实验：真空辅助成型技术探究

1.实验目的

（1）学习真空辅助成型工艺的原理。

（2）掌握真空辅助成型工艺的操作方法和技术要点。

2.实验原理

真空辅助成型也叫真空导入、真空灌注、真空注射等。它是指在模具上铺增强材料（玻璃纤维、碳纤维或夹心材料等），然后铺真空袋，并抽出体系中的空气，在模具型腔中形成负压，利用真空产生的压力把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，揭去真空袋膜，得到所需的制品。该法采用单面模具（就像通常的手糊和喷射模具）建立了一个闭合系统。

真空辅助工艺能被广泛应用是有其理论基础的，即达西定律：

式中，t为导入时间；h为树脂黏度，从公式上可以看出所用树脂的黏度越低，所需导入时间就越短，因此真空导入所用的树脂黏度一般不能太高，这样可以使树脂能够快速充满整个模具；l为注射长度，指树脂进料口与出料口之间的距离，注射长度越长则所需的导入时间越长；ΔP为压力差，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为渗透系数，表征树脂对玻璃纤维或夹心材料等的浸润程度，k值大说明浸润好。因此为了使树脂在增强材料被压实的情况下方便地充满体系，一般会人为设置一些导流槽，比如在夹心泡沫上下打孔等。

真实辅助成型工艺示意如图4-1所示。

图4-1　真空辅助成型示意图

3.仪器及原料

（1）设备及辅料：真空泵、压力表、导流管、脱模布、导流布、真空袋、砂纸、脱膜剂、干燥箱、剪刀、钢尺、美工刀、胶水等。

（2）原料：树脂，真空导入工艺所用的树脂不能用普通的树脂来代替，它对黏度、凝胶时间、放热峰以及浸润性等有特殊的要求，具体可咨询树脂供应商。

（3）固化剂：如果是环氧树脂，要使用相应的专用固化剂；不饱和树脂常用的固化剂是过氧化甲乙酮。

（4）增强材料：一般常用的是玻璃纤维和碳纤维，具体要根据力学设计要求选择。选用增强材料时最好测试一下其渗透性。纤维在制造过程中选用的浸润剂和黏结剂会对树脂的浸润性产生影响，导致最终制品的力学性能有很大差异。

（5）夹心材料：依据制品的需要选用合适的夹心材料，一般常用的是Balsa木、PVC泡沫、PUR／PIR泡沫、强蕊毡等。

4.实验步骤

1）准备模具

和其他工艺一样，高质量的模具也是必备的。模具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 cm，便于铺设密封条和管路。

清理干净模具，然后在模具表面打脱模蜡或抹脱模剂。脱模剂的配制方法参考实验5。

2）胶衣面施工

根据制品要求选择易打磨胶衣，可以是邻二甲苯、间二甲苯或乙烯基苯型胶衣。用手刷和喷射的方法涂覆胶衣。

3）铺设增强材料

根据制品强度要求选择增强材料（玻璃纤维、碳纤维、夹心材料）。增强材料的选择对成型工艺来说是很重要的一步，虽然所有织物都可以用，但不同的材料和织造方法会影响树脂的流速。

4）铺设其他材料(www.xing528.com)

先铺上脱模布，然后铺导流布，最后铺真空袋。在合上真空袋之前，要仔细考虑树脂和抽真空管路的走向，否则会有树脂无法浸润的地方。铺设时要非常小心，避免尖锐物刺破真空袋。

5）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完，并检查整个体系的气密性。这一步很关键，如有漏气点存在，当导入树脂时，空气会进入体系，气泡会从漏气点向其他地方渗入，甚至有可能导致整个制品报废。

6）配制树脂

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。一般真空导入的树脂中含有固化指示剂，可以从颜色上来判断是否加了固化剂。

7）导入树脂

将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，注意导入树脂的量，必要时及时补充。

8）脱模

树脂凝胶固化到一定程度后，揭去真空袋，从模具上取出制品并进行后处理。

5.实验结果

（1）将相关实验数据记录在表4-2中。

表4-2　真空导入成型工艺数据记录

（2）记录实验过程中出现的现象，并分析出现此类现象的原因。

（3）根据实验过程及产品品质建立实验参数与产品质量的基本构效关系，并说明改进的方法。

（4）从不同角度对真空导入制品拍照，并将照片展示在报告中。

6.思考题

（1）真空辅助成型工艺有哪些优势？

（2）真空辅助成型工艺中哪些参数是影响制品质量的主要因素？

（3）真空辅助成型工艺对增强体、基体的要求是什么？

（4）真空辅助成型工艺可以与复合材料的哪些成型工艺联合使用？试推测其效果。