Formowanie z transferem żywicy wspomagane próżniowo - Vacuum assisted resin transfer molding
Formowanie z żywicą wspomaganą próżniowo (VARTM) lub formowanie wtryskowe próżniowe (VIM) to zamknięta forma, z procesu wytwarzania kompozytu w autoklawie (OOA). VARTM to odmiana Resin Transfer Moulding (RTM), której wyróżniającą cechą jest zastąpienie górnej części narzędzia formującego workiem próżniowym i zastosowanie próżni w celu ułatwienia przepływu żywicy. Proces polega na zastosowaniu próżni w celu ułatwienia przepływu żywicy do układu włókien zawartego w narzędziu do formowania pokrytym workiem próżniowym. Po impregnacji część kompozytową pozostawia się do utwardzenia w temperaturze pokojowej, czasami przeprowadzając opcjonalne utwardzanie wtórne.
Proces
Zazwyczaj proces ten wykorzystuje żywicę poliestrową lub winyloestrową o niskiej lepkości (100 do 1000 cP) wraz z włóknami szklanymi do stworzenia kompozytu. Zwykle proces umożliwia wytwarzanie kompozytów o udziale objętościowym włókien między 40–50%. Stosunek żywicy do włókna jest ważny dla określenia ogólnej wytrzymałości i wydajności końcowej części, przy czym na wytrzymałość mechaniczną największy wpływ ma rodzaj wzmocnienia włóknem. Rodzaj zastosowanej żywicy będzie przede wszystkim określał odporność na korozję, temperaturę odkształcenia cieplnego i wykończenie powierzchni. Żywice stosowane w tym procesie muszą mieć niską lepkość ze względu na ograniczoną różnicę ciśnień zapewnianą przez pompę próżniową. Można również stosować włókna o wysokiej wydajności, takie jak włókno węglowe. Jednak ich użycie jest mniej powszechne i służy głównie do produkcji części z wyższej półki.
Wycieki powietrza
Aby VARTM mógł tworzyć wysokiej jakości części kompozytowe, konieczne jest unikanie wycieków powietrza. Wycieki powietrza mogą powodować nieprawidłowy przepływ żywicy przez formę, a także prowadzić do tworzenia się pęcherzyków powietrza. Defekty w postaci pustek pojawiają się, gdy kompozyt utwardza się z pęcherzykami powietrza w środku. Przeciek powietrza może być spowodowany uszkodzeniem worka próżniowego, niewłaściwym nałożeniem taśmy uszczelniającej lub nieprawidłowym uszczelnieniem w miejscach, w których wąż styka się z workiem próżniowym.
Wycieki powietrza można wykryć różnymi metodami. W niektórych sytuacjach pęcherzyki powietrza, a w konsekwencji wycieki powietrza, można wykryć po prostu przez wizualną kontrolę kompozytu. Najprostsza metoda „izolacji wycieku” polega na monitorowaniu poziomu podciśnienia w celu określenia, czy nie ma wycieków powietrza. Jeśli poziom podciśnienia nie zmniejszy się po odessaniu całego powietrza z formy, można stwierdzić, że nie ma wycieków powietrza. Jeśli jednak nastąpiłby spadek poziomu podciśnienia, wskazywałoby to na wyciek powietrza. Niestety, ta metoda identyfikacji obecności wycieku powietrza nie określa lokalizacji wycieku.
Do lokalizowania wycieków wykorzystywane jest również powiększenie dźwięku. Ponieważ wycieki powietrza powodują hałas, metoda ta wykorzystuje mikrofon do wzmacniania dźwięku do zestawu głośników lub słuchawek, aby pomóc w identyfikacji wycieków. Pozwala to użytkownikowi wykryć wyciek powietrza i użyć mikrofonu, aby pomóc mu znaleźć miejsce wycieku. Niestety ta metoda jest nieskuteczna w hałaśliwym otoczeniu.
Do wykrywania wycieków można również wykorzystać podgrzane powietrze. W tej metodzie podgrzane powietrze przepuszczane jest przez formę przed użyciem pompy próżniowej. Jeśli podczas konfiguracji procesu wystąpią jakiekolwiek wycieki powietrza, przez nieszczelność wydostanie się gorące powietrze. Następnie można użyć detektora podczerwieni do określenia, czy na powierzchni worka próżniowego wydziela się ciepło, co wskazywałoby na wyciek powietrza.
VARTM vs RTM
Zarówno VARTM, jak i RTM to zamknięte procesy formowania, w których do wtryskiwania żywicy do formy stosuje się ciśnienie. Istnieje kilka różnic między materiałami używanymi w VARTM a RTM, przy czym żywica i włókno są zasadniczo takie same dla obu procesów. Dlatego też, jeśli takie czynniki, jak stosunek włókien do żywicy i rozkład włókien w przekroju poprzecznym były utrzymywane na stałym poziomie dla każdego procesu, osiągi wypraski byłyby podobne.
RTM ma preformę włóknistą umieszczoną między połówkami formy, podczas gdy VARTM wykorzystuje dolną część narzędzia formującego i worek próżniowy z przepływem żywicy spowodowanym użyciem próżni. RTM daje w wyniku małe i średnie części, które również mogą mieć złożone kształty, podczas gdy VARTM może również tworzyć bardzo duże części. VARTM ma również korzystnie niższe koszty wyposażenia niż RTM. Jednostronny charakter formy VARTM ma tę wadę, że pozwala tylko jednej stronie kompozytu na wykończenie klasy A. Jednak części mogą być wytwarzane z wykończeniem klasy A po obu stronach z RTM, ponieważ ma zarówno górną, jak i dolną formę.
Zalety i zastosowania
Zaletą tego procesu jest to, że nie wymaga drogiego autoklawu, a jednocześnie umożliwia wytwarzanie dużych, złożonych części przeznaczonych dla przemysłu lotniczego. Produkty wytwarzane tą metodą różnią się znacznie w zastosowaniach, a ich części są wykorzystywane w transporcie, energetyce wiatrowej, morskiej, infrastrukturalnej i lotniczej. Zdolność procesu do tworzenia dużych i złożonych części pozwoliła skutecznie obniżyć koszty produkcji, gdy jest wykorzystywany do produkcji części, które tradycyjnie są zbudowane z wielu małych elementów. Na przykład firma LOCKHEED Martin Space Systems (LMSS) odnotowała oszczędności kosztów produkcji nawet o 75%, gdy zaczęła produkować ćwierć sekcji przedziału sprzętowego dla pocisku Trident II D5 przy użyciu VARTM.