真空導(dǎo)入工藝的介紹

在目前的材料中，復(fù)合材料因其質(zhì)輕高強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用。針對復(fù)合材料的制造工藝也在不斷的提高和創(chuàng)新。由起初的手糊，發(fā)展到機(jī)械化的噴射，拉擠，模壓等工藝，都現(xiàn)在興起的真空導(dǎo)入工藝，與真空導(dǎo)入相關(guān)的工藝還有樹脂傳遞模塑（RTM），真空輔助RTM （VARTM），真空袋壓，SCRIMP，SRIM（Structural Reaction Molding），RTI（resin film infusion）.但都有一些差別，很多文章中都介紹過，這里就不贅述了。

一、真空導(dǎo)入工藝（Vacuum infusion process，VIP）

真空導(dǎo)入工藝（Vacuum infusion process），簡稱VIP，在模具上鋪“干”增強(qiáng)材料（玻璃纖維，碳纖維，夾心材料等，有別于真空袋工藝），然后鋪真空袋，并抽出體系中的真空，在模具型腔中形成一個負(fù)壓，利用真空產(chǎn)生的壓力吧不飽和樹脂通過預(yù)鋪的管路壓入纖維層中，讓樹脂浸潤增強(qiáng)材料最后充滿整個模具，制品固化后，揭去真空袋材料，從模具上得到所需的制品。VIP采用單面模具（就象通常的手糊和噴射模具）建立一個閉合系統(tǒng)。真空導(dǎo)入工藝公諸于世很久了，這個工藝在1950年出現(xiàn)了專利記錄。然而，直到近幾年才得到了發(fā)展。由于這種工藝是從國外引入，所以在命名上有多種稱呼，真空導(dǎo)入，真空灌注，真空注射。

二、理論

真空導(dǎo)入工藝能被廣泛的應(yīng)用，有其理論基礎(chǔ)的，這就是達(dá)西定律（Darcys Law）：t =? 2h/（2 kDP ）

t是導(dǎo)入時間，由四個參數(shù)來決定。

h-樹脂粘度，從公式上可以看出所用樹脂的粘度低，則所需導(dǎo)入時間就短，因此真空導(dǎo)入所用的樹脂粘度一般不能太高。這樣可以使樹脂能夠快速的充滿整個模具。

?-注射長度，指的樹脂進(jìn)料口與到達(dá)出料口的之間的距離，距離長當(dāng)然所需的時間亦長。

DP-壓力差， 體系內(nèi)與體系外壓力差值越大，對樹脂的驅(qū)動力也越大，樹脂流速越快，當(dāng)然所需導(dǎo)入時間也越短。

k= 滲透性，指玻纖，夾心材料等對樹脂浸潤好壞的參數(shù)。k值大說明浸潤好，象連續(xù)氈，多向氈要比方格布，短切氈易被樹脂浸潤。因此為了使得樹脂在增強(qiáng)材料被壓實(shí)的情況下能方便的充滿體系，一般會人為設(shè)置一些導(dǎo)流槽，比如在夾心泡沫上下打孔等。

三、優(yōu)勢

在通常的手糊工藝（hand lay-up）中， 增強(qiáng)材料鋪于模具中， 采用刷子，輥?zhàn)踊蚱渌绞绞止そ櫾鰪?qiáng)材料。另外一種改進(jìn)的方法是使用真空袋吸出手糊時積層中多余的樹脂。這樣提高的玻纖含量，得到更高強(qiáng)度和更輕的產(chǎn)品，VIP相對于傳統(tǒng)的工藝具有很多優(yōu)勢。

如圖以手糊，真空袋和真空導(dǎo)入為例。在力學(xué)性能上真空導(dǎo)入占有明顯的優(yōu)勢。

由此可以看出真空導(dǎo)入的優(yōu)勢

（一）更高質(zhì)量制品：在真空環(huán)境下樹脂浸潤玻纖，與傳統(tǒng)制造工藝相比，制品中的氣泡極少。體系中不留有多余的樹脂，玻纖含量很高，可達(dá)到時70%，甚至更低。所得制品重量更輕，強(qiáng)度更高。批與批之間也非常穩(wěn)定。

（二）更少樹脂損耗：用VIP工藝，樹脂的用量可以精確預(yù)算，對于手糊或噴射工藝來說，會因操作人員的多變性而難于控制。VIP可以使得樹脂的損耗達(dá)到最少，更重要的是，這樣可以節(jié)約成本。

（三）樹脂分布均勻：對于一個制品來說，不同部分的真空產(chǎn)生的壓力是一致的，因此樹脂對玻纖的浸潤速度和含量趨于一致。這個對于重量要求穩(wěn)定的FRP制件來是很關(guān)鍵的。

（四）過程揮發(fā)更少：生產(chǎn)過程中沒有刷子或輥?zhàn)又悾粫斐蓸渲臐姙⒒虻温洮F(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，更不會有大量的氣味出現(xiàn)。所以它能提供一個干凈、安全和友好的工作環(huán)境， 保護(hù)操作者的身心健康。

（五）使用單面模具：僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的制品，可以較好的控制產(chǎn)品的厚度。節(jié)約模具制造成本和時間。

正因?yàn)橛肰IP工藝所做產(chǎn)品有如些的優(yōu)點(diǎn)，最早應(yīng)用于航天航空等特種領(lǐng)域，后來慢慢應(yīng)用于高要求的民用產(chǎn)品。

VIP工藝的應(yīng)用領(lǐng)域：

1、船艇工業(yè)--船體，甲板，方向舵，雷達(dá)屏蔽罩

2、風(fēng)電能源--葉片，機(jī)倉罩

3、體育休閑--頭盔，帆板

4、汽車工業(yè)--各類車頂，擋風(fēng)板，車廂

5、建筑領(lǐng)域--建筑物頂部件，建筑模板

6、農(nóng)業(yè)和園藝 --糧倉圓蓋，農(nóng)機(jī)保護(hù)蓋

（一）樹脂

當(dāng)準(zhǔn)備開始真空導(dǎo)入的試驗(yàn)時，首先要選用合適的樹脂，是環(huán)氧樹脂還是不飽和聚酯樹脂。真空導(dǎo)入工藝的樹脂，不能用普通的樹脂來代替，它對粘度，凝膠時間，放熱峰，浸潤性等有特殊的要求，具體可咨詢樹脂供應(yīng)商。

（二）固化體系

如果是環(huán)氧樹脂，要使用其相對應(yīng)的專用固化劑；不飽和樹脂常用的固化劑是過氧化甲乙酮。不同的廠家其質(zhì)量是不一樣的，選用時對其評價，不能因?yàn)橛昧可俚牟牧隙绊懙秸麄€制品的質(zhì)量。

（三）增強(qiáng)材料

增強(qiáng)材料一般常用的是玻璃纖維和碳纖維。比如連續(xù)氈，復(fù)合縫邊氈，單布等，具體要根據(jù)力學(xué)設(shè)計(jì)。選用時最好做一下實(shí)驗(yàn)，滲透性如何，因?yàn)槔w維在制造過程中選用的浸潤劑，粘接劑的不同對樹脂的浸潤會不一樣，導(dǎo)致最終制品的力學(xué)性能會有很大的差異。

（四）夾心材料

一般常用的是木板，Balsa木，PVC泡沫，PUR 泡沫，強(qiáng)蕊氈等。依據(jù)制品的需要選用合適的夾心材料

（五）設(shè)備、輔材

真空泵，接口，壓力表，導(dǎo)流管，脫模布，導(dǎo)流布，真空袋等等。真空導(dǎo)入工藝用所的材料不是隨隨便便拿來就能用，每種材料都要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)加以確認(rèn)，以此判斷是不是適用。這里就不詳細(xì)闡述，作為專題在以后的文章中討論。

VIP工藝流程：

然后要了解材料如何使用和如何安排。為了解說方便，我們以如所例示意圖為例子。

（一）準(zhǔn)備模具

和其它積層工藝一樣，對VIP來說高質(zhì)量的模具也是必須的。表面要有較高的硬度和較高的光澤，并且模具邊緣至少保留15厘米，便于密封條和管路的鋪設(shè)。對模具進(jìn)行清理干凈，然后打脫模蠟或抹脫模水。

（二）施工膠衣面

可以根據(jù)制品的要求，可以用產(chǎn)品膠衣和打磨膠衣，選用類型有鄰苯，間苯和乙烯基。用手刷和噴射的方法施工膠衣。

（三）增強(qiáng)材料鋪設(shè)

選用增強(qiáng)材料-玻璃纖維，碳纖維，夾心材料…這要依據(jù)制品強(qiáng)度要求來定。選擇增強(qiáng)材料對積層工藝來說是很重要的一步，但對于VIP要多考慮幾點(diǎn)。雖然所有織物都可以用，但不同的材料和織法會影響樹脂流速。

（四）真空袋材料鋪設(shè)

先鋪上脫模布，接著是導(dǎo)流布，最后是真空袋。在合上真空袋之前，要仔細(xì)考慮樹脂和抽真空管路的走向，否則有的地方樹脂會無法浸潤到。鋪設(shè)時要非常小心，以免一些尖銳物刺破真空袋。

（五）抽真空

鋪完這些材料后，夾緊各進(jìn)樹脂管，對整個體系抽真空，盡量把體系中空氣抽空，并檢查氣密性，這一步很關(guān)鍵，如有漏點(diǎn)存在，當(dāng)樹脂導(dǎo)入時，空氣會進(jìn)體入體系，氣泡會在漏點(diǎn)向其它地方滲入，甚至于有可能整個制品報廢。

（六）配樹脂

抽真空達(dá)到一定要求后，準(zhǔn)備樹脂。按凝膠時間配入相應(yīng)的固化劑，切記不能忘加固化劑，否則很難彌補(bǔ)。不過一般真空導(dǎo)入樹脂含有固化指示劑，可以從顏色上來判斷是否加了固化劑。

（七）導(dǎo)入樹脂

把進(jìn)樹脂管路插入配好的樹脂桶中，根據(jù)進(jìn)料順序依次打開夾子，注意樹脂桶的量，及時補(bǔ)充。

（八）脫模

樹脂凝膠固化到一定程度后，揭去真空袋材料。從模具上取出制品并進(jìn)行后處理。

四、結(jié)語

當(dāng)然任何一個工藝不可能是十全十美的，目前來說VIP所需的一次性耗材很大一部分需要進(jìn)口，提高材料成本，但這部分可以減少樹脂用量上得到平衡。另外對操作人員的技能要求更高。每一過程都仔細(xì)按步驟做好才能進(jìn)入下一步的操作，否則會造成不能逆轉(zhuǎn)的損失。所以這種工藝目前用在附加值高的FPR部件和制品中，如體育用品配件，游艇，風(fēng)力發(fā)電葉片等。但人們對更高性能材料的大量需要，真空導(dǎo)入工藝正被越來越多的人認(rèn)識和采用。

作者簡介：

曹山，出生年：1989，性別：男，工作單位：西華大學(xué)，職稱：學(xué)生，研究方向：汽車車身。