为什么考虑采用可循环使用的真空袋?

2014-03-24  来源1:复材在线 作者:复材在线 浏览次数:4183 收藏  |  分享

在2004 年~2006 年间,成型硅胶生产商开始提供基于铂固化(添加法)、粘度适于喷射成型的双组分硅胶体系。复合材料行业开始渐渐从这种新的硅胶技术中受益。而且这种技术可以使真空袋实现循环利用。在过去的几年中,这种可循环...
在2004 年~2006 年间,成型硅胶生产商开始提供基于铂固化(添加法)、粘度适于喷射成型的双组分硅胶体系。复合材料行业开始渐渐从这种新的硅胶技术中受益。而且这种技术可以使真空袋实现循环利用。在过去的几年中,这种可循环使用的真空袋(RVB)已经非常受欢迎。

今天,该技术有望促进行业健康发展、降低模具成本、节省可观的人力成本,并且其材料浪费与传统技术相比几乎微不足道。

复合材料成型技术

复合材料的成型技术有很多种。比较普遍采用的是开模手糊成型法,即将纤维毡铺放在涂有胶衣的模具上,在开模状态下通过刷子和棍子手工成型。在生产大型面制品时会采用喷射成型,将树脂喷在型面上,然后工人将纤维压实以去除气泡。这些工艺都意味着在成型过程中,有机挥发物(VOC,通常为苯乙烯)浓度非常高。这对于生产工人来说非常有害。而且世界上很多国家都制定了很高的工作环境暴露限量,使得整个生产环境得到改善。

图1 为传统的喷射成型操作现场。

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闭模成型包括树脂注射成型、真空浸渍成型和模压成型。这些方法都采用了第二片配套的模具或膜,可以大大降低工人所接触到的VOC 浓度。也就是说树脂通过加压或真空吸入,进入模腔中的纤维内,从而只有很少量甚至没有VOC 释放。图2 为LRTM 成型工艺示意图。

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这种清洁生产工艺由于需要制造另一片成型模具,自然会产生成本问题。可以采用另一种由钢制框架和密封材料组成的精确复合材料模具,或更简单的, 将一种尼龙薄膜贴在模具上,通过抽真空将模具密封。这些对于一直以来都采用手糊成型工艺的生产者来说都会降低其利润空间,且增加了生产难度。

由于成本较低,用可重复使用的真空袋作为第二片模具越来越受到开模成型工艺使用者的青睐。

可循环用真空袋

这种柔性可重复使用的真空袋可以通过合理剪裁,满足相应的模具使用要求,需要调整的只有产品厚度。

由于真空带的边缘具有密封特性, 真空袋在整个寿命周期中几乎不需要维护、重涂脱模剂或再密封。

RVB 的材料成本最高为70 英镑/m2,并且可以在2 小时内生产出来和重复使用。

与树脂传递模塑成型(RTM)和轻型树脂传统模塑成型(LRTM),甚至是传统浸渍成型工艺相比,采用这种技术可以显著降低成本。传统浸渍成型每6 个成型周期就要更换一次真空带,从而产生耗材成本和铺放真空袋的人力成本。图3 对比了消耗型真空袋和可循环使用型真空袋的成本。

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最新的研究表明,精确计量的树脂混合物只需注入真空带覆盖的模腔,然后抽真空密封。外面的大气压力使树脂充分浸透干的纤维,并精确停止于模具边缘。这样不仅可以成型尺寸精确的制品,材料浪费非常少,而且可以使用手糊成型时所用的触变型树脂,而不用专用的低粘度灌注成型树脂。

这种体系被称为真空压力灌注(VPI)技术,是LRTM 和传统灌注成型工艺的低成本替代工艺。这种技术的亮点在于不需要注射机或专用的压力控制设备,且灌注时间短。

预成型部件

前面我们主要强调的是可重复使用真空袋在通用纤维增强塑料行业的应用。它们在航空航天和高端复合材料汽车部件上也具有非常明显的优势。其在高压釜内或外面的工作温度可达240℃,正在逐步取代传统的易耗真空袋。这种新型RVB 材料在预浸料上应用的另一优点就是常常可以起到内部“增强剂”的作用。

真空袋内角部分需要增加厚度以加强外部压力,来去除桥接和富树脂以及气体聚集死角。制成的可重复使用真空袋增加的厚度在袋膜的厚度范围内。这些特点已经成为用户采用这种优秀真空袋的先决条件,可以克服传统真空袋在铺放前需要单独定位的缺点。图4 显示了位于英国普尔的Norco 玻璃钢有限公司使用RVBs 制成的预浸料模型。

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硅胶的使用

为了消除使用者对大量使用硅胶的担心,我们必需告诉他们所用硅胶的类型和使用方法。首先,喷射应用不会导致高粘度硅胶混合液体在喷射时发生雾化,从而不会出现硅胶的雾化物。

其次,一旦固化,硅胶材料不会转移到制品上去。

为了证实以上说法,已经对此委托了专门机构进行独立的研究。结果表明其粘结强度与传统真空袋灌注成型部件没有差异。进一步的红外和X 射线检查没发现有硅胶残留在制品上。

真空袋的制造

早期RVB 生产商多尝试用刷子和刮刀手工生产硅胶片。这种方法虽然可以生产硅胶袋,但是存在产品表面有针孔,以及真空袋厚度不均匀等问题。因此急需开发出一种更专业化的工业化生产工艺,于是硅胶喷射机开始得到广泛的应用。可以根据需要,选择具有触变性选项、带有轻便、高度灵活喷射枪头的喷射机用于垂直型面的喷射,这样可以节省喷射时间。

可重复使用真空袋的主要技术成果在于对边缘密封的设计。现在的方法非常简单,不需要用户对模具进行任何改变,也不需要专用的连接部件,在生产真空袋时就成型了密封所需要的形状。硅橡胶密封型材可以实现非常有效的边缘密封效果。由于这种型材在无限重复使用,分摊了成本,甚至一开始成本就比较低,在几次重复使用后,其成本几乎可以忽略不计。

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图5 展示的是一种典型的密封法兰型材外形,图6 为其剖面图。

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复合材料行业闭模成型技术持续改进着,RVB 给用户带来了切实的经济效益。

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