Формование с вакуумным переносом смолы - Vacuum assisted resin transfer molding
Вакуумное литье с переносом смолы (VARTM) или вакуумное литье под давлением (VIM) - это процесс производства композитных материалов в закрытой форме вне автоклава (OOA). VARTM - это разновидность литьевого формования смолы (RTM), отличительной особенностью которой является замена верхней части пресс-формы вакуумным мешком и использование вакуума для облегчения потока смолы. Процесс включает использование вакуума для облегчения потока смолы в пучок волокон, содержащийся внутри пресс-формы, закрытой вакуумным мешком. После пропитки композитной части дают отверждаться при комнатной температуре, иногда проводят дополнительное отверждение.
Процесс
Обычно в этом процессе используется полиэфирная или винилэфирная смола с низкой вязкостью (от 100 до 1000 сП) вместе со стекловолокном для создания композитного материала. Обычно этот процесс позволяет производить композиты с объемной долей волокна от 40 до 50%. Отношение смолы к волокну важно для определения общей прочности и характеристик конечной детали, при этом механическая прочность больше всего зависит от типа армирования волокном. Тип используемой смолы в первую очередь определяет коррозионную стойкость, температуру теплового искажения и качество поверхности. Смолы, используемые в этом процессе, должны иметь низкую вязкость из-за ограниченного перепада давления, создаваемого вакуумным насосом. Также можно использовать волокна с высокими эксплуатационными характеристиками, такие как углеродное волокно. Однако их использование менее распространено и в основном используется для изготовления деталей высокого класса.
Утечки воздуха
Для создания высококачественных композитных деталей VARTM крайне важно избегать утечек воздуха. Утечки воздуха могут привести к неправильному течению смолы через форму, а также к образованию пузырьков воздуха. Дефекты в виде пустот возникают при затвердевании композита с пузырьками воздуха внутри. Утечка воздуха может быть вызвана дефектом вакуумного мешка, неправильным нанесением герметизирующей ленты или неправильным уплотнением в точках, где шланг встречается с вакуумным мешком.
Утечки воздуха можно обнаружить разными методами. В некоторых случаях пузырьки воздуха и, как следствие, утечки воздуха могут быть обнаружены просто путем визуального осмотра композита. Самый простой метод «изоляции утечек» включает в себя мониторинг уровня вакуумного давления, чтобы определить, есть ли утечки воздуха. Если уровень давления вакуума не снижается после вакуумирования всего воздуха из формы, то можно определить, что утечки воздуха нет. Однако, если было падение уровня вакуумного давления, это было бы признаком утечки воздуха. К сожалению, этот метод определения наличия утечки воздуха не позволяет определить место утечки воздуха.
Для обнаружения утечек также используется усиление звука. Поскольку утечки воздуха создают шум, в этом методе используется микрофон для усиления звука, поступающего в комплект динамиков или наушников, чтобы помочь в обнаружении утечек. Это позволяет пользователю обнаружить утечку воздуха и использовать микрофон, чтобы помочь ему найти место утечки. К сожалению, в шумной обстановке этот метод неэффективен.
Для обнаружения утечек также можно использовать нагретый воздух. В этом методе нагретый воздух нагнетается через форму перед использованием вакуумного насоса. Если есть какие-либо утечки воздуха в установке процесса, горячий воздух будет выпущен через утечку. Затем можно использовать инфракрасный датчик, чтобы определить, есть ли какие-либо тепловыделения на поверхности вакуумного мешка, которые могут указывать на наличие утечки воздуха.
VARTM против RTM
И VARTM, и RTM представляют собой процессы в закрытых формах, где давление используется для впрыскивания смолы в форму. Есть несколько различий в материалах, используемых в VARTM и RTM, при этом смола и волокно в основном одинаковы для обоих процессов. Следовательно, если бы такие факторы, как соотношение волокна к смоле и распределение волокон в поперечном сечении, оставались постоянными для каждого процесса, характеристики формованных деталей были бы аналогичными.
RTM имеет волокнистую заготовку, помещенную между половинами формы, в то время как VARTM использует нижнюю часть пресс-формы и вакуумный мешок с потоком смолы, вызванным использованием вакуума. RTM позволяет создавать детали малых и средних размеров, которые также могут иметь сложную форму, в то время как VARTM также может создавать очень большие детали. Кроме того, VARTM имеет более низкие затраты на оборудование, чем RTM. Односторонний характер формы VARTM имеет недостаток, заключающийся в том, что только одна сторона композита может иметь отделку A-класса. Однако детали могут изготавливаться с отделкой A-класса с обеих сторон с помощью RTM, поскольку он имеет как верхнюю, так и нижнюю формы.
Преимущества и применение
Преимущество этого процесса состоит в том, что он не требует дорогостоящего автоклава, а также позволяет изготавливать крупные и сложные детали аэрокосмического качества. Продукты, производимые с использованием этого метода, широко различаются по своему применению: детали используются в транспортной, ветроэнергетической, морской, инфраструктурной и аэрокосмической отраслях. Способность этого процесса создавать большие и сложные детали позволила эффективно снизить производственные затраты при использовании для производства деталей, которые традиционно состоят из множества мелких компонентов. Например, компания LOCKHEED Martin Space Systems (LMSS) продемонстрировала экономию производственных затрат до 75%, когда она начала производить четвертную секцию отсека оборудования для ракеты Trident II D5 с использованием VARTM.