一种复合材料真空辅助成型工艺方法 【技术领域】
本发明属于复合材料成型工艺技术领域，涉及真空辅助成型工艺技术，特别涉及用于提高真空辅助成型制品的内部和表面质量的方法。
背景技术
真空辅助成型工艺是一种仅利用真空负压作为动力实现树脂导入、纤维浸渍、树脂固化的复合材料成型工艺。以真空负压作为动力，通过预设的树脂流动通道，将树脂吸入布设在真空袋内的预制件内，实现树脂对纤维的浸润，在不需要额外施加压力的条件下固化成型。在诸多影响真空辅助成型复合材料制品质量的因素中，树脂流动控制系统和真空排气系统的设计与模式，对制品地内在质量具有重要影响。
在树脂流动控制系统中，导流结构是影响成型质量的关键因素。通常采用的方法有两种，一是在预制件表面铺放树脂导流介质，树脂沿导流介质迅速充满其表面，在负压作用下浸渍预制件，使用该方法进行大面积制件加工，在树脂尚未完成对预制件的完全浸渍时，树脂便沿流动阻力较小的预制件边缘直接进入排气通道造成树脂短路，制品成型后在内部产生孔隙、干斑等质量缺陷。另一种方法是在模具表面按一定的方式设计加工出大量尺寸不等的网状导流槽，形成主、支流道作为树脂的流动通道，在模具和预制件之间铺放树脂导流介质，使树脂迅速充满靠近模具的预制件表面，然后树脂从下表面自下而上浸渍预制件，使用该方法进行大厚度制件加工，虽可以有效改善树脂短路问题，但由于树脂流道凹陷，在复合材料表面易产生槽痕等缺陷影响产品外观质量。
在真空排气系统中，常用的工艺方法是将真空嘴放置在预制件的边角位置，抽空排出预制件内的气体，在负压作用下，实现树脂对预制件的快速浸渍。
针对大尺寸复合材料制件，中国专利01120577.6提出了一种真空渗透成型工艺，将注胶嘴改为注胶管，解决了大尺寸制件宽度方向上树脂的流动问题，有效改善了复合材料的内部及外观质量。
针对大厚度复合材料制件，中国专利01120575.x提出了一种真空渗透成型工艺，将排气通道由仅设在预制件的边角位置，改为在与注胶嘴相对的方向并在复合材料预制件的上部增设排气通道，有效降低了大厚度制件的孔隙率和干斑缺陷，改善了复合材料的内部及外观质量。
上述两项专利公开的工艺方法，对于减轻成型制品内部及表面缺陷，改善成型质量具有一定的作用，但是没有克服在采用上述成型工艺进行复合材料制品成型时，由于树脂流动状态不易控制而产生的树脂短路现象。树脂短路易使复合材料预制件内夹裹气泡而产生孔隙、干斑等质量缺陷，影响了产品质量的稳定性，严重时甚至导致成型失败，工艺的可靠性不高。
【发明内容】
本发明针对真空辅助成型技术存在的问题，提出了一种经济有效的真空辅助成型方法，在基本不增加工艺成本和工装投入的前提下，有效提高成型工艺的可靠性，显著改善复合材料制品的质量。
本发明涉及的成型工艺方法(基本结构示意于附图1)以通用的真空辅助成型方法为基础，包括在单面模具1上依次铺放下层脱模布3、预制件4、上层脱模布5及树脂导流系统6，树脂导流系统6连接预制件4和注胶系统7，在远离注胶系统的方向设置排气口9，用真空袋2将整个系统密封，抽空使树脂在负压下作用下通过注胶系统7沿树脂导流系统6迅速分布，实现树脂对预制件4的浸润。本发明的特点在于：在预制件4上方不设置注胶系统7的方向上设置树脂阻流区8——即上层脱模布5、树脂导流系统6沿预制件4的边沿向铺层中心缩进一段距离，在接近预制件4的边缘部分，预制件4表面无导流系统，降低树脂在流程接近尾声时的流动速度，避免由于树脂流动速度过快直接进入排气口9产生树脂短路造成制品缺陷，确保在预制件4有效区域内实现树脂对纤维的完全、良好浸渍。
树脂阻流区8的设置方式灵活多样，可以直接在预制件4上设置，也可以紧靠预制件4边缘单独铺设纤维织物实现，树脂阻流区8的厚度可以小于预制件4的厚度。根据树脂注入方式的不同，可以在预制件4表面远离注胶系统7的方向上设置阻流区8，也可在除树脂注入系统7以外的任何方向上设置树脂阻流区8。树脂阻流区8的宽度与被成型制品的结构、尺寸、厚度有关，结构简单、厚度薄、尺寸小的制品所需树脂阻流区8的宽度小，结构复杂、厚度大、尺寸大的制品所需树脂阻流区8的宽度大。一般情况下，树脂阻流区8的宽度不小于制件的厚度，树脂阻流区8的宽度不得小于10mm。
本发明采用的树脂导流系统6由单层或多层导流介质构成，对于结构简单的小尺寸制品，通过筛选导流介质网格结构，铺设单层导流介质即可满足工艺要求，对于结构复杂的大型制品，树脂流程长、影响因素复杂，单层导流介质对树脂流动的导引作用不足以满足制品成型要求，可采用多层导流介质(一般两层即可达到设计要求，必要时可铺设三层或三层以上导流介质)的协同作用，实现对树脂流程的有效导引和对树脂流动状态、路线的有效控制，在要求树脂优先流到或难以流到的部位，铺设多层树脂导流介质，在部分表面形成双层甚至多层导流通道，树脂在双层(或多层)导流通道中的流动速度较在单层导流介质中的流动速度显著加快，实现树脂对预制件4的依次浸渍，对复杂制品的工艺稳定性和制品内在质量的改善和提高具有显著效果。
附图2给出树脂导流系统6采用双层导流介质的一种铺放结构，在预制件4上依次铺放脱模布5、下层树脂导流介质13、上层树脂导流介质(类似三角形)14，上层树脂导流介质14对顶铺放在下层树脂导流介质13上，不与预制件4相接触，在预制件4上铺有上层树脂导流介质14的边缘同时设置注胶系统7，注胶系统7由注胶口11和注胶管路12组成，注胶管路12布设在上层树脂导流介质14上，在不设置注胶管路的方向设置树脂阻流区8。
上层树脂导流介质14为类似三角形的结构，具有一条接近直线(或直线)的底边和一个尖顶，两边可以是直线也可以是曲线，顶角一般小于90°，两块对顶铺放。类似三角形的底边与注胶管路12在预制件4上铺设形状一致或接近，长度与注胶管路12的长度相当，高度以两尖接触为宜，结构原则以为树脂提供对称流动通道为目的，尽量对称设置。
对于结构复杂制品，应根据制品的结构形式，设计不同的上层导流介质结构，通过多层导流介质的复合，实现树脂的预期流动。
在排气系统中，本发明采用在预制件边缘铺设排气通道的方法使传统工艺中的“点”排气变为“线型”排气，通过调整气路结构，实现树脂的稳定、有序流动和对真空袋2内气体的快速有效排放。在预制件4上远离注胶系统的边缘以搭接方式铺设排气通道10(结构示意于附图3)，排气通道10和树脂导流系统6之间留足树脂阻流区8，排气通道10连接预制件4和居中设置的排气口9，排气口9通过排气通道10快速有效地排出真空袋2内的气体。
排气通道10与预制件4的边缘部分搭接，搭接尺寸以保证排气通道10与预制件4在全部搭接边缘均实现有效搭接为准，搭接宽度一般在10mm～400mm之间。
排气通道10采用透气性材料，具有与预制件4对应边缘相协调的长条形结构。长度不大于同方向上导流系统6的尺寸，宽度不小于10mm。当预制件4尺寸较大时，根据实际情况可均匀对称布置多个排气口9(结构示意于附图4)。
采用上述技术方案，通过多层导流介质实现对树脂流动状况的有效控制，通过线型排气通道和对称设置的排气口，保证预制件内的气体被快速有效排出，有效避免由于树脂短路现象引发的预制件内裹进气泡产生干斑现象，实现树脂对预制件有效区域的完全、良好浸渍，提高成型过程的可靠性，对制品进行检验发现，制品厚度均匀，外观良好，制品内部无孔隙、干斑等质量缺陷，成型成功率达到99％以上。
采用本发明涉及的工艺方法，无需在模具上加工导流槽或者真空通道，节省模具制造成本，具有一定的经济性；采用本发明涉及的工艺方法，对成型工装没有特殊要求，辅材消耗低，经济性好，同时可有效避免树脂流入排气通道，污染工装设备。
【附图说明】
附图1 一种复合材料真空辅助成型工艺方法的基本结构示意图
附图2 一种双层导流介质铺放结构示意图
附图3 一种线型排气系统结构示意图
附图4 另一种线型排气结构示意图
附图5 实施例一采用工艺方法结构示意图
附图6 实施例二采用工艺方法结构示意图
【具体实施方式】
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。实施例仅对发明内容作进一步说明，不作为对发明内容的限制。
实施例一：
制备一块尺寸为400mm×300mm×10mm玻璃纤维增强复合材料平板
原材料：预制件：采用面密度为400的玻璃纤维织物制备；
树脂体系：196#聚酯树脂100份；过氧化甲乙酮1份；环烷酸钴1份；
脱模布3：采用0.1mm厚的聚四氟乙烯玻纤布；
脱模布5：采用0.08mm厚的聚酯薄膜；
网状树脂导流介质13：采用40目编织网格布；
排气通道10：采用60目的编织网格布；
成型过程：各层铺放结构示意于附图5。将纤维增强织物剪裁成420mm×310mm的布片若干，制成预制件4，准备420mm×310mm脱模布3一块，400mm×300mm的脱模布5和网状树脂导流介质13各一块，300mm×100mm排气通道10一块。
在平面模板1上，依次铺放脱模布3、预制件4，在纤维预制件4上表面靠短边居中依次铺放脱模布5和树脂导流介质13，在边缘铺放树脂分配管路12，在树脂分配管路12中间连接树脂注入嘴11；在树脂分配管路12的对边沿预制件边缘铺放排气通道10，排气通道10与预制件4搭接10mm，在排气通道10的中间位置安放排气口9，用真空袋2密封以上系统，并将排气口9及树脂注入嘴11与外部对应系统连接。对上述密封系统按普通成型方式进行抽空，注胶，树脂凝胶后停止抽真空，常温固化1小时。经检验，制得的板材纤维体积含量50％以上，厚度均匀，制品内部无空隙、干斑等质量缺陷，制品外观质量良好。
实施例二：
制备一块尺寸为4000mm×2000mm×25mm玻璃纤维增强复合材料平板
所用原材料同实施例一。
成型过程：成型过程各层铺放结构示意于附图6。将纤维增强织物剪裁成4100mm×2100mm的布片若干，制成预制件4，准备4100mm×2100mm脱模布3一块，4000mm×2100mm的脱模布5和网状树脂导流介质13各一块，外形尺寸为底×高＝4000mm×1050mm的三角形网状树脂导流介质14两块，500mm×200mm排气通道10两块。
在平面模板1上，依次铺放脱模布3、预制件4，在预制件4上依次居中铺放脱模布5和下层树脂导流介质13，在下层树脂导流介质区域内，对顶铺放三角形上层树脂导流介质14；在上层树脂导流介质14上沿预制件4宽度方向，在边缘铺放树脂分配管路12，在树脂分配管路12中间连接树脂注入嘴11；在预制件4长度方向上，沿预制件4边缘两边各居中铺放一组排气通道10，排气通道10与预制件4搭接20mm，在排气通道10上远离预制件4的位置居中对称各安放一个排气口9，用真空袋2密封以上系统，并将排气口9及树脂注入嘴11与外部对应系统连接。对上述密封系统按普通成型方式进行抽空，注胶，固化。经检验，制得的板材纤维体积含量50％以上，厚度均匀，制品内部无空隙、干斑等质量缺陷，制品外观质量良好。