專利名稱：一種厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制作方法，尤其是指一種厚尺寸碳纖維復(fù)合材料真空灌注成型方法，為復(fù)合材料成型技術(shù)領(lǐng)域，主要用于厚尺寸碳纖維復(fù)合材料真空灌注成型工藝。
背景技術(shù)：
碳纖維復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度和高比模量廣泛應(yīng)用在航天、航空、風(fēng)電葉片等各領(lǐng)域，厚尺寸碳纖維復(fù)合材料件作為結(jié)構(gòu)部件可以大大減輕制件重量。真空灌注工藝作為復(fù)合材料最主要的成型工藝，以其成型快速，污染低和適用于制備大型部件等優(yōu)點(diǎn)近幾年被廣泛研究和應(yīng)用。真空灌注成型時主要使用玻璃纖維進(jìn)行灌注體的灌注成型，玻璃纖維單絲直徑在18-25 μ m之間，真空壓實后堆砌的纖維體內(nèi)有較大空隙，這樣的空隙如同一個導(dǎo)流系統(tǒng)，有利于膠液流動灌注；傳統(tǒng)灌注方法借助導(dǎo)流網(wǎng)使膠液沿注膠管方向在導(dǎo)流網(wǎng)上流動，然后在流動的過程中再進(jìn)行縱向滲透，而此種方法不適用碳纖維灌注，因為碳纖維單絲直徑在6-8 μ m，在真空壓實碳纖維體后體系內(nèi)空隙遠(yuǎn)小于玻璃纖維體，這樣的條件在進(jìn)行薄板灌注小件尚可進(jìn)行，若是進(jìn)行大制件厚板灌注則不能實現(xiàn)真空灌注工藝。用于真空灌注的膠液粘度普遍在160mPa. s-300mPa. s，使用目前普遍使用的流道和鋪層設(shè)計在灌注厚度小于IOmm的碳纖維薄板能夠?qū)崿F(xiàn)小制件灌注，但若用到厚尺寸的大型結(jié)構(gòu)部件的碳纖維復(fù)合材料灌注就很難實現(xiàn)真空灌注工藝成型。目前碳纖維在用作大型結(jié)構(gòu)部件的生產(chǎn)上還是使用帶有預(yù)浸料的碳纖維布片鋪層完后在真空體系下高溫固化成型，其固化溫度普遍在110°c以上，由于碳纖維預(yù)浸料需要低溫運(yùn)輸和低溫存儲，且預(yù)浸料的生產(chǎn)成本也要附加在材料成本中，較高的固化溫度對模具和能耗都會帶來影響，所以碳纖維預(yù)浸料較單獨(dú)使用碳纖維和膠液成型的價格要高，在使用時預(yù)浸料也會存在邊角料等廢料浪費(fèi)，這樣使用預(yù)浸料生產(chǎn)產(chǎn)品會帶來產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高昂。在成型工藝上預(yù)浸料由于是具有較高粘度的膠片，在鋪層后由于膠片不能百分之百的粘貼所以制件會存在一定的孔隙和局部分層的現(xiàn)象，這樣會對產(chǎn)品的力學(xué)性能和可靠性帶來影響，因此很有必要對此加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提出一種適合厚尺寸大制件碳纖維體真空灌注成型的灌注成型方法。該成型方法既不會對產(chǎn)品的力學(xué)性能和可靠性帶來影響，而且可以減少材料的耗材。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，采用真空灌注成型，利用真空灌注工藝制作大尺寸、厚碳纖維制件；在碳纖維制件模具上鋪設(shè)剛性多孔平板；再在多孔平板上表面鋪設(shè)吸膠棉，并在真空吸嘴下使用VAP薄膜進(jìn)行密封，通過使用VAP薄膜控制灌注體的負(fù)壓梯度，對碳纖維制件模具進(jìn)行抽真空，從而完成真空灌注成型。
進(jìn)一步，所述的真空灌注工藝是在碳纖維鋪層下面鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)和脫模布，通過鋪設(shè)在纖維體底層的導(dǎo)流網(wǎng)使得膠液通過導(dǎo)流網(wǎng)快速分散后，然后沿著垂直鋪層方向膠液由下至上快速滲透；由于碳纖維在非軸向無法受力所以編織布非常松散，在進(jìn)行真空吸附時碳纖維鋪層會被真空袋擠壓使得在軸向上形成深淺不一的褶皺，因此本發(fā)明通過使用剛性多孔平板鋪設(shè)在碳纖維鋪層上表面，在真空壓力下保證碳纖維體不被擠壓變形來保證上表面的平整度。并使用VAP薄膜封住真空吸嘴來保證膠液在滲入上表面后不被抽入到真空管中，最終達(dá)到整個碳纖維體灌注成型；VAP薄膜具有透氣不透膠的功能，這種材料價格昂貴且為一次性使用的耗材，傳統(tǒng)的使用VAP薄膜對整個灌注件進(jìn)行封真空會使得VAP薄膜大量使用，通過VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用這大大降低了 VAP薄膜的用量。本發(fā)明使用 VAP薄膜封住真空吸嘴來保證膠液在滲入上表面后不被抽入到真空管中，最終達(dá)到整個碳纖維體灌注成型。所述在剛性多孔平板和VAP薄膜間使用的吸膠棉主要是在灌注體上表面提供連續(xù)的負(fù)壓層，避免因真空袋膜與剛性多孔平板緊貼后而降低上表層的真空度。所述導(dǎo)流網(wǎng)尺寸略小于碳纖維鋪層，導(dǎo)流網(wǎng)距離碳纖維體邊緣20mm-40mm，所述脫模布用于脫去固化后的導(dǎo)流網(wǎng)；碳纖維體上部鋪設(shè)剛性多孔介質(zhì)，所述剛性多孔介質(zhì)用于保證碳纖維體上表面的平整度，在剛性多孔介質(zhì)上面鋪設(shè)吸膠棉，在抽真空后吸膠棉可保證上表面的真空度，VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用保證膠液在滲入到上表面后不被抽入到真空管中。在此鋪層上鋪設(shè)真空袋膜，所述真空袋膜用于提供整個灌注體系的真空度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)品由于采用真空灌注成型，產(chǎn)品質(zhì)地均勻，在最大限度消除產(chǎn)品內(nèi)的氣泡，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。本發(fā)明充分利用碳纖維的真空灌注成型可以在70°C 固化的特點(diǎn)，采用真空膠液灌注的方式，可以根據(jù)灌注體的大小進(jìn)行灌注，不會出現(xiàn)多余浪費(fèi)，制作成本較低；另外真空灌注可以保證制品最低的孔隙率，這樣可以大大提高制品性能，實現(xiàn)了碳纖維采用真空灌注，非常適用大尺寸、厚制件的碳纖維產(chǎn)品。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸、厚制件碳纖維體的真空灌注成型，在灌注過程中膠液流動均勻，灌注后纖維體膠含量可以控制在28%-32%，由于膠液是由下至上浸潤纖維體保證灌注過程中可實現(xiàn)對整個灌注件的監(jiān)視，所述監(jiān)視方法可以通過在不同位置對剛性多孔平板開幾個20_見方的小口來觀察碳纖維是否已被膠液浸潤。真空灌注的碳纖維體最大厚度可以達(dá)到70_，幾乎可以實現(xiàn)所有碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件制品的灌注成型。與碳纖維預(yù)浸料成型工藝相比灌注成型具有低孔隙率、低固化溫度、產(chǎn)品機(jī)械性能高和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為實施例中厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型工藝導(dǎo)流示意圖2為實施例中厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型工藝導(dǎo)流示意俯視圖3為本發(fā)明實施例中剛性多孔平板示意圖4為本發(fā)明實施例中真空吸嘴示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，顯而易見地，下面描述中的實施例和附圖僅僅是本發(fā)明的部分實例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖和實施方案。
通過附圖可以看出本發(fā)明涉及一種中厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，采用真空灌注成型，利用真空灌注工藝制作大尺寸、厚碳纖維制件；在碳纖維制件模具上鋪設(shè)剛性多孔平板；再在多孔平板上表面鋪設(shè)吸膠棉，并在真空吸嘴下使用VAP薄膜進(jìn)行密封，通過使用VAP薄膜控制灌注體的負(fù)壓梯度，對碳纖維制件模具進(jìn)行抽真空，從而完成真空灌注成型。進(jìn)一步，所述的真空灌注工藝是，在碳纖維鋪層下面鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)和脫模布，通過鋪設(shè)在纖維體底層的導(dǎo)流網(wǎng)使得膠液通過導(dǎo)流網(wǎng)快速分散后，然后沿著垂直鋪層方向膠液由下至上快速滲透；由于碳纖維在非軸向無法受力所以編織布非常松散，在進(jìn)行真空吸附時碳纖維鋪層會被真空袋擠壓使得在軸向上形成深淺不一的褶皺，因此本發(fā)明通過使用剛性多孔平板鋪設(shè)在碳纖維鋪層上表面，在真空壓力下保證碳纖維體不被擠壓變形，來保證上表面的平整度。并使用VAP薄膜封住真空吸嘴來保證膠液在滲入上表面后不被抽入到真空管中，最終達(dá)到整個碳纖維體灌注成型；VAP薄膜具有透氣不透膠的功能，這種材料價格昂貴且為一次性使用的耗材，傳統(tǒng)的使用VAP薄膜對整個灌注件進(jìn)行封真空會使得VAP薄膜大量使用，通過VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用這大大降低了 VAP薄膜的用量。本發(fā)明使用VAP薄膜封住真空吸嘴來保證膠液在滲入上表面后不被抽入到真空管中，最終達(dá)到整個碳纖維體灌注成型。所述在剛性多孔平板和VAP薄膜間使用的吸膠棉主要是在灌注體上表面提供連續(xù)的負(fù)壓層，避免因真空袋膜與剛性多孔平板緊貼后而降低上表層的真空度。所述導(dǎo)流網(wǎng)布置在碳纖維鋪層的底部，注膠管的膠液通過導(dǎo)流網(wǎng)快速將膠液導(dǎo)流至纖維鋪層的底部，要求導(dǎo)流網(wǎng)的厚度不小于2mm，如果導(dǎo)流厚度不滿足要求可通過增加導(dǎo)流網(wǎng)層數(shù)來滿足要求。所述導(dǎo)流網(wǎng)尺寸略小于碳纖維鋪層，導(dǎo)流網(wǎng)距離碳纖維體邊緣 20mm-40mm，所述脫模布用于脫去固化后的導(dǎo)流網(wǎng)；碳纖維體上部鋪設(shè)剛性多孔介質(zhì)，所述剛性多孔介質(zhì)用于保證碳纖維體上表面的平整度，在剛性多孔介質(zhì)上面鋪設(shè)吸膠棉，在抽真空后吸膠棉可保證上表面的真空度，VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用保證膠液在滲入到上表面后不被抽入到真空管中。在此鋪層上鋪設(shè)真空袋膜，所述真空袋膜用于提供整個灌注體系的真空度。所述碳纖維編織松散，抽真空時上表面會形成沿纖維方向的褶皺，其剛性多孔平板鋪設(shè)在碳纖維體上表面借助大氣壓力保證碳纖維上表面的平整度，使制件上表面平整。 所述剛性多孔平板為招合金、鋼板等剛性材料，孔徑在孔密度在15_-25_。所述剛性多孔平板在使用前需要使用脫模劑對表面和孔徑內(nèi)進(jìn)行處理，使用后需要對剛性多孔平板的膠層進(jìn)行清除，以方便重復(fù)使用。所述剛性多孔介質(zhì)上表面的吸膠棉也可以為導(dǎo)流網(wǎng)主要用于提供碳纖維灌注時在灌注件上表面形成一道連續(xù)的負(fù)壓層。所述VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用；VAP膜價格昂貴，本發(fā)明使用VAP薄膜和真空吸嘴進(jìn)行配合使用大大減少靠VAP薄膜對灌注件封真空來提供負(fù)壓保護(hù)。所述負(fù)壓為真空泵提供，負(fù)壓要求在平原地區(qū)達(dá)到-O. 09MPa以上進(jìn)行灌注，高原地區(qū)按照每百米壓力降后的要求進(jìn)行控制。本發(fā)明是在傳統(tǒng)真空灌注成型工藝中流道鋪放進(jìn)行改進(jìn)，借助VAP膜這種薄膜的優(yōu)點(diǎn)使得在抽氣的過程中不會將膠液抽走，同時根據(jù)布置VAP薄膜可以控制壓力梯度的方向，進(jìn)而控制膠液在進(jìn)行真空灌注時的流動方向。CN 102582092 A
書
實施例
VAP膜價額昂貴大面積使用會造成制件成本上升，通過與真空吸嘴的配合使用可降低成產(chǎn)成本。本實施例是對長58m寬O. 5m最大厚度在50mm的碳纖維體灌注成型實例。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述
流道總體布置方法如附圖I所示，鋪設(shè)方法是將導(dǎo)流網(wǎng)9鋪設(shè)在灌注模具I表面，導(dǎo)流網(wǎng)9略小于灌注體6，距離灌注體6內(nèi)邊緣20mm-70mm，在導(dǎo)流網(wǎng)9上覆蓋脫模布7，在脫模布7上按要求鋪設(shè)碳纖維布；灌注體6灌注在碳纖維布上，灌注體6外表面鋪設(shè)脫模布 5 ;注膠管8設(shè)在導(dǎo)流網(wǎng)9的側(cè)面，并通過導(dǎo)流網(wǎng)9往灌注體6灌注；在脫模布5上表面鋪設(shè)剛性多孔平板4，剛性多孔平板4面積略小于脫模布5上表面邊緣20mm-30mm，在剛性多孔平板4上鋪設(shè)有吸膠棉或是抽真空導(dǎo)流網(wǎng)11用于對灌注體上表面提供真空負(fù)壓層，在吸膠棉或抽真空導(dǎo)流網(wǎng)11上表面放置真空吸嘴2，真空吸嘴2的下部使用VAP薄膜10進(jìn)行密封，這樣在抽真空是整個灌注體在灌注時當(dāng)膠液由下至上滲入到上表面后VAP膜將膠液和真空吸管進(jìn)行阻隔，保證碳纖維灌注體的灌注。附圖2為真空灌注成型工藝導(dǎo)流示意俯視圖，在露出纖維鋪層的導(dǎo)流網(wǎng)9上設(shè)有防止反注膠管12，在灌注體另外3個方向設(shè)有防止纏繞管13，其中纏繞管外壁用VAP膜包裹，最后在外殼3外層鋪設(shè)真有空袋膜封真空，保證整個體系的真空度后進(jìn)行灌注，固化脫模后即形成碳纖維復(fù)合材料件。附圖3為灌注模具I的中剛性多孔平板示意圖，剛性多孔平板4上均布有導(dǎo)流孔 14，導(dǎo)流孔14孔徑在2mm-4mm，孔密度在15mm-25mm ;剛性多孔平板4為鋁合金、鋼板等剛性材料制作。附圖4為真空吸嘴示意圖，真空吸嘴2為錐形喇叭結(jié)構(gòu)，真空吸嘴2的頂部為抽真空吸入口 15，抽真空吸入口 15為一錐形喇叭吸嘴16，錐形喇叭吸嘴16的底部連接有一過濾板17，過濾板17上開有凹槽18，凹槽18內(nèi)設(shè)有毛細(xì)吸孔19。
權(quán)利要求
1.一種厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，采用真空灌注成型，利用真空灌注工藝制作大尺寸、厚碳纖維制件，其特征在于在碳纖維制件模具上鋪設(shè)剛性多孔平板；在多孔平板上表面鋪設(shè)吸膠棉，并在真空吸嘴下使用VAP薄膜進(jìn)行密封，通過使用VAP薄膜控制灌注體的負(fù)壓梯度，對碳纖維制件模具進(jìn)行抽真空，從而完成真空灌注成型。
2.如權(quán)利要求I所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述的真空灌注工藝是在碳纖維鋪層下面鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)和脫模布，通過鋪設(shè)在纖維體底層的導(dǎo)流網(wǎng)使得膠液通過導(dǎo)流網(wǎng)快速分散后，然后沿著垂直鋪層方向膠液由下至上快速滲透；由于碳纖維在非軸向無法受力所以編織布非常松散，在進(jìn)行真空吸附時碳纖維鋪層會被真空袋擠壓使得在軸向上形成深淺不一的褶皺，其特征在于通過使用剛性多孔平板鋪設(shè)在碳纖維鋪層上表面，在真空壓力下保證碳纖維體不被擠壓變形，來保證上表面的平整度；并使用VAP 薄膜封住真空吸嘴來保證膠液在滲入上表面后不被抽入到真空管中，最終達(dá)到整個碳纖維體灌注成型。
3.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述導(dǎo)流網(wǎng)布置在碳纖維鋪層的底部，注膠管的膠液通過導(dǎo)流網(wǎng)快速將膠液導(dǎo)流至纖維鋪層的底部，導(dǎo)流網(wǎng)的厚度不小于2_。
4.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述碳纖維編織松散，抽真空時上表面會形成沿纖維方向的褶皺，其剛性多孔平板鋪設(shè)在碳纖維體上表面借助大氣壓力保證碳纖維上表面的平整度，使制件上表面平整。
5.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述剛性多孔平板在使用前需要使用脫模劑對表面和孔徑內(nèi)進(jìn)行處理，使用后需要對剛性多孔平板的膠層進(jìn)行清除，以方便重復(fù)使用。
6.如權(quán)利要求5所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述剛性多孔介質(zhì)上表面的吸膠棉也可以為導(dǎo)流網(wǎng)主要用于提供碳纖維灌注時在灌注件上表面形成一道連續(xù)的負(fù)壓層。
7.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述VAP 薄膜和真空吸嘴的配合使用，VAP膜價格昂貴，本發(fā)明使用VAP薄膜和真空吸嘴進(jìn)行配合使用大大減少靠VAP薄膜對灌注件封真空來提供負(fù)壓保護(hù)。
8.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述負(fù)壓為真空泵提供，負(fù)壓要求在平原地區(qū)達(dá)到-O. 09MPa以上進(jìn)行灌注，高原地區(qū)按照每百米壓力降后的要求進(jìn)行控制。
9.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述剛性多孔平板上均布有導(dǎo)流孔，導(dǎo)流孔孔徑在2mm-4mm，孔密度在15mm-25mm ;剛性多孔平板為鋁合金、鋼板等剛性材料制作。
10.如權(quán)利要求2所述的厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，其特征在于所述真空吸嘴的頂部為抽真空吸入口，抽真空吸入口為一錐形喇叭吸嘴，錐形喇叭吸嘴的底部連接有一過濾板，過濾板上開有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有毛細(xì)吸孔。
全文摘要
一種厚尺寸碳纖維制件真空灌注成型方法，采用真空灌注成型，利用真空灌注工藝制作大尺寸、厚碳纖維制件；在碳纖維制件模具上鋪設(shè)剛性多孔平板；再在多孔平板上表面鋪設(shè)吸膠棉，并在真空吸嘴下使用VAP薄膜進(jìn)行密封，通過使用VAP薄膜控制灌注體的負(fù)壓梯度，對碳纖維制件模具進(jìn)行抽真空，從而完成真空灌注成型。
文檔編號B29C70/54GK102582092SQ20121005497
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者馮學(xué)斌, 劉魁, 彭超義, 曾竟成, 楊金水, 蘆仁星, 雷志敏 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司