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1、真空导入工艺的介绍在目前的材料中， 复合材料因其质轻高强而被广泛应用。针对复合材料的制造工艺也在不断的提高和创新。由起初的手糊，发展到机械化的喷射，拉挤，模压等工艺，都现在兴起的真空导入工艺， 与真空导入相关的工艺还有树脂传递模塑（RTM) ， 真空辅助RTM (VARTM)，真空袋压，SCRIMP,SRIM(Structural Reaction Molding),RTI(resin film infusion).但都有一些差别，很多文章中都介绍过，这里就不赘述了。1.真空导入工艺（Vacuum infusion process,VIP) 真空导入工艺（Vacuum infusion pro
2、cess) ，简称 VIP ，在模具上铺 “ 干” 增强材料（玻璃纤维，碳纤维，夹心材料等，有别于真空袋工艺），然后铺真空袋，并抽出体系中的真空，在模具型腔中形成一个负压，利用真空产生的压力吧不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中，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制品。 VIP 采用单面模具（就象通常的手糊和喷射模具）建立一个闭合系统。真空导入工艺公诸于世很久了， 这个工艺在1950 年出现了专利记录。然而，直到近几年才得到了发展。由于这种工艺是从国外引入，所以在命名上有多种称呼，真空导入， 真空灌注， 真空注射。2理论真空导入工艺能被广泛的应
3、用，有其理论基础的，这就是达西定律（Darcy s Law ）t =? 2h/(2 kDP ) t 是导入时间，由四个参数来决定。h-树脂粘度，从公式上可以看出所用树脂的粘度低，则所需导入时间就短，因此真空导入所用的树脂粘度一般不能太高。这样可以使树脂能够快速的充满整个模具。?-注射长度， 指的树脂进料口与到达出料口的之间的距离，距离长当然所需的时间亦长。DP-压力差 , 体系内与体系外压力差值越大，对树脂的驱动力也越大，树脂流速越快，当然所需导入时间也越短。k= 渗透性， 指玻纤， 夹心材料等对树脂浸润好坏的参数。k 值大说明浸润好，象连续毡，多向毡要比方格布，短切毡易被树脂浸润。因此为了使
4、得树脂在增强材料被压实的情况下能方便的充满体系，一般会人为设置一些导流槽，比如在夹心泡沫上下打孔等。3 优势在通常的手糊工艺(hand lay-up)中, 增强材料铺于模具中, 采用刷子，辊子或其它方式手工浸润增强材料。 另外一种改进的方法是使用真空袋吸出手糊时积层中多余的树脂。这样提高的玻纤含量，得到更高强度和更轻的产品， VIP 相对于传统的工艺具有很多优势。如图以手糊，真空袋和真空导入为例。在力学性能上真空导入占有明显的优势。由此可以看出真空导入的优势a 更高质量制品： 在真空环境下树脂浸润玻纤，与传统制造工艺相比，制品中的气泡极少。体系中不留有多余的树脂，玻纤含量很高， 可达到时70%
5、，甚至更低。 所得制品重量更轻，强度更高。批与批之间也非常稳定。b 更少树脂损耗：用VIP 工艺，树脂的用量可以精确预算，对于手糊或喷射工艺来说，会因操作人员的多变性而难于控制。VIP 可以使得树脂的损耗达到最少，更重要的是，这样可以节约成本。c 树脂分布均匀：对于一个制品来说，不同部分的真空产生的压力是一致的，因此树脂对玻纤的浸润速度和含量趋于一致。这个对于重量要求稳定的FRP 制件来是很关键的。d 过程挥发更少：生产过程中没有刷子或辊子之类，不会造成树脂的泼洒或滴落现象发现，更不会有大量的气味出现。所以它能提供一个干净、安全和友好的工作环境, 保护操作者的身心健康。e使用单面模具：仅用一面
6、模具就可以得到两面光滑平整的制品，可以较好的控制产品的厚度。节约模具制造成本和时间。正因为用VIP 工艺所做产品有如些的优点，最早应用于航天航空等特种领域，后来慢慢应用于高要求的民用产品。VIP 工艺的应用领域1）船艇工业 -船体，甲板，方向舵，雷达屏蔽罩2）风电能源 -叶片，机仓罩3）体育休闲 -头盔，帆板4）汽车工业 -各类车顶，挡风板，车厢5）建筑领域 -建筑物顶部件，建筑模板6）农业和园艺 -粮仓圆盖，农机保护盖411 树脂当准备开始真空导入的试验时，首先要选用合适的树脂，是环氧树脂还是不饱和聚酯树脂。真空导入工艺的树脂，不能用普通的树脂来代替，它对粘度，凝胶时间，放热峰，浸润性等有特
7、殊的要求，具体可咨询树脂供应商。412 固化体系如果是环氧树脂，要使用其相对应的专用固化剂；不饱和树脂常用的固化剂是过氧化甲乙酮。不同的厂家其质量是不一样的，选用时对其评价，不能因为用量少的材料而影响到整个制品的质量。413 增强材料增强材料一般常用的是玻璃纤维和碳纤维。比如连续毡，复合缝边毡，单布等，具体要根据力学设计。选用时最好做一下实验，渗透性如何，因为纤维在制造过程中选用的浸润剂，粘接剂的不同对树脂的浸润会不一样，导致最终制品的力学性能会有很大的差异。414 夹心一般常用的是木板，Balsa 木，PVC 泡沫， PUR 泡沫，强蕊毡等。依据制品的需要选用合适的夹心材料。415 设备、辅
8、材真空泵，接口，压力表，导流管，脱模布，导流布，真空袋等等。真空导入工艺用所的材料不是随随便便拿来就能用，每种材料都要经过实验加以确认，以此判断是不是适用。这里就不详细阐述，作为专题在以后的文章中讨论。4 2 VIP 工艺流程然后要了解材料如何使用和如何安排。为了解说方便，我们以如所例示意图为例子。第一步：准备模具和其它积层工艺一样，对 VIP 来说高质量的模具也是必须的。表面要有较高的硬度和较高的光泽，并且模具边缘至少保留15 厘米，便于密封条和管路的铺设。对模具进行清理干净，然后打脱模蜡或抹脱模水。第二步： 施工胶衣面可以根据制品的要求，可以用产品胶衣和打磨胶衣，选用类型有邻苯，间苯和乙烯
9、基。用手刷和喷射的方法施工胶衣。第三步：增强材料铺设选用增强材料-玻璃纤维，碳纤维，夹心材料这要依据制品强度要求来定。选择增强材料对积层工艺来说是很重要的一步，但对于VIP 要多考虑几点。虽然所有织物都可以用，但不同的材料和织法会影响树脂流速。第四步：真空袋材料铺设先铺上脱模布，接着是导流布，最后是真空袋。在合上真空袋之前，要仔细考虑树脂和抽真空管路的走向，否则有的地方树脂会无法浸润到。铺设时要非常小心，以免一些尖锐物刺破真空袋。第五步：抽真空铺完这些材料后，夹紧各进树脂管，对整个体系抽真空，尽量把体系中空气抽空，并检查气密性，这一步很关键，如有漏点存在，当树脂导入时，空气会进体入体系，气泡会
10、在漏点向其它地方渗入，甚至于有可能整个制品报废。第六步：配树脂抽真空达到一定要求后，准备树脂。按凝胶时间配入相应的固化剂， 切记不能忘加固化剂，否则很难弥补。 不过一般真空导入树脂含有固化指示剂，可以从颜色上来判断是否加了固化剂。第七步：导入树脂把进树脂管路插入配好的树脂桶中，根据进料顺序依次打开夹子，注意树脂桶的量，及时补充。第八步：脱模树脂凝胶固化到一定程度后，揭去真空袋材料。从模具上取出制品并进行后处理。5结语当然任何一个工艺不可能是十全十美的，目前来说VIP 所需 的一次性耗材很大一部分需要进口，提高材料成本， 但这部分可以减少树脂用量上得到平衡。另外对操作人员的技能要求更高。每一过程
11、都仔细按步骤做好才能进入下一步的操作，否则会造成不能逆转的损失。所以这种工艺目前用在附加值高的FPR 部件和制品中，如体育用品配件， 游艇，风力发电叶片等。但人们对更高性能材料的大量需要，真空导入工艺正被越来越多的人认识和采用材料简介环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。应用特性1、形式多样。各种树脂、固化剂、改
12、性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。2、 固化方便。 选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0180 温度范围内固化。3、粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。4、收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2% ）。5、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。6、
13、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。7、化学稳定性。 通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。8、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。9、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。类型分类根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：1、 缩水甘油醚类环氧树脂2、 缩水甘油酯类环氧树脂3、 缩水甘油胺类环氧树脂4、 线型脂肪族类
14、环氧树脂5、 脂环族类环氧树脂复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A 型环氧树脂）为主。其次是缩水甘油胺类环氧树脂。1、 缩水甘油醚类环氧树脂缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。（1）二酚基丙烷型环氧树脂二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成。工业二酚基丙烷型环氧树脂实际上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多数的分子是含有两个环氧基端的线型结构。少数分子可能支化，极少数分子终止的基团是氯醇基团而不是环氧基。 因此环氧树脂的环氧基含量、氯含量等对树脂的固化及固化物的性能有
15、很大的影响。工业上作为树脂的控制指标如下：环氧值。 环氧值是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标，工业环氧树脂型号就是按环氧值不同来区分的。 环氧值是指每100g树脂中所含环氧基的物质的量数。环氧值的倒数乘以100 就称之为环氧当量。环氧当量的含义是：含有1mol环氧基的环氧树脂的克数。无机氯含量。 树脂中的氯离子能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化，同时也影响固化树脂的电性能，因此氯含量也环氧树脂的一项重要指标。有机氯含量。 树脂中的有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。挥发分。粘度或软化点。（2）酚醛多环氧树脂酚
16、醛多环氧树脂包括有苯酚甲醛型、邻甲酚甲醛型多环氧树脂，它与二酚基丙烷型环氧树脂相比，在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化后产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。它们是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成的。（3）其它多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂这类树脂中具有实用性的代表有：间苯二酚型环氧树脂、间苯二酚-甲醛型环氧树脂、四酚基乙烷型环氧树脂和三羟苯基甲烷型环氧树脂，这些多官能缩水甘油醚树脂固化后具有高的热变形温度和刚性，可单独或者与通用E 型树脂共混，供作高性能复合材料（ACM ）、印刷线路板等基体材料。（4）脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂脂族多元醇缩水甘油醚分子中含有两个或两个以上的环氧基，这类树脂绝大多数粘度很低；大多数是长链线型分子，因此富有柔韧性。2、其它类型环氧树脂（1）缩水甘油酯类环氧树脂缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好；反应活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好；电绝缘性好；耐气候性好，并且具有良好
