一种复合材料真空辅助树脂渗透工艺及模具 【技术领域】
本发明涉及一种复合材料的成型工艺以及模具，具体说是一种复合材料真空辅助树脂渗透工艺以及适用于此工艺的模具。
背景技术
真空辅助树脂渗透工艺(简称RIV，Resin Injection Vacuum)是利用真空辅助的方法压力将树脂从模具的注射口吸引进入模腔的成型工艺。这种成型工艺是利用注射成型法和真空成型法的优点组合而成的，是属于复合材料液体成型技术的一种。目前普遍采用的液体成型技术有树脂传递模塑工艺，该工艺方法上下模均为硬模，并且成型过程不可见，无法控制树脂的充模过程。2003年公布的专利，公开号CN1398717A，介绍了一种用于大尺寸制件的真空渗透成型复合材料的工艺方法，该方法需要将预成型体放置在周边有密封腻子和封顶的真空袋所构成的密闭空间内，预成型体的上方铺设透气层和脱模布，这种方法的准备工作比较复杂，辅助材料均不能重复利用，附加成本比较高。美国专利SCRIMP(Seamann CompositeResin Infusion Manufacturing Process)工艺是在增强材料上面铺放脱模布、高渗透介质，最后用密封胶带和真空袋将密封，该方法的辅助成型材料市场价格昂贵且不能重复利用、操作过程繁琐，不适合批量生产的需要。
【发明内容】
为了解决复合材料液体成型技术领域存在的成本高、成型过程复杂、不可控制等问题，本发明提供一种工艺程序与操作简单、制造成本低、成型效率高的新型真空注射成型方法。
为实现上述的目的，本发明采用了以下技术方案：成型模具的上模为玻璃钢软模，下模为玻璃钢硬模，先将树脂通过注射系统注入，由于树脂注入时有一定的压力，使软模发生膨胀，定量树脂注射完后，关闭注胶口，这时还有部分区域未浸透，然后通过真空减压地方式使模腔内多余的树脂流向边缘处未填充的部分，从而使树脂充满整个模腔。具体操作步骤如下：
1)将模具清扫干净；
2)涂高效脱模剂；
3)将上下模具表面均匀涂刷胶衣；
4)在硬模14和软模11之间铺放玻璃纤维15；
5)先用夹子将模具边缘预固定，然后采用成型系统1中的减压装置通过减压管路13将固定真空回路5减压，使模具合严；
6)采用成型系统1中的真空装置通过减压管路3将成型真空回路6减压，真空通过等流沟7传递到模腔，在模腔中形成负压，将纤维15压实；
7)计算树脂的用量，用成型系统1中的注射机将树脂通过树脂注射管路9从注射口10注入模腔当中，随着树脂的注入，把模腔当中的空气赶出，由于树脂的压力使得软模11膨胀，所以在注完了的时候，周边没有填充；
8)密闭注射口10，把模腔的周边减压，树脂就流往未填充的部分，直到完全填满为止，随着树脂进入未填充部分，膨胀的上模逐渐恢复到原来的状态；
9)用高真空压保压到产品固化，高真空压为-0.2~-0.3MPa；
10)将成型真空回路的真空泄掉，并吹入压缩空气，使上模和下模分开，将产品脱下；
11)产品的修整。
本工艺的模具分为上模11和下模14，上模为软模，下模为硬模，或上模为硬模，下模为软模，现对软模和硬模进行了如下设计：
1)对软模的设计
(1)软模模腔
软模模腔因为比较软，随着树脂的注入而膨胀，待树脂注完后，把成型真空回路减压以后就能把模腔完全填补，膨胀的模腔就恢复原状。如果模腔硬度太低的话，由于上模膨胀太大，未填充部分大于已填充部分，在这种情况下，把成型真空回路减压，未填充部的模腔下降，从而压缩玻璃纤维，妨碍树脂流动，就产生了未填充的现象。一般来说，小产品上模模腔厚度为3-4mm，大产品为5-6mm，即模腔厚度为3-6mm。
(2)注射口10
上模11的中心部位有注射口，面积比较大的产品则需要设置多处。
(3)外围部
为了保持成型回路及模具固定真空回路的气密性，同时为了防止模具变形，外周部全部采用木材或钢材加强。
(4)成型真空口3
上模上设成型真空口1-2处，使用内径10mm，长度50mm的金属管或塑料软管，精加工后安装。
2)对硬模的设计
(5)硬模空间部
下模14为RTM用的普通模具，产品较大时采用木材或钢材加强，层叠厚度6-8mm，大型产品厚度为10mm，即层叠厚度为6-10mm。
(6)外周边缘
外周边缘是模腔的一部分，比产品端面延长20-30mm左右，由于下模上铺放玻璃纤维15，通常留有多余的部分，外周边缘就是装多于玻璃纤维的地方。
(7)硬模外周部
从模腔往周围延长200mm左右的部分，组成模具固定真空回路5和成型真空回路6。为了保持两套真空回路的气密性，防止模具变形，用木材或钢材加强。
(8)等流沟7
宽度15-20mm，高度0.2mm，设置在成型回路和外周边缘之间，注入树脂后减压时，气泡和多余的树脂通过等流沟被抽出，高度太大的话，由于大量树脂被抽出，容易产生干区，但太小的话又不能完全将气泡和多余树脂抽出，造成气泡过多，产品厚度不均匀。
(9)成型真空回路6
树脂注射完毕以后，用低真空把树脂引导到空模腔的周边，再用高真空吸引树脂完全填充模腔，此后，气泡和剩余树脂通过管路被吸引到成型真空回路，这个回路设置在从注射口进入的树脂最后到达的端面。
模具为长方形，短边比长边树脂到达的慢，所以要把回路设置在短边部周边；若模具为圆形或正方形，注射的树脂差不多同时到达端面，这时，回路就应设置在空间部全周，回路做成梯形或半圆形，把各个角的棱角去掉成弧形。
(10)模具固定真空口
在模具上固定真空回路，设置1-2处，使用内径10mm，长度100mm左右的金属管来安装。
(11)模具固定真空垫圈4
用这个垫圈组成模具固定真空回路，模具固定真空回路需要气密性，垫圈材料使用独立发泡性海绵橡胶。断面的宽度15mm，高度30mm。
(12)模具固定真空回路5
在模具周围全部设置固定真空回路5，其断面宽度为100mm，高5mm。
整个工艺过程是通过成型系统进行控制和实施的，成型系统有两部分组成：一是真空装置，通过减压管路2，3，13控制成型真空回路和固定真空回路的真空度，在减压管路上设置真空表16来观测真空度；二是注射装置，通过它将树脂注入模腔。
本发明采用以上方法，具有以下优点：
1)改善生产环境；
2)产品质量不依赖劳动者的熟练程度；
3)模具费、设备费成本低；
4)比其它机械成型方法便宜；
5)能成型面积较大的产品；
6)模具的操作比较简单；
7)能成型厚度在1mm左右的薄壁产品；
8)能实现产品内外表面光滑。
【附图说明】
图1为工艺流程图
图2为成型系统图
图3为模具图
图4为成型真空回路图，其中a为长方形模具的成型真空回路的设置，b为正方形模具的成型真空回路的设置
1是成型系统，2是减压管，3是成型减压管路，4是模具固定垫圈，5是固定真空回路，6是成型真空回路，7是等流沟，8是产品，9是树脂注射管路，10是注射口，11是上模，12是树脂贮存槽，13是固定真空管路，14是下模，15是玻璃纤维，16是真空表。
【具体实施方式】
实施例一：
上模为玻璃钢软模，下模为玻璃钢硬模，通过管路10注射树脂，管路3抽真空。此方法适用高度小于1.5米的产品。
具体的工艺流程为：首先将模具表面清扫干净，涂5-6遍高效脱模剂，每次间隔时间为15分钟；将上下模具表面均匀涂刷胶衣，待胶衣固化后，根据产品的厚度铺放玻璃纤维，并将玻璃纤维铺到分型面以外，将模具边缘用夹钳预固定，由RIV成型装置减压至模具固定真空回路-0.7MPa以上，从而更好地固定模具。减压成型真空回路至-0.2~-0.3MPa，将纤维压实，然后将成型真空回路的真空泄掉，通过成型装置进行注射，注射速度控制在1~2L/分，如果树脂流动不好，可以用低真空压(-0.03~-0.07MPa)一边减压，一边注射树脂。树脂注射完毕以后，再用低真空压(-0.03~-0.07MPa)减压真空回路10分钟左右，再用高真空压(-0.2~-0.3MPa)减压至树脂完全充满整个模腔，填充完毕以后用高真空压保压至产品固化，将成型真空回路的真空泄掉，从成型真空回路吹入空气，上模和下模分开，将产品脱下，最后进行修整。
实施例二：
上模为玻璃钢硬模，下模为玻璃钢软模，树脂通过管路3进行注射，通过管路10对模腔抽真空，此方法是适用高度超过1.5米的产品。具体实施过程同实施例一。
实施例三：
上模为玻璃钢硬模，下模为玻璃钢软模，从一边侧面注入，这时沿着模腔的宽度均匀地注入，再从另一边侧面吸引，这种方法的填补时间长，适合产品需要两面光或形状复杂的产品成型。具体实施过程同实施例一。