專利名稱：：一種船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成型工藝技術(shù)，特別是涉及一種真空輔助成型工藝技術(shù)，特別涉及高立面復(fù)合材料制件的成型技術(shù)。
背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)外大型艦船制件采用鋼或玻璃纖維復(fù)合材料制造，鋼質(zhì)材料存在重量大，影響艦船裝載與航速以及聲、雷達等目標特征顯著等缺點，因此許多制件均在開展復(fù)合材料替代研究。當前我國船用玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料大型制件主要采用手糊成型工藝制作，但復(fù)合材料手糊成型工藝存在對操作者的依賴性大，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，勞動強度大，空氣污染嚴重等缺點。采用真空輔助成型工藝成型纖維增強復(fù)合材料可彌補手糊成型工藝的缺點，真空輔助成型工藝是一種制造高性能纖維增強樹脂基復(fù)合材料的先進技術(shù)，是在真空密封狀態(tài)下排除增強材料中的氣體，利用真空負壓吸注樹脂實現(xiàn)對增強材料的浸漬，并在室溫下進行固化，具有成本低、成型速度快、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)境污染小以及能夠制造大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)制件的優(yōu)點。在成型船用高立面復(fù)合材料制件，增強材料是否被樹脂完全浸漬是影響成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素。常用的真空輔助工藝方法是將注膠管放置在增強材料的一側(cè)，抽氣管在另一側(cè)，利用真空負壓實現(xiàn)樹脂對增強材料的浸漬。例如對于大尺寸復(fù)合材料制件，專利申請?zhí)枮?1120577.6的中國專利提出了一種真空滲透成型工藝，在與注膠嘴相對的方向并在復(fù)合材料預(yù)制件的上部增設(shè)排氣通道，有效降低了大尺寸制件的孔隙率和干斑缺陷，改善了復(fù)合材料的內(nèi)部及外觀質(zhì)量。對于大厚度復(fù)合材料制件，專利申請?zhí)枮?1120575.x的中國專利主要是通過注膠管向制件的底部注膠，注膠管設(shè)置在制件寬度方向的兩端面的一側(cè)，距離制件邊緣約50cm的位置，在另一側(cè)端面旁邊位置處，設(shè)置一根沿制件長度方向并平行于該側(cè)端面的真空管路，該方法解決了大厚度制件寬度方向上樹脂的流動問題，有效改善了復(fù)合材料的內(nèi)部及外觀質(zhì)量。上述專利述及的工藝方法，對于減輕成型制品內(nèi)部及表面缺陷，改善成型質(zhì)量具有一定的作用。但對于船用高立面復(fù)合材料制件，根據(jù)達西定律(關(guān)于樹脂滲透率的一個計算方法)計算，在樹脂浸漬時隨著流動距離增加其受力呈梯度減少，這樣加上重力的影響將可能導(dǎo)致在成型高立面制件時增強材料浸漬不完全，從而影響制件的質(zhì)量，嚴重時會導(dǎo)致成型失敗。經(jīng)檢索，目前國內(nèi)外均未有高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法的專利以及采用真空輔助工藝制造高立面復(fù)合材料制件的文獻和相關(guān)出版物。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法。本發(fā)明是在真空輔助成型工藝基礎(chǔ)上加以改進，即增設(shè)多個注膠/抽氣管，將制品有機分為多個單元，并嚴格控制每個單元內(nèi)導(dǎo)流介質(zhì)上邊緣距注膠/抽氣管的距離，在成型時采用接力的方式可使船用高立面復(fù)合材料制件浸漬完全，以有效提高成型工藝的可靠性。這種船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，包括一原料配制，即根據(jù)確定的配方，準備和配制復(fù)合材料所需要的樹脂和必要的輔料成分，一成型工藝，包括模具處理、增強材料裁切和鋪設(shè)、導(dǎo)流介質(zhì)的鋪設(shè)和管路布置、密封處理、設(shè)置注射口與空氣出口、封裝檢漏、樹脂注入、固化與脫模等工序，其特征是在導(dǎo)流介質(zhì)的鋪設(shè)和管路布置工序中，樹脂流道方向與制件高度方向一致，在制件高度方向上設(shè)置多個平行于寬度方向的注膠/抽氣管，通過注膠/抽氣管在高度方向上將制件分為若干個成型單元，控制成型單元內(nèi)導(dǎo)流介質(zhì)邊緣距注膠/抽氣管距離(保證在樹脂到達注膠/抽氣管時，在制件厚度方向上下表面的流動速度達到一致)形成每個單元包含導(dǎo)流、注膠、排氣等浸漬系統(tǒng)，在成型時采用接力的方式，從下至上依次浸漬各個單元，從而有效控制樹脂對增強材料的浸漬時間，以達到樹脂對增強材料的良好浸漬，實現(xiàn)船用制品強度、剛度及耐海水或耐海洋環(huán)境性能的要求。本發(fā)明的工藝方法，對于截面厚度小于10mm復(fù)合材料，樹脂流道沿著導(dǎo)流介質(zhì)方向采取由下及上方式鋪設(shè)，各個成型單元內(nèi)注膠/抽氣管間距不大于700mm，注膠/抽氣管與導(dǎo)流介質(zhì)間距在50mm150mm之間。本發(fā)明的工藝方法，對于截面厚度在10mm20mm復(fù)合材料制件，導(dǎo)流介質(zhì)方向沿著樹脂流道采取由下及上方式鋪設(shè)，注膠/抽氣管間距應(yīng)不大于500mm，注膠/抽氣管與導(dǎo)流介質(zhì)間距在50mm80mm之間。本發(fā)明的注膠/抽氣管通過三通分別與樹脂注入口、真空泵相連，注膠開始時注膠/抽氣管與真空泵相連，當樹脂膠液浸漬到注膠/抽氣管時，旋轉(zhuǎn)三通，關(guān)閉抽氣管，打開注膠管開啟注膠，如法依次進行，直至樹脂完全浸滿纖維，待樹脂凝膠后關(guān)閉樹脂注射設(shè)備與真空泵，最后固化和脫模。這樣可以能使樹脂快速充滿模腔，也能保證樹脂和增強材料的充分浸潤。樹脂充滿且凝膠后，可以封閉注膠口和抽氣口，保持體系在設(shè)定的真空度下固化，也可以在普通條件下固化。發(fā)明的效果采用本發(fā)明制造高立面復(fù)合材料制件，成型的制件力學(xué)性能穩(wěn)定、缺陷少，制造成本低，耐海洋環(huán)境性能、耐老化、蠕變性能好，外觀色澤均勻美觀。圖l是管路鋪敷正視圖，其中，l是注膠管，2是導(dǎo)流介質(zhì)，3是注膠/抽氣管，4是排氣管，5是注膠支管，6是排氣支管，7是開關(guān)。圖2是管路鋪敷側(cè)視圖，8是增強材料，9是模具。圖3是實施例1中的圍殼艏部結(jié)構(gòu)示意圖，為某艦艇局部結(jié)構(gòu)，其外形為半圓錐體型，長2m3m，投影高度為1.5m2.5m。具體實施例方式本發(fā)明實現(xiàn)的的詳細工序如下(1)配方增強材料采用經(jīng)過表面處理的玻璃纖維無捻粗紗或織物也可采用碳纖維無捻粗紗或織物、玄武巖纖維無捻粗紗或織物等作為增強材料；基體樹脂(100份)采用適合真空導(dǎo)入工藝的樹脂，如乙烯基酯樹脂也可采用不飽和聚酯樹脂、低粘度環(huán)氧樹脂等-，引發(fā)劑(1.52.5份)采用液態(tài)過氧化環(huán)己酮也可采用過氧化甲乙酮；促進劑(0.52.0份)采用環(huán)垸酸鈷也可采用辛酸鉆溶液；脫模劑采用溶液型或油膏類脫模劑也可采用薄膜類脫模劑；輔助材料包括脫模布、導(dǎo)流介質(zhì)、塑料管、螺旋塑料管等。(2)設(shè)備本發(fā)明采用的設(shè)備為樹脂傳遞模塑成型設(shè)備和真空輔助成型設(shè)備。(3)成型工藝①模具及模具處理模具可采用金屬模具，也可采用結(jié)構(gòu)及氣密性能良好的塑料、復(fù)合材料或木材模具；脫模劑可采用固體或液體石蠟，聚乙烯醇等油膏類，也可采用聚酯薄膜等薄膜類脫模劑；采用油膏類脫模劑時要求模具要處理完全，不能漏涂，采用薄膜類脫模劑時，薄膜不能有撕裂、漏洞等缺陷。②增強材料裁切按設(shè)計要求將增強纖維切割至規(guī)定的尺寸，裁切可采用機械式也可采用手工裁切。③增強材料鋪設(shè)按設(shè)計及工藝要求在涂覆脫模劑的模具表面鋪設(shè)增強材料，增強材料可以是無捻粗紗、單向織物或短切氈等。立面鋪設(shè)需要采用定型膠對增強材料逐層定型；定型膠采用噴膠型，要求對樹脂滲透無影響。④導(dǎo)流介質(zhì)的鋪設(shè)和管路布置按工藝要求鋪設(shè)樹脂流道與真空管路，對于截面厚度小于10mm復(fù)合材料，樹脂流道(導(dǎo)流介質(zhì)方向)采取由下及上方式鋪設(shè)，各個成型單元內(nèi)注膠/抽氣管間距應(yīng)不大于700mm，注膠/抽氣管與導(dǎo)流介質(zhì)間距在50mm150mm之間；對于截面厚度在10mm20mm復(fù)合材料制件，樹脂流道(導(dǎo)流介質(zhì)方向)采取由下及上方式鋪設(shè)，注膠/抽氣管間距應(yīng)不大于500mm，注膠/抽氣管與導(dǎo)流介質(zhì)間距在50mm80mm之間；對于截面厚度大于20mm復(fù)合材料制件，采用分步成型的辦法制作，每次成型成型厚度控制在12mm以內(nèi)。⑤密封處理待導(dǎo)流介質(zhì)及管路布置完畢，釆用密封膠條和真空袋膜進行封裝。⑥設(shè)置注射口與空氣出口注膠口與樹脂注入口相連，排氣口與真空泵連接，注膠/抽氣管通過三通分別與樹脂注入口、真空泵相連，并用鉗子夾住注膠管路。⑦封裝檢漏開動真空泵抽真空，用檢漏儀檢驗密封，確認真空袋膜無泄露后可進行樹脂注入。⑧樹脂注入達到真空度要求(不小于-0.09MPa)時，首先開啟最底部的注膠管注入樹脂，待樹脂膠液達到注膠/抽氣管時，關(guān)閉抽氣，打開注膠，如法依次進行，直至樹脂完全浸滿纖維，待樹脂凝膠后關(guān)閉樹脂注射設(shè)備與真空泵。⑨固化與脫模固化過程分為凝膠、固化和后固化三個階段，固化到脫模強度后即可脫模。實施例1配方(質(zhì)量份)乙烯基酯樹脂(430LV)100份過氧化甲乙酮(MEKPM-50)2份環(huán)垸酸鉆(促進劑E)0.8份脫模劑溶液類脫模劑(700NC)。設(shè)備采用RCD真空輔助成型設(shè)備。模具處理采用溶液型脫模劑(700NC)對模具進行表面處理，厚度控制在0.050.4mm。增強材料根據(jù)鋪層設(shè)計、流道設(shè)計，裁剪合適尺寸的高強玻璃纖維纖維織物。鋪層按正交鋪層設(shè)計鋪放高強玻璃纖維織物。脫模布鋪設(shè):依據(jù)制品尺寸剪裁相應(yīng)大小的脫模布鋪在高強玻璃纖維織物表面，注意不要有鼓泡、打褶現(xiàn)象管路及導(dǎo)流介質(zhì)鋪設(shè)該制品從側(cè)面看為"U"形結(jié)構(gòu)，因此將注膠管設(shè)置在"U"形底部且平行于制件長度方向，在"U"形頂部對稱位置分別設(shè)置2個排氣管，在"U"形結(jié)構(gòu)每個側(cè)面上按對稱位置各設(shè)置3個注膠/抽氣管，注膠管，注膠/抽氣管，抽氣管相互是平行的，這樣就將"U"形結(jié)構(gòu)共分為8個成型單元，每個成型單元鋪設(shè)有相應(yīng)的導(dǎo)流介質(zhì)，流道方向由下向上。其中每一側(cè)面卜.注膠管，注膠/抽氣管，抽氣管之間的距離均為500mm;注膠管，注膠/抽氣管，抽氣管的長度與制件長度一致；每個成型單元的導(dǎo)流介質(zhì)在高度方向上距離注膠/抽氣管或抽氣管為60mm，導(dǎo)流介質(zhì)長度也與制件長度一致。封裝、檢驗密封狀況裁取合適大小的真空袋膜，用密封膠帶將鋪層密封在真空袋膜和模板之間，抽氣口用塑料管分別和樹脂容器、樹脂收集容器連接起來，樹脂收集容器的另一出口和真空泵連接。開動真空泵檢驗是否漏氣，當真空表指針穩(wěn)定時，旋轉(zhuǎn)真空表的三通，使體系保持真空度，關(guān)閉真空泵，如真空表指針保持不動，用檢漏儀檢驗是否漏氣，如無漏氣準備吸注樹脂。如指針明顯下降表明漏氣，用檢漏儀檢查漏氣的位置，采取補救措施，嚴重時重新封裝。樹脂配制根據(jù)配方配制足夠量的樹脂。注意在樹脂配制之前先進行樹脂的凝膠試驗，選擇具有合適凝膠時間的固化體系，對于大中型船體，凝膠時間需要更長。吸注樹脂開啟真空泵，封閉樹脂口，調(diào)節(jié)閥門使真空度達到-0.095MPa，持續(xù)抽真空25分鐘，使纖維體系處于壓實狀態(tài)，完全排除空氣后打開底部的注膠管，開始注入樹脂。待樹脂達到最下部2個對稱的成型單元的注膠/抽氣管時，關(guān)閉抽氣支管，打開注膠支管，這樣依次進行，直至高強玻璃纖維織物浸潤完全。注意觀察樹脂的流動狀況，如有異常隨時調(diào)整。封口當樹脂逐漸流入樹脂收集器后，觀察樹脂是否已完全浸潤纖維，以及進入樹脂收集器的樹脂流動是否穩(wěn)定，如是則認為體系己達平衡，樹脂凝膠后，封閉注膠口和抽氣口，保持體系在設(shè)定的真空度下固化。脫模樹脂固化后，一般取測試制件巴氏硬度大于40后脫模。后固化脫模后室溫放置1個月進行后固化，材料的力學(xué)性能一般隨后固化時間增長而提高，直至制品完全固化后，材料的力學(xué)性能達到最佳。固化后制件外觀與手糊工藝對比情況制件面光順，無明顯的凸凹現(xiàn)象；制品無氣泡等內(nèi)部缺陷；制品厚度均一。固化成型后材料的力學(xué)性能見表1。表l力學(xué)性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>固化后材料耐水老化性能復(fù)合材料彎曲強度濕強保留率為93.3%(試驗條件沸水中浸泡2小時)。權(quán)利要求1、一種船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，包括-原料配制，即根據(jù)確定的配方，準備和配制復(fù)合材料所需要的樹脂和必要的輔料成分；-成型工藝，包括模具處理、增強材料裁切和鋪設(shè)、導(dǎo)流介質(zhì)的鋪設(shè)和管路布置、密封處理、設(shè)置注射口與空氣出口、封裝檢漏、樹脂注入、固化與脫模等工序；其特征在于在成型工藝的導(dǎo)流介質(zhì)的鋪設(shè)和管路布置工序中，樹脂流道方向與制件高度方向一致，在制件高度方向上設(shè)置多個平行于寬度方向的注膠/抽氣管，控制導(dǎo)流介質(zhì)距注膠/抽氣管邊緣距離，通過注膠/抽氣管在高度方向上將制件分為若干個成型單元，形成每個單元包含導(dǎo)流、注膠、排氣等浸漬系統(tǒng)，在成型時采用接力的方式，從下至上依次浸漬各個單元。2、權(quán)利要求1所述船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，其特征在于對于截面厚度小于10mm復(fù)合材料，樹脂流道沿著導(dǎo)流介質(zhì)方向采取由下及上方式鋪設(shè)，各個成型單元內(nèi)注膠/抽氣管間距不大于700mm，注膠/抽氣管與導(dǎo)流介質(zhì)間距在50mm150mm之間。3、權(quán)利要求1所述船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，其特征在于對于截面厚度在10mm20mm復(fù)合材料制件，導(dǎo)流介質(zhì)方向沿著樹脂流道采取由下及上方式鋪設(shè)，注膠/抽氣管間距不大于500mm，注膠/抽氣管與導(dǎo)流介質(zhì)間距在50mm80mm之間。4、權(quán)利要求1、2或3中任一項所述船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，其特征在于注膠/抽氣管通過三通分別與樹脂注入口、真空泵相連，注膠開始時注膠/抽氣管與真空泵相連，當樹脂膠液浸漬到注膠/抽氣管時，旋轉(zhuǎn)三通，關(guān)閉抽氣管，打開注膠管開啟注膠，如法依次進行，直至樹脂完全浸滿纖維，待樹脂凝膠后關(guān)閉樹脂注射設(shè)備與真空泵，最后固化和脫模。5、權(quán)利要求l、2或3中任一項所述船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，其特征在于樹脂充滿且凝膠后，封閉注膠口和抽氣口，保持體系在設(shè)定的真空度下固化后脫模。全文摘要本發(fā)明介紹了一種船用高立面復(fù)合材料制件真空輔助成型工藝方法，包括原料配制、成型工藝等工序，其特征在于在成型工藝中，樹脂流道方向與制件高度方向一致，在制件高度方向上設(shè)置多個平行于制件寬度方向的注膠/抽氣管，通過注膠/抽氣管在高度方向上將制件分為若干個成型單元，同時控制導(dǎo)流介質(zhì)邊緣與注膠/抽氣管之間距離，形成每個單元包含導(dǎo)流、注膠、排氣等浸漬系統(tǒng)，在成型時采用接力的方式，從下至上依次浸漬各個單元。本發(fā)明實現(xiàn)了對船用高立面復(fù)合材料制件的成型，提高樹脂浸透程度及均勻性，使產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，可賦予制品優(yōu)異的力學(xué)性能、耐海水性能，重量大大降低，從而提高水面及水下作戰(zhàn)平臺的裝載量及穩(wěn)性儲備。文檔編號B29C70/48GK101352925SQ20081014125公開日2009年1月28日申請日期2008年8月25日優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日發(fā)明者張興剛,張建設(shè),利王申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所