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1、 重庆大学FSAE方程式赛车车身碳纤维真空灌注成型工艺报告王玄重庆大学FSAE赛车队201X年XX月XX日一、 2013年车身制作总结2013年车身、座椅等采用的手糊工艺制作，总体来说效果不理想，主要有以下一些问题：l 工作量大；l 树脂挥发，工作环境恶劣；l 不能去除多余的树脂，导致车身树脂-纤维比过大，脆性大，且内部气泡含量多，机械性能差；l 树脂浪费量大，且用量不稳定，不同操作者、不同部件可复制性差；l 表面质量差，精度低，易起泡；l 光洁度差同时加大了后续打磨、上漆等美化处理程序的难度和工作量。同时，手糊工艺二、 2014年车身制作工艺选择2014年拟采用其他的成型工艺，其中可选方案主
2、要有：1. 预浸料热压罐法(Autoclave) 在模具上逐层干法铺贴预浸料复合材料，制袋密封，送入热压釜，先在袋内抽真空产生负压，加热至一定温度，高温下加高压固化。特点：精度高，纤维含量高，质量较好，但是需要热压釜，成本过高。2. 树脂膜渗透工艺(Resin Film infusion，RFI) 将预催化树脂膜放人模腔内，在其上覆增强材料，再用真空袋封闭模腔，抽真空并加热模具使模腔内的树脂膜融化，渗透到纤维层(一般是由下至上)，最后固化制得制品。特点：周期较长3. 树脂传递模塑成型工艺(Resin Transfer Molding，RTM) 将增强织物置于模具中形成一定的形状，再将树脂注射进
3、入模具、浸渍纤维并固化的一种复合材料生产工艺。以RTM为基础发展为VARTM和SCRIMP法。3.1 真空辅助树脂传递模塑工艺（Vacuum Assisted RTM，VARTM） 在RTM的基础上，在注射树脂前预先在腔内抽真空用注射机注入树脂（或者边抽真空边注射树脂）3.2 树脂浸渍模塑成型工艺(Seemann Composites Resin infusion Manufacturing process，SCRIMP) 利用薄膜将增强材料密封于单边模具上，完全借助于真空将低黏度树脂吸入，利用高渗透率介质沿增强材料的表面快速浸渍，并同时向增强材料厚度方向进行浸润的加工工艺特点：RTM 为闭模
4、压力注射，便于自动化操作，但同时高压力需要高强度、高刚度的双面模具和树脂压注机，以及具有较大合模力的设备，模具制造相对复杂，要求较高，成本也太高。 VARTM是在RTM的基础上结合抽真空工艺发展起来的，通过真空辅助改善模具型腔内树脂的流动性、浸渍性，更好地排尽气泡，再用注射机注入树脂，提高了树脂流动和浸润纤维的能力，提高了增强材料的含量；可使用相对较小的注射压力，减小了对模具和设备的要求，投资减小(对车队依然较高)；SCRIMP纤维含量高，制品力学性能优良；树脂浪费率低；产品性能的均匀性和重复性比开模产品好得多4. 真空袋工艺(Vacuum bagging ) 预先浸润增强纤维，在模具内铺好后
5、铺设真空袋，抽真空后在负压下固化成型特点：减少产品气泡；有效控制产品含胶量；均匀加压，产品的性能均匀5. 真空灌注成型Vacuum Infusion Process，VIP 真空灌注成型 (Vacuum Infusion Process，VIP)，也称为真空辅助树脂灌注成型技术(Vacuum Assisted Resin Infusion，VARI) ，是在RTM工艺基础上发展的一种新型高性能、低成本的复合材料制件的成型工艺，在航空航天、风电等领域受到广泛的重视。考虑到真空灌注工艺相对于之前的手糊工艺孔隙率低，缺陷少，有较高的制品密实度和层间粘接强度，因而有更高的机械性能和更轻的重量，而热压罐
6、法等对设备等要求较高，成本高，现阶段不适合车队使用；故综合质量、可操作性、经济性、车队条件等因素2014年拟采用碳纤维真空灌注成型工艺，三、 真空灌注成型工艺简介：1. 工艺过程是在高硬度、高表面质量的单面模具上干法铺贴增强材料（玻璃纤维，碳纤维，凯芙拉，夹心材料等，有别于真空袋工艺），然后铺真空袋材料（先铺上脱模布，接着是导流布，最后是真空袋），连接抽真空体系，并抽出体系中的空气，在模具型腔中形成较高负压，利用真空产生的压力把液态树脂通过预先设计并铺设的注胶管路压入纤维层中，让树脂浸润增强材料最后充满整个模具，制品固化后，揭去真空袋材料，从模具上得到所需的光洁制品。图1.真空灌注工艺2. 真
7、空灌注工艺优点：l 模具成本低，只需单面刚性模具，适用于设计大型、复杂外形l 更高的树脂纤维比，孔隙率低，缺陷少，更高的机械性能，更轻的重量l 减少树脂浪费，降低生产成本l 树脂用量稳定，易于控制；l 外形可控，尺寸精确，表面质量高，减少准备时间与维修次数，降低工作量l 挥发物少，不用预先浸润纤维，可操作性好，工作环境好3. 同时也应该注意以下问题：l 真空灌注工艺相对复杂，对操作人员要求较高。要求操作者熟悉工艺流程，掌握操作要领，了解可能产生的问题及解决方案；l 管路布置。真空灌注法要求合理布置真空管和树脂导入管，每个部件的真空管和树脂导入管的布置是不尽相同的，在铺层前就要充分考虑好；l 树
8、脂灌注一旦开始，就几乎不能采取任何措施来纠正错误。例如出现一点真空泄露时，即使是少量的气体进入也会导致整个产品报废，所以一定要精心准备。l 要有好的心态，熟练之前会有一些部件（或者不止一些）部件被毁掉。l 正式制作前，练习制作样块。关键是通过错误学习经验。4. VIP工艺用材料及设备、辅材n #M 01模具泡沫、02 模具胶衣（易打磨底胶、高光胶衣）、03模具树脂、04表面毡、05短切毡、06方格布、07封孔剂、08抛光剂、09洁模剂、10脱模剂n #C 01碳纤维、02灌注树脂、03固化剂、04强芯毡、05轻质结构芯材、06结构胶粘剂、n #HC 01脱模布、02隔离膜、03导流布、04真空
9、袋膜、05密封胶带、06快干喷胶、07真空管、08螺旋管、09弹簧夹钳、10 T型接头、11注胶座、n #G 01真空泵、02树脂收集器（含压力表、调压阀）、03胶衣喷枪、04抛光机、 05修边枪、06电子秤、07树脂桶、08配胶桶、09固化剂量瓶、10羊毛抛光盘、11美工刀、12滚轮、13手糊毛刷、14口罩、15橡胶手套注：#M-模具材料；#C-主要材料；#HC-真空耗材；#G-工具；详细参考：碳纤维 丙烯腈基机织斜纹6K炭布，连续毡； 玻璃纤维 连续毡优于短切毡；编织布优于方格布；有利于树脂流动和浸润纤维注意要选用无碱玻璃纤维表面毡30-40g/m2; 短切毡300-450g/m2; 方格
10、布0.4-0.45mm厚；快干喷胶 3M supper67 / 77或风电专用快干喷胶轻质芯材 夹层结构芯材的选择主要考虑三个方面的因素：力学性能（强度、刚度和密度）要求、工艺条件（承受的温度、制品形状、芯材的加工等）要求和价格。 PVC泡沫、PET、PMI、SAN或其他线性微孔封闭型塑料，芳纶NOMEX蜂窝具体选择可参考结构芯材选择强芯毡 推荐荷兰兰拓强芯毡 厚1.5-2.0-2.-5mm；树脂 力学性能抗拉、弯曲强度要高，耐腐蚀、耐疲劳性能要好具体可咨询树脂供应商。低粘度，凝胶时间，固化温度、放热峰，浸润性，韧性等有特殊的要求， 粘度 真空灌注用树脂粘度范围在0.10.8Pa.s，一般应在
11、0.120.4Pa.s，低粘度的树脂有利于灌注。凝胶时间在15-30min。 推荐乙烯基树脂，粘度约275，很适合真空灌注。另外（聚酯树脂 粘度475、环氧树脂900-975）放热峰 放热峰不能过高树脂选择可参考附件树脂系统真空袋 较好的延伸性、柔韧性、抗穿刺性； 推荐尼龙膜，聚丙烯膜脱模布 低孔隙率、低渗透率的薄膜材料； 如PE、PP多孔膜等带孔隔离膜 聚乙烯PE或聚丙烯PP；厚0.03mm，孔径0.8mm左右，孔间距5*5mm；密封胶带 高弹性、表面粘结性及耐温性，以丁基橡胶为基胶，添加补强剂、增粘剂等；导流布 铺层最上一层，位于脱模布之上，真空袋之下；尼龙或聚丙烯，面密度200g/m2真
12、空抽气注胶管 HDPE聚乙烯材质，12-16mm，螺旋管 一种聚乙烯塑料带子卷成的管子，可透过空气和树脂；有一定的抗压性能；T型接头 与进胶管匹配；注胶座 与螺旋管匹配，弹簧夹钳 五金市场购买，或用焊接平台用夹钳真空泵 抽速5L/s，真空度95%；树脂捕获器 密封性好，能承受压力,内涂脱模剂，放置接胶纸筒；流量调节器 超声波测漏仪 可考虑听诊器四、 真空灌注工艺重点问题及解决根据具体产品确认好使用的增强材料、夹芯材料、树脂系统；这是直接决定产品质量和性能的因素，必须多做了解，做好充分的准备 树脂：固化剂：促进剂的比例选择？需要常温固化；所以大都使用脂肪胺、聚酰胺等，ps：固化剂：促进剂的比例对
13、固化的具体影响？l 咨询商家，固化剂、促进剂用量越多，固化速度越快；l 色相越浅越好、透明度越高越好、杂质越少越好 固化时间多久比较好？l 固化时间随温度不同而变化。l 常温固化时间一般在24小时以上，加热条件下可适当缩短固化时间；l 但是要注意，加热固化之前要常温固化6小时以上，且要缓慢升温，不能过快，温度一般60-90； 灌注时间的控制l 树脂的粘度 树脂粘度越低，导入时间就越短，因此真空导入宜用低粘度树脂，这样可以使树脂快速充型；可以调节树脂固化剂、促进剂的量；l 注射长度 树脂注入口与抽气口的之间的距离，距离短则充型时间亦短。l 压力差 体系内与体系外压力差越大，对树脂驱动力越大，树脂
14、流速越快，充型时间亦短。l 渗透性 玻纤、碳纤、夹心材料等对树脂浸润越好，渗透性越好；多向毡要比方格布，短切毡易被树脂浸润。l 灌注时间随工件大小而定，工件越大，时间越长。一般大小工件灌注时间约为5-10分钟（从开始导入时计时）； 车身设计l 做好流线造型，空气动力学效果好，较好的A级曲面也便于制造；避免尖角，复杂结构；l 考虑复杂结构、卷边、特殊连接等的实现 车身分块的问题ps：分块时要注意的问题？如何分块？ 模具如何分块？l 分块要有利于模具设计和制作l 有利于车身灌注成型；l 要有合适的安装点；l 分块要方便车身拆装；l 分割线尽量美观，有较好的视觉效果；可参考汽车的车身分割线； 真空灌
15、注时树脂流动的死角解决方案ps：有哪些具体的解决方法？l 改变配比、提高温度等，提高树脂流动性l 铺设导流布；l 添加树脂导入口；l 改变注胶管铺设方法；l 芯材开槽、模具开槽；l 利用重力，改变模具放置方法 灌注过程发生漏气时解决方案？l 夹紧抽气管，关闭真空泵，快速查找漏气原因并修正；l 在密封胶旁边补一条通气缠绕管,把气引到抽气口,避免进入到产品上； 导入方式的选择线性导入、多边导入、外围导入、中心导入；多点导入、从底部导入；多点导入由底部到顶部导入，避免气泡产生树脂桶最好低于模具最低点 夹层结构芯材的选择l 抗压强度要满足要求l 灌注用芯材最好是轻质高强的结构芯材，如巴沙木，PMI结构泡沫，也可考虑PVC结构泡沫、NOMEX芳纶蜂窝、铝蜂窝等夹芯材料， 芯材开槽与开孔l 窄且深的沟槽，窄的槽间距20mm；l 孔径2mm；孔间距小如50mm； 车身与车架的连接怎么方便快速装拆？合理布置安装点
