Вакуумная инфузия: как собрать пост и подготовить запуск

При вакуумной инфузии сухое армирование укладывают на форму, закрывают герметичным мешком и пропитывают связующим. Насос удаляет воздух из пакета, а перепад давления между питающей ёмкостью и формой заставляет смолу двигаться через укладку. После заполнения пакет сохраняет условия, предусмотренные технологией отверждения.[1]

Для обычной инфузии деталь не помещают в жёсткую вакуумную камеру. Камера может понадобиться отдельно для подготовки смолы. Формование под мешком и дегазация связующего решают разные задачи и требуют разных схем подключения.

Что заставляет смолу двигаться

Если питающая ёмкость открыта в атмосферу, давление над смолой в ней выше давления в откачанном пакете. Эта разность и создаёт поток. Насос поддерживает пониженное давление на стороне отбора, но непосредственно жидкую смолу через ткань обычно не перекачивает.

Скорость пропитки зависит от вязкости смолы, проницаемости армирования и длины пути. По мере продвижения фронта увеличивается уже заполненный участок, через который связующему приходится проходить. Поэтому движение может замедляться даже при неизменном давлении на выходе.

Укладка также уплотняется под действием атмосферного давления на мешок. Изменение плотности пакета влияет на проходы между волокнами. У разных тканей, ориентаций и числа слоёв сопротивление потоку различается; подобрать схему по одной площади детали невозможно.

Чрезмерно длинный путь приходится сокращать расположением распределительных линий. Увеличение производительности насоса не устраняет сопротивление густой смолы или плохо проницаемой укладки. Как только нужное давление достигнуто, дальнейшее ускорение заполнения требует работы со схемой потока и материалом.

Зачем нужны распределительные слои

Над армированием обычно размещают отделительную ткань, которую снимают после отверждения вместе с вспомогательными слоями. Распределительная сетка создаёт путь с небольшим сопротивлением вдоль поверхности, а спиральная линия раздаёт смолу возле мест подачи.[1]

Быстрое движение по сетке ещё не означает пропитку всей толщины. Смола может обойти плотный участок и раньше прийти к вакуумному отбору. Если в этот момент считать операцию законченной, внутри останется сухая зона.

Нужно учитывать и непредусмотренные каналы вдоль кромки, сердцевины или неплотно уложенного слоя. По свободному зазору смола проходит легче, чем через армирование. Фронт становится неравномерным, быстрый поток окружает медленный участок и затрудняет выход воздуха из него.

У вакуумного отбора применяют участок без распределительной сетки, замедляющий поверхностный поток. Этот приём показан в руководстве Easy Composites.[1] Его положение и размер подбирают для детали: слишком широкая зона сама может стать медленно заполняющимся участком.

На форме с углами ткань, сетка и плёнка должны прилегать к рельефу. Натянутый над углублением слой образует «мост». Под ним остаётся пространство, которое заполняется иначе, чем расчётная укладка. Запас плёнки и складки предусматривают при сборке, а прилегание проверяют во время сухой откачки.

Как устроен инфузионный пост

Вакуумная линия идёт от пакета через ловушку смолы к насосу. Ловушка принимает связующее, случайно пришедшее к отбору, и защищает насос.[1] Её вход и выход размещают так, чтобы смола оседала в приёмной ёмкости и не перебрасывалась напрямую в насосную линию. Рабочий объём выбирают по возможному уносу, сохраняя возможность контроля и очистки. Корпус и крышка ловушки должны выдерживать внешний перепад давления; бытовую банку для этой задачи не используют.

Подающая линия соединяет пакет с ёмкостью связующего. На обеих линиях нужны средства перекрытия, позволяющие собрать сухой пакет, проверить его и затем управлять заполнением. При нескольких зонах на схеме отмечают, какая арматура изолирует каждую из них.

Вакуумметр должен показывать давление со стороны формы. Особенно это важно при перекрытии линии к насосу: измеритель обязан оставаться сообщённым с проверяемым пакетом. Датчик на изолированном насосном шланге сообщит о другом объёме.

При подборе насоса учитывают продолжительность работы, объём сухого пакета, газовую нагрузку и сопротивление соединительных линий. Длинные узкие шланги снижают эффективную быстроту откачки, как и другие элементы между насосом и рабочим объёмом.[3] Увеличение насоса при неизменной ограничивающей линии может дать небольшой эффект.

Как проверить мешок до смешивания

Сухую укладку собирают со всеми линиями и ловушкой. Подачу смолы закрывают. При начальной откачке расправляют плёнку, проверяют углы, соединения и герметизирующую ленту. Испытание удержания вакуума проводят до приготовления связующего.[1]

После откачки пакет изолируют от насоса и наблюдают изменение давления. Пока насос работает, он может компенсировать поступление воздуха и скрывать неплотность. Изолированная проверка помогает заметить проблему до начала необратимой операции со смолой.

При этом гибкий мешок может продолжать уплотняться, а материалы — выделять газ. Поэтому первоначальный рост давления не всегда целиком связан с течью. Для выбранной укладки устанавливают подготовку, время наблюдения и допустимое изменение давления. Универсальной выдержки и одинакового допуска для всех пакетов нет.

Если результат неудовлетворительный, проверяют ленту, складки, штуцеры, линии и саму форму. После исправления сухую проверку повторяют. Ожидание, что утечку удастся заклеить во время пропитки, оставляет риск поступления воздуха в уже заполненную часть.

Как связать пропитку со временем жизни

Для инфузии нужна смола, сохраняющая подходящую вязкость до заполнения самого медленного участка. Время после соединения компонентов уходит на смешивание, возможную дегазацию, подачу и пропитку. Заполнять форму к моменту гелеобразования уже поздно: рост вязкости ограничивает поток раньше.

Например, для IN2 с отвердителями AT30 задано массовое отношение 100:30. Изготовитель запрещает добавлять лишний отвердитель ради ускорения реакции.[2] Для изменения скорости используют предусмотренное исполнение системы, сохраняя рецептуру.

Большая смешанная партия выделяет тепло, разогревается в ёмкости и может отвердеть раньше ожидаемого. IN2 позволяет работать малыми последовательно приготовленными порциями; размер порций и пополнение согласуют так, чтобы подача оставалась непрерывной.[2] Нужно иметь подготовленные компоненты, тару и оператора для своевременного пополнения.

В TDS IN2 версии 1.0 есть расхождение: на странице 1 для AT30 SLOW указано время жизни 80–100 минут, а в таблице страницы 2 при 25 °C — 120–150 минут.[2] До уточнения у изготовителя не назначают длительность инфузии по одному из этих значений. Само время жизни также зависит от температуры и массы смешанного материала.

Нагрев снижает вязкость, но ускоряет реакцию. При недостаточном запасе времени он может ухудшить заполнение. Температуру формы, компонентов и помещения рассматривают вместе с длительностью всего маршрута.

Откуда берутся пузырьки при инфузии

Воздух может быть захвачен при смешивании, поступить через неплотность мешка или остаться в закрытом участке укладки. При переходе смолы из открытой ёмкости в область пониженного давления мелкие пузырьки расширяются. Поэтому появление пузырьков у фронта ещё не устанавливает их источник.

Если состав содержит летучие вещества, дополнительно проверяют допустимое давление: интенсивное испарение способно увеличить газовую нагрузку и изменить связующее. Особенно осторожно переносят опыт эпоксидной инфузии на материалы с другой химией.

Предварительную дегазацию включают, когда она допустима для смолы и улучшает результат при реальном маршруте подачи. Она не устраняет воздух, который позднее войдёт через мешок или питающую линию. Конец этой линии должен оставаться погружённым в смолу; при выходе из жидкости он начнёт подавать воздух в форму.[1]

Как провести первую инфузию

До запуска отмечают схему подачи, границы сетки и места ожидаемого медленного заполнения. Во время процесса наблюдают фронт, остаток смолы и ловушку, записывают температуру и время. Порядок перекрытия линий и сохранения давления при отверждении устанавливают для этой схемы: от него зависят подпитка пакета и отток смолы.

После отверждения осматривают обе стороны пробной детали и исследуют подозрительные зоны допустимым способом. Сухие участки сопоставляют с движением фронта, поры — с герметичностью и подготовкой смолы. При следующем запуске меняют соответствующий параметр процесса, сохраняя остальные условия. Для ответственной детали дополнительно проверяют требуемые свойства ламината; сама успешная пропитка их не определяет.

Источники

[1] Easy Composites. In-Depth Guide to Resin Infusion.

[2] Easy Composites. IN2 Epoxy Infusion Resin, TDS.

[3] Leybold. Calculating evacuation time for vacuum chambers.