碳纤维2021
如图所示,高程和atm压力之间的关系是非线性的。

图1所示。大气压力与海拔。高程和大气压之间的关系是非线性的,如图所示。图片来源:阿巴里斯,改编自《工程工具箱》。

在真空输液过程(VIP)中会出现许多问题,这些问题可以通过对某些变量的一些预先了解和对细节的关注来预防,这有助于产生一致的结果。本月,我们将探索减少或预防VIP出现问题的方法,VIP仅使用真空(大气压)驱动树脂通过层压板。在这里,我们关注压力、渗透性、比赛跟踪和相关问题。

真空大气压的重要性

首先,回顾了真空与大气压力的关系。理论上,一个大气(atm)在平均海平面等于14.7 psi (1,013 mbar)或29.92 inHg (760 mmHg)真空,在59°F(15˚C)。随着海拔高度的增加,压力下降的速度约-0.53 psi (-36.54 mbar)或-1.08 inHg(-27.432毫米汞柱)每1000英尺(304.8米)的高度(图1)。为了简化,只要记住每个1 inHg真空损失,你将失去大约0.5 psi的压力在你的包里。例如,当拉动一个无泄漏真空袋上的29.9 inHg(表)时,atm压力为~14.7 psi或2,117磅/平方英尺(磅英尺)2)面积。当真空度降至24 inHg时,atm压力约为12 psi或1728 lbs ft2面积。该示例显示了纤维/织物叠层(预制件)上压实压力的显著损失,这可能会影响层压板质量,降低流速,并可能降低预制件内树脂流动的最大距离。(见评价渗透率下面。)

当腔体被完全真空时,VIP的工作原理是在坯体内无孔膜(真空袋)和模具表面之间产生压差。这会产生压力,将树脂移动到预制件内的低压区域。因此,有一个紧密密封和无泄漏的模具和袋的重要性是不可低估的。毫无疑问,微小的真空泄漏将极大地影响VIP流程。由于这个原因,在承诺一个实际的部分之前,检查以下内容是很重要的:

  • 测试模具是否有泄漏
  • 确保袋子和密封件没有泄漏
  • 检查外部管道和连接是否泄漏。
检漏器。

图2:检漏仪。检漏仪可以帮助发现袋子或密封件中的漏洞。这对于在模具中发现弥漫性泄漏可能不太有用。图片来源:Abaris

这可以在一个测试中全部执行。在模具上的零件区域内放置呼吸材料,周围安装真空管道(螺旋管),与呼吸材料接触。然后,两个三通(或真空端口)安装在袋的相对两侧;一个连接外部真空线,另一个连接真空表。然后袋安装并密封到模具表面,真空和计量三通的渗透被密封到袋上,外部管道连接到真空三通上,在袋被认为“紧”后,完全真空被抽出5-10分钟。

此时,夹紧真空源管,或关闭管路中的阀门,并在10分钟内监测真空计的移动情况。一个好的模具/袋子在这段时间内的损耗应小于1英寸。如果损失超过该标准,则重新施加真空,并使用超声波检漏仪(图2)再次检查袋子、密封件和配件,直到找到并正确固定为止。如果模具内部泄漏,且无法满足泄漏检查标准,则可能需要返工或更换以缓解问题。应注意的是,泄漏可允许外部空气进入注入部分,并且取决于泄漏的位置,泄漏可导致产生的层压板中的表面孔隙和空隙,以及获得计算的纤维体积分数(FVF)所需的显著压力损失。

另一个检测泄漏的有用工具是内联流量计(图3)。该装置安装在真空源和通往袋的三通(或端口)之间。它用一个小球来测量流量,当检测到流量时小球向上移动,当袋子完全密封时小球向下移动到静态状态。

内联流量计用于确保无泄漏设置。

图3:流量计。内联流量计用于确保无泄漏设置。它用一个小球来测量流量,当检测到流量时小球向上移动,当袋子完全密封时小球向下移动到静态状态。图片来源:Abaris。

评价渗透率

为了成功地进行输液处理,必须对达西定律定义的液体通过多孔(可渗透)介质的概念有基本的理解。为了简化适用于树脂灌注的该定律,我们只需了解树脂流经指定预制件的速率与该堆叠的渗透率成正比,与树脂的动态粘度成反比。换句话说,树脂粘度越低,树脂通过已知预制件的速度越快,距离越远,且气压(真空)一致,以驱动预制件。加热模具或树脂会降低粘度,但可能会加快固化时间。如果使用热量,所有试验应在预期工艺的规定温度下进行。

水平和垂直流动试验。

图4所示。水平和垂直流动试验。水平流测试(左)上的标记显示了随时间的增量距离关系。垂直设置(右侧)使用玻璃窗格进行可见性设置。图片来源:阿巴里斯,合成世界

通过简单的测试来确定渗透性,也就是特定的树脂在给定的预制体中移动的速度和距离。建议用指定的预制件和选定的树脂系统进行水平和垂直(是的,重力是一个因素),以建立最大的流动距离,随着时间的推移,在等温温度下(图4)。该研究标记了水平和垂直表面的树脂进口/进料线的最大间距。间距应该总是保守的,即,在最大距离线内几英寸。当然,所有这些都可以通过计算机建模和模拟,但为了本文的目的,我们将坚持基本原则。

赛道:平衡压力

任何进行过树脂灌注处理的人都熟悉“赛道追踪”。当树脂在叠层或模具内的芯材、嵌件或其他细节边缘流动时,即在预制件层之间或模具表面存在间隙时,就会发生这种情况。当纤维预制件(或袋)桥接,并保留开放空间以形成低压区域时,会发生这种情况,这是树脂在正常流动前沿之前流动的“阻力最小的路径”。

图5:赛道追踪:平衡压力。这些照片说明了树脂是如何围绕在一个细节上,并达到平衡压力,抑制进一步润湿的中心细节。(a)显示流动前沿的进展情况,首先在上下两层上下安装详细说明。(b)显示树脂流动,因为它继续在倍频器和细节,直到它到达断裂区。(c)显示树脂继续湿润周围的细节,直到它达到平衡压力,不能进一步前进。黄色箭头表示在细节区域需要真空出口以湿润干燥点。图片来源:Abaris

图5描述了这样一种情况:围绕一个椭圆形细节进行赛道跟踪,导致细节的中心区域达到平衡压力,而没有实现完全湿化。在这一点上,简单的解决方法是使用一个附在真空源上的注射器,穿透椭圆形区域中心的袋子,产生一个压差,从而让它湿透。在此之前,明智的做法是安装一个穿过细节中心区域的真空路径,以防止这种情况发生。

贵宾外卖

我们只考察了一些需要运营商基本了解的VIP区域,但还有更多的区域有待探索。目前,这些是我们的收获:

  • 使用全真空/压力导致层压板质量的一致性。无泄漏工具、真空袋和其他硬件的重要性不能被低估,也不能以节省时间的名义被忽视。
  • 在投入大规模项目之前,必须了解预制件的渗透性。保持恒定的树脂/模具温度对于预制件的可重复渗透性至关重要。树脂入口间距可通过提前进行渗透性试验来确定。
  • 赛道跟踪是一种有价值的树脂快速分配方法;然而,必须提前进行调整,以防止在预成型件无法充分浸湿的情况下出现压力平衡。

我常说,知识是失败的伟大结果,是经验的大家长。那些有经验的人可能遇到过这些问题,而那些新加入VIP的人可能还在学习。我们希望,不管读者的经验如何,本文将为他们提供一些可以立即应用并有助于促进成功的知识。

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