5.1.1 视频单元慕课视频播放-复合材料设计与成型-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

同学们好

接下来我们学习第五章

真空导入模塑工艺，简称VIMP工艺

这一章的主要内容包括以下几个方面

首先来看概述

请同学们思考一个问题

兆瓦级风力发电机叶片

复合材料，超大超长，目前主流产品的长度60米左右，最大长度达107米

如此巨大的构件

同时要求寿命20年

能抗极限台风

同学们想一想，无论采用何种工艺制备都是一个巨大的挑战

那目前制备复合材料风电叶片，主流的工艺是什么

就是我们今天要学习的真空导入模塑工艺，又称为真空灌注工艺

目前的用量

如图，占了复合材料用量的10%左右

仅国内市场，每三年的风力发电装机量就相当于一个三峡大坝（三峡发电量：1000亿度）

可见其用量有多大

同学们不禁要问，这种工艺的基本原理是什么

有什么技术特点

为何会有如此大的实用性

接下来，我们一起来学习真空导入模塑工艺的基本原理

在单面刚性模具上以柔性真空袋膜包覆、密封纤维增强材料

抽真空排除模腔中的气体和驱动树脂流动、浸润增强材料

并在室温或加热条件下固化成型，脱模得到复合材料制品的工艺方法

就称为真空导入模塑（VIMP）工艺

技术内涵体现在几个关键词上

第一个：单面刚性模具，模具成本低

第二个：柔性真空袋膜，增强材料预成型体封装容易而且制品不受尺寸限制

第三个：流动浸润，属于液相法成型技术，生产效率高、制品整体性能好

第四个，真空驱动，树脂流动浸润的驱动力是真空吸力，设备简单

这四个关键词很好地解释了为什么真空导入模塑工艺

适合于制备大尺寸复合材料风电叶片

这里有一个关键问题，细心的同学可能已经注意到了

真空导入模塑工艺，树脂流动浸润的驱动力是真空吸力

最大也就1个大气压

制备大尺寸复合材料构件时，是如何实现树脂完全浸润增强材料的

实际上，这个问题始终是制约真空导入模塑工艺发展的核心问题

真空导入模塑工艺的前身称为西蒙复合材料树脂注射成型工艺

上世纪40年代出现，但是得到广泛的推广应用是近二十年

主要原因：一方面是应用需求的驱动

另一方面就是解决了这个关键问题

怎么解决的

主要有两种方式

导流介质辅助或导流槽辅助

导流介质是高渗透率的导流网或布

铺在预成型体表面，树脂能在导流介质上快速分散流动

同时沿厚度方向流动浸润增强材料

导流槽通常是开在夹芯材料上

比如夹芯泡沫上，树脂在导流槽里快速流动分散

同时沿厚度方向流动浸润增强材料

对于大尺寸复合材料构件，往往是两种方式同时使用

来提高树脂流动浸润速度，保证树脂完全浸润增强材料

工艺步骤主要包括成型准备、铺放、封装、密封抽真空、树脂吸注

固化定型和后处理等几大步骤

其中，成型准备、固化定型和后处理三个步骤

与前面学习的工艺方法基本相同，不同的是其他几个步骤

铺放：即要完成增强材料预成型体的制备，还要完成流道设置

封装步骤：柔性真空袋膜和单面刚性模具封装增强材料预成型体

密封抽真空：真空压实预成型体，同时必须保证模腔的气密性

树脂吸注步骤：树脂流动浸润增强材料

这一步的关键是通过工艺控制确保浸润完全

这就是真空导入模塑工艺的基本步骤

常规的操作请下面的短视频

成型准备、铺放：增强材料

铺放：辅助材料、流道设置

真空袋膜密封、抽真空/检查气密性

树脂吸注、固化定型、脱模

最后得到制品

下面看一个实例

兆瓦级复合材料风电叶片的制备

第一步，成型模具准备

包括模具的设计、制备、检验、清理和表面处理

表面处理时千万别忘了涂脱模剂，否则制品无法脱模

第二步，铺层

这里包括增强材料和夹芯材料的铺放

铺放前必须完成结构设计、铺层设计和材料体系的选择与认证

第二步里面铺层还包括流道设计和设置

这是制备成功与否的关键

包括导流介质、导流槽、注胶管、真空气体流道

注射口、出胶口等设置脱模布的铺放

第三步，密封

采用真空袋膜、密封胶带在模具上封装增强材料预成型体

密封、抽真空，压实增强材料预成型体

排除模腔中的气体，同时压实增强材料预成型体

这一步的关键是检查气密性

气密性直接影响树脂流动浸润和制品的最终性能

通常气密性的要求是保压30分钟，真空度无变化，可认为气密性合格

否则重新检查封装

重新抽真空和检查气密性

直至气密性达到要求

第四步，树脂吸注

流动浸润增强材料

这一步是关键步骤

但成功与否取决于流道设计、工艺控制和材料体系

其中，选择的树脂体系有三个基本要求

一是要有低粘度：优选粘度范围是100~300mPa·s

确保树脂快速流动, 渗透, 浸渍增强材料预成型体

二是低粘度保持时间：要足够长，确保树脂流动浸渍过程中不发生凝胶固化

三是要能够中低温固化：优选温度范围是室温至70 ℃ , 保护模具和降低成本

第五步，固化定型

树脂分子由线型转化为三维网络体型结构

固化过程中保持模腔的气密性，抽真空直至制品固化完成

最后，脱模

包括脱除制品表面的辅助材料和把制品从模具中脱模

其中辅助材料包括：真空袋膜、导流介质、脱模布、导胶管和导气管等等

技术特点：真空导入模塑工艺只需单面刚性模具

另一面为柔性真空袋膜，模具成本低

采用柔性真空袋膜封装增强材料

工艺操作相对简单，制品尺寸和形状不受限制

因此，适合于制备大尺寸复合材料构件

采用真空负压吸注树脂，无需额外压力和专用注射设备

但吸注压力也就是树脂流动浸润的驱动力最大只有1个大气压

树脂优选粘度范围为100~300mPa·s

所以采用导流介质、导流槽辅助渗流，提高树脂流动速度

而且通过导流介质的使用比例和分布大体上可以控制树脂流动的模式和速率

制品力学性能好，质量稳定，孔隙率低

纤维质量分数可达50%~60%

缺点是只能制备单面光滑的制品

同时脱模布、导流介质和真空袋膜等辅助材料的消耗大

复合材料设计与成型课程列表：

上篇基础--复合材料的概念与原理 1 引言

-1.1 课程简介及复合材料定义

--1.1.1 视频单元

--1.1.2 作业

--1.1.3讨论

-1.2 复合材料的命名与分类

--1.2.1 视频单元

--1.2.2 作业

-1.3 复合材料的特点

--1.3.1 视频单元

--1.3.2 作业

-1.4 复合材料的应用

--1.4.1 视频单元

--1.4.2 作业

--1.4.3 讨论题

--1 引言课件

2 复合原理及界面

-2.1 颗粒增强原理

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 短纤维增强原理

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 界面效应

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2.4 复合材料界面

--2.4.1 视频单元

--2.4.2 作业

-2.5 复合材料界面表征与分析

--2.5.1 视频单元

--2.5.2 作业

-2 复合原理及界面课件

3 增强材料

-3.1 增强材料概述

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 玻璃纤维概述、生产工艺、成分与结构

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3.3 玻璃纤维的性能、制品与规格

--3.3.1 视频单元

--3.3.2 作业

-3.4 碳纤维概述

--3.4.1 视频单元

--3.4.2 作业

-3.5 碳纤维的制备工艺

--3.5.1 视频单元

--3.5.2 作业

-3.6 碳纤维的结构、性能、制品与规格

--3.6.1 视频单元

--3.6.2 作业

-3.7 芳纶纤维

--3.7.1 视频单元

--3.7.2 作业

-3 增强材料课件

4 聚合物基复合材料

-4.1 聚合物概述

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 聚酯概述、化学结构、合成与交联

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 聚酯的性能与应用

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4.4 环氧树脂概述、化学结构、合成与表征

--4.4.1 视频单元

--4.4.2 作业

-4.5 环氧树脂的交联、性能与应用

--4.5.1 视频单元

--4.5.2 作业

-4.6 酚醛树脂及其他热固性树脂

--4.6.1 视频单元

--4.6.2 作业

-4.7 热塑性树脂及聚合物基复合材料的应用

--4.7.1 视频单元

--4.7.2 作业

-4 聚合物基复合材料课件

5 陶瓷基复合材料

-5.1 陶瓷及陶瓷基复合材料概述

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 陶瓷基复合材料成型工艺

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 陶瓷基复合材料的界面及强韧化

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5.4 碳碳复合材料及陶瓷基复合材料的应用

--5.4.1 视频单元

--5.4.2 作业

-5 陶瓷基复合材料课件

6 金属基复合材料

-6.1 金属基体

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 金属基复合材料成型工艺

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 金属基复合材料的界面

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6.4 金属基复合材料的性能与应用

--6.4.1 视频单元

--6.4.2 作业

-6 金属基复合材料课件

中篇理论--复合材料结构设计原理 1 引言

-1.1 视频单元

-1.2 作业

-1 引言课件

2 应力-应变关系

-2.1 应力与应变

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 广义胡克定律

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 工程常数、平面应力状态、应力应变转换

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2 应力-应变关系课件

3 单向板的刚度

-3.1 单向板的正轴刚度、刚度柔度变换

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 倍角变换、偏轴工程常数

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3 单向板的刚度课件

4 层合板的刚度

-4.1 层合板的代号、面内刚度

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 典型层合板的面内刚度

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 层合板的弯曲刚度

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4.4 单向层合板、对称层合板及夹芯结构的弯曲刚度

--4.4.1 视频单元

--4.4.2 作业

-4 层合板的刚度课件

5 层合板的强度

-5.1 最大应力与最大应变准则

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 蔡-希尔、蔡-吴强度准则

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 层合板的强度分析

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5.4 层合板的极限强度

--5.4.1 视频单元

--5.4.2 作业

-5 层合板的强度课件

6 复合材料细观力学

-6.1 细观力学引言、平均性质

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 单向板的工程常数

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 单向板的强度

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6.4 热膨胀与湿溶胀系数

--6.4.1 视频单元

--6.4.2 作业

-6.5 层合板的残余应力

--6.5.1 视频单元

--6.5.2 作业

-6 复合材料细观力学课件

7 复合材料一维受力构件分析

-7.1 复合材料结构控制方程

--7.1.1 视频单元

--7.1.2 作业

-7.2 简单构型复合材料一维受力构件的力学分析

--7.2.1 视频单元

--7.2.2 作业

-7 复合材料一维受力构件分析课件

8 复合材料梁

-8.1 复合材料层合梁

--8.1.1 视频单元

--8.1.2 作业

-8.2 复合材料板梁

--8.2.1 视频单元

--8.2.2 作业

-8.3 复合材料薄壁梁

--8.3.1 视频单元

--8.3.2 作业

-8 复合材料梁课件

下篇应用--复合材料成型工艺 1 引言

-1.1 绪论

--1.1.1 视频单元

--1.1.2 作业

--1.1.3 讨论

-1 引言课件

2 手糊成型工艺

-2.1 手糊基本原理

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 树脂对纤维的润湿（上）

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 树脂对纤维的润湿（下）

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2.4 手糊技术进展和典型应用

--2.4.1 视频单元

--2.4.2 作业

-2 手糊成型工艺课件

3 树脂传递模塑工艺

-3.1 RTM基本原理

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 树脂渗流规律

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3.3 树脂流动模拟分析

--3.3.1 视频单元

--3.3.2 作业

-3.4 RTM技术发展和典型应用

--3.4.1 视频单元

--3.4.2 作业

-3 树脂传递模塑工艺课件

4 树脂膜熔融浸渍工艺

-4.1 RFI基本原理

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 RFI树脂膜体系

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 树脂固化制度的确定和RFI典型应用

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4 树脂膜熔融浸渍工艺课件

5 真空导入模塑工艺

-5.1 VIMP基本原理

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 树脂的粘度特性

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 纤维预成型体的渗透特性和VIMP典型应用

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5 真空导入工艺课件

6 拉挤成型工艺

-6.1 拉挤基本原理

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 拉挤内脱模剂

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 拉挤技术发展和典型应用

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6 拉挤成型工艺课件

7 缠绕成型工艺

-7.1 缠绕基本原理

--7.1.1 视频单元

--7.1.2 作业

-7.2 缠绕线型规律

--7.2.1 视频单元

--7.2.2 作业

-7.3 缠绕工艺参数、技术发展和典型应用

--7.3.1 视频单元

--7.3.2 作业

-7 缠绕成型工艺课件

8 模压成型工艺

-8.1 模压基本原理和模压料工艺性

--8.1.1 视频单元

--8.1.2 作业

-8.2 SMC片状模塑料

--8.2.1 视频单元

--8.2.2 作业

-8.3 模压关键工艺参数和典型应用

--8.3.1 视频单元

--8.3.2 作业

-8 模压成型工艺课件

9 有机先驱体转化法

-9.1 概述

--9.1.1 视频单元

--9.1.2 作业

-9.2 PIP基本原理

--9.2.1 视频单元

--9.2.2 作业

-9.3 PIP关键步骤

--9.3.1 视频单元

--9.3.2 作业

-9.4 致密化和典型应用

--9.4.1 视频单元

--9.4.2 作业

-9 先驱体转化法课件

考试

-课程考试

5.1.1 视频单元在线视频

5.1.1 视频单元课程教案、知识点、字幕

复合材料设计与成型课程列表：

上篇基础--复合材料的概念与原理 1 引言

2 复合原理及界面

3 增强材料

4 聚合物基复合材料

5 陶瓷基复合材料

6 金属基复合材料

中篇理论--复合材料结构设计原理 1 引言

2 应力-应变关系

3 单向板的刚度

4 层合板的刚度

5 层合板的强度

6 复合材料细观力学

7 复合材料一维受力构件分析

8 复合材料梁

下篇应用--复合材料成型工艺 1 引言

2 手糊成型工艺

3 树脂传递模塑工艺

4 树脂膜熔融浸渍工艺

5 真空导入模塑工艺

6 拉挤成型工艺

7 缠绕成型工艺

8 模压成型工艺

9 有机先驱体转化法

考试

5.1.1 视频单元笔记与讨论

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2 复合原理及界面

3 增强材料

4 聚合物基复合材料

5 陶瓷基复合材料

6 金属基复合材料

中篇 理论--复合材料结构设计原理 1 引言

2 应力-应变关系

3 单向板的刚度

4 层合板的刚度

5 层合板的强度

6 复合材料细观力学

7 复合材料一维受力构件分析

8 复合材料梁

下篇 应用--复合材料成型工艺 1 引言

2 手糊成型工艺

3 树脂传递模塑工艺

4 树脂膜熔融浸渍工艺

5 真空导入模塑工艺

6 拉挤成型工艺

7 缠绕成型工艺

8 模压成型工艺

9 有机先驱体转化法

考试

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中篇理论--复合材料结构设计原理 1 引言

下篇应用--复合材料成型工艺 1 引言