要想提高零部件生产过程的质量以及零部件的可靠性,摆脱手工制作的方法,VAP真空辅助树脂渗透技术就有用武之地了。某超轻型飞机机翼的生产制造过程就充分体现了VAP真空辅助树脂渗透技术的优越性,而该技术的基础是用半透膜系统来当作透气性好的“硬质”模型。
翼展10.6m的电动滑翔机Elias(IABG Acentiss电动飞机)是德国Nesselwang市PC-Aero有限责任公司研发的一种“Elektra One Solar”太阳能供电的飞行器,其重量只有211kg。但这种超轻型滑翔机是一种高性能的小型飞行器,它在VAP真空辅助树脂渗透技术的帮助下采用了碳纤维材料机翼,极大地减轻了飞机的重量,而传统的机翼制造技术不可能减轻这么多重量。
申请了专利保护的“VAP真空辅助树脂渗透技术”是建立在使用德国Freilassing市Trans-Textil有限责任公司“VAP半透膜系统”作为透气性树脂模具的基础之上的解决方案。这一技术可以避免在树脂材料的生产过程中空气混入到零部件中形成气泡以及反应气体在树脂浇注过程中和浇注后混入到树脂零部件中而产生残次品。模具中的树脂零件也保持着非常稳定的状态。另外,VAP半透膜也提供了高可靠性的生产过程。
图1 在Elias超轻型滑翔机中,利用VAP真空辅助树脂渗透技术生产制造的零部件占了很大的比例。这一工艺技术确保了高可靠性的生产过程和很好的产品质量,与手工制作相比优势明显。
VAP 真空辅助树脂渗透技术的优点不仅是明显地提高了产品的质量,而且还有着很高的经济性。尤其是从手工制造树脂材料零部件转化到利用封闭的树脂渗透技术生产,并要求保证高可靠性的生产过程时,就需要努力地改进并提高现有的树脂渗透技术,或者补充新的工艺过程与其相组合。在这种情况下,大量工业实践证实了VAP 半透膜系统支持的VAP树脂渗透技术是一种经济性非常好的解决方案。
Elias滑翔机机翼的生产厂家也证明了VAP真空辅助树脂渗透技术比传统的手工制作树脂机翼有着很多的优点。最大的优点是生产过程中参数控制的可靠性和可重复再现性,它减少了费用高昂的手工操作工作量,也避免了工作环境中有害物质的排放。在此基础之上,Hurlach市的Composys有限责任公司能够经济并高质量地生产出滑翔机的机翼。许多合成材料生产厂家都认为有必要从开放式的手工生产转化到封闭式的机械化生产了。
图2 尽管机翼的芯层采用了发泡材料和增强材料,但按照VAP真空辅助树脂渗透技术制造的两个Elias滑翔机机翼重量完全相同、无需手工修整。
无需修整即能使两个机翼的重量相同
使用VAP真空辅助树脂渗透技术的结果是得到高品质的产品:树脂零部件中的气孔数量减少到最低,可以准确地按照规定和要求使用碳纤维增强材料;在复合夹层中也避免了干斑的产生,因为在生产过程的全部时间内整个零部件的表面都在真空作用下覆盖着一层膜,这也就省略了树脂零件固化后的修整;结果是达到高可靠性的生产过程和很低的废品率。Elias的两个机翼在树脂渗透技术处理之后无需修整就有完全相同的重量。即便是面积很大的板形零件和几何形状非常复杂的零件,也可以利用VAP真空辅助树脂渗透技术在一个工序中完成。在一次注塑过程中完成增强件的浇注,这样就省略了许多工序,也大大地减少了出现错误的情况,例如粘接错误等。阿奥格斯堡市的Aerotec有限责任公司在空客A350 XWB宽体飞机的压力舱壁的生产过程中就成功地采用了VAP真空辅助树脂渗透技术,他们把所有的纵梁和主体结构一次性浇注制成。
由于浇注树脂前增强用的纺织物是以干燥的形态放入模具中的,因此随时都有校正或重新定位的可能性。在Nexicos项目(Premium Aerotec)的框架内,某型号直升飞机机身的生产成功地证明,相比预浸润玻璃纤维强化复合树脂工艺技术,它的成本降低30%左右。另外,零件材料的性能和工艺过程的特性也往往对预浸润技术的应用提出了许多限制性要求。而VAP真空辅助树脂渗透技术则相反,放入浇注模具中的纺织增强材料是干燥的,因此只要在工艺设计时考虑到这一点,那么利用该技术就会有更多的应用空间,并且带来更高的经济效益。
图3 VAP真空辅助树脂渗透技术能够在树脂浇注过程中避免空气和反应气体混入到树脂零部件中,模具中的树脂零件的材料也保持着非常稳定的状态。
一个加热炉代替高压釜就足够
灵活的模具方案也极大地降低了采用VAP真空辅助渗透技术的投资额。在该技术中,既可以使用半封闭的,也可以使用两侧全封闭的模具,而且也有可能继续使用现有模具,它所使用的“高压技术”可以让用户省略许多设备的采购和运行费用。据Composys有限责任公司介绍,在Elias滑翔机机翼的固化过程中只需一台加热炉就足够,它的高温部分就足以为VAP真空辅助渗透技术生产的航空航天工业零部件达到最佳的固化结果。
VAP半透膜系统和其他辅助材料之间有目的的性能匹配和协调迎合了零部件制造自动化、缩短膜生产时间和降低膜处理成本的要求。VAP真空辅助渗透技术所用膜的生产厂商Trans- Textil有限责任公司不仅把生产的膜与工艺过程变形的要求以及树脂材料系统进行匹配,而且还按照用户的要求依据不同的宽度、预处理或者多层系统提供给用户。
作为一家真空辅助渗透技术关键原材料的许可授权生产厂,Trans-Textil公司与合作伙伴在“Azimut”项目和 “Rock”项目中都成功地按照以对象为主导的原则完成了一整套的VAP真空辅助渗透技术原材料的生产。所开发成功的VAP半透膜和辅助材料都按照手套原则保证了与模腔的匹配,这样就进一步地减少了用户对半透膜片的定位和密封工作量,也减少了可能出现错误,导致废品的根源。
精确的设计确保顺利通过认证测试
在 Elias项目的框架内,IABG的子公司Acentiss有限责任公司对树脂材料的特性、树脂叠层材料零部件的刚性、强度和结构提出了要求。在保证了规定的增强纤维材料用量情况下就能够实现高质量的产品生产,也能够把生产过程中的辅助工作量减少到最低程度。所需的认证许可测试就是在这高品质结构件的基础上成功地完成的。
最初,VAP真空辅助渗透技术是为EADS集团公司内航空航天技术领域中整体加筋结构件的生产而研发的。在生产像空客 A400M运输机的壁板、A350的压力舱板以及直升飞机大型的机体板件时,该技术显示出了明显的优点:生产出来的树脂板材没有气泡,厚度均匀,而且还满足了规定的增强纤维材料用量的要求。高可靠性的生产过程带来的是大批量生产的成本效益。通过在航空航天技术领域之外的VAP技术转让使得这一技术在造船、铁路、公路赛车等领域中也得到了广泛的应用。例如其高可靠性的工艺过程成为风力发电机桨叶制造过程中的首选工艺技术。从提高经济性的要求和当前降低生产成本、用最少的单一材料生产零部件和减少工艺、工序的趋势出发,该技术是非常适合中小批量产品生产的工艺技术。
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