Технология вакуумной инфузии (инжекции)

*

Процесс вакуумной инфузии или инжекции (ВИ) это технология изготовления композитного материала, которая использует силу вакуумного давления для ввода смолы в ламинат. Эта технология используется для изготовления деталей из стеклопластика и углепластика. Размеры детали могут быть от небольших, с площадью поверхности менее 1 кв.м. до крупных деталей, например корпусов яхт. Технология рекомендуется к использованию при изготовлении единичных деталей или малых тиражей.

Кратко, суть метода заключается в следующем: материалы будущего композита выкладываются в сухом виде в оснастку, затем накладывается вакуум, до ввода смолы. Как только достигается полный вакуум, смола засасывается в ламинат по специальным трубкам. В процессе используется набор вспомогательных материалов и инструментов.

В привычной технике открытого (ручного) формования армирующие слои закладываются в оснастку, затем на них с помощью кистей и валиков наносится смола (связующее), количество которой достаточно велико. Предлагаемый метод вакуумной инфузии, благодаря использованию вакуума, не позволяет лишней смоле попасть в ламинат. Этот метод значительно улучшает соотношение волокно-смола в ламинате, в результате чего получает более жесткое и легкое изделие. Метод вакуумной инфузии требует опыта в области композитных материалов, делая процесс создания ламината еще более совершенным.

Преимущества вакуумной инфузии

Метод предлагает ряд усовершенствований по сравнению с вауумированием и традиционной техникой открытого формования. Стоит отметить следующие:

* Лучшее соотношение волокно-смола
* Меньший расход смолы
* Удобная и простая работа со смолой
* Неограниченное время подготовки и укладки армирующих тканей
* Чистота

Cоотношение волокно-смола при использовании инфузии лучше, чем при вакуумировании. При открытом формовании количество использованной смолы обычно составляет до 100% от веса ткани (армирующих веществ). Смола сама по себе непрочная, поэтому большое ее количество в изделии делает его более уязвимым. Метод вакуумирования значительно улучшает это соотношение, но всё же, не делает совершенным, что может привести к определенным проблемам с изделием.

Выкладка слоёв будущего ламината в сухом сотоянии

При вакуумировании на начальном этапе используется техника открытого ручного формования, поэтому сначала ламинат находится в пересыщенном смолой состоянии. Давление вакуума выводит часть смолы, но количество выведенной смолы зависит от многих факторов: тип армирующих веществ, смолы, времени, и других.

Метод вакуумной инфузии использует другой подход, при котором вакуум накладывается в то время, когда ламинат еще не пропитан смолой. В отличие от других методов, при которых сначала наносится, а потом удаляется лишняя смола, инфузия впускает в ламинат только необходимое количество смолы. В случае попадания излишней смолы, она выйдет в вакуумную линию. В результате, снижается вес, увеличивается жесткость, свойства смол и армирующих веществ используются в полной мере. Детали, сделанные по методу вакуумной инфузии, могут достигать уровня препрега по количеству смолы в ламинате.

Метод позволяет предсказывать и точно вычислять какое количество смолы будет использовано. В то время, как при ручном формовании количество использованной смолы зависит от человеческого фактора. Это очень важно, в особенности, при формовании крупных деталей. Общий расход и отходы смолы значительно ниже, и как следствие деталь дешевле.

Время выкладки больших поверхностей не ограничено. Вакуумная инфузия предоставляет еще одно преимущество – время. Обычная проблема, которая встает при открытом формовании временной фактор. Многие смолы имеют время жизни около 30 минут, иногда до 5 часов. Смолы с длинным времени жизни, кроме того, отсрочивают время готовности детали (полной полимеризации). Но, в любом случае, временной лимит очень важен при техниках открытого формования. Выкладка больших деталей может занимать значительно больше двух часов. И даже маленькие детали могут создать сложности из-за общего ограничения времени работы со смолой.

Подготовка ламината при вакуумной инфузии не ограничена по времени, так как вакуум накладывается на сухую деталь. После того, как наложен вакуумный пакет, утечки могут быть спокойно обнаружены и устранены. Если ламинат лежит не так, как нужно, то можно поправить его, сняв вакуум. Никаких временных ограничений нет, до тех пор, пока не принято решение о вводе смолы.

Приклейка вакуумного пакета по периметру изделия.

Не менее важно то, что инфузия очень чистый процесс. Нет нужды в кистях, валиках, смола не разливается и не разбрызгивается. Работник не пачкает одежду и руки, не нужен респиратор, так как нет вредных испарений смолы. Процесс инфузии намного чище, безопасней и предлагает лучшие "дружественные" условия работы. Тем не менее, необходимо работать в хорошо проветриваемом помещении и использовать респиратор в момент смешивания смолы и процесса ввода его в ламинат (при работе с эпоксидными смолами необходимо использовать противогаз, респератор используется для защиты от пыли {прим.редактора}).

Потенциальные трудности

Как любой процесс создания ламината, вакуумная инфузия имеет недостатки. Приняв решение об использовании этой техники в первый раз, необходимо помнить следующее:
* Процесс налаживания не сложный, но требует навыков
* Деталь легко испортить
* Следует приготовиться к пробам и ошибкам

Несмотря на то, что время подготовки не ограничено, она (подготовка) достаточно сложная. Необходимо сделать подвод вакуума и входы смолы, а также разведение смолы по изделию. Размещение вакуумных и смоляных линий на разных деталях производится по-разному, и нет единой методики по их установке. Эти решения должны быть приняты до выкладки армирующего вещества в оснастку. Неверные расчеты могут привести к порче изделия.

Следующая трудность является следствием предыдущей. Обычно, когда процесс пропитки смолой начался, исправить что-либо уже невозможно. Например, если в вакууме есть утечка, то даже небольшое количество воздуха, попавшее в ламинат, может стать критическим для детали. Это может привести к нарушению распределения смолы, сухости, или полной остановке смолы. Наилучший способ избежать ошибок – внимательно планировать работы.

Начиная работать с инфузией нужно настроиться на то, что одна или несколько деталей будут испорчены прежде, чем получится хороший результат. Фиксация на бумаге каждой попытки, ее результатов и процесса, поможет сделать правильные выводы из ошибок. Наблюдение за процессом пропитки поможет понять, почему смола не проникает в отдельные участки. Казалось бы, малейшие изменения могут привести к совершенно другим результатам. Прежде, чем переходить к крупным объектам с большим количеством линий вакуума и смолы, рекомендуется провести практику и обучение на малых деталях. Для производственной среды рекомендуется 6-месячный период на внедрение и эксперименты.


*


ДОПОЛНИТЕЛЬНО:

Пути повышения качества деталей из ПКМ при вакуумном формовании

* Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии (патент РФ № 2488612)

* Устройство трансферного формования полимеров (rtm), способ rtm формования и полуфабрикат формованного изделия (патент РФ № 2551517)

* Технология изготовления крыла модели радиоуправляемого планера "Стриж-5"


*


к оглавлению