Вакуумные станции для инфузии и вакуумной формовки
Вакуумная инфузия – это процесс пропитки армирующих материалов (стеклоткань, стекломат и др.) связующей смолой или компаундом под действием разницы давлений: разряжения со стороны насоса и атмосферного давления со стороны емкости с пропитывающим материалом. Под действием этой разницы давлений пропитывающий материал может без образования пустот и полостей заполнить и пропитать армирующую структуру. В зависимости от механизма затвердевания материалов после пропитки, полученная композиция отверждается в атмосферных условиях, при выдержке в сушильном шкафу или автоклаве.
Главные ограничения и критерий выбора вакуумного насоса и системы
Прежде всего качественный процесс инфузии определятся правильной технологией. Самое главное – в зависимости от желаемых свойств готовых изделий подбираются соответствующие компоненты. А под подобранные материалы подбирается режим вакуумирования и отверждения.
Например, к композитным лопастям больших летательных аппаратов предъявляются отличные требования, нежели к декоративным элементам автомобиля или для масштабного моделирования.
Несмотря на то, что для всех вышеперечисленных изделий применяются один процесс вакуумной инфузии, есть существенное различие в режиме откачки и отверждения (полимеризации).
Перед рассмотрением насосов следует упомянуть ограничения ниже.
Ограничение №1: Качество поверхности и требования по отсутствию пор и пузырьков
Не дегазированная смола при вакуумировании при пропитке начнет отдавать воздух, пузырьки которого очень “удачно” могут задерживаться волокнами армирующего материала. Чтобы смоделировать процесс, достаточно опустить мохнатую шерстяную нитку в стакан с газировкой. В случае смол, большая вязкость оставляет пузырьки в толще материала.
Таким образом, если используются армирующие материалы с развитой поверхностью – дегазация, как правило, необходима. Если армирование относительно редкое и из гладкого волокна, а к изделию не предъявляется высоких конструкционных требований – дегазация может быть избыточным этапом.
Ограничение №2: Кипение смолы. Уровень вакуума, давление вакуумирования и дегазации.
Для инфузии в качестве заполнителя применяется очень разнообразные материалы. Как правило в составе пропитывающей смеси могут присутствовать летучие компоненты, которые при достижении определенного значения вакуума, начнут кипеть и покидать смесь.
Например, стирол или его более экологичные аналоги. Хороший растворитель полимеров, содержащийся практически во всех полиэфирных связующих, закипает при комнатной температуре, если давление в вакуумном пакете составляет менее 50 мм рт. ст. тогда как эпоксидные связующие не закипят даже при 1 мм рт. ст.
Очевидно, кипение компонентов плохо сказывается на изделии: 1) появляются пузыри 2) изменяется пропорция смеси и часть может не отвердеть или отвердеть через очень продолжительное время.
Границы кипения и дегазации очень отличаются в зависимости от состава. Для примера приведем усредненные цифры:
кипение начинается при давлении -80кПа
дегазация смолы/заполнителя проводится при давлениях около -60…-70кПа
Давление для непосредственно инфузии -40..-70кПа
Некоторые составы могут не вскипеть и при вакууме глубже -99,9 кПа. Более того, в некоторых случах требуется проводить пропитку при глубоком вакууме. Режимы дегазации и пропитки крайне зависят от материалов будущей композитной детали.
В зависимости от типа используемой системы, УРОВЕНЬ ВАКУУМА ВО ВРЕМЯ ИНФУЗИИ будет необходимо регулировать до уровня, более низкого, чем может дать вакуумный насос. В частности, это применимо к смолам, содержащим летучие растворители, которые могут закипеть под вакуумом. Полиэфирные и винилэфирные смолы необходимо инфузировать при неглубоком вакууме.
Таким образом, выбор вакуумной системы должен быть продиктован технологическим процессом и материалами. Наиболее универсальными являются насосы с предельным вакуумом около 1мбар (-99,9кПа) с ресивером и обязательно системой регулировки вакуума.
Применение такой системы позволяет производить дегазацию смол в том числе импульсную (ударную), и пропитку при оптимальном значении вакуума для каждой смеси.
Примеры насосов и станций для инфузии и вакуумной формовки:
1. Передвижной вакуумный пост (тележка) для мелкосерийного производства
Данный передвижной пост состоит из одного пластинчато-роторного вакуумного насоса (cухого или масляного в зависимости от ), совмещенного ресивера и емкости для улавливания излишков смолы, КИП. Поддержание давления осуществляется с помощью регулятора вакуума и/или соленоидных отсечных клапанов.
Оснащается несколькими быстроразъемными вакуумными розетками (герметичность до -99.9 кПа).
2. Станция низкого вакуума для среднесерийного производства
Для среднесерийного производства композитных изделий была построена технологическая линия на 4-6 рабочих постов. Вакуумная станция централизованная, на базе когтевого вакуумного насоса DZS150, подводка вакуума по коллектору (AIRNET).
Насос данной станции имеет предельный вакуум 50 мбар (-95кПа). Автоматика удерживает давление коллектора и ресивера в пределах 100..200 кПа. У каждого потребителя установлен вакуумметр и вакуум-регулятор. Точка кипения наиболее часто используемого заполнителя около 100 мбар (-100 кПа). Для работы с заполнителями с более высоким давлением кипения используется вакуум-регулятор или меняются установки вакуума на АСУ станции.
3. Станция глубокого вакуума для серийного производства
Данная станция также является централизованной, состоит из 2х насосов: пластинчато роторного на 300м3/ч и винтового маслосмазываемого насоса с частотно-регулируемым приводом. Оба насоса имеют предельный вакуум менее 1мбар (-99,9кПа). Система оснащена уравнительным баллоном 1м3.
На данном производстве для инфузии используются составы не склонные к кипению даже при давлении 1 мбар. Отверждение происходит под действием температуры. В вакуумной магистрали поддерживается максимально глубокий вакуум.
Вам может быть интересно:
Масляные вакуумные насосы Atlas Copco
«Далее»
Сухие пластинчато-роторные насосы Elmo Rietschle VT
«Далее»
Сухие когтевые вакуумные насосы Atlas Copco серии DZS
«Далее»
КИП, фильтры и арматура
«Далее»
Вакуумные системы и станции
«Далее»
Технологические вакуумные камеры
«Далее»
Масляные пластинчато-роторные вакуумные насосы Value VSV, VRD
«Далее»
Масляные винтовые вакуумные насосы
«Далее»