Что нужно для вакуумной инфузии

Технология вакуумной инфузии / vacuum infusion process

Технология вакуумной инфузии

ОПИСАНИЕ

Вакуумная инфузия это процесс пропитки армирующих материалов связующим с помощью разряжения, возникающего из за разницы давлений между окружающей средой и загерметизированной формой находящейся под вакуумом.

При использовании вакуумной инфузии можно получить изделия высокого качества. Сама же технология имеет следующие характеристики:

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

КОНСТРУКЦИЯ МЕШКА

Это специальная, сплошная липкая лента для инфузии. Предназначена для фиксации полиэтиленовой спиральной трубки, которая обеспечивает циркуляцию воздуха под вакуумной плёнкой во время процесса инфузии смолы.

Жгут обеспечивает высокую прочность присоединения вакуумного мешка с поверхностью матрицы, шлангами и штуцерами выходящими из под вакуумного мешка.

Полиэтиленовая спиральная трубка – обеспечивает циркуляцию воздуха под вакуумной плёнкой. Через неё откачивается воздух и под создаваемым разрежением всасывается смола, заполняя армирующие материалы (как правило замыкается в кольцо).

Жертвенная ткань служит как разделительный слой между изделием и вспомогательными материалами инфузии. Без использования жертвенной ткани невозможно отделить от детали распределительную сетку и профиль для подачи смолы.

Сетка, разработана для быстрой и эффективной пропитки смолой армирующих материалов.

PE / PA / PE многослойная композитная пленка, абсолютно герметичная, бесцветная, прозрачная, многоразового использования, самоотделяющаяся. Вакуумная плёнка способна выдерживать достаточное разрежение необходимое для инфузии смолы

Правильный расчёт необходимого размера вакуумного мешка является критически важным фактором. Неправильный размер вакуумного мешка может привести к натяжениям, что может стать причиной разрыва плёнки в процессе пропитки либо отверждения.

ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЯ

Процедура изготовления изделия ручным формованием проходит в несколько этапов.

Первый этап – подготовительный:

Поверхность оснастки будущего изделия очищают и наносят разделительный состав. После этого на оснастку наносится декоративный слой – гелькоут.

Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия, задавая цвет, однородную фактуру и обеспечивая защиту от воздействия внешних факторов (ультрафиолет, вода, химические реагенты и пр.). Нанесение гелькоута не является обязательной процедурой. В некоторых случаях, формование изделия вполне возможно и без него. Например, при изготовлении карбоновых пластин, чаще всего, материал укладывается прямиком на поверхность оснастки.

При изготовлении карбоновых изделий сложной формы нанесение гелькоута желательно, т.к. это поможет сократить расходы при финишной обработке деталей.

Второй этап – после частичной полимеризации гелькоута (до состояния «на отлип») переходят ко второму этапу – укладке армирующих тканей.

В оснастку в слой за слоем укладывается предварительно раскроенный армирующий материал. При этом для того что бы ткань оставалась плотно прижатой применяют спрей клеи временной фиксации (AEROFIX, INFUTAC).

Критически важным моментом является качественное, равномерное прижатие ткани по всей поверхности оснастки. Особое внимание уделяется углам. Если слои армирующего материала не будут плотно прилегать к оснастке и друг к другу образуются пустоты, которые в лучшем случае будут заполнены связующим, что может привести к снижению прочности элемента а в худшем образуют полости – концентраторы напряжений.

Третий этап – укладка технологического слоя.

Затем, укладывается технологический слой: жертвенная ткань, перфорированная пленка, проводящая сетка. Укладываются линии подачи связующего и вакуумные лини – линии эвакуации воздуха и излишков смолы.

Обычно линия эвакуации воздуха и излишков смолы – спиральная трубка, укладывается по периметру оснастки в виде кольца.Если в работе используется трубка MTI ®, то ее стараются выностить как можно дальше, на перефирию фланца, для отдаления момента падения разряжения при заполнении формы связующим.

Точно определить оптимальное расположение линий ввода смолы и эвакуации воздуха достаточно сложно. Опыт, тесты и запись – анализ предыдущих формований помогают минимизировать проблемы возникающие при работе с технологией вакуумной инфузии.

Четвертый этап – герметизация формы.

Далее укладывается вакуумная пленка и при помощи герметизирующего жгута форма герметизируется и вакуумируется. Важно иметь в вакуумной системе клапан регулировки степени разряжения, выставляя низкое разряжение на первоначальном этапе можно не торопясь, качественно распределить вакуумную пленку по поверхности формы.

Надо следить за тем что бы при вакуумировании формы не происходило натяжение пленки. Пленка должна лежать свободно и облегать без натяжения каждый сантиметр поверхности оснастки.

Затем завакумированную форму необходимо отключить от вакуумного насоса и оставить на время для проверки герметичности.

Мы рекомендуем замерять показания стрелки вакуометра в течении 45 минут. Обычно этого времени достаточно для контроля герметичности. Если же за указанное время стрелка поднялась на несколько делений, необходимо найти утечки. При этом форму “слушают” пытаясь по высокочастотному звуку обнаружить отверстие либо применяют специальный ультразвуковой прибор для обнаружения утечек вакуума. В любом случае, пока герметичность формы не подтверждена запускать связующее не рекомендуется.

Пятый этап – пропитка связующим.

Источник

Библиотека

Вакуумная инфузия в настоящее время является наиболее перспективной технологией получения композитов.

Использование вакуумной инфузии, как процесса для получения изделий из композиционных материалов обусловлено рядом причин:

Данные факторы способствовали развитию технологии вакуумной инфузии, а также обусловливают ее широкий потенциал для дальнейшего применения.

Процесс вакуумной инфузии заключается в заполнении жидким связующим пор в предварительно отвакуумированном армирующем материале.

Пакет, подготовленный к вакуумной инфузии

Заполнение всех пустот во время пропитки

После пропитки происходит отверждение жидкой смолы с образованием жесткой полимерной матрицы, обусловливающей равномерное распределение нагрузки в композитном изделии. Типичными армирующими материалами являются стеклоткань и углеродная ткань. В качестве связующего могут применятся эпоксидные, полиэфирные, эпоксивинилэфирные и др. связующие. При выборе связующего необходимо знать при каком уровне вакуума связующее может закипеть. Например, стирол, содержащийся во всех полиэфирных связующих, закипает при комнатной температуре, если давление в вакуумном пакете составляет менее 50 мм рт. ст. тогда как эпоксидные связующие не закипят даже при 1 мм рт. ст. Также необходимо убедиться, что связующее не содержит растворители, которые также будут закипать в процессе инфузии, способствовать образованию пор и понижению прочности изделия.

Технологический пакет для вакуумной инфузии, как правило, включает следующие слои изображенные на рисунке:

Ключевыми технологическими факторами влияющими на качество конечного изделия являются:

При наличии дырок или неплотного прилегания жгута композит будет пористым, иметь плохую поверхность, а также процесс инфузии может не пройти до конца

При недостаточном вакууме (более 100 мм рт. ст.) армирующий материал сжимается недостаточно плотно и содержание связующего в изделии может быть завышенным, также может возрастать пористость.

Высоковязкая смола (с вязкостью выше 500-600 мПа*с) пропитывает материал слишком медленно, и может образовывать незаполненные пустоты (поры), как внутри композита так и на его поверхности

Быстрое гелирование смолы может привести к тому, что инфузия не успеет дойти до конца. Вязкость начинает возрастать гораздо раньше гелирования, поэтому связующее необходимо выбирать с большим запасом по времени гелирования. Желательно, что бы время гелирования было не менее 5 часов.

При расположении проводящих связующее материалов желательно чтобы от окончания проводящей сетки до вывода вакуума во всех точках было примерно равное расстояние 2-5 см. длина сетки без подвода связующего не более 1 метра. Существует несколько стандартных стратегий для крупногабаритных изделий по распределению подводящих трубок к пропитываемой форме, такие как, рыбий скелет или параллельные последовательно открываемые вводы. Также для крупногабаритных изделий часто применяют моделирование пропитки.

При получении композита методом вакуумной инфузии большое внимание следует уделять выкладыванию слоев углеродной ткани, вспомогательных материалов и сборке вакуумного мешка.

Углеродная ткань должна быть плотно прилегать к оснастке или гелькоату. При необходимости лучше произвести подклейку ткани к оснастке при помощи клея (спрея) или липкой ленты. Необходимо избегать возникновения натянутостей или точек неполного прилегания ткани к оснастке или гелькоату, так как это может вызывать изменение геометрических размеров внутренней части изделия, а также приводит к увеличению веса конечного изделия в связи с образованием областей с повышенным содержанием связующего. Плотное прилегание материалов по всей поверхности необходимо тщательно контролировать для всех слоев углеродной ткани, а также для всех вспомогательных материалов.

При закреплении дренажной сетки для распределения связующего следует помнить, что при использовании тонкого вакуумного мешка вакуумная сетка может его проткнуть.

После сборки вакуумного мешка необходимо убедится в его герметичности, для этого нужно на некоторое время отключить насос и следить за тем, чтобы за 5 минут вакуум не упал более чем на 10 мм рт. Ст.

Для удобства работы лучше использовать вакуумные насосы с достаточно высокой производительностью. Это позволит быстро откачивать вакуумный мешок, а также не приведет к существенному падению вакуума при наличии “микродырочек”.

При попадании воздуха в вакуумный мешок образуются поры в композите, которые приводят к дефектной поверхности с “рытвинами” в местах переплетения ткани, а также к существенному падению механических характеристик. Композит получается хрупкий и непрочный. 1% пор приводит к падению межслоевой прочности примерно на 10%

Существует большое количество методов, позволяющих тем или иным образом управлять процессом вакуумной инфузии. Такие как, математическое моделирование процесса пропитки, использование полупроницаемых материалов для получения деталей с минимальной пористостью, использование различных проводящих связующее сеток для обеспечения необходимой скорости пропитки, применение двойного вакуумного мешка для уменьшения вероятности разгерметизации. Для понимания параметров, которые могут влиять на процесс вакуумной инфузии можно рассмотреть простейшую модель описывающую данный процесс. Скорость инфузии приближенно можно описать уравнением

ϑ – скорость инфузии

K – проницаемость пропитываемого материала. Например, у тканей проницаемость выше, чем у однонаправленных лент.

η – вязкость смолы (чем ниже вязкость тем выше скорость инфузии)

S – площадь сечения пропитываемого материала

P_атм-P_вакуум – разность давлений, чем более глубокий вакуум тем выше скорость инфузии

Таким образом, например, понижая вязкость, увеличение разности давлений может существенно ускорить процесс, а переход от ткани на однонаправленные ленты приведет к замедлению процесса вакуумной инфузии.

В заключении приведены примеры полученных нами изделий методом вакуумной инфузии.

Источник

Что такое инфузия смолы (или вакуумная инфузия)?

В сфере композитов инфузия смолы – это процесс, в котором пустоты пористого материала заполняются жидкой смолой. Когда смола затвердевает, смесь отвердевшей смолы соединяет материалы в единый жесткий композит. Армирующими материалами может выступать любой пористый материал, совместимый со смолой. Типичные материалы – неорганические волокна (наиболее часто используемые – стекловолокно), органические волокна, такие как лен или сочетание волоконо с другими материалами, например вспененными материалами с закрытыми ячейками, бальзой или сотовыми конструкциями. Пористые материалы также можно инфузировать на поверхности непористых материалов, таких как листовые металлы. Смолы обычно – термореактивного типа, но термопластичные смолы также можно использовать для инфузии.

Ключевой частью процесса является удаление или выведение воздуха из пористого материала перед подачей смолы. Воздух необходимо вывести из пористого материала для того, чтобы смола заняла его место. Самым простым образом процесс можно разбить на следующие стадии:

Зачем использовать процесс инфузии?

Процесс инфузии смолы является экономичным методом производства высококачественных и высокопрочных композиционных изделий, количество которых составляет примерно несколько сотен идентичных деталей с одной матрицы в год, или крупногабаритные изделия, которые сложно или достаточно дорого производить любым другим методом.

Преимущества процесса инфузии

Какие есть ограничения по процессу инфузии?

Инфузия смолы должна рассматриваться как производственная технология “работа в прогрессе”. На данной стадии ее разработки, инфузия имеет ряд ограничений. Ограничения следующие:

Другие названия инфузии смолы и связанных вакуумных процессов

Существует несколько названий и акронизмов для процесса инфузии смолы или очень схожих процессов. Некоторые примеры:

Инфузия с одним уровнем вакуума с применением эластичного мешка более детально

Критические элементы процесса инфузии

Процесс инфузии смолы можно сократить до следующих элементов, с аспектами, выделенными заглавными буквами, которые являются критичными для получения успеха в процессе:

Источник

Что нужно для вакуумной инфузии

Вакуумная инфузия в производстве композитов – современная и стремительно развивающаяся технология.

Вакуумная инфузия

Вакуумная инфузия представляет собой процесс пропитки смолой армирующих материалов. Это происходит за счет разрежения внутри рабочей формы, которое достигается благодаря вакуумной пленке. Технология вакуумной инфузии требует большего количества оборудования, если сравнивать ее с ручной штамповкой. Этим обусловлена дороговизна первого изделия. Используя вакуумную инфузию, из карбона и других материалов можно произвести изделие наиболее высокого качества. Преимущества процесса заключаются в:

Оборудование для вакуумной инфузии позволяет производить конструкции «сэндвич» в один прием.

Применение и метод вакуумной инфузии

Метод вакуумной инфузии заключается в нанесении смолы тонким слоем на материал под воздействием вакуума. Предварительно сухой пакет сырья кладут в матрицу, накрывают вакуумной пленкой или помещают в вакуумный мешок. К конструкции присоединяют вакуумный насос для инфузии. Степень разрежения определяется в зависимости от вида смолы – главного ключа всего процесса. Производитель указывает на упаковке рекомендуемые показатели. При достижении необходимых показателей в смолу для инфузии вносят отвердитель, в нее опускают трубку и подают на обрабатываемый материал.

После завершения процесса пропитки смола твердеет, при этом образуется жесткая полимерная матрица. Приобретенные свойства помогают равномерно распределять нагрузку на изделие. Следует учитывать, что избыток смолы ведет к ломкости полученного материала. Чтобы этого не произошло, нужно знать, как рассчитать смолу при вакуумной инфузии. Для этого используют закон Дарси, устанавливающий линейное отношение между скоростью движения связующего вещества и градиентом используемого для этого давления. После проведения необходимых вычислений получают минимальное значение количества смолы. Этого достаточно для пропитки, снижения общего веса изделия, увеличения прочности и улучшения соотношения пропитываемого материала и смолы. При обучении вакуумной инфузии обращают внимание на факт того, что смолу можно вносить 2-мя способами:

Более качественный результат приносит второй метод. Это объясняется тем, что смола лучше входит в сырье и течет по нему. Вакуумную инфузию можно делать своими руками. Предварительно рекомендуется изучить теоретическую часть процесса. Для создания оборудования в домашних условиях приобретают специальный комплект для вакуумной инфузии.

Вакуумная инфузия используется для изготовления стеклопластика, ламината, в автостроении и для авто тюнинга. Также применяется в производстве спортивного инвентаря, медицнских протезов, декоративных изделий. Это обусловлено низкой пористостью полученного покрытия, высокопроцентным содержанием армирующего материала, отсутствием необходимости приобретать дорогостоящее оборудование и комплектующие. Купить необходимое для вакуумной инфузии можно в специализированных магазинах.

Установка вакуумной инфузии

Установки для вакуумной инфузии представляют собой сочетание комплектующих, основными являются: насос, вакуумная камера, ловушка для смолы. Насосы применяются с различной производительностью в зависимости от потребностей 8-60 м3/мин. Вакуумные камеры – 7-128л. Такой диапазон показателей позволяет выбрать оборудование, подходящее для изделий любого размера.

Расположение установки бывает 3-х видов:

Зачастую установки имеют сменные емкости для сбора смолы. Также вакуумная камера оборудована прозрачной крышкой для удобства контроля уровня связующего вещества. К преимуществам оборудования для вакуумной инфузии относят:

Установки имеют продуманный дизайн и компоновку, благодаря которым легко транспортируются и удобно эксплуатируются.

Материалы для вакуумной инфузии

Материалы для вакуумной инфузии можно купить в специализированных магазинах. Каждый из материалов имеет свою область применения.

Материалы для вакуумной инфузии:

Правильный подбор материалов обеспечивает бесперебойную и продуктивную работу оборудования.

Источник

Инфузия

ИНФУЗИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В сфере композитов инфузия смолы – это процесс, в котором пустоты пористого материала заполняются жидкой смолой. Когда смола затвердевает, смесь отвердевшей смолы соединяет материалы в единый жесткий композит. Армирующими материалами может выступать любой пористый материал, совместимый со смолой. Типичные материалы – неорганические волокна (наиболее часто используемые – стекловолокно), органические волокна, такие как лен или сочетание волоконо с другими материалами, например вспененными материалами с закрытыми ячейками, бальзой или сотовыми конструкциями. Пористые материалы также можно инфузировать на поверхности непористых материалов, таких как листовые металлы. Смолы обычно – термореактивного типа, но термопластичные смолы также можно использовать для инфузии.

Ключевой частью процесса является удаление или выведение воздуха из пористого материала перед подачей смолы. Воздух необходимо вывести из пористого материала для того, чтобы смола заняла его место. Самым простым образом процесс можно разбить на следующие стадии:

Зачем использовать процесс инфузии?

Процесс инфузии смолы является экономичным методом производства высококачественных и высокопрочных композиционных изделий, количество которых составляет примерно несколько сотен идентичных деталей с одной матрицы в год, или крупногабаритные изделия, которые сложно или достаточно дорого производить любым другим методом.

Преимущества процесса инфузии

Какие есть ограничения по процессу инфузии?

Инфузия смолы должна рассматриваться как производственная технология “работа в прогрессе”. На данной стадии ее разработки, инфузия имеет ряд ограничений. Ограничения следующие:

Другие названия инфузии смолы и связанных вакуумных процессов

Существует несколько названий и акронизмов для процесса инфузии смолы или очень схожих процессов. Некоторые примеры:

Инфузия с одним уровнем вакуума с применением эластичного мешка более детально

Критические элементы процесса инфузии

Процесс инфузии смолы можно сократить до следующих элементов, с аспектами, выделенными заглавными буквами, которые являются критичными для получения успеха в процессе:

Источник