是利用薄膜将增强材料密封于单边模具上,完全借助于真空将低黏度树脂吸入,利用高渗透率介质沿增强材料的表面快速浸渍,并同时向增强材料厚度方向进行浸润的加工工艺。

    真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM/SCRIMP)适用于质量要求高、小批量和尺寸较大的制品。它和传统的热压罐成型工艺相比,具有模具低成本,树脂室温固化以及几乎不受限制的制品尺寸等突出的特点。在国外VARTM已成功地用于舰船、军事设施、国防工程、航空和民用工业等领域。目前,真空辅助树脂传递注塑中应用最广泛的工艺之一,SCRIMPTM成型工艺,是在19世纪80年代后期在RTM工艺基础上发展起来的以低成本、适合制作大型复合材料制品的成型工艺。该加工工艺的成品有较好的品质,如:孔隙率低、纤维含量高,和良好的机械性能,并且可以将挥发性有毒气体的排放量控制在最小的程度。

  SCRIMP真空辅助树脂传递注塑是利用薄膜将增强材料密封于单边模具上,完全借助于真空将低黏度树脂吸入,利用高渗透率介质沿增强材料的表面快速浸渍,并同时向增强材料厚度方向进行浸润的加工工艺。用这种方法加工的复合材料,纤维含量高,制品力学性能优良,而且产品尺寸不受限制,尤其适合制作大型制品。最近,由于树脂体系和纺织增强材料成型技术的不断发展,航空制造者们也对VARTM表现出了浓厚的兴趣,主要表现为采用碳纤维-环氧树脂、碳纤维-双马来酰亚胺树脂的复合材料。

  和传统的开模成型工艺相比,SCRIMP成型工艺具有许多的优点。SCRIMP工艺比手工铺放节约成本约50%,树脂浪费率低于5%,特别是加工过程的环保性,是SCRIMP工艺最突出的优点。在同样原材料的情况下,与手糊构件相比,复合材料的强度、刚度或硬度及其它的物理特性可提高30%-50%以上。产品质量不受操作人员影响,产品性能的均匀性和重复性比开模产品好得多,缺陷也少得多。SCRIMP由于是采用闭模成型工艺,挥发性有机物和有毒空气污染物均受到很大程度的控制,VOC排放不超过5PPm的标准,而开模成型的苯乙烯的挥发量超过500PPm。SCRIMP工艺特别适合制造较大的制品,并且可以进行芯材、加筋结构件的一次成型以及厚的、大型复杂几何形状的制造,提高了产品的整体性,而且材料和人工的节省实为可观。采用SCRIMP制作的构件,不论是同一构件还是构件与构件间,制品都有保持着良好的重复性。SCRIMP成型时树脂的消耗量可以进行严格控制,纤维体积比可高达60%,制品孔隙率小于1%。

  国内外复合材料生产厂家,特别是一些造船厂、游艇工厂和风力发电叶片厂,目前已经有不少已经采用SCRIMP方法,但多数的制造技术在使用上都是以“试误(TrialandError)”的方式来积累加工经验的,这样就使得制品的品质受到很大的影响。而要充分发挥采用SCRIMP工艺制品的特点,达到高水平的品质,生产企业应该注意诸如:浸渍时的真空度的选择、增强材料的特性、树脂黏度、树脂种类、浸渍程度、树脂的凝胶及固化情况等。

  LCM工艺用纺织增强材料目前,常用的增强材料主要是玻璃纤维、碳纤维、芳纶和高密度聚乙烯纤维等等。而增强材料的结构可以有许多种类可供选择,图1为常用的增强材料的结构形式,如机织的方格布、三维正交机织物、经编多轴向织物、2D和3D的编织织物以及缝编织物。在复合材料加工过程中,增强材料的结构、材质和铺放形式都直接影响到树脂浸润和加工工艺。

  LCM工艺技术的应用SCRIMP工艺的高纤维含量、优异的制品性能、良好的生产重复性、特别是低成本的快速成型,使其制品性能可以与航空、宇航等领域广泛采用的热压釜工艺相媲美。随着SCRIMP技术从早期的海军军事和国防军工领域应用向民用工业的拓展,SCRIMP工艺已经大量地应用于制造船体、船舶甲板、巡逻艇、风机叶片、桥梁、运输壳体以及其它民用和海洋基础工程。目前SCRIMP工艺可成型面积达185m2、厚度达700mm、纤维重量含量达70~80%、孔隙率低于1%的制品,其树脂浪费率低于5%,与手工铺放相比,节约劳动成本50%以上。SCRIMP制品的主要应用领域是是船体结构,瑞典海军的隐型护卫舰Visby,艇长72m,是目前建造的最大的FRP夹芯结构,舰上的部件如船体、甲板和上层建筑都也都是用SCRIMP法制造的。

  SCRIMP工艺的另一个主要应用领域是风机叶片的制造。国内目前的我国风机叶片制造厂家由于受市场、技术、材料及资金等方面的影响,大多采用湿法手糊工艺,常温固化。能够实现600KW和750KW机组叶片的批量生产。湿法手糊工艺工艺相对简单,不需要加温加压装置,不需要昂贵的工装设备。成型工艺具有生产效率低、劳动强度大、劳动卫生条件差、产品质量不易控制、性能稳定性不高、产品力学性能较低等的缺点,该工艺通常只用于生产叶片长度比较短和批量比较小的时候。但对于大型的兆瓦级风力机叶片,由于叶片体形庞大,最宽处达300cm左右,最高处大于200cm,手糊成型工艺是无法胜任的。目前,国外采用闭模的真空辅助成型工艺用于生产大型叶片(叶片长度在40m以上时)和大批量的生产。这种工艺适宜一次成型整体的风力发电机叶片(纤维、夹芯和接头等可一次模腔中共成型),而无需二次粘接。世界著名的叶片生产企业LM公司开发出56M的全玻纤叶片就是采用这种工艺生产的。
 
关键词: 真空辅助 VARTM SCRIMP
 
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