專利名稱：超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝及成型系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)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(jìn)行復(fù)合材料成型的工藝及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超大型復(fù)合材料構(gòu)件是指那些單件成型面積達(dá)數(shù)十平方米以上、單件重量達(dá)數(shù)噸以上、 單件某個(gè)方向的尺寸達(dá)數(shù)十米的復(fù)合材料制品，如兆瓦級(jí)以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片、 大型復(fù)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(fù)合材料構(gòu)件通常采 用手糊工藝或者真空灌注工藝(簡(jiǎn)稱VIP工藝，Vacuum Infusion Process)制備。手糊工藝 具有生產(chǎn)效率低、工作強(qiáng)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(xué)性能較低等缺點(diǎn)。VIP工藝起源于美國俄亥俄州立大學(xué)，其基本原理是采用干法鋪層 把增強(qiáng)材料預(yù)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(shí)施真空，最后把 預(yù)先配置的樹脂體系利用真空負(fù)壓灌注到成型模具中成型制品。VIP工藝是一種比較先進(jìn)的 復(fù)合材料成型工藝，能夠有效克服手糊工藝的上述缺點(diǎn)，因而在超大型復(fù)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(shì)。
然而，傳統(tǒng)VIP工藝在制備超大型復(fù)合材料構(gòu)件方面也存在著如下缺點(diǎn)(1)利用真空 負(fù)壓灌注樹脂，極限灌注壓力不可能超過一個(gè)大氣壓，因而樹脂的灌注速度以及樹脂對(duì)增強(qiáng) 材料的浸漬效果都受到了限制，特別是在制備超大型復(fù)合材料構(gòu)件方面不利于進(jìn)一步提高生 產(chǎn)效率；(2)制備超大型復(fù)合材料構(gòu)件，需要預(yù)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(huì)混入大量氣泡，氣泡的存在將嚴(yán)重影響復(fù)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(xì)化混合，必然存在混膠 不均勻的問題，混膠不均勻勢(shì)必影響復(fù)合材料制品的固化質(zhì)量；再者，這些預(yù)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(yīng)導(dǎo)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(dǎo) 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(jī)調(diào)試或者其他客觀原因?qū)е聵渲瑢?dǎo)入過程暫時(shí)中斷，則剩余未導(dǎo)入的樹
4脂體系將會(huì)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)而變得不可用，很可能導(dǎo)致大量樹脂體系浪費(fèi)掉。上述問題是傳統(tǒng) VIP工藝在制備超大型復(fù)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(qiáng)、產(chǎn)品效果好、安全環(huán)保的超大型復(fù)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(fù)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(yù)處理、自動(dòng)混膠、真空脫泡、調(diào)壓緩沖和 真空灌注五個(gè)步驟，所述自動(dòng)混膠后得到的混合膠液注入到一緩沖容器中進(jìn)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(dá)到O. 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(fù)壓的雙重壓力下注入到所述復(fù) 合材料構(gòu)件整體成型用模具中。
上述的超大型復(fù)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(jiǎn)禾爾RTMAVIP， Resin Transfer Molding assisted Vacuum Infusion Process)， 其利 用樹脂傳遞模塑(RTM)工藝的優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)真空灌注工藝進(jìn)行了重大改進(jìn)，使得真空灌注時(shí) 的壓力可通過緩沖容器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過緩沖容器壓和真空負(fù)壓的雙重作用進(jìn)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(yù)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(qiáng)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(dǎo)流布、導(dǎo)膠管和模腔內(nèi)的真空導(dǎo)管等)以構(gòu)建膠液導(dǎo)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(jìn)行密封(模具上的增強(qiáng)材料和膠液 導(dǎo)流系統(tǒng)都應(yīng)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(cè)模腔氣密 性(一般要求能夠保持恒定真空負(fù)壓至少30分鐘)；第一層袋膜系統(tǒng)氣密性達(dá)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(cè)模腔氣密性(要求能夠持續(xù) 保持真空負(fù)壓)。兩次密封及氣密性檢測(cè)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。
上述技術(shù)方案中，所述自動(dòng)混膠步驟是在密閉環(huán)境體系中進(jìn)行，該自動(dòng)混膠步驟具體是 指首先將混膠所需的各種原料分開盛裝在不同的容器中，然后通過傳遞泵連續(xù)抽取所述原料至一混膠器中，通過該混膠器將抽取的各原料攪拌均勻得到混合膠液， 一邊將混合膠液注 入所述緩沖容器中， 一邊連續(xù)抽取所述原料進(jìn)行混膠，直至達(dá)到所要求的混膠量；各原料抽 取的質(zhì)量通過計(jì)量器計(jì)量和控制。單獨(dú)的自動(dòng)混膠工藝是現(xiàn)有較為成熟的工藝操作，但將自 動(dòng)混膠工藝與本發(fā)明的真空脫泡、調(diào)壓緩沖、真空灌注等步驟進(jìn)行結(jié)合卻是本發(fā)明的一大特 點(diǎn)；自動(dòng)混膠中的混膠量等工藝參數(shù)可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)踐需求自行設(shè)定。
上述技術(shù)方案中，所述真空脫泡步驟具體是指待自動(dòng)混膠中得到的混合膠液注入到所 述緩沖容器后，對(duì)該緩沖容器連續(xù)抽真空至真空度《一0.098Mpa，并建議保持真空狀態(tài) 10min 20min，然后卸載真空，重復(fù)抽真空到卸載的過程優(yōu)選2 3次，最后靜置5min 10min后進(jìn)行后續(xù)的調(diào)壓緩沖處理。真空脫泡的時(shí)間不宜太短，否則脫泡可能不徹底，但太 長(zhǎng)會(huì)影響整個(gè)成型工藝的時(shí)間和生產(chǎn)周期。
本發(fā)明還提供一種用于超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝的成型系統(tǒng)，其特征在于所述 成型系統(tǒng)包括自動(dòng)混膠系統(tǒng)、脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)和真空灌注系統(tǒng)，所述脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)包 括真空脫泡系統(tǒng)、調(diào)壓泵和緩沖容器，該緩沖容器主要用于盛裝混合均勻后的混合膠液，所 述調(diào)壓泵主要用于調(diào)節(jié)緩沖容器壓力，經(jīng)調(diào)節(jié)后一般可將真空灌注壓力提高到l. 5atm 2atm (含真空灌注負(fù)壓)左右，緩沖容器上可安裝一壓力表以觀測(cè)緩沖容器中的壓力大??；所述 自動(dòng)混膠系統(tǒng)和真空灌注系統(tǒng)分別通過輸送管路與所述緩沖容器相連通，所述真空脫泡系統(tǒng) 和調(diào)壓泵分別通過導(dǎo)氣管與所述緩沖容器相連通；所述的各條輸送管路和導(dǎo)氣管上分別設(shè)有 閥門。
本發(fā)明的上述成型系統(tǒng)中設(shè)有一脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于該脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)同 時(shí)具有膠液脫泡和灌注增壓兩大功能，在真空脫泡階段利用真空脫泡系統(tǒng)對(duì)緩沖容器中的混 合膠液進(jìn)行脫泡處理，此時(shí)調(diào)壓泵關(guān)閉；而在調(diào)壓緩沖和真空灌注階段則關(guān)閉真空脫泡系統(tǒng) ，調(diào)壓增加灌注壓力，提高混合膠液的浸漬速度。
上述的成型系統(tǒng)中，所述自動(dòng)混膠系統(tǒng)一般包括傳遞泵、混膠器和盛裝不同原料的多個(gè) 原料容器(例如作為原料的樹脂、固化劑應(yīng)分別盛裝在不同的原料容器中)，所述的多個(gè)原 料容器分別通過各自的輸送管路經(jīng)由傳遞泵與所述的混膠器相連通，所述傳遞泵與原料容器 間的各條輸送管路上分別設(shè)有計(jì)量器；所述混膠器通過輸送管路再與緩沖容器連通。在配膠 結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)抽取丙酮清理所述自動(dòng)混膠系統(tǒng)的混膠器內(nèi)腔以及各輸送管路，以保持設(shè)備 完好可用。該自動(dòng)混膠系統(tǒng)把傳統(tǒng)真空灌注工藝中的人工計(jì)量操作改進(jìn)為密閉系統(tǒng)中的自動(dòng) 抽取、精確計(jì)量，把傳統(tǒng)工藝中的大量樹脂、固化劑的一次混膠改進(jìn)為由密閉系統(tǒng)分步抽取、自動(dòng)均勻混膠。該自動(dòng)混膠系統(tǒng)中的組成部件、基本結(jié)構(gòu)及自動(dòng)控制線路均為現(xiàn)有技術(shù)， 但我們將其與其他裝置相結(jié)合形成上述的成型系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于本發(fā)明的超大型復(fù)合材料 構(gòu)件整體成型工藝，這種技術(shù)方案的組合在本領(lǐng)域具有重要的價(jià)值和意義。
上述的成型系統(tǒng)中，所述真空脫泡系統(tǒng)一般包括脫泡真空泵和脫泡膠液收集器，脫泡真 空泵通過導(dǎo)氣管與脫泡膠液收集器連通，脫泡膠液收集器主要用于收集被真空脫泡系統(tǒng)從緩 沖容器中抽出的混合膠液，脫泡膠液收集器上可配置一真空表以觀測(cè)壓力大小；所述脫泡膠 液收集器通過另一導(dǎo)氣管與緩沖容器連通。通過該真空脫泡系統(tǒng)可方便、環(huán)保、快速地完成 混合膠液的脫泡處理。
上述的成型系統(tǒng)中，所述真空灌注系統(tǒng)(即用于復(fù)合材料灌注成型的系統(tǒng)) 一般包括灌 注成型模具、灌注膠液收集器和灌注真空泵；所述灌注成型模具為單面剛性模具，外覆有柔 性的真空袋膜形成一成型模腔，模腔內(nèi)的模具上方鋪放有增強(qiáng)材料預(yù)成型體，該增強(qiáng)材料預(yù) 成型體可為純纖維增強(qiáng)體或纖維蒙皮夾芯結(jié)構(gòu)預(yù)成型體，增強(qiáng)材料預(yù)成型體上用脫模布覆蓋 ，脫模布上設(shè)有由高滲透率導(dǎo)流布(用于導(dǎo)流和提高混合膠液流動(dòng)速度)、導(dǎo)膠管、真空導(dǎo) 管等導(dǎo)流介質(zhì)構(gòu)成的膠液導(dǎo)流系統(tǒng)，所述導(dǎo)流布、導(dǎo)膠管等導(dǎo)流介質(zhì)材料可根據(jù)成型構(gòu)件情 況靈活使用，構(gòu)件固化成型后須完全清除；脫模布主要用于隔離膠液導(dǎo)流系統(tǒng)與增強(qiáng)材料預(yù) 成型體，方便在構(gòu)件固化成型后清除導(dǎo)流介質(zhì)和真空袋膜等輔助材料，防止導(dǎo)流用輔材和增 強(qiáng)材料預(yù)成型體粘接在一起，保證構(gòu)件制品表面質(zhì)量。所述灌注真空泵通過導(dǎo)氣管與灌注膠 液收集器連通，所述灌注膠液收集器通過導(dǎo)氣管與所述成型模腔連通，所述成型模腔通過輸 送管路與緩沖容器連通。灌注膠液收集器的作用主要是收集真空灌注過程中被抽出的混合膠 液，防止多余膠液被直接抽到真空泵里損害真空泵；所述灌注膠液收集器還可配設(shè)一真空表 ，以作為控制真空壓力和檢測(cè)模腔真空度的直接參考依據(jù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提出并實(shí)現(xiàn)了一種高效、環(huán)保的超大型復(fù)合材料構(gòu) 件整體成型工藝，其充分結(jié)合樹脂傳遞模塑工藝的優(yōu)勢(shì)對(duì)真空灌注工藝進(jìn)行了重大改進(jìn)，即 在真空灌注前增設(shè)一調(diào)壓緩沖步驟，以突破現(xiàn)有真空灌注工藝中灌注壓力較小的局限性，根 據(jù)需要增加灌注壓力，提高膠液的浸漬速度，提高復(fù)合材料構(gòu)件的生產(chǎn)效率，縮短復(fù)合材料 構(gòu)件成型周期。同時(shí)，本發(fā)明沿用真空灌注工藝單面模具與柔性真空袋膜封裝的封裝形式， 加上可調(diào)灌注壓力的作用，使得真空灌注工藝更加適合于尺寸大、面積大、重量大的超大型 復(fù)合材料構(gòu)件的成型。此外，本發(fā)明通過改進(jìn)真空灌注膠液的配制混合過程，使得配膠可在 密閉系統(tǒng)中自動(dòng)抽取、計(jì)量和 合均勻，這種封閉連續(xù)化配膠不僅可以提高配膠的質(zhì)量和效 率，而且有利于減少膠液浪費(fèi)，改善生產(chǎn)環(huán)境。針對(duì)上述成型工藝的改進(jìn)，本發(fā)明還提供了一種可用于上述成型工藝中的成型系統(tǒng)，該 成型系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是增設(shè)了一套脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)，即將現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)設(shè)置的真空 脫泡裝置與本發(fā)明增設(shè)的調(diào)壓緩沖系統(tǒng)相結(jié)合，集成為一個(gè)更具整體性、緊湊性和多功能性 的脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)，使得整個(gè)成型系統(tǒng)的功能性更強(qiáng)、集成性更好、結(jié)構(gòu)更合理、使用更 為方便；通過再結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)混膠系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的連接關(guān)系、管路布設(shè) 進(jìn)行優(yōu)化，使得整個(gè)混膠、脫泡、調(diào)壓、真空灌注能在一個(gè)整體的成型系統(tǒng)中連貫進(jìn)行，各 個(gè)子系統(tǒng)間互相聯(lián)系但又互不影響，大大提高了復(fù)合材料構(gòu)件的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
此外，本發(fā)明整個(gè)配膠過程、膠液浸漬過程和固化成型過程均在密封系統(tǒng)中完成，可有 效避免大氣混入膠液形成氣泡影響產(chǎn)品質(zhì)量，有效提高生產(chǎn)效率，避免樹脂、固化劑等重要 原材料的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。


圖l為本發(fā)明成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的成型工藝流程圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的成型工藝流程圖。 圖例說明
1、自動(dòng)混膠系統(tǒng)；11、傳遞泵；12、混膠器；13、原料容器；14、第一進(jìn)料閥門；15 、第二進(jìn)料閥門；16、計(jì)量器；17、出膠閥門；2、脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)；21、緩沖容器；22 、調(diào)壓泵；23、真空脫泡系統(tǒng)；231、脫泡真空泵；232、脫泡膠液收集器；233、脫泡真空 表；24、脫泡啟閉閥；25、調(diào)壓?jiǎn)㈤]閥；26、壓力表；27、注膠閥門；3、真空灌注系統(tǒng)； 31、灌注成型模具；32、灌注膠液收集器；33、灌注真空泵；34、真空袋膜；35、增強(qiáng)材料
預(yù)成型體；36、脫模布；37、導(dǎo)流布；38、導(dǎo)膠管；39、灌注真空表；310、真空導(dǎo)管；4、 輸送管路；5、導(dǎo)氣管
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。
實(shí)施例l:制備某大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片殼體
本實(shí)施例的制備工藝中用到一種如圖l所示的本發(fā)明的成型系統(tǒng)，該成型系統(tǒng)包括自動(dòng)
混膠系統(tǒng)l 、脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)2和真空灌注系統(tǒng)3。
自動(dòng)混膠系統(tǒng)l包括傳遞泵ll、混膠器12和兩個(gè)原料容器13，兩個(gè)原料容器13中分別盛 裝有樹脂和固化劑(本實(shí)施例風(fēng)電葉片殼體的制備所選用的樹脂體系為Huntsman公司提供的
8葉片專用環(huán)氧樹脂1564和固化劑3486)，兩個(gè)原料容器13分別通過各自的輸送管路4經(jīng)由傳 遞泵11與混膠器12的進(jìn)料口相連通，在靠近混膠器12進(jìn)料口處的兩條輸送管路4上分別設(shè)有 第一進(jìn)料閥門14和第二進(jìn)料閥門15。傳遞泵l 1與原料容器13間的兩條輸送管路4上分別設(shè)有 兩個(gè)計(jì)量器16，用于自動(dòng)計(jì)量原料樹脂和固化劑的抽取量。混膠器12中設(shè)置的出膠口通過輸 送管路4與脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)2的緩沖容器21連通，靠近混膠器12出膠口處的輸送管路4上設(shè) 有一出膠閥門17。
脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)2包括真空脫泡系統(tǒng)23、調(diào)壓泵22和前述的緩沖容器21。真空脫泡系 統(tǒng)23包括脫泡真空泵231和脫泡膠液收集器232，脫泡真空泵231通過導(dǎo)氣管5與脫泡膠液收集 器232連通，脫泡膠液收集器232通過導(dǎo)氣管5連通至緩沖容器21的頂部，在靠近緩沖容器21 位置的該導(dǎo)氣管5上設(shè)有一脫泡啟閉閥24，脫泡真空泵231通過抽真空以去除緩沖容器21內(nèi)混 合膠液中的氣泡，脫泡膠液收集器232則主要用于收集被脫泡真空泵231從緩沖容器21中抽出 的混合膠液，脫泡膠液收集器232上方安裝有一脫泡真空表233以觀測(cè)脫泡時(shí)真空度的大小。 調(diào)壓泵22通過導(dǎo)氣管5連通至緩沖容器21頂部，在靠近緩沖容器21位置的該導(dǎo)氣管5上設(shè)有一 調(diào)壓?jiǎn)㈤]閥25，調(diào)壓泵22用于調(diào)節(jié)緩沖容器21中的壓力，緩沖容器21上方安裝有一壓力表26 以觀測(cè)緩沖容器21中的壓力大小。
真空灌注系統(tǒng)3包括灌注成型模具31、灌注膠液收集器32和灌注真空泵33。灌注成型模 具31為一單面剛性模具，該單面剛性模具具有完全氣體封閉性，不允許存在任何漏氣點(diǎn)，且 表面光滑平整；該模具外覆有柔性的真空袋膜34，真空袋膜34 (本實(shí)施例為兩層)與灌注成 型模具31共同圍成一成型模腔，模腔內(nèi)的模具上方鋪放有增強(qiáng)材料預(yù)成型體35，增強(qiáng)材料預(yù) 成型體35上用脫模布36覆蓋，脫模布36上設(shè)有由高滲透率導(dǎo)流布37、導(dǎo)膠管38、真空導(dǎo)管 310等導(dǎo)流介質(zhì)構(gòu)成的膠液導(dǎo)流系統(tǒng)。灌注真空泵33通過導(dǎo)氣管5連通至灌注膠液收集器32頂 部，灌注膠液收集器32通過導(dǎo)氣管5與成型模腔的抽氣口連通，灌注膠液收集器32上方安裝 有灌注真空表39，以作為控制真空壓力和檢測(cè)模腔內(nèi)真空度的直接參考依據(jù)。成型模腔頂部 設(shè)置的注膠口通過輸送管路4與緩沖容器21底部設(shè)置的出膠口相連通，在靠近緩沖容器21底 部位置的該輸送管路4上設(shè)有一注膠閥門2 7 。
上述大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片殼體(以下簡(jiǎn)稱"葉片構(gòu)件")的制備工藝流程如圖2所示 ，具體制備方法依次包括以下步驟
1、真空灌注預(yù)處理首先準(zhǔn)備該葉片構(gòu)件用的灌注成型模具31，并對(duì)該模具進(jìn)行清理 ，修補(bǔ)平整；然后檢測(cè)該模具的氣密性，達(dá)到要求后在模具表面噴涂脫模劑，再噴涂膠衣； 然后按照設(shè)計(jì)要求裁剪、鋪放增強(qiáng)材料(該葉片構(gòu)件用增強(qiáng)材料包括(1)面密度1200g/m」的三軸向編織玻纖布；(2)面密度800g/m」的雙軸向編織玻纖布；(3)面密度 1250g/i/帶50g氈的單向玻纖布；(4)密度150kg/m^勺Balsa木夾芯材料；(5)密度60kg/nf 的PVC泡沫夾芯材料)以形成一增強(qiáng)材料預(yù)成型體35，用一脫模布36完全覆蓋該增強(qiáng)材料預(yù) 成型體35，再按照葉片構(gòu)件的尺寸和形狀特性，在脫模布36上鋪設(shè)導(dǎo)流布37、導(dǎo)膠管38和模 腔內(nèi)的真空導(dǎo)管310等真空灌注輔助材料以形成膠液導(dǎo)流系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置好成型模腔中的注 膠口和抽氣口，然后用第一層的真空袋膜34對(duì)模具(含模具上的整個(gè)增強(qiáng)材料預(yù)成型體35和 膠液導(dǎo)流系統(tǒng))進(jìn)行密封得到第一層袋膜系統(tǒng)，按上述真空灌注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接好真空灌注 系統(tǒng)，并開啟灌注真空泵33抽真空，檢測(cè)模腔氣密性(保持真空負(fù)壓30分鐘)；第一層真空 袋膜封裝氣密性達(dá)到要求后，用第二層的真空袋膜34密封整個(gè)第一層袋膜系統(tǒng)，并抽真空繼 續(xù)檢査氣密性，直至氣密性達(dá)到要求(要求能夠持續(xù)保持真空負(fù)壓)。
灌注成型模腔按上述步驟裝填、密封好后，再按照以上成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和連接方式組裝 好成型系統(tǒng)；在非注膠階段，注膠閥門27處于閉合狀態(tài)。
2、 自動(dòng)混膠首先打開成型系統(tǒng)中的第一進(jìn)料閥門14和第二進(jìn)料閥門15，關(guān)閉出膠閥 門17，自動(dòng)混膠系統(tǒng)l根據(jù)控制要求自動(dòng)抽膠、計(jì)量，并在混膠器12中將抽取的樹脂和固化 劑混合均勻；然后打開出膠閥門17，通過傳遞泵11將混合膠液注入到緩沖容器21中，同時(shí)不 斷抽取新的樹脂和固化劑補(bǔ)充到混膠器12中，直至到達(dá)所要求的混膠量后關(guān)閉出膠閥門17、 第一進(jìn)料閥門14和第二進(jìn)料閥門15 ，停止注膠。
3、 真空脫泡待自動(dòng)混膠后的混合膠液注入到緩沖容器21中后，開啟脫泡啟閉閥24， 并打開脫泡真空泵231對(duì)緩沖容器21中的混合膠液進(jìn)行脫泡處理，脫泡方法為連續(xù)抽真空使 緩沖容器21和脫泡膠液收集器232中的真空度降至一0. 098Mpa以下，保持該真空狀態(tài)10min， 然后卸載真空，再重復(fù)操作兩次，脫泡過程中脫泡真空表233處于開放狀態(tài)，調(diào)壓泵22、調(diào) 壓?jiǎn)㈤]閥25和壓力表26則處于關(guān)閉狀態(tài)。
4、 調(diào)壓緩沖脫泡后的混合膠液靜置5min 10min后，關(guān)閉真空脫泡系統(tǒng)23和脫泡啟閉 閥24，然后打開壓力表26和調(diào)壓?jiǎn)㈤]閥25，通過調(diào)壓泵22將緩沖容器21內(nèi)正壓力提高至
0.5atm。
5、 真空灌注待緩沖容器21內(nèi)的壓力穩(wěn)定后，打開注膠閥門27，混合膠液在緩沖容器 21的正壓和成型模腔負(fù)壓的雙重壓力下灌注到成型模腔中，并浸漬成型模腔內(nèi)的增強(qiáng)材料預(yù) 成型體35，增強(qiáng)材料預(yù)成型體35完全浸漬后及時(shí)閉合注膠閥門27并卸載緩沖容器21內(nèi)的壓力 ;灌注完成后，成型模腔繼續(xù)抽真空保壓直至灌注的混合膠液完全凝膠固化成型；固化成型 完成后清理脫除第一層和第二層的真空袋膜34、脫模布36、導(dǎo)流布37、導(dǎo)膠管38及真空導(dǎo)管310等輔助材料，脫模、修整，得到大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片殼體構(gòu)件。 實(shí)施例2:制備大型玻璃鋼復(fù)合材料船體
本實(shí)施例的制備工藝用到一種成型系統(tǒng)，該成型系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l的成型系 統(tǒng)相同，只是將實(shí)施例l成型系統(tǒng)的原料容器中裝填的"樹脂體系"替換為"制備船體常用
的聚酯樹脂和相應(yīng)固化劑"(本實(shí)施例選用的聚酯樹脂為金陵帝斯曼公司提供的Synolite 4082-G-22不飽和聚酯樹脂，選用的固化劑為市售的過氧化甲乙酮固化劑)。
上述大型玻璃鋼復(fù)合材料船體的制備工藝流程如圖3所示，其步驟的操作順序與實(shí)施例l 稍有不同，即步驟1與步驟2 4同時(shí)進(jìn)行，每一步驟的具體操作方法為
真空灌注預(yù)處理首先準(zhǔn)備好船體用的灌注成型模具，并對(duì)該模具進(jìn)行清理，修補(bǔ)平整 ;然后檢測(cè)該模具的氣密性，達(dá)到要求后在模具表面噴涂脫模劑，再噴涂膠衣；然后按照設(shè) 計(jì)要求裁剪、鋪放增強(qiáng)材料(該增強(qiáng)材料采用符合船體設(shè)計(jì)要求的玻璃纖維，其包括(1 )面密度1200g/i/的三軸向編織玻纖布；(2)面密度1200g/i/單向玻纖布；(3)面密度 1000g/i/的玻纖方格布；(4)密度60kg/m^勺PVC泡沫夾芯材料)以形成一增強(qiáng)材料預(yù)成型 體，后續(xù)的脫模布鋪覆、輔助材料的鋪設(shè)、注膠口和抽氣口的設(shè)置、真空袋膜的密封及氣密 性檢測(cè)等操作工序與實(shí)施例l中步驟l的相應(yīng)操作相同；
在灌注成型模腔按上述方法進(jìn)行裝填、密封的同時(shí)，再按照以上成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和連接 方式組裝好成型系統(tǒng)中的自動(dòng)混膠系統(tǒng)和脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)；
接下來的自動(dòng)混膠、真空脫泡及調(diào)壓緩沖的具體操作與實(shí)施例1中的步驟2 4相同；
待灌注成型模腔按上述方法裝填、密封好，且自動(dòng)混膠、真空脫泡、調(diào)壓緩沖步驟均操 作完成后，再按照以上成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接好真空灌注系統(tǒng)(在非注膠階段，注膠閥門始終 處于閉合狀態(tài))開始進(jìn)行真空灌注；真空灌注的具體操作與實(shí)施例1的步驟5相同，真空灌注 完成后得到大型玻璃鋼復(fù)合材料船體。
實(shí)施例3:制備列車玻璃鋼頂蓋
本實(shí)施例的制備工藝用到一種成型系統(tǒng)，該成型系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l的成型系 統(tǒng)相同，只是將實(shí)施例l成型系統(tǒng)的原料容器中裝填的"樹脂體系"替換為"列車頂蓋制備 常用的阻燃樹脂和相應(yīng)固化劑"(本實(shí)施例選用的阻燃樹脂為科拉斯公司提供的KINETIX R118環(huán)氧樹脂及配套的固化劑體系)。上述列車玻璃鋼頂蓋的制備工藝流程與實(shí)施例l相同，每一步驟的具體操作方法為 首先準(zhǔn)備好列車頂蓋用的灌注成型模具，并對(duì)該模具進(jìn)行清理，修補(bǔ)平整；然后檢測(cè)該 模具的氣密性，達(dá)到要求后在模具表面噴涂脫模劑，再噴涂膠衣；然后按照設(shè)計(jì)要求裁剪、 鋪放增強(qiáng)材料(采用符合列車頂蓋設(shè)計(jì)要求的玻璃纖維，其包括(1)面密度120g/m2的表 面氈；(2)面密度1000g/i/的玻纖方格布；(3)面密度1200g/i/單向玻纖布；(4)面密 度560g/i/的4:l玻纖編織布；(5)密度80kg/m^勺KLEGECELL SR80泡沫夾芯材料)以形成一 增強(qiáng)材料預(yù)成型體，后續(xù)的脫模布鋪覆、輔助材料的鋪設(shè)、注膠口和抽氣口的設(shè)置、真空袋 膜的密封及氣密性檢測(cè)等操作工序與實(shí)施例l中步驟l的相應(yīng)操作相同；
接下來的自動(dòng)混膠、真空脫泡、調(diào)壓緩沖及真空灌注的具體操作與實(shí)施例1中的步驟2 5相同，真空灌注完成后得到列車玻璃鋼頂蓋。
由上述具體的實(shí)施方式可知，本發(fā)明的成型工藝和成型系統(tǒng)完全適合于復(fù)合材料風(fēng)電葉 片殼體、船體、復(fù)合材料列車頂蓋等各種超大型復(fù)合材料構(gòu)件的整體成型。將本發(fā)明的技術(shù) 方案應(yīng)用于超大型復(fù)合材料構(gòu)件的整體成型制備，可以顯著提高生產(chǎn)效率，并且避免大量樹 脂體系浪費(fèi)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
1權(quán)利要求
1.一種超大型復(fù)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(yù)處理、自動(dòng)混膠、真空脫泡、調(diào)壓緩沖和真空灌注五個(gè)步驟，所述自動(dòng)混膠后得到的混合膠液注入到一緩沖容器中進(jìn)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(dá)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(fù)壓的雙重壓力下注入到復(fù)合材料構(gòu)件整體成型用模具中。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝，其特征 在于所述真空灌注預(yù)處理步驟具體包括以下工序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(qiáng)材料并用脫模布覆蓋，在脫模布上構(gòu)建膠液導(dǎo)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(jìn)行密封，得到第一層袋膜 系統(tǒng)，并檢測(cè)氣密性；再用第二層真空袋膜密封所述的第一層袋膜系統(tǒng)，并檢測(cè)氣密性。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝，其特征 在于所述自動(dòng)混膠步驟是在密閉環(huán)境體系中進(jìn)行，該自動(dòng)混膠步驟具體是指首先將混膠所 需的各種原料分開盛裝在不同的容器中，然后通過傳遞泵連續(xù)抽取所述原料至一混膠器中， 通過該混膠器將抽取的各原料攪拌均勻得到混合膠液， 一邊將混合膠液注入所述緩沖容器中 ， 一邊連續(xù)抽取所述原料進(jìn)行混膠，直至達(dá)到所要求的混膠量；各原料抽取的質(zhì)量通過計(jì)量 器計(jì)量和控制。
4 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝，其特征 在于所述真空脫泡步驟具體是指待自動(dòng)混膠中得到的混合膠液注入到所述緩沖容器后，對(duì) 該緩沖容器連續(xù)抽真空至真空度《一0. 098Mpa，并保持真空狀態(tài)10min 20min，然后卸載真 空，重復(fù)抽真空到卸載的過程2 3次，最后靜置5min 10min后進(jìn)行后續(xù)的調(diào)壓緩沖處理。
5 一種用于超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝的成型系統(tǒng)，其特征 在于所述成型系統(tǒng)包括自動(dòng)混膠系統(tǒng)(1)、脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)(2)和真空灌注系統(tǒng)(3) ，所述脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)(2)包括真空脫泡系統(tǒng)(23)、調(diào)壓泵(22)和緩沖容器(21)，所述自動(dòng)混膠系統(tǒng)(1)和真空灌注系統(tǒng)(3)分別通過輸送管路(4)與所述緩沖容器( 21)相連通，所述真空脫泡系統(tǒng)(23)和調(diào)壓泵(22)分別通過導(dǎo)氣管(5)與所述緩沖容 器(21)相連通，所述的各條輸送管路(4)和導(dǎo)氣管(5)上分別設(shè)有閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成型系統(tǒng)，其特征在于所述自動(dòng)混膠系統(tǒng) (1)包括傳遞泵(11)、混膠器(12)和盛裝不同原料的多個(gè)原料容器(13)，所述的多 個(gè)原料容器(13)分別通過各自的輸送管路(4)經(jīng)由傳遞泵(11)與所述的混膠器(12) 相連通，所述混膠器(12)通過輸送管路(4)與緩沖容器(21)連通；所述傳遞泵(11) 與原料容器(13)間的各輸送管路(4)上分別設(shè)有計(jì)量器(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的成型系統(tǒng)，其特征在于所述真空脫泡 系統(tǒng)(23)包括脫泡真空泵(231)和脫泡膠液收集器(232)，脫泡真空泵(231)通過導(dǎo) 氣管(5)與脫泡膠液收集器(232)連通；所述脫泡膠液收集器(232)通過導(dǎo)氣管(5)與 緩沖容器(21)連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成型系統(tǒng)，其特征在于所述真空灌注系統(tǒng) (3)包括灌注成型模具(31)、灌注膠液收集器(32)和灌注真空泵(33)，所述灌注成 型模具(31)外覆真空袋膜(34)形成一成型模腔，所述灌注真空泵(33)通過導(dǎo)氣管(5 )與灌注膠液收集器(32)連通，所述灌注膠液收集器(32)通過導(dǎo)氣管(5)與所述成型 模腔連通；所述成型模腔通過輸送管路(4)與緩沖容器(21)連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的成型系統(tǒng)，其特征在于所述真空灌注 系統(tǒng)(3)包括灌注成型模具(31)、灌注膠液收集器(32)和灌注真空泵(33)，所述灌 注成型模具(31)外覆真空袋膜(34)形成一成型模腔，所述灌注真空泵(33)通過導(dǎo)氣管 (5)與灌注膠液收集器(32)連通，所述灌注膠液收集器(32)通過導(dǎo)氣管(5)與所述成 型模腔連通；所述成型模腔通過輸送管路(4)與緩沖容器(21)連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超大型復(fù)合材料構(gòu)件整體成型工藝及其成型系統(tǒng)，該整體成型工藝包括真空灌注預(yù)處理、自動(dòng)混膠、真空脫泡、調(diào)壓緩沖和真空灌注五個(gè)步驟，相應(yīng)的成型系統(tǒng)包括自動(dòng)混膠系統(tǒng)、脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)和真空灌注系統(tǒng)，脫泡調(diào)壓緩沖系統(tǒng)包括真空脫泡系統(tǒng)、調(diào)壓泵和緩沖容器，自動(dòng)混膠系統(tǒng)和真空灌注系統(tǒng)分別通過輸送管路與緩沖容器相連通，真空脫泡系統(tǒng)和調(diào)壓泵分別通過導(dǎo)氣管與緩沖容器相連通，各條輸送管路和導(dǎo)氣管上分別設(shè)有閥門；自動(dòng)混膠后得到的混合膠液注入到緩沖容器中，然后在緩沖容器內(nèi)的正壓和真空負(fù)壓的雙重壓力下注入到整體成型用模具中。本發(fā)明的成型工藝具有節(jié)省原料、效率高、適用性強(qiáng)、產(chǎn)品效果好、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B29C70/34GK101585238SQ20091030394
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者劉卓峰, 彭超義, 曾竟成, 楊孚標(biāo), 楊金水, 肖加余 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)