1.本发明属于复合材料成型技术领域，尤其涉及一种基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型方法。
背景技术：
2.真空辅助注射成型（vari）作为具有代表性的复合材料液体成型工艺，广泛应用于复合材料零部件的制造。真空辅助注射成型（vari）的工艺过程中，首先在模具上铺设纤维增强材料，再铺设真空袋或柔性真空薄膜，然后使用真空泵抽出真空袋内的空气以形成真空负压的环境。在真空辅助注射成型体系中预先铺设有贯穿真空袋的树脂管路，位于真空袋外的树脂体系罐内和真空袋内具有一定的压力差，在该压力差的作用下，推动树脂体系罐内的树脂注入真空袋内，进而对纤维增强材料进行浸润。纤维增强材料被树脂充分浸润后，固化，最终形成复合材料产品。
3.在真空辅助注射成型工艺过程中，真空袋内部始终为真空负压环境，真空袋外部为大气压，在真空作用下，真空袋内外压力差最大值为0.1mpa，在内外压力差的作用下，真空袋压缩纤维增强材料，使纤维增强材料排列非常紧密。但是，紧密排列的纤维增强材料会降低其渗透率，从而阻碍树脂体系对纤维增强材料的浸润，使树脂体系浸润纤维增强材料的速度降低或者浸润不完全。一是延长工艺时间，影响生产效率；二是，由于真空袋内外压力差最大值仅为0.1mpa，无法促进纤维增强材料进一步密实，成型后复合材料的纤维体积分数较低，从而影响复合材料的力学性能。
技术实现要素：
4.鉴于现有技术的中的上述缺陷或不足，本发明提供一种能够提高复合材料产品性能、提高成型效率的基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型方法。
5.本发明提供了一种基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型方法，所述成型方法包括：a纤维增强材料铺贴和真空袋封装；将纤维增强材料铺贴于成型模具上，然后铺设任选的脱模布、任选的导流网、任选的透气毡和树脂管路，并铺设抽真空管路，然后将真空袋封装。
6.b真空袋内抽真空；将真空袋内抽真空，保持真空度为-0.1mpa。
7.c真空袋外抽真空；将真空袋外抽真空，保持真空度为-0.05mpa~-0.09mpa。
8.d树脂体系脱泡；对树脂体系罐抽真空，保持真空度为-0.1mpa，对树脂体系进行脱泡。
9.e注胶；将树脂注入真空袋内，至树脂完全浸润增强纤维材料铺层，停止注胶。
10.f正压排胶密实；在注胶结束后，开始固化前，停止对真空袋外抽真空，并向真空袋外施加正压，同时停止真空袋内抽真空，保持真空袋外的压强为0.3~0.6mpa，进行排胶密实。
11.g固化；模具升温，完成复合材料固化成型。
12.优选地，在进行e注胶步骤的过程中，保持真空袋外的压力不小于树脂体系罐内的压力。
13.优选地，在对树脂体系脱泡完成后，并在注胶前，调整树脂体系罐真空度为-0.05mpa~-0.09mpa。
14.优选地，树脂排出管路设置在纤维增强材料的四周，且所述树脂排出管路连接树脂缓冲罐。
15.优选地，在进行g固化步骤的过程中，保持向真空袋外施加正压。
16.优选地，在b真空袋内抽真空步骤中，在抽真空过程中，真空度达到-0.1mpa之前，不断调整真空袋褶皱的位置，使真空袋与模具或纤维增强材料完全贴合。
17.优选地，真空袋内真空度-0.1mpa保持10~20min后，再进行c真空袋外抽真空的步骤。
18.优选地，在e注胶步骤中，当树脂从真空袋内进入第一抽真空管路时，说明树脂完全浸润增强纤维材料铺层，停止注胶。
19.优选地，在所述第一抽真空管路上，连接有所述树脂缓冲罐。
20.本发明的有益效果包括：本发明所述的基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型方法，包括维增强材料铺贴和真空袋封装、真空袋内抽真空、真空袋外抽真空、树脂体系脱泡、注胶、正压排胶密实和固化的步骤。在真空袋内抽真空的步骤中，保持真空袋内真空度为-0.1mpa，将真空袋内及纤维增强材料铺层内的空气排出；然后在真空袋外抽真空，保持真空度为-0.05mpa~-0.09mpa，通过真空袋外和真空袋内压力的协同作用，此时真空袋内和真空袋外的压力差减小，纤维增强材料受到的外加压力减小，纤维增强材料呈现相对蓬松状态，从而有利于减小树脂体系在纤维增强材料之间流动的阻力，其渗透率提高，增加树脂体系浸润纤维增强材料的速率，一方面可以提高生产效率，另一方面，树脂体系对纤维增强材料的浸润更完全，可以提高复合材料的力学性能。
21.本发明在注胶后，固化前，增加了正压排胶密实的步骤。正压排胶密实是在真空袋外施加正压，通过真空袋外和真空袋内压力的协同作用，外加压力进一步压缩纤维增强材料，将多余的树脂从复合材料内部挤压排出，进一步提高复合材料的纤维体积分数，进而提升复合材料固化成型后的力学性能。
附图说明
22.图1为基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型方法的其中一种实施方式的工艺流程图；图2为基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型系统结构示意图；其中，图中所述标注为：
1、压力控制系统；2、真空袋；3、导流网；4、成型模具；5、纤维增强材料；6、第一抽真空管路；7、第二抽真空管路；8树脂注入管路；9、树脂体系罐；10、树脂缓冲罐。
具体实施方式
23.在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下可实现实施方案。
24.除非本发明中另外要求，词语“包括”和“包含”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。
25.在整个说明书中提到的“一实施方案”或“实施方案”或“一种优选地实施方式案”或“某些实施方案”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在一种优选地实施方式案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。
26.本发明提供了一种基于压力协同的复合材料真空辅助注射成型方法，所述成型方法包括：a纤维增强材料5铺贴和真空袋2封装；将纤维增强材料5铺贴于成型模具4上，然后铺设任选的脱模布、任选的导流网3、任选的透气毡和树脂管路，并铺设抽真空管路，然后将真空袋2封装。
27.具体地，如图2所示，所述成型模具4、纤维增强材料5、任选的脱模布、任选的导流网3、任选的透气毡和真空袋2位于压力控制系统1中，真空袋2将纤维增强材料5、任选的脱模布、任选的导流网3和任选的透气毡封装于所述成型模具4上，且位于真空袋2内。如果真空袋2优化为具有脱模布功能的真空袋2，可以不使用脱模布。所述导流网3用于导流树脂，使树脂流动更均匀。
28.所述树脂管路包括树脂注入管路8和树脂排出管路，所述树脂注入管路8的一端与树脂体系罐9的底部连接，所述树脂注入管路8的另一端铺设于真空袋2内。
29.所述抽真空管路包括第一抽真空管路6，所述第一抽真空管路6的一端铺设于真空袋2内，所述第一抽真空管路6的另一端连接真空泵，通过所述第一抽真空管6路来控制真空袋2内的压力。通过压力控制系统1来控制真空袋2外的压力。
30.b真空袋2内抽真空；关闭树脂注入管路8和树脂排出管路，然后将真空袋2内抽真空，保持真空度为-0.1mpa。
31.具体地，对真空袋2内抽真空时，在真空的作用下，真空袋2内及纤维增强材料5铺层中的空气排出，保持真空袋2内的真空度为-0.1mpa。此时，真空袋2外和真空袋2内的压力差为0.1mpa，真空袋2紧密压缩纤维增强材料5，使纤维增强材料5压缩相对紧密。
32.c真空袋2外抽真空；通过压力控制系统1将真空袋2外抽真空，保持真空度为-0.05mpa~-0.09mpa。
33.具体地，在真空袋2外抽真空，保持真空度为-0.05mpa~-0.09mpa，此时真空袋2外和真空袋2内的压力差减小为0.01mpa~0.05mpa，纤维增强材料5受到的压力减小，纤维增强
材料5呈现相对蓬松状态。此时，真空袋2仍然完全贴合在纤维增强材料5和模具上。可以避免在成型模具4与真空袋2之间形成树脂流动的通道，规避树脂无序流动，造成树脂浪费，并避免影响复合材料产品成型质量。
34.由于作用在纤维增强材料5的外加压力降低，所述纤维增强材料5排布的紧密程度降低，纤维增强材料5的渗透率提高，有利于树脂在纤维增强材料5铺层中流动和浸润。
35.d树脂体系脱泡；注胶前，对树脂体系罐9抽真空，保持真空度为-0.1mpa，对树脂体系进行脱泡。
36.在本发明中，所述抽真空管路还包括第二抽真空管路7，所述第二抽真空管路7的一端连接树脂体系罐9，所述第二抽真空管路7的另一端连接另一真空泵，通过所述第二抽真空管路7来控制树脂体系罐9内的压力。此时树脂注入管路8处于关闭状态。
37.e注胶；开启树脂注入管路8，将树脂注入真空袋2内，至树脂完全浸润增强纤维材料铺层，停止注胶。
38.具体地，开启树脂注入管路8，保持树脂体系罐9内的压力大于真空袋2内压力，压力差推动树脂流动，注入真空袋2，进而浸润纤维增强材料5。至树脂完全浸润纤维增强材料5，关闭树脂注入管路8，停止注胶。
39.f正压排胶密实；在注胶结束后，开始固化前，停止对真空袋2外抽真空，并向真空袋2外施加正压，同时停止真空袋2内抽真空，保持真空袋2外的压力为0.3~0.6mpa，开启树脂排出管路，进行排胶。
40.在现有技术中，不对真空袋2外施加正压。在树脂体系浸润纤维增强材料5前，真空袋2施加的压力全部施加给纤维增强材料5，而在树脂体系浸润纤维增强材料5的过程中，外加压力由树脂体系与纤维增强材料5共同承担，在外加压力不变的情况下，直接作用于纤维增强材料5的压力减小，纤维增强材料5排列的紧密程度降低。一方面会导致固化后的复合材料的树脂含量较大，纤维体积含量较小，进而复合材料性能也相对较低。另一方面，在树脂体系浸润纤维增强材料5的过程中，虽然由树脂体系浸润的纤维增强材料5排列的紧密程度降低，但是未浸润的纤维增强材料5排列的紧密程度并没有变化，因而，并不能改善树脂体系流动前锋对纤维增强材料5的浸润速度。
41.在本发明中，当注胶结束后，关闭树脂注入管路8，开启树脂排出管路，通过压力控制系统1在真空袋2外施加正压，同时关闭所述第一抽真空管路6，整个系统不再抽真空。保持真空袋2外压力大于0.3mpa。此时，真空袋2外和真空袋2内的压力差远大于0.1mpa。外加压力将进一步压缩纤维增强材料5，将多余的树脂从复合材料内部挤压出来，并从树脂排出管路排出。随着多余树脂的排出，纤维体积含量逐渐增加，随着外加压力与纤维增强材料5由于压缩状态能承担的外加压力相匹配后，纤维增强材料5不再压缩，树脂也不再排出，达到稳定状态。在此过程中，复合材料的纤维体积分数增加，进而有效提升复合材料固化成型后的力学性能。
42.g固化；模具升温，完成复合材料固化成型。
43.具体地，树脂完全浸润纤维增强材料5后，根据所使用的树脂性质，确定与其匹配
的固化参数，完成复合材料的固化成型。
44.在本发明一种优选地实施方式中，在f正压排胶密实步骤中，保持真空袋外的压强为0.4~0.5mpa。
45.在本发明一种优选地实施方式中，为确保树脂仅在预定的区域流动，不把真空袋撑起，在进行e注胶步骤的过程中，维持真空袋外的压力不小于树脂体系罐9内的压力。
46.在本发明一种优选地实施方式中，在对树脂体系脱泡完成后，并在注胶前，调整树脂体系罐9真空度为-0.05mpa~-0.09mpa。因此，在注胶时真空袋内的压力小于树脂体系罐9内的压力，在压力差的作用下使树脂顺利流入真空袋内。
47.在现有技术的真空辅助注射成型方法中，多组分的树脂体系混合过程中会卷入气泡，如果直接注入纤维增强材料5，固化后的复合材料产品内部会有孔隙缺陷，将影响复合材料产品性能。现有技术中，混合后的树脂体系通常采用离线真空脱泡处理，但是对于反应活性较大的树脂体系，易在脱泡过程就开始固化，因此通常脱泡处理时间较短，无法有效完成脱泡，树脂体系中仍含有气泡。
48.在现有技术中，如果采用在线真空脱泡处理，在树脂体系罐9内树脂体系液面上施加理论的真空度，当无法形成压力差时，树脂将无法注入真空袋内浸润纤维增强材料5。因此，在注胶过程中只能降低树脂体系罐9内的真空度，确保形成树脂体系流动的压力差，一方面，树脂体系罐9内的真空度太低，无法达到在线脱泡的效果；另一方面，树脂体系罐9内的真空度太高，树脂体系流动的压力差就小，树脂流动的动力小；且当真空袋紧密压缩纤维增强材料5时，将进一步增加树脂流动的阻力，使树脂体系浸润纤维增强材料5的速度减小，严重影响复合材料产品的生产效率。
49.在本发明中，先对树脂体系罐9抽真空至真空度为-0.1mpa，对树脂体系进行脱泡后，将树脂体系罐9的真空度调整为-0.05mpa~-0.09mpa。此时树脂体系罐9内和真空袋内的压力差大于0.01mpa，且真空袋外的压力不小于树脂体系罐9内的压力。树脂体系罐9和真空袋外的压力协同，确保树脂仅在预定的区域流动，不把真空袋撑起；树脂体系罐9和真空袋内的压力协同，使树脂在压力差的作用下顺利流入真空袋内；同时，真空袋内和真空袋外的压力协同，真空袋对纤维增强材料5的压力减小，树脂在真空袋内的流动阻力减小，有助于提高树脂对纤维增强材料5的浸润速度，提高生产效率，同时确保浸润质量。
50.在本发明一种优选地实施方式中，所述树脂排出管路设置在纤维增强材料5的四周，且所述树脂排出管路连接树脂缓冲罐10。
51.在本发明中，所述树脂排出管路设置在纤维增强材料5的四周，更有利于树脂的排出，所述树脂缓冲罐10设置于压力控制系统的外部，用于接收排出的多余的树脂。
52.在本发明一种优选地实施方式中，在进行g固化步骤的过程中，保持向真空袋外施加正压。
53.在本发明一种优选地实施方式中，在b真空袋内抽真空步骤中，在抽真空过程中，真空度达到-0.1mpa之前，不断调整真空袋褶皱的位置，使真空袋与成型模具4和纤维增强材料5完全贴合。
54.在本发明中，在对真空袋内抽真空过程中，在真空度达到-0.1mpa之前，为避免真空袋在模具结构复杂的区域产生架桥，不断调整真空袋褶皱的位置，以确保真空袋与模具或纤维增强材料5完全贴合。
55.在本发明一种优选地实施方式中，在真空袋内真空度-0.1mpa保持10~20min后，再进行c真空袋外抽真空的步骤。
56.在本发明中，为使纤维增强材料5铺层中的空气排出更完全，需在真空袋内真空度-0.1mpa保持10~20min后，再进行c真空袋外抽真空的步骤。
57.在本发明一种优选地实施方式中，在e注胶步骤中，当树脂从真空袋内进入第一抽真空管路6时，说明树脂完全浸润纤维增强材料5，停止注胶。
58.优选地，为防止树脂可能进入真空泵中，损坏真空泵，在所述第一抽真空管路6上，连接有所述树脂缓冲罐10。具体地，所述树脂缓冲罐10为密封罐，所述第一抽真空管路6与所述树脂缓冲罐10连通，然后树脂缓冲罐10再与真空泵连通。
59.在本发明一种优选地实施方式中，如图1所示，所述成型方法包括以下步骤：a纤维增强材料5铺贴和真空袋封装；将纤维增强材料5铺贴于成型模具4上，然后铺设任选的脱模布、任选的导流网、任选的透气毡和树脂管路，并铺设抽真空管路，然后将真空袋封装。
60.b真空袋内抽真空；将真空袋内抽真空，保持真空袋内真空度为-0.1mpa。
61.c真空袋外抽真空；将真空袋外抽真空，保持真空袋外真空度为-0.05mpa~-0.09mpa。
62.d树脂体系脱泡；注胶前，对树脂体系罐9抽真空，保持真空度为-0.1mpa，对树脂体系进行脱泡；脱泡完成后，调整树脂体系罐9真空度为-0.05mpa~-0.09mpa，且保持真空袋外的压力不小于树脂体系罐9内的压力。
63.e注胶；打开树脂注入管路8，将树脂注入真空袋内，至树脂完全浸润纤维增强材料5，停止注胶；在注胶过程中，保持真空袋外的压力不小于树脂体系罐9内的压力。
64.f正压排胶密实；在注胶结束后，开始固化前，停止对真空袋外抽真空，并向真空袋外施加正压，然后停止真空袋内抽真空，保持真空袋外的压力为0.3~0.6mpa，进行排胶。
65.g固化；模具升温，保持向真空袋外施加正压，完成复合材料固化成型。
66.在本发明中，步骤a、步骤b、步骤c、步骤e、步骤f、步骤g依次进行，步骤d在步骤e之前完成。
67.在本发明中，所述成型方法通过真空袋内和真空袋外压力的协同，以及树脂体系罐9内和真空袋内压力的协同，可以有效提高树脂体系浸润速度、提高成型效率，还可以使树脂对纤维增强材料的浸润更完全；另外，通过在真空袋外施加正压，进行正压排胶密实，进一步提高复合材料的纤维体积分数，从而进一步提高复合材料产品性能。