一种压力辅助真空灌注工艺成型装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用外加压力辅助真空灌注工艺成型的装置及方法，属于复合材料成型技术领域。
【背景技术】
[0002]由于先进复合材料具有比强度和比模量高、优异的可设计性和良好的抗疲劳性等诸多优点，已广泛应用于航空航天、风机叶片、交通运输、建筑、体育用品及机电工业等领域。就航空航天领域，先进复合材料可以实现飞机结构的整体减重，提高飞机的综合性能，复合材料用量的高低成为衡量飞行器先进性的重要指标。这些为各种新材料、新工艺展现提供了宽广的舞台，但是复合材料面临一个最突出的问题是成本过高，这在一定程度上限制了树脂基复合材料应用的进一步扩大。
[0003]真空辅助树脂灌注成型工艺(真空灌注工艺，以下简称为VARI)以其低成本、高质量、工艺方法灵活的优势逐渐成为制备大尺寸、大厚度复杂制件的新型方法。它是在真空条件下，利用树脂的流动渗透实现对纤维及其织物的浸渍，并在真空下固化的成型方法，该工艺已成功用于舰船、军事设施、国防工程、航空和风电等民用工业领域。但是，现有VARI成型制品由于真空加压不足，造成复合材料纤维体积含量相对不高，制品中存在孔隙、干斑等缺陷，无法满足高性能复合材料结构要求的问题。因此，开发和构建新的复合材料成型工艺方法无疑对复合材料的发展起着重要的作用。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是进行加压辅助VARI成型，以满足复合材料成型低成本、高性能的要求。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于，包括可开合的上模具及下模具，在上模具上设有沿高度方向贯穿整个上模具的压力注入口，真空灌注工艺成型部件位于下模具的腔体内，在下模具位于腔体两侧的部分上分别开有与下模具的型腔相通的树脂注入口及抽真空口，其中，压力注入口与加压装置相连通，树脂注入口与树脂体系相连通，抽真空口经树脂收集器与真空泵相连通。
[0006]优选地，所述上模具及下模具分别固定在各自的固定装置上，在固定装置处均设置有用于保证上模具的气密性或下模具的气密性的密封条。
[0007]优选地，所述固定装置为螺栓，在所述上模具或所述下模具的四周分别对应等距预留用于固定螺栓的螺栓孔。
[0008]优选地，复合材料部件位于所述下模具腔体内的中央，所述真空灌注工艺成型部件包括自下而上铺放的脱模布及真空袋薄膜一，流动介质位于脱模布与真空袋薄膜一之间。
[0009]优选地，所述真空袋薄膜的边缘通过密封胶粘在所述下模具上。
[0010]优选地，在所述真空灌注工艺成型装置的外面铺放一层真空袋薄膜二。
[0011]本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的压力辅助真空灌注工艺成型装置的压力辅助真空灌注工艺成型方法，其特征在于，在所述下模具的腔体中央放置复合材料部件，随后铺放一套完整的真空灌注工艺成型部件，待上模具与下模具合模后，通过抽真空口抽真空，树脂经由树脂注入口注入，完成树脂灌注后，加压装置通过压力注入口加压，直到复合材料固化。
[0012]优选地，具体包括如下步骤:
[0013]步骤1、在下模具腔体内的中央喷涂脱模剂，将裁剪完毕的碳纤维布铺放在涂有脱模剂的位置上，并铺放脱模布及流动介质，在碳纤维布四周黏上密封胶，之后铺放真空袋薄膜一，形成真空灌注工艺成型部件，预留抽真空口和树脂注入口，检验并保证真空灌注工艺成型部件的气密性，然后，在上模具及下模具上铺放密封胶条，闭合上模具及下模具并将其用固定装置固定；
[0014]步骤2、用真空泵对下模具中的真空灌注工艺成型部件抽真空，保压一段时间，检测真空度；
[0015]步骤3、真空度达标后，从树脂注入口灌入树脂，直到树脂灌满整个碳纤维布；
[0016]步骤4、待树脂灌入完毕后，加压装置通过压力注入口加压，直至树脂固化后，形成复合材料部件。
[0017]本发明的优点是:与现有的VARI成型方式相比，本发明外加了压力辅助装置，其纤维体积含量会明显提高，并且孔隙等缺陷会明显减少；与现有的热压罐成型方法相比，本发明不需要热压设备的高投入，并且成型过程相对简单，可大大减少复合材料成型的成本。所完成的复合材料部件性能明显提高，成本显著下降，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0018]图1是本发明压力辅助VARI成型装置示意图；
[0019]图2是整体成型模具结构示意图；
[0020]图3是下模具中VARI成型示意图；
[0021]其中，1.上模具2.下模具3.压力注入口 4.树脂注入口 5.抽真空口 6.上下模具固定装置7.树脂体系8.加压装置9.树脂收集器10.真空泵11.复合材料部件12.脱模布13.流动介质14.真空袋薄膜15.真空袋薄膜16.密封胶。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0023]请参阅图1，其是本发明压力辅助VARI成型装置示意图。所述压力辅助VARI成型装置包括上模具1、下模具2、压力注入口 3、树脂注入口 4、抽真空口 5，以及上下模具的固定装置6，其中上下模具的固定装置6处均有密封条，并且用等间距的螺栓固定。
[0024]请参阅图2，其是本发明整体成型模具结构示意图。所述的整体成型模具包括树脂体系7、加压装置8、树脂收集器9和真空泵10，其中树脂体系7与树脂注入口 4相连，加压装置8与压力注入口 3相连，树脂收集器9与抽真空口 5相连，并连接至真空泵10上。
[0025]请参阅图3，其是本发明下模具2中VARI成型示意图。所述的VARI成型示意图包括复合材料部件11、脱模布12、流动介质13、真空袋薄膜一 14、真空袋薄膜二 15、密封胶16。
[0026]复合材料部件在下模具2中进行VARI成型，并通过上模具I中的加压装置8实现对VARI成型的加压固化。其具体步骤如下:
[0027]步骤1、提供包括密封胶条、固定装置6、形状尺寸合适的成型模具；
[0028]步骤2、在下模具2中央喷涂脱模剂，将裁剪完毕的碳纤维布铺放涂有脱模剂的位置，并铺放脱模布12、流动介质13，在碳纤维布四周黏上密封胶16，之后铺放真空袋薄膜一14及真空袋薄膜二 15，预留抽真空口 5和树脂注入口 4，检验并保证装置的气密性；然后在上模具I及下模具2上铺放密封胶条，闭合上模具1、下模具2并将其用固定装置6固定。
[0029]步骤3、用真空泵10对下模具2中的VARI装置抽真空，保压一段时间，检测真空度。
[0030]步骤4真空度达标后，从树脂注入口 4灌入树脂，直到树脂灌满整个碳纤维布。
[0031]步骤5待树脂灌入完毕，从压力注入口 3打压力。
[0032]步骤6固化树脂，形成复合材料部件。
【主权项】
1.一种压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于，包括可开合的上模具(I)及下模具(2)，在上模具(I)上设有沿高度方向贯穿整个上模具(I)的压力注入口(3)，真空灌注工艺成型部件位于下模具(2)的腔体内，在下模具(2)位于腔体两侧的部分上分别开有与下模具(2)的型腔相通的树脂注入口(4)及抽真空口(5)，其中，压力注入口(3)与加压装置⑶相连通，树脂注入口⑷与树脂体系(7)相连通，抽真空口(5)经树脂收集器(9)与真空泵(10)相连通。
2.根据权利I要求所述的压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于:所述上模具(I)及下模具(2)分别固定在各自的固定装置(6)上，在固定装置(6)处均设置有用于保证上模具(I)的气密性或下模具(2)的气密性的密封条。
3.根据权利2要求所述的压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于:所述固定装置(6)为螺栓，在所述上模具(I)或所述下模具(2)的四周分别对应等距预留用于固定螺栓的螺栓孔。
4.根据权利I要求所述的压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于:复合材料部件(11)位于所述下模具(2)腔体内的中央，所述真空灌注工艺成型部件包括自下而上铺放的脱模布(12)及真空袋薄膜一(14)，流动介质(13)位于脱模布(12)与真空袋薄膜一(14)之间。
5.根据权利4要求所述的压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于:所述真空袋薄膜(14)的边缘通过密封胶(16)粘在所述下模具(2)上。
6.根据权利I要求所述的压力辅助真空灌注工艺成型装置，其特征在于:在所述真空灌注工艺成型装置的外面铺放一层真空袋薄膜二(15)。
7.一种基于权利要求1所述的压力辅助真空灌注工艺成型装置的压力辅助真空灌注工艺成型方法，其特征在于，在所述下模具(2)的腔体中央放置复合材料部件(11)，随后铺放一套完整的真空灌注工艺成型部件，待上模具(I)与下模具(2)合模后，通过抽真空口(5)抽真空，树脂经由树脂注入口(4)注入，完成树脂灌注后，加压装置(8)通过压力注入口(3)加压，直到复合材料固化。
8.根据权利要求7所述的压力辅助真空灌注工艺成型方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 步骤1、在下模具(2)腔体内的中央喷涂脱模剂，将裁剪完毕的碳纤维布铺放在涂有脱模剂的位置上，并铺放脱模布(12)及流动介质(13)，在碳纤维布四周黏上密封胶，之后铺放真空袋薄膜一(14)，形成真空灌注工艺成型部件，预留抽真空口和树脂注入口，检验并保证真空灌注工艺成型部件的气密性，然后，在上模具(I)及下模具(2)上铺放密封胶条，闭合上模具(I)及下模具(2)并将其用固定装置￠)固定； 步骤2、用真空泵(10)对下模具(2)中的真空灌注工艺成型部件抽真空，保压一段时间，检测真空度； 步骤3、真空度达标后，从树脂注入口(4)灌入树脂，直到树脂灌满整个碳纤维布； 步骤4、待树脂灌入完毕后，加压装置(8)通过压力注入口(3)加压，直至树脂固化后，形成复合材料部件。
【专利摘要】本发明提供了一种压力辅助VARI成型装置及方法，它涉及一种用外加压力辅助VARI成型的装置。压力辅助VARI成型装置包括成型上下模具、上下模具固定装置、加压装置、真空泵和树脂注入装置。本发明解决了现有VARI成型制品由于真空加压不足，造成复合材料纤维体积含量相对不高，制品中存在孔隙、干斑等缺陷，无法满足高性能复合材料结构要求的问题。本发明发挥了热压罐加压固化的优点，弥补了VARI成型真空加压的不足，扬长避短，进而能充分发挥VARI工艺在降低复合材料制造成本及大型构件整体成型方面的优势。
【IPC分类】B29C70-54, B29C70-48
【公开号】CN104742382
【申请号】CN201510170911
【发明人】余木火, 周金利, 潘利剑, 朱姝, 孙泽玉, 丁小马, 李丙鹏, 倪加其, 徐英凯, 贾文品, 程超, 陶磊, 张照
【申请人】东华大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月10日