專利名稱：一種復(fù)合材料真空輔助樹脂滲透工藝及模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的成型工藝以及模具，具體說是一種復(fù)合材料真空輔助樹脂滲透工藝以及適用于此工藝的模具。
背景技術(shù)：
真空輔助樹脂滲透工藝(簡稱RIV，Resin Injection Vacuum)是利用真空輔助的方法壓力將樹脂從模具的注射口吸引進(jìn)入模腔的成型工藝。這種成型工藝是利用注射成型法和真空成型法的優(yōu)點(diǎn)組合而成的，是屬于復(fù)合材料液體成型技術(shù)的一種。目前普遍采用的液體成型技術(shù)有樹脂傳遞模塑工藝，該工藝方法上下模均為硬模，并且成型過程不可見，無法控制樹脂的充模過程。2003年公布的專利，公開號(hào)CN1398717A，介紹了一種用于大尺寸制件的真空滲透成型復(fù)合材料的工藝方法，該方法需要將預(yù)成型體放置在周邊有密封膩?zhàn)雍头忭數(shù)恼婵沾鶚?gòu)成的密閉空間內(nèi)，預(yù)成型體的上方鋪設(shè)透氣層和脫模布，這種方法的準(zhǔn)備工作比較復(fù)雜，輔助材料均不能重復(fù)利用，附加成本比較高。美國專利SCRIMP(Seamann CompositeResin Infusion Manufacturing Process)工藝是在增強(qiáng)材料上面鋪放脫模布、高滲透介質(zhì)，最后用密封膠帶和真空袋將密封，該方法的輔助成型材料市場(chǎng)價(jià)格昂貴且不能重復(fù)利用、操作過程繁瑣，不適合批量生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決復(fù)合材料液體成型技術(shù)領(lǐng)域存在的成本高、成型過程復(fù)雜、不可控制等問題，本發(fā)明提供一種工藝程序與操作簡單、制造成本低、成型效率高的新型真空注射成型方法。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案成型模具的上模為玻璃鋼軟模，下模為玻璃鋼硬模，先將樹脂通過注射系統(tǒng)注入，由于樹脂注入時(shí)有一定的壓力，使軟模發(fā)生膨脹，定量樹脂注射完后，關(guān)閉注膠口，這時(shí)還有部分區(qū)域未浸透，然后通過真空減壓的方式使模腔內(nèi)多余的樹脂流向邊緣處未填充的部分，從而使樹脂充滿整個(gè)模腔。具體操作步驟如下
1)將模具清掃干凈；2)涂高效脫模劑；3)將上下模具表面均勻涂刷膠衣；4)在硬模14和軟模11之間鋪放玻璃纖維15；5)先用夾子將模具邊緣預(yù)固定，然后采用成型系統(tǒng)1中的減壓裝置通過減壓管路13將固定真空回路5減壓，使模具合嚴(yán)；6)采用成型系統(tǒng)1中的真空裝置通過減壓管路3將成型真空回路6減壓，真空通過等流溝7傳遞到模腔，在模腔中形成負(fù)壓，將纖維15壓實(shí)；7)計(jì)算樹脂的用量，用成型系統(tǒng)1中的注射機(jī)將樹脂通過樹脂注射管路9從注射口10注入模腔當(dāng)中，隨著樹脂的注入，把模腔當(dāng)中的空氣趕出，由于樹脂的壓力使得軟模11膨脹，所以在注完了的時(shí)候，周邊沒有填充；8)密閉注射口10，把模腔的周邊減壓，樹脂就流往未填充的部分，直到完全填滿為止，隨著樹脂進(jìn)入未填充部分，膨脹的上模逐漸恢復(fù)到原來的狀態(tài)；9)用高真空壓保壓到產(chǎn)品固化，高真空壓為-0.2~-0.3MPa；10)將成型真空回路的真空泄掉，并吹入壓縮空氣，使上模和下模分開，將產(chǎn)品脫下；11)產(chǎn)品的修整。
本工藝的模具分為上模11和下模14，上模為軟模，下模為硬模，或上模為硬模，下模為軟模，現(xiàn)對(duì)軟模和硬模進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)1)對(duì)軟模的設(shè)計(jì)(1)軟模模腔軟模模腔因?yàn)楸容^軟，隨著樹脂的注入而膨脹，待樹脂注完后，把成型真空回路減壓以后就能把模腔完全填補(bǔ)，膨脹的模腔就恢復(fù)原狀。如果模腔硬度太低的話，由于上模膨脹太大，未填充部分大于已填充部分，在這種情況下，把成型真空回路減壓，未填充部的模腔下降，從而壓縮玻璃纖維，妨礙樹脂流動(dòng)，就產(chǎn)生了未填充的現(xiàn)象。一般來說，小產(chǎn)品上模模腔厚度為3-4mm，大產(chǎn)品為5-6mm，即模腔厚度為3-6mm。
(2)注射口10
上模11的中心部位有注射口，面積比較大的產(chǎn)品則需要設(shè)置多處。
(3)外圍部為了保持成型回路及模具固定真空回路的氣密性，同時(shí)為了防止模具變形，外周部全部采用木材或鋼材加強(qiáng)。
(4)成型真空口3上模上設(shè)成型真空口1-2處，使用內(nèi)徑10mm，長度50mm的金屬管或塑料軟管，精加工后安裝。
2)對(duì)硬模的設(shè)計(jì)(5)硬模空間部下模14為RTM用的普通模具，產(chǎn)品較大時(shí)采用木材或鋼材加強(qiáng)，層疊厚度6-8mm，大型產(chǎn)品厚度為10mm，即層疊厚度為6-10mm。
(6)外周邊緣外周邊緣是模腔的一部分，比產(chǎn)品端面延長20-30mm左右，由于下模上鋪放玻璃纖維15，通常留有多余的部分，外周邊緣就是裝多于玻璃纖維的地方。
(7)硬模外周部從模腔往周圍延長200mm左右的部分，組成模具固定真空回路5和成型真空回路6。為了保持兩套真空回路的氣密性，防止模具變形，用木材或鋼材加強(qiáng)。
(8)等流溝7寬度15-20mm，高度0.2mm，設(shè)置在成型回路和外周邊緣之間，注入樹脂后減壓時(shí)，氣泡和多余的樹脂通過等流溝被抽出，高度太大的話，由于大量樹脂被抽出，容易產(chǎn)生干區(qū)，但太小的話又不能完全將氣泡和多余樹脂抽出，造成氣泡過多，產(chǎn)品厚度不均勻。
(9)成型真空回路6樹脂注射完畢以后，用低真空把樹脂引導(dǎo)到空模腔的周邊，再用高真空吸引樹脂完全填充模腔，此后，氣泡和剩余樹脂通過管路被吸引到成型真空回路，這個(gè)回路設(shè)置在從注射口進(jìn)入的樹脂最后到達(dá)的端面。
模具為長方形，短邊比長邊樹脂到達(dá)的慢，所以要把回路設(shè)置在短邊部周邊；若模具為圓形或正方形，注射的樹脂差不多同時(shí)到達(dá)端面，這時(shí)，回路就應(yīng)設(shè)置在空間部全周，回路做成梯形或半圓形，把各個(gè)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，設(shè)置1-2處，使用內(nèi)徑10mm，長度100mm左右的金屬管來安裝。
(11)模具固定真空墊圈4用這個(gè)墊圈組成模具固定真空回路，模具固定真空回路需要?dú)饷苄?，墊圈材料使用獨(dú)立發(fā)泡性海綿橡膠。斷面的寬度15mm，高度30mm。
(12)模具固定真空回路5在模具周圍全部設(shè)置固定真空回路5，其斷面寬度為100mm，高5mm。
整個(gè)工藝過程是通過成型系統(tǒng)進(jìn)行控制和實(shí)施的，成型系統(tǒng)有兩部分組成一是真空裝置，通過減壓管路2，3，13控制成型真空回路和固定真空回路的真空度，在減壓管路上設(shè)置真空表16來觀測(cè)真空度；二是注射裝置，通過它將樹脂注入模腔。
本發(fā)明采用以上方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)改善生產(chǎn)環(huán)境；2)產(chǎn)品質(zhì)量不依賴勞動(dòng)者的熟練程度；3)模具費(fèi)、設(shè)備費(fèi)成本低；4)比其它機(jī)械成型方法便宜；5)能成型面積較大的產(chǎn)品；6)模具的操作比較簡單；7)能成型厚度在1mm左右的薄壁產(chǎn)品；8)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外表面光滑。


圖1為工藝流程2為成型系統(tǒng)3為模具4為成型真空回路圖，其中a為長方形模具的成型真空回路的設(shè)置，b為正方形模具的成型真空回路的設(shè)置1是成型系統(tǒng)，2是減壓管，3是成型減壓管路，4是模具固定墊圈，5是固定真空回路，6是成型真空回路，7是等流溝，8是產(chǎn)品，9是樹脂注射管路，10是注射口，11是上模，12是樹脂貯存槽，13是固定真空管路，14是下模，15是玻璃纖維，16是真空表。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一上模為玻璃鋼軟模，下模為玻璃鋼硬模，通過管路10注射樹脂，管路3抽真空。此方法適用高度小于1.5米的產(chǎn)品。
具體的工藝流程為首先將模具表面清掃干凈，涂5-6遍高效脫模劑，每次間隔時(shí)間為15分鐘；將上下模具表面均勻涂刷膠衣，待膠衣固化后，根據(jù)產(chǎn)品的厚度鋪放玻璃纖維，并將玻璃纖維鋪到分型面以外，將模具邊緣用夾鉗預(yù)固定，由RIV成型裝置減壓至模具固定真空回路-0.7MPa以上，從而更好地固定模具。減壓成型真空回路至-0.2~-0.3MPa，將纖維壓實(shí)，然后將成型真空回路的真空泄掉，通過成型裝置進(jìn)行注射，注射速度控制在1~2L/分，如果樹脂流動(dòng)不好，可以用低真空壓(-0.03~-0.07MPa)一邊減壓，一邊注射樹脂。樹脂注射完畢以后，再用低真空壓(-0.03~-0.07MPa)減壓真空回路10分鐘左右，再用高真空壓(-0.2~-0.3MPa)減壓至樹脂完全充滿整個(gè)模腔，填充完畢以后用高真空壓保壓至產(chǎn)品固化，將成型真空回路的真空泄掉，從成型真空回路吹入空氣，上模和下模分開，將產(chǎn)品脫下，最后進(jìn)行修整。
實(shí)施例二上模為玻璃鋼硬模，下模為玻璃鋼軟模，樹脂通過管路3進(jìn)行注射，通過管路10對(duì)模腔抽真空，此方法是適用高度超過1.5米的產(chǎn)品。具體實(shí)施過程同實(shí)施例一。
實(shí)施例三上模為玻璃鋼硬模，下模為玻璃鋼軟模，從一邊側(cè)面注入，這時(shí)沿著模腔的寬度均勻地注入，再從另一邊側(cè)面吸引，這種方法的填補(bǔ)時(shí)間長，適合產(chǎn)品需要兩面光或形狀復(fù)雜的產(chǎn)品成型。具體實(shí)施過程同實(shí)施例一。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料真空輔助樹脂滲透工藝，其特征是由下列步驟完成1)將模具清掃干凈；2)涂高效脫模劑；3)將上下模具表面均勻涂刷膠衣；4)在硬模(14)和軟模(11)之間鋪放玻璃纖維(15)；5)先用夾子將模具邊緣預(yù)固定，然后采用成型系統(tǒng)(1)中的減壓裝置通過減壓管路(13)將固定真空回路(5)減壓，使模具合嚴(yán)；6)采用成型系統(tǒng)(1)中的真空裝置通過減壓管路(3)將成型真空回路(6)減壓，真通過等流溝(7)傳遞到模腔，在模腔中形成負(fù)壓，將纖維(15)壓實(shí)；7)計(jì)算樹脂的用量，用成型系統(tǒng)(1)中的注射機(jī)將樹脂通過樹脂注射管路(9)從注射口(10)注入模腔當(dāng)中，隨著樹脂的注入，把模腔當(dāng)中的空氣趕出，由于樹脂的壓力使得軟模(11)膨脹，所以在注完了的時(shí)候，周邊沒有填充；8)密閉注射口(10)，把模腔的周邊減壓，樹脂就流往未填充的部分，直到完全填滿為止，隨著樹脂進(jìn)入未填充部分，膨脹的上模逐漸恢復(fù)到原來的狀態(tài)；9)用高真空壓保壓到產(chǎn)品固化，高真空壓為-0.2~-0.3MPa；10)將成型真空回路的真空泄掉，從成型真空回路吹入壓縮空氣，使上模和下模分開，將產(chǎn)品脫下；11)產(chǎn)品的修整。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的模具，其特征是分為上模和下模，上模為軟模，下模為硬模，或上模為硬模，下模為軟模，具體結(jié)構(gòu)如下上模(11)的中心部位有注射口(10)，上模的模腔厚度為3～6mm，上模上設(shè)成型真空口(3)1～2處，使用內(nèi)徑10mm，長度50mm的金屬管式塑料軟管；下模層疊厚度為6～10mm，外周邊緣比產(chǎn)品端面延長20～30mm，下模上鋪放玻璃纖維(15)，從模腔往周圍延長200mm的部分組成模具固定真空回路(5)和成型真空回路(6)，在成型真空回路(6)與外周邊緣之間設(shè)等流溝(7)寬度15～20mm，高0.02mm；在模具固定真空回路(5)上設(shè)置1～2處模具固定真空口，使用內(nèi)徑10mm，長度100mm的金屬管，模具固定真空墊圈(4)斷面的寬度15mm，高度30mm，在模具周圍全部設(shè)置固定真空回路(5)，其斷面寬度為100mm，高5mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料的成型工藝及模具，成型工藝是將樹脂通過注射系統(tǒng)注入使軟模發(fā)生膨脹，定量樹脂注射完后，關(guān)閉注膠口，通過真空減壓的方式使模腔內(nèi)多余的樹脂流向邊緣處未填充部分，從而使樹脂充滿整個(gè)模腔。模具包括上模為玻璃鋼軟模，下模為玻璃鋼硬模。上模有注射口，成型真空口，下模有等流溝，成型真空回路和固定真空回路，其優(yōu)點(diǎn)是改善生態(tài)環(huán)境，成本低，能成型面積較大及薄壁產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B29C70/36GK1631659SQ20051000008
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者李新華, 黃再滿, 陳淳, 萬曉娟, 高國強(qiáng), 王慶明 申請(qǐng)人:北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司