真空-壓力注射工藝,是一種閉模模塑工藝。它是在陽模和陰模間鋪放好玻纖增強材料,閉模后抽真空,并在壓力下將液態(tài)樹脂注入模腔,使其浸透玻璃纖維,然后固化成型。由于這種工藝可直接密閉模塑,因而制品內(nèi)外表面光潔,壁厚公差小,并且能減少有害物質(zhì)對操作者的接觸,改善勞動條件。
國外自六十年代開始,對真空-壓力注射工藝進行了深入的研究,并取得了較快的進展。尤其在客機和戰(zhàn)斗機機頭雷達罩等方面,獲得了很好的效果。我國一些材料研究所,也早在七十年代開始,結(jié)合國情,研究開發(fā)真空-壓力注射工藝,并在民品開發(fā)方面,收到了良好的效果。
一、真空-壓力注射工藝的特點
首先,該工藝成型制品的空隙率較小,一般在0.2%以下,并且由于不需進行機加工,減少了玻璃鋼表面的吸水途徑,因此制品的吸水率較低。據(jù)層壓板水泡試驗結(jié)果,真空-壓力注射制品的吸水率為0.04%,而手糊制品的吸水率為0.12~0.50%,模壓制品的為0.38~0.39%,酚醛壓制工藝制品的,約為0.45~1.70%。
其次,該成型工藝,由于閉模后模腔空間一定,因而可嚴格控制樹脂含量,實踐證明,層合板及其制品樹脂含量的精度在±1.5以內(nèi)。
第三,其制的表面質(zhì)量好,光潔度高,尺寸穩(wěn)定性和重復(fù)性好,根據(jù)對層壓板厚度實測平均誤差,均小于0.1毫米。
二、真空-壓力注射成型工藝過程
該工藝過程,包括檢查模具、涂膠模劑、玻璃布套縫合、合模、檢查模具氣密性、抽真空、配膠、壓注、固化、脫模等工序。由于模腔要抽真空,因此模具在鑄造時必須保證無砂眼,加工好的模具應(yīng)仔細檢查,對漏氣的地方要進行局部修理,成型前需清理模具,除去油污和塵土,然后才噴涂脫模劑,合模后,還需認真檢查氣密情況。玻璃纖維布或編織套,套在陰模上后,為防止松動,尚需扎緊,合模后需要升溫至70℃,在減壓下進行干燥,而后降溫至50℃保持一定的時間。
該工藝所用的樹脂,除要求有合適的粘度外,尚需要求樹脂的凝膠時間,要比壓注時間至少多5個小時以上。配膠時,將樹脂、固化劑及其他助劑,按一定比例先后加入到樹脂混合釜內(nèi),經(jīng)充分攪拌均勻后,接通真空系統(tǒng),抽去樹脂內(nèi)的氣泡,加熱到注入溫度50℃左右。然后,利用壓力或泵,將樹脂混合物從模具下部壓入模腔,當(dāng)模具上部流出膠液時,表明樹脂已充滿模腔,可停止壓注,封住出膠口。
按固化制度進行固化及后處理,冷卻至室溫后脫模。
三、真空-壓力注射成型工藝影響因素
該工藝成型方法所用樹脂的粘度,直接影響注射壓力和生產(chǎn)周期。當(dāng)樹脂粘度較高時,要求注射壓力相應(yīng)增加。樹脂粘度太高時,必然要求提高樹脂輸送管道和模具的耐壓程度,從而增加了系統(tǒng)和模具的設(shè)計和加工的難度。另外,粘度增加后,注滿模腔的時間加長,生產(chǎn)效率相應(yīng)地也會有所降低。
真空-壓力注射成型工藝對模具要求,也十分嚴格。模具的剛性和內(nèi)腔偏差太小,均對制品的質(zhì)量有較大的影響。模具剛性小,在壓注過程中會引起模具尺寸的變化,從而導(dǎo)致產(chǎn)品中樹脂和纖維的含量不均勻,以至?xí)怪破纷冃?。另外,增強材料的鋪層密度均勻與否,對制品的質(zhì)量也會有很大的影響。
四、真空-壓力注射工藝的開發(fā)應(yīng)用
由于該工藝制品性能較為優(yōu)異,與手糊、壓制工藝相比,其拉伸強度、拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量、層間剪切強度、擠壓強度等性能指標,均有所提高,因此具有很大的開發(fā)前景。
該工藝與國外RTM工藝相比,具有獨到之處。例如,美國維納斯設(shè)備采用液壓注射工藝,利用泵輸送膠液,要求樹脂粘度在0.5Pa.s(500厘泊)以下,超過時成型很困難。而真空-注射工藝對樹脂粘度要求不嚴,在30Pa.s以下都可以,最宜范圍為0.2~5Pa.s,國產(chǎn)的不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂均可適用。
又如,國外RTM工藝所用的增強材料,是連續(xù)纖維氈、短切纖維氈、無捻粗紗布、預(yù)成型坯或表面氈等,尤以連續(xù)纖維氈應(yīng)用最廣。短切纖維氈和無捻粗紗布,由于變形及仿形能力差,通常只能用于制備平板,以及形狀簡單的制品。我國連續(xù)纖維氈、短切纖維氈的產(chǎn)量、質(zhì)量、品種等,目前均存在一些問題,為此近些年來引進的維納斯液壓注射成型機,多數(shù)未能發(fā)揮設(shè)備的作用。而這種真空-壓力注射成型工藝,所用的增強材料,是國內(nèi)產(chǎn)量眾多的平紋、斜紋玻纖布,無捻粗紗布,以及玻纖編織套等,完全適合我國國情,宜于推廣使用。
再如,在產(chǎn)品性能方面,國外 RTM 工藝制品的含膠量在60%以上,其力學(xué)性能與手糊相仿,但真空-壓力注射工藝的樹脂含膠量在30%~42%,故其力學(xué)性能較為優(yōu)異。
這種真空-壓力注射工藝已成功地開發(fā)了多種制品,例如,雷達罩、天線、風(fēng)扇葉片、管道、農(nóng)用噴霧器等。另外,在發(fā)動機葉片、頭盔、建筑壁板、貯油罐、汽車部件、座椅、浴盆,以及沖浪板、舢板、滑雪板等方面,也有很大的開發(fā)應(yīng)用前景。