用于纤维制品的真空灌注方法与流程

本发明涉及一种用于纤维制品的真空灌注方法。具体地，本发明涉及一种能够精确控制纤维制品含胶量的真空灌注方法。

背景技术：

在纤维制品的制造领域中，通常仅仅采用真空灌注成型工艺。对于纤维制品等的复合材料中树脂含量的控制很少。在现有的真空灌注成型工艺中，所制造出来的纤维制品含胶量往往不可控，与纤维制品的期望含胶量存在一定的偏差，进而导致纤维制品的各项性能达不到设计值。

在通常的真空灌注过程中，整个灌注体系中均是任由树脂进行灌注直至饱和，因此所得到的纤维制品的含胶量完全取决于玻璃纤维所能吸收的最终树脂量，而非纤维制品设计的理想状态下的含胶量。

由于在真空灌注过程中，并没有控制纤维制品含胶量的有效手段，也没有使用任何有效的方式控制树脂注入量，导致只能灌注到底，直至整个纤维基材完全灌透为止，如此最终纤维制品的含胶量偏高，浪费了大量的树脂，另外纤维制品的质量也有所增加。在越是大型的纤维制品中，所使用的不必要树脂量越多。

此外，纤维制品的实际含胶量与期望值存在一定偏差，导致纤维制品的性能有所损失。如果纤维制品含胶量相对期望值偏低，则力学性能变强，但是疲劳寿命会降低；如果纤维制品含胶量偏高，则会造成力学性能下降，易于破坏。

因此，对于通过精确计算控制树脂含量和树脂灌注速度的方法的开发存在需求。

此外，在真空灌注工艺过程的初期阶段，如果灌注速度过快，则会导致气泡残留在纤维制品中。因此，对于解决灌注初期速度过快的问题从而避免产生气泡的开发存在需求。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述问题，发明人做出了本发明。本发明的目的在于提供一种用于纤维制品的真空灌注方法，通过该方法，能够精确地控制纤维制品的含胶量、增加纤维制品使用寿命、提高纤维制品成品率以及大大降低树脂使用量。

此外，说明的是，本发明的术语“含胶量”理解为树脂质量占复合材料质量的百分数。纤维制品可以为纤维增强塑料的复合材料(以下可简称为frp)，也可称为纤维增强基材。

在根据本发明的第一方面中，提供了一种用于纤维制品的真空灌注方法，所述纤维制品是通过玻璃纤维和树脂固化而形成的，其中，所述用于制造纤维制品的真空灌注方法包括：计算纤维制品中玻璃纤维所需吸收的树脂质量以及真空灌注过程中损耗的树脂质量；在基板上铺设玻璃纤维和灌注辅材，所述灌注辅材包括脱模布、导流网、和真空袋；铺设注胶管路和抽气管路；密封真空袋和基板的接触部位，在真空袋和基板之间形成密闭空间，玻璃纤维、导流网和脱模布置于密闭空间内；将控制阀设置在注胶管路中；利用抽气管路对所述密闭空间抽真空；打开控制阀开始注入树脂；当注入的树脂的质量达到玻璃纤维所需吸收的树脂质量和真空灌注过程中损耗的树脂质量之和时，关闭控制阀。

在根据本发明的第二方面中，根据公式(a)计算玻璃纤维所需吸收的树脂质量m1，根据公式(b)、(c)和(d)计算真空灌注过程中损耗的树脂质量m损耗＝m2+m3+m4，其中，公式(a)为m1＝m1/(1-ψ)-m1，其中，ψ为玻璃纤维所需的含胶量，m1为玻璃纤维的质量；公式(b)为m2＝β×m2，用于计算导流网损耗的树脂质量，其中，m2为导流网损耗的树脂质量，β为单位质量的导流网所损耗的树脂质量，m2为导流网的质量；公式(c)为m3＝α×m3，用于计算脱模布损耗的树脂质量，其中，m3为脱模布损耗的树脂质量，α为单位质量的脱模布所损耗的树脂质量，m3为脱模布的质量；公式(d)为m4＝θ×l，用于计算在注胶管路中残留的树脂质量，其中，m4为在注胶管路中残留的树脂质量，θ为单位长度的注胶管路中残留的树脂质量，l为注胶管路的长度。

在根据本发明的第三方面中，在基板上铺设玻璃纤维和灌注辅材时，在玻璃纤维的至少两侧设置刚性侧板来保证纤维制品的厚度。

在根据本发明的第四方面中，在基板上铺设玻璃纤维和灌注辅材时，在基板上依次层叠脱模布、玻璃纤维、脱模布和导流网，然后将刚性顶板叠放在刚性侧板之上。

在根据本发明的第五方面中，通过基板、刚性侧板、刚性顶板和真空袋围成纤维制品树脂灌注空间。

在根据本发明的第六方面中，在铺设注胶管路和抽气管路时，抽气管路在所述密闭空间内的部分呈螺旋气管形状且被膜构件包覆，所述膜构件由仅允许气体通过而不允许液体通过的膜材料形成。

在根据本发明的第七方面中，所述控制阀为流量流速控制阀。

在根据本发明的第八方面中，当已灌注的树脂接近计算的树脂质量之和时，操作流量流速控制阀以降低树脂灌注速度。

利用根据本发明的用于纤维制品的真空灌注方法，能够精确地控制纤维制品的含胶量、增加纤维制品使用寿命、提高纤维制品成品率以及大大降低树脂使用量。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是用于纤维制品的真空灌注方法的流程图；

图2是用于纤维制品的真空灌注方法的截面示意图；以及

图3是用于纤维制品的真空灌注方法的俯视图。

具体实施方式

现将详细描述本发明的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号指示相同的部分。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1是用于纤维制品的真空灌注方法的流程图。图2是用于纤维制品的真空灌注方法的截面示意图。图3是用于纤维制品的真空灌注方法的俯视图。

在根据本发明的实施例中，如图1至3所示，用于纤维制品的真空灌注方法包括如下步骤：首先计算纤维制品中玻璃纤维4所需吸收的树脂质量以及真空灌注过程中损耗的树脂质量。在实施例中，可根据具体材料的性能和用户的具体需求来确定玻璃纤维4所需吸收的树脂质量。例如，玻璃纤维4采用玻璃纤维布的形式。

接着，在基板5上铺设玻璃纤维4和灌注辅材。灌注辅材包括导流网2、脱模布3和真空袋1。

接着，铺设注胶管路7和抽气管路8。在实施例中，如图2所示，注胶管路7和抽气管路8均位于基板5的上方。此外，抽气管路8在真空袋1和基板5所围成的密闭空间内的部分呈螺旋气管形状且被膜构件包覆(图中未示出)，所述膜构件由仅允许气体通过而不允许液体通过的膜材料形成。在稍后进行的真空灌注树脂过程中，该膜构件防止树脂流出真空体系，保证进入的树脂与真空阀计量一致。在本实施例中，例如，抽气管路8通过t型三通阀从密闭空间向外抽气，从而使得密闭空间形成真空体系。在稍后进行的抽气过程中，由于膜构件包覆抽气管路8在密闭空间内的部分，也就是说，空气可通过膜构件，经由抽气管路8被排出到外部，从而使得密闭空间形成真空体系。

例如，通过密封胶带6来密封真空袋1和基板5的接触部位，从而在真空袋1和基板5之间形成密闭空间。也就是说，真空袋1和基板5围成密闭空间。玻璃纤维4、导流网2和脱模布3置于上述密闭空间内。在本发明的实施例中，如图2所示，在基板5上依次层叠脱模布3、玻璃纤维4、脱模布3和导流网2。

如图3所示，接着，将控制阀11设置在注胶管路7中。在实施例中，该控制阀11为流量流速控制阀。该控制阀11为采用高精度先导方式控制流量的多功能阀门，其精度较高，保证流进真空体系树脂流量流速可控。

接着，利用抽气管路8对真空袋1和基板5所围成的密闭空间抽真空，打开控制阀11，开始注入树脂，当注入的树脂的质量达到玻璃纤维4所需吸收的树脂质量和真空灌注过程中损耗的树脂质量之和时，关闭控制阀11。具体地，在开始灌注阶段，使用控制阀11控制树脂流的起始流速，而后略微增大树脂注入速度直至完全放开。当已灌注的树脂接近计算的树脂质量之和时，操作控制阀11以降低树脂灌注速度。

此外，在灌注树脂之前，将装有树脂的树脂容纳器具放置在称重仪器上并归零。在本实施例中，例如，将装有树脂的桶放在称重仪器上，并将调整仪器归零，便于之后的读数。在随后的灌注过程中，持续观察称重仪器上的数值。当注入树脂质量接近达到玻璃纤维4所需吸收的树脂质量和真空灌注过程中损耗的树脂质量的质量之和时，使用流量流速控制阀11减缓树脂注入速度，直到完全达到玻璃纤维4所需吸收的树脂质量和真空灌注过程中损耗的树脂质量的质量之和，停止注胶。

此外，在本发明的实施例中，在基板5上铺设玻璃纤维4和灌注辅材时，在玻璃纤维4的至少两侧(在本实施例中为在两侧)设置刚性侧板9来保证纤维制品的厚度，刚性侧板9在真空压力下不变形并位于上述密闭空间内。通过该刚性侧板9，能够有效地控制纤维制品的成品厚度。

此外，在本发明的实施例中，在基板5上铺设玻璃纤维4和灌注辅材时，在基板5上依次层叠脱模布3、玻璃纤维4、脱模布3和导流网2，然后将刚性顶板10叠放在刚性侧板9之上。刚性顶板10为质量轻且刚性高的不易变形垫板，其能够确保纤维制品上表面平整。刚性顶板10与上述刚性侧板9接触并被压实，从而形成预定(标准)厚度的膜腔。也就是说，通过基板5、刚性侧板9、刚性顶板10和真空袋1围成纤维制品树脂灌注空间。根据纤维制品的预定厚度尺寸，调整维制品树脂灌注空间的尺寸，从而能够进一步有效地控制纤维制品的含胶量。

此外，在进行灌注之前，需要保证真空袋1和基板5所围成的密闭空间形成真空体系，利用大气压将例如装有树脂的桶内的树脂灌注到上述密闭空间中。

此外，在灌注过程中，利用大气压力使树脂经由注胶管路7进入密闭空间，树脂朝向导流网2流动，并在沿着导流网2移动的同时向下慢慢浸入到玻璃纤维4中。导流网2能够有效地控制树脂的流动，从而实现高效的灌注，并且导流网2还能过滤掉在树脂中残留的少量气体。

在整个真空灌注过程中，灌注初期需要使用控制阀11控制树脂注入速度，避免灌注速度太快，导致体系中的气泡不能排除完全，进而导致气泡残留在纤维制品中。

以下将针对如何计算玻璃纤维4所需的树脂质量以及真空灌注过程中损耗的树脂质量进行详细描述。

在实际真空灌注过程中，除了玻璃纤维4和树脂固化为纤维制品外，导流网2、注胶管路7、脱模布3等辅材上会吸附一定量的树脂，导致真空灌注过程中损耗一部分树脂，真空袋等一些辅材上吸附的树脂则可忽略不计。因而只要通过计算各种辅材所一共吸收的总树脂质量(在真空灌注过程中损耗的树脂质量)，加上理想状态下玻璃纤维4中所需的树脂质量，通过称重的方式控制真空灌注过程中的树脂注入总质量，从而得到具有期望的含胶量的纤维制品。

以最简单的实验室使用真空灌注工艺制造frp板材为例，在灌注过程中需要使用导流网2、脱模布3、注胶管路7、真空袋1，膜构件(例如vap膜，具体为单向透气膜)等辅材，根据已有数据或提前做实验测知相关辅材单位质量所损耗的树脂质量，然后与玻璃纤维4所需吸收的树脂质量进行求和，从而得需要灌注的树脂总质量。通过称重仪器连同流量流速控制阀精确控制灌注的树脂质量，当灌注的树脂质量达到计算值时，停止灌注。计算玻璃纤维4所需吸收的树脂质量以及真空灌注过程中所损耗的树脂质量中，具体计算方式如下。

根据公式(a)计算玻璃纤维4所需的树脂质量m1，根据公式(b)、(c)和(d)计算真空灌注过程中损耗的树脂质量m损耗＝m2+m3+m4，其中，公式(a)为m1＝m1/(1-ψ)-m1，其中ψ为玻璃纤维4所需的含胶量，m1为玻璃纤维4的质量。具体地，先测量玻璃纤维4的总质量，然后根据用户的需求所得到的含胶量的值来计算玻璃纤维4所需吸收的树脂质量。

公式(b)为m2＝β×m2，用于计算导流网2损耗的树脂质量，其中，m2为导流网2所损耗的树脂质量，β为单位质量的导流网2所损耗的树脂质量，m2为导流网2的质量。具体地，在保持导流网2规格恒定的情况下，通过实验等方式测量灌注前后同一导流网2的质量，即可算出单位导流网所吸收的树脂质量；再测出所用的导流网2的总质量，随后根据上述公式(b)计算导流网2所损耗的树脂质量m2。

公式(c)为m3＝α×m3，用于计算脱模布3损耗的树脂质量，其中，m3为脱模布3所损耗的树脂质量，α为单位质量的脱模布3所损耗的树脂质量，m3为脱模布3的质量。具体地，在保持脱模布3布规格恒定的情况下，通过实验等方式测量灌注前后脱模布3的质量，即可算出单位脱模布所吸收的树脂质量；再测出所用的脱模布3的质量，随后根据公式(c)计算脱模布3所损耗的树脂质量m3。

公式(d)为m4＝θ×l，用于计算在注胶管路7中残留的树脂质量，其中，m4为在注胶管路7中残留的树脂质量，θ为单位长度的注胶管路7中残留的树脂质量，l为注胶管路7的长度。具体地，在保持注胶管路7规格恒定的情况下，通过实验等方式测量灌注前后注胶管路7的质量，即可算出单位长度的注胶管路所吸收的树脂质量，随后根据公式(d)计算在注胶管路7中残留的树脂质量。此外，由于在真空体系中进行灌注，因此树脂残留在注胶管路7中，从而利用树脂形成也密封。相应地，也可通过测试得出树脂的密度，乘以注胶管路7内的体积得出注胶管路7中残留的树脂质量。

由于真空袋1、膜构件(例如vap膜)上所吸附的树脂质量可忽略不计，因而灌注过程所需要的树脂总质量m约为在灌注过程中上述四种材料所吸收的总质量，即m＝m1+m损耗。

利用根据本发明的实施例的用于纤维制品的真空灌注方法，能够实现纤维制品的含胶量可控制化，可根据具体材料的性能和用户的具体需求，制造出某一确定含胶量的纤维制品。

利用根据本发明的实施例的用于纤维制品的真空灌注方法，纤维制品使用寿命增加，纤维制品的含胶量更偏近于理论设计值，性能更加优异，使用寿命也大大提高。

利用根据本发明的实施例的用于纤维制品的真空灌注方法，通过控制阀(流量流速控制阀)来控制注入树脂的速度和注入树脂的量，从而实现精确控制纤维制品的含胶量，在灌注初期阶段的使用还有利于排除气泡，增加纤维制品的成品率。

利用根据本发明的实施例的用于纤维制品的真空灌注方法，树脂使用量大大下降，在越是大型的纤维制品中，单个纤维制品可节省的树脂量越多；产量越大，每年度可节省的树脂量越多，降低了资源的不必要浪费。

本发明的以上实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。