Вакуумная инфузия

Оборудование и материалы для вакуумной инфузии.

Метод вакуумной инфузии предназначен для изготовления деталей из полимерных композитов. Технология обеспечивает равномерную пропитку армирующего материала, позволяет сократить время производства за счет объединения двух процессов. Технология позволяет получать тонкостенные изделия с высокими механическими характеристиками.

Оборудование и материалы

В качестве основы изделий используют стеклоткани, базальтовые волокна, углеродные ткани. Это нерастяжимые материалы с отличными армирующими свойствами. Существуют комбинированные ткани, сочетающие характеристики нескольких составляющих. Связующим выступают смолы: эпоксидные, полиэфирные и другие. Тип пропитки подбирают с учетом требований к параметрам готовой продукции и характеристик технологического процесса.

Оборудование для вакуумной инфузии состоит из следующих узлов:

• База. Основа установки - матрица из смолы для вакуумной инфузии, имеющая вид платформы. Отбортовка базы влияет на процесс подачи смолы и, соответственно, на качество композита.
• Вакуумный насос. Устройство откачивает воздух из системы, создает разряжение. Его работа обеспечивает прижатие материалов матрицы, всасывание связующего вещества.
• Емкость для сбора смолы. В резервуаре скапливается избыток связующего. Емкость необходима для защиты оборудования от загрязнения смолой.
• Трубопроводы. В конструкции используются трубки из термостойких материалов, химически инертных по отношению к смолам.
• Вакуумная плёнка. Материалы изготавливают под форму матрицы, но большего размера. Пленка устойчива к нагреванию свыше +100 ˚С, выдерживает растягивающие нагрузки.

Характеристика и конструкция деталей, которые можно изготовить данным методом

За один рабочий цикл аппарат изготавливает только одну деталь. Толщина стенки изделия может составлять от 0,3 до 20-25 мм с точностью 0,3-0,5 мм. Минимальный внутренний радиус - 3 мм.
Метод инфузии позволяет выполнить поднутрение, но не подходит для добавления отверстий, ребер жесткости, бобышек, заформованных надписей. Возможна запрессовка металлических вставок.

Процесс инфузии стеклопластика и других композитов

Математическое моделирование

С помощью программ трехмерного моделирования создаётся образ будущего изделия. В процессе работы над проектом необходимо определить оптимальные параметры инфузии, подобрать комплектующие для оснастки оборудования, рассчитать расход ткани и связующего. Подготовка матрицы

Матрицу изготавливают из химически инертных материалов, устойчивых к нагреву. Элемент полностью повторяет форму будущего изделия. Матрица должна быть сплошной, без поверхностных повреждений, швов. Любой дефект на поверхности может стать причиной появления воздушного пузырька или снижения давления вакуумизации. В конечном итоге это ухудшает качество. Дефекты на матрице также влияют на привлекательность готового элемента.

На этапе подготовки оснастку чистят, покрывают смазкой, которая позволит легко снять изделие после охлаждения. При необходимости наносят гелькоут. Обработка гелькоутом придает композитам повышенную устойчивость к воздействию ультрафиолета, морской воды, химически активных веществ. Укладка ткани

Армирующие полотна раскраивают по проекту, укладывают слоями. Технология вакуумной инфузии позволяет использовать специальные клеевые спреи для фиксации тканей. Слои укладывают до достижения проектной толщины стенки. Оператор должен учитывать направления волокон, чтобы элемент получил расчетную прочность и жесткость.

Выкладка технологического слоя

Поверх армирующей ткани укладывают вспомогательные материалы. Система состоит из следующих слоев:

• Жертвенная ткань. Полотно изготавливается из материала, не липнущего к смоле. Функция "жертвенной" ткани заключается в разделении армирующих слоев и оснастки, выравнивания поверхности, сохранение чистоты оборудования. Покрытие укладывают в один слой. После завершения процесса ткань удаляют.
• Дренажная сетка. Материал необходим для отвода воздуха. Сетка обеспечивает равномерное распределение связующего, настилается в один слой.
• Вакуумные линии и каналы подачи смолы. В системе используют экструдированные или спиральные трубки. С помощью вакуумной линии не только откачивают воздух, но и удаляют излишки связующего. Трубки укладывают строго по схеме. Отклонения от проекта - одна из главных причин заводского брака.

Герметизация формы

На подготовленную основу укладывают специальный герметизирующий слой для вакуумной инфузии с модулем растяжения не менее 400 %. Материал распределяют по поверхности, повторяя все изгибы. Пленка должна быть примерно на 30-40 % больше, чем площадь изделия, чтобы плотно прилегать к основе. В местах, где покрытие не соприкасается с формой, образуются участки скопления смолы, что ухудшает характеристики композитной детали.

После укладки пленки-мешка включают вакуумный насос. Из формы откачивают воздух с контролем показателей по вакуумметру. Время выдержки составляет 15-45 минут. Если за это время давление в рабочей зоне повысилось, необходимо искать место утечки и восстанавливать покрытие. Пока форма не будет полностью герметичной, подавать внутрь смолу не рекомендуется. При наличии утечки в армирующем материале образуются поры, которые снижают прочность. Увеличение степени пористости на 1 % уменьшает прочность приблизительно на 10 %.

Подача смолы

Под воздействием вакуума смола поступает по трубкам в рабочую камеру, заполняя все пустоты между оснасткой и герметичной пленкой. Связующее пропитывает все рабочие слои: армирующую ткань, жертвенную ткань и дренажную сетку. Когда основа заполнена полимером, начинается процесс отверждения. После этого снимают вакуумную пленку и технологический слой. Деталь готова к дальнейшей обработке.

Преимущества и недостатки метода

Преииущества вакуумной инфузии

• изделия сгладкой поверхностью, отсутствием пустот и высокими показателями прочности;
• изготовление цельных больших деталей без деления на составные части;
• экономия связующего при высокой однородности пропитки;
• снижение веса изделия за счет рационального использования материала;
• изготовления прочных тонкостенных элементов;
• производство деталей сложной формы с гладкой поверхностью;
• минимальный контакт оператора с токсичными реагентами.

Недостатки:

• трудоемкость метода;
• особые требования к квалификации операторов;
• малый перечень допустимых наполнителей.

Технология вакуумной инфузии в производстве композитов пока редко используется для выпуска крупных серий и применяется в основном для изготовления особо ответственных деталей в ограниченном количестве. Метод применяют для изготовления корпусов водного транспорта, летательных аппаратов. Возможно, с появлением более дешевых армирующих материалов технология станет доступной для массового производства.