VARI成型实验讨论

VARI成型实验及讨论

一.实验目的和要求

本次实验通过实际操作，加深对真空辅助成型技术（此后简称VARI成型）的了解，熟悉其工艺原理、操作要求以及技术要求等。同时通过课后自主学习，了解VARI成型工艺发展现状，分析其存在的问题和不足。

VARI成型是借助成型袋与模具之间抽真空形成的负压对复合材料坯料进行加压，利用树脂的流动、渗透实现对纤维及其职务浸渍，并在真空压力下固化成型的方法。

该成型工艺有如下技术要求：

（1）采用粘度低、力学性能好的树脂;

（2）树脂粘度应在0. 1~0. 3Pa·s 范围内，便于流动和渗透;

（3）足够长时间内树脂粘度不超出0. 3Pa·s;

（4）树脂对纤维浸润角小于8° ;

（5）足够的真空度，真空度不低于-97KPa;

（6）选择合适的导流介质，利于树脂流动和渗透;

（7）保证良好的密封，防止空气进入体系而产生气泡;

（8）合理的流道设计，避免缺陷的产生。

二.实验设备及要求

下图为VARI成型工艺图：

下图为VARI成型封装示意图：

由于工艺特殊，VARI成型工艺对树脂体系、封装系统、控制有特定的要求：（1）黏度低，粘度范围：0.1-0.3Pa.s;

（2）足够长时间内黏度不变，有利于浸透、排气;

（3）可在较低温度下完全固化;

（4）固化时无需额外压力，只需真空压力;

（5）具有良好的力学性能，满足结构使用要求;

（6）具有较高的玻璃化转变温度，满足耐热要求；

（7）树脂凝胶前的低粘度时间平台要足够长，保证充分的操作时间；

（8）对于高温环境下使用的树脂，应具有较高的玻璃化转变温度（Tg）；

（9）树脂应具有良好的力学性能和阻燃性能；

（10）真空负压最佳值为≥0.095MPa，保证纤维铺层压实致密；

（11）良好的密封有利于提高真空度和排除气泡，减少产品气孔率；

（12）恰当的选择制品成型厚度；

（13）合理的树脂流道和真空通道设计，保证能排出气体和树脂能均匀浸渍增强材料，避免产生缺陷。

三.实验步骤

1.准备模具

2.使用磨砂纸清洁模具，使成型表面清洁，同时注意不能破坏成型体表面

3.使用丙酮清洗模具，晾10-15分钟，再清洗一次。待干后，再模具上涂一层脱模剂

4.晾10--15分钟后，在模具的外侧贴胶衣，平行贴两层

5.量取模具的尺寸，裁剪大小适合的碳纤维编织布。将碳纤维布铺在模具内部，调整大小，使其始终比内层胶衣所围成的尺寸小

6.铺好4层碳纤维布后，在其上方铺一层大小相等的脱模布，并固定好，之后再在脱模布上方再铺一层导流网并固定好

7.剪取两段长度适中的导流管，固定在内侧胶衣以内，将两段导流管分别固定于两侧。将真空管插入导流管中部的三口管，并固定在胶衣上

8.剪取比模具尺寸大的真空袋，用密封胶带密实的模具包裹起来。注意伸出的导流

管附近的封装

9.配制树脂，放入树脂收集器。注意树脂需要脱泡

10.抽真空。连接树脂收集器和真空泵保压，检查气密性

11.导入树脂，关上箱门，加热固化。固化完成后脱模修整即得到成品

四.实验结果及讨论分析

1.实验结果分析

如上图所示即为本次实验成品图。

在图中可以发现，成品出现白斑、干区等瑕疵，这是在冲模的时候，有高渗透率区域存在，致使高渗透率区域流速比低渗透率区域流速快，高渗透率区域冲模完成，就在低渗透率区域形成包围，形成干斑，宏观表现就是白斑。

2.VARI 成型技术优缺点

3.VARI成型应用领域

VARI成型特别适合大尺寸、大厚度结构件，壳类部件的制作, 还可以在结构件内表面嵌入加强筋、内插件和连接件等;工艺稳定性好;制品纤维体积含量高(最高可达70% ～ 85%)、孔隙率低, 性能与热压罐工艺接近;闭模成型, 比较环保。广泛应用于航空航天领域，在船舶，汽车，建筑等领域也有不可忽视的应用。

4.VARI成型存在的主要问题

①.出现干斑、干区（局部渗透率变化、流道效应等）

②.夹杂气泡（漏气、树脂脱泡不干净、小分子挥发等）

③.厚度或纤维体积含量不均匀（压力梯度等）

④.纤维体积含量低（固化压力低，不超过一个大气压）

5.发展方向

①开发多品种、低粘度、适用期长而且能室温固化的 VARI 工艺用高性能树脂基体。

②系统化和细化 VARI 工艺过程影响参数的研究,加强制品缺陷形成机理和影响因素的研究,对建立高效准确的 VARI 工艺过程模拟具有重要意义。

③数值模拟应朝着细观化和精确化方向发展,如加强纤维细观结构,尤其是纤维编织物细观结构与树脂流动关系的研究; 还应考虑预成型体与模具之间的缝隙影响( 边缘效应) 的研究,模拟温度场考虑模具厚度方向的变化,考虑热弥散作用的影响等。

④加强模拟研究和实践操作相结合的研究工作,以此来验证模拟结果和数值分析的准确性; 开发相应的仿真软件,提高 VARI工艺加工水平。