雙層真空袋滲透工藝

2022-12-27 19:27:04 字數 3219 閱讀 5491

雙層真空袋的是一種基於並高於單真空袋工藝的工藝。雙層真空袋滲透工藝兼具了提高滲透物體強度、減重、降低孔隙率,增加纖維含量的四大優勢。在進行雙層真空袋滲透技術時,它的兩個真空袋肩負著不同的功能,是分別操作的。

首先,內袋負責將的氣體排盡,然後利用外袋壓實。

圖1:sybo複合材料公司使用的雙層真空袋滲透圖示

雙層真空套袋被首次使用可以追溯到20世紀80年代,旨在使用它減少孔隙度,及增加預浸料和濕法手糊製件的機械效能。最近,美國航天局和波音公司紛紛將這一基本原理應用於真空輔助樹脂傳遞模塑(vartm)和滲透工藝,製備出具備航天品質的低壓固化材料。而前洛克希德馬丁航空複合材料程序經理羅素通過長達15年的雙層真空袋樹脂滲透工藝的實驗終獲成功,並將這一成果廣泛推廣到各公司,包括sybo複合材料公司(sybo composites,佛羅里達州聖奧古斯丁,)和國際空軍指揮公司(air command international,德克薩斯州卡多公尺爾斯)。

據使用者反饋說,該工藝效果十分理想,製備的製件更輕、更堅固。

工藝原理:

原理是是將兩個獨立的真空包裝袋,乙個內袋包裹在加工的製件外,再用外袋密封內袋。在兩層真空袋之間有一層單獨的排氣層。羅素解釋道:

「否則他們會倒吸了起來,連成乙個袋。」當然還取決於加工的物體的材質,僵硬還是柔韌的材質。此外,操作者還需要把握好何套袋。

以及每個袋子的真空量。但羅素認為,該工藝的關鍵在於必須將兩個真空袋的主要功能區分開來,在操作時,首先,內袋負責將的氣體排盡,然後利用外袋壓實。並且按照這個程式操作的人都反饋獲得理想的材料質量。

工藝特點:更輕,更強,更便宜

雙層真空袋滲透工藝最近的乙個應用案例是在軍事上,用於製造組合箱梁結構。空軍指揮國際公司(aci)創始人道格史密斯說,採用雙層真空袋滲透工藝使得我們的產品「滿足並大大超出客戶對重量規格、強度和剛度要求。」aci為客戶製造的產品的最終重量為6.

4 磅/2.9千克,而客戶的要求為11.6 磅/5.

3kg千克。該製件是採用巴頓馬丁公司提供的6-oz/yd2(203公克)的2x2碳纖維斜紋布,6-oz/yd2 3k的碳纖維平紋布,以及innegra纖維公司製備的3oz/yd2(102公克)碳纖維布作為閉孔泡沫加芯的外包材料,再由倒流介質將外層連線到真空袋。aci公司對這個三明治結構材料進行滲透處理,採用的是最新開發的4505室溫固化增韌環氧樹脂進行滲透。

該製件(重約35磅/16公斤)已經順利通過48 英呎/1.2公尺的跌落測試。

可以說是雙層真空袋滲透工藝實現了更高的纖維樹脂配比比例。 史密斯說:「我們進行了大量的內部測試,尋找最適合我們的處理方法。

」此外,只有通過實驗,才能最終獲得準確的樹脂量,這樣才會避免生產過程中的樹脂浪費。

圖3:sybo複合材料公司的一款超輕型18英呎/5.5公尺的奇特姆小船,由於採納了雙層真空袋滲透

工藝製備船體,因此重量減到260 磅/118千克。

aci製備的大多數製件尺寸較小,大約在4英呎到8英呎(1.2公尺到2.4公尺)之間,但最近他們還利用該工藝為sybo複合材料公司製備了一款超輕型18英呎/5.

5公尺的奇特姆小船的船體。以前,該船身都是採用單層真空袋滲透的,但sybo公司決定啟用雙袋滲透,如他們的首席執行官達納格林伍德說:「因為如果我們製備的結構越輕,船就越能夠進入到普通船體無法涉入的淺水區進行捕魚。

原先該型號的船體重達320磅/145千克,通過優化芯材結構和其他材料之後,重量下降到280磅/127公斤。」 而雙層真空袋滲透工藝使我們能夠達到260 磅/118千克,並且不會增加因一味為了達到減重,而減少材料致使效能受損。

sybo公司還注意到另乙個好處,即在壓實不夠充分的地方放置增強器是該工藝的關鍵之處。增強器是一種有機矽橡膠,插在容易發生樹脂淤積和袋袋容易發生橋接的內外袋之間的位置。sybo公司使用的真空袋是由美國airtech提供的 l - 100型真空包裝膜,該材料擁有大型滲透專案所必須的超過350%的伸長率和強大的韌性。

圖4:長18英呎的船體正在進行雙層真空袋滲透準備,內部剛鋪裝好一層內袋用於真空滲透

sybo公司還使用亞什蘭公司(美國俄亥俄州哥倫布市)的ame 6001乙烯基酯樹脂,和endurance公司的環氧樹脂以及巴頓馬丁和歐文斯科寧復合纖維材料進行樹脂滲透。格林先生提示說:「在加工過程中,我們一直保持了19英吋以內的汞柱真空壓力,為的是避免樹脂氣體釋放。

」因為高耐熱性苯乙烯樹脂傾向於在那個壓力發生「煮」的現象。「而這看上去就像真空袋發生漏氣一樣,但是並非如此。」滲透過程中降低真空袋中的壓力可以幫助減少此類問題發生的可能性。

要達到減少內袋真空壓力的目標只有通過推動樹脂以實現完全浸潤。然後再使用外袋進行壓實,以減少材料向周圍移動和樹脂蒸發的風險。

雙層真空袋解決更多的工藝難題

使用雙層真空袋滲透工藝加工乙隻20英呎的船體時,通常先從龍骨位置開始,然後採用垂直的供給線路使樹脂慢慢向外流動,以最終實現從頂部到邊緣的全面浸潤。通常最終在船體底部會聚集豐富的樹脂,或者當把船體側翻過來上端部分會比較乾燥。同樣,如果樹脂向前流動時,可以將真空壓力轉化成靜水壓力。

真空壓力會對滲透物件的厚度產生影響,抽真空後,你會發現製件變得較厚,而且已經沒有真空壓力了。

即使袋內完全真空,內部壓力差也有可能超過15英吋汞柱比4 ft/1.2m。換句話說,即使在幫浦真空計讀29至30英吋汞柱的情況下,袋子壓力還是會下降。

而雙層真空袋便能克服這一點,因為外袋的流體動力學不會產生任何影響,它的功能純粹是為了壓實內袋。外袋的壓力是內袋所不能替代的,因此它是避免吹袋和確保製件厚度均勻的最廉價的方式。

圖4:套上外袋的製件,準備進行獨立的抽真空。

滲透過程的控制要求

操作者在使用過程中必須密切注視滲透過程和環境變數。很少有操作者意識到大氣壓力的變化可以改變滲透的效果。關鍵就在於根據製件的材料,並結合給定的環境和滲透位置,計算出平均氣壓應為多少。

例如,如果你所製備的部件需要980毫巴[28.9英吋汞柱]的壓力才能達到規定的纖維量,並且你知道在操作過程中袋內的平均壓力為965毫巴[28.5英吋汞柱],那麼你很可能不會保持標準一致。

此外,使用普通的真空計是不可能精確測量出袋內的真空的差異的。必須使用絕對壓力表,它能幫助給出0.001英吋汞柱內確切的壓力數字。

不同於撥號式真空計,絕對壓力表不排氣,不會產生延遲,因此可以更準確的觀測到壓力的動態變化。

圖5:外袋進行密封抽真空。

同樣地,環境溫度和濕度的變化,以及樹脂和滲透物件溫度之間的任何差異,都會改變樹脂的流動,使其無法達到滲透效果的均勻性。而三明治結構中的芯材部分和加固材料必須與外界隔絕,特別是與濕氣隔絕,或者是在滲透前先烘乾,以避免在滲透和固化中釋放氣體。連光都會導致公升溫,甚至只有那麼一點點光線都會加快樹脂的反應。

因此,如果你的測試環境光線充足,那麼最好轉移到乙個燈光昏暗的環境中載執行完整的滲透測試,不然你不會得到理想的測試結果。