真空袋装（或真空袋层压）树脂抽真空成型技术

真空袋装（或真空袋层压）是一种夹紧方法，它使用大气压力将层压板的环氧树脂涂层组件固定到位，直到环氧树脂固化。像熵树脂这样的现代室温固化环氧树脂消除了对过去真空袋层压所需的许多复杂和昂贵设备的需求。多亏了像这样的环氧树脂，真空袋装现在已成为普通建筑商可以使用的技术。借助真空袋装，您可以层压各种材料，从传统木饰面到合成纤维和芯材。

真空袋的工作原理

真空袋装使用大气压力作为夹具将层压板层固定在一起。层压材料被密封在气密外壳内。封套的一侧可以是密封模具，另一侧可以是密封袋。当袋子密封时，此封套内外的压力等于大气压力：大约 29 英寸汞柱 (Hg)，或 14.7 psi。当真空泵从该封套中抽空空气时，内部气压降低，而封套外部的气压保持在 14.7 psi。大气压力与信封的侧面和信封内的所有东西一起作用，对信封的表面施加相等且均匀的压力。封套内外的压力差决定了层压板的夹紧力大小。理论上，如果可以实现完美的真空并从外壳中去除所有空气，则可以施加在层压板上的最大可能压力是一个大气压，即 14.7 psi。实际压差（夹紧压力）为 12-25 英寸汞柱 (6-12.5 psi)。

真空袋装的优点

• 与其他层压方法一样，您可以将不同的材料结合到层压板中。
• 您可以选择符合组件结构要求的材料，并且您的选择不受夹紧方法的限制。
• 无论您要层压的材料如何，都能在整个表面上提供牢固、均匀分布的夹紧压力。这允许更广泛的材料组合和材料组合以及材料之间的优异结合。它优于机械夹紧或装订，后者仅对集中区域施加压力，会损坏易碎的核心材料，可能无法提供足够的压力来粘合某些区域，并且可能需要额外的粘合剂来弥合间隙。
• 由于整个层压板的夹紧压力均匀，导致胶线更薄、更一致和空隙更少。由于大气压力是连续的，它均匀地压在接头上，因为粘合剂在内部均匀分布。
• 让您控制环氧树脂含量并从层压板中去除多余的粘合剂，从而提高纤维与环氧树脂的比率。这转化为更高的强度重量比和成本节约。
• 允许在模具中使用更多种类并创建自定义形状。使用真空袋装时，大气向下推信封顶部，并同样向上推信封或模具底部。由于大气压力为模具背面提供了相等且均匀的夹紧压力，因此模具只需足够坚固以将层压板保持在所需形状，直到环氧树脂固化。这意味着真空袋模具可以相对轻便且易于制造。
• 层压板中的所有材料同时被浸湿和铺设，这意味着真空袋装可让您在一次高效操作中完成层压过程。在应用玻璃纤维中了解更多关于层压的信息。

使用这项技术

我们将在这里提供真空袋装的基础知识。在为成品零件投入大量时间和材料之前，最好先试验一下设计和材料。我们希望这些信息能为您提供工具来扩展您的构建能力、探索这项技术并改进您的技术。

真空袋装设备

真空装袋系统包括一个气密夹紧封套和一种在环氧树脂固化之前从封套中去除空气的方法。模具和模具制造将在后面讨论。

真空泵

真空系统的核心是真空泵。动力真空泵在机械上类似于空气压缩机，但工作原理相反，因此空气从封闭系统中抽出并排放到大气中。真空泵由其真空压力潜力或“Hg 最大值”（Hg 是水银的化学符号）、以立方英尺每分钟 (CFM) 为单位的排量以及驱动泵所需的马力来指定。

真空压力

Hg 最高水平是为泵推荐的最高真空水平（以英寸汞柱为单位）。该真空水平转化为可以产生的最大夹紧压力。两英寸汞柱 (2″ Hg) 大约等于每平方英寸 (1 psi) 气压一磅。（请记住，1 个大气压 = 29.92 英寸汞柱 = 14.7 psi）如果您对一平方英尺的层压板进行真空包装，则 20 英寸汞柱的真空将产生 10 psi 的夹紧力或整个层压板总共 1440 磅的夹紧力. 如果您要层压 4′ × 8′ 面板，同样的 20″ Hg (10 psi) 将产生超过 46,000 磅的夹紧力，均匀分布在整个面板上。

移位

泵可以输送的空气量（额定单位为每分钟立方英尺或 CFM）也是选择泵时的重要考虑因素。如果真空系统（模具、袋子、管道以及所有接缝和接头）绝对气密，那么无论系统大小如何，任何尺寸的泵最终都应该能够抽出其额定 Hg 最大真空度。然而，创建一个完美密封的真空袋装系统几乎是不可能的，尤其是对于更大或更复杂的系统。CFM 额定值越大，泵就越接近达到其 Hg 最大值并保持足够的夹紧力以防止系统中的累积泄漏。具有高 CFM 额定值的真空泵也将更快地达到有效的夹紧力。

马力和性能

泵的马力要求有助于表明泵的效率。它没有揭示泵适用于真空袋的程度。选择泵时，使用“Hg maximum”和 CFM 额定值而不是马力作为指导。专为特定应用而设计的较小泵可能会权衡真空等级或空气排量以适应特定工作。通常，要同时获得更高的“Hg maximum”和 CFM 额定值，需要更大的马力。

泵的选择

模具的尺寸和形状以及层压材料的类型和数量将决定泵的最低要求。如果您要层压由几层玻璃、平面单板或芯材组成的平板，5″ 或 6″ Hg (2.5–3 psi) 真空压力将提供足够的夹紧压力，以在所有层之间实现良好的粘合. 如果面板面积限于几平方英尺，1 或 2 CFM 泵将提供足够的夹紧压力。随着面板面积的增加，CFM 要求也相应增加。3.5 CFM 的排量对于最大 14′ 的面板可能就足够了。对于较大的作业，可能需要排量为 10 CFM 或​​更大的泵。

管道系统或外壳的密封不良，或允许空气泄漏的材料，将需要更大容量的泵来保持令人满意的真空压力。系统密封性越好，您需要的泵就越小。如果您需要更大的夹紧压力来迫使叠片符合更复杂的模具形状，则需要更高的“Hg maximum”额定泵。弯曲或复合模具形状和/或多层硬质单板或芯材的层压可能需要至少 20″–28″ Hg 真空才能提供足够的夹紧力。

同样，如果面板尺寸限制在几平方英尺，如果外壳是气密的，则具有高“Hg 额定值”的 1 或 2 CFM 泵将起作用。然而，一个非常大的面板可能需要至少 10 CFM 泵才能达到并保持足够的夹紧力，以将所有层压板层压到模具形状，并在整个层压板上产生一致的胶线。

通常，用于特定真空袋装操作的最佳泵将具有最大的空气移动能力，以在合理的马力下运行时所需的真空/夹紧压力。

泵类型

真空泵类型包括活塞式、旋转叶片式、涡轮式、隔膜式和文丘里式。它们可以是正位移或非正位移。

容积式真空泵

这些可以是油润滑的或无油的。与无油泵相比，油润滑泵可以在更高的真空压力下运行，效率更高，使用寿命更长。然而，无油泵更清洁，需要更少的监控和维护，并且可以轻松产生适用于真空袋的范围内的真空。在用于真空袋装的几种容积式真空泵中，往复式活塞式和旋转叶片式是最常见的。活塞泵能够产生比旋转叶片泵更高的真空度，同时伴随着更高的噪音水平和振动。旋片泵产生的真空度可能低于活塞泵，但与活塞泵相比具有多项优势。虽然它们的真空等级对于大多数真空袋来说绰绰有余，但对于给定的真空等级，它们能够移动更多的空气。换句话说，它们可以更快地从系统中排出空气，并且可以容忍系统中更多的泄漏，同时保持有用的真空水平。此外，旋片泵通常更紧凑，运行更平稳，需要更少的动力，成本更低。

非正排量真空泵

这些泵具有高 CFM 额定值，但通常真空压力水平对于大多数真空袋来说太低。真空吸尘器是非正排量泵或涡轮泵的一个例子。

气动真空发生器

这些简单、低成本的文丘里设备使用标准空气压缩机提供的气压产生真空。它们的便携性、相对较低的成本以及压缩机在许多商店和家庭中的可及性使它们成为小型真空袋项目的理想选择。单级发生器具有很高的真空等级，但移动的空气量很少，限制了真空袋操作的规模。

两级泵

对于大多数真空袋装操作，较大的两级泵可与机械泵相媲美，但需要相应的大型压缩机来运行它们。真空泵已被制造用于各种工业应用。可以以合理的价格找到各种尺寸和额定值的二手泵。对于小型项目，一些建筑商成功地使用了旧的挤奶机泵甚至吸尘器泵。如果您找到您认为适用于真空袋装的二手泵，真空和排量额定值会让您了解您可以使用它进行真空袋装的范围。如果您对泵不确定，可以按照本手册中的步骤进行空运行，以测试泵的局限性。泵应该能够持续保持真空，直到粘合剂达到有效固化，

真空袋材料

完成用于处理层压板的真空系统需要多种材料。

释放织物

也称为剥离层或离型膜，这种光滑的编织材料不会与环氧树脂粘合。它用于分离呼吸器和层压板。层压板固化后，多余的环氧树脂会通过剥离织物吸收。剥离织物留下光滑、有纹理的表面，通常无需额外准备即可粘合。在进行额外的粘合之前，沙子表面将受到高负荷粘合。离型织物和薄膜可以设计用于高温应用或用于控制可以通过它们的环氧树脂的量。

穿孔膜

当您使用高真空压力和缓慢固化的环氧树脂系统或创建薄层压板时，您可以将塑料薄膜与离型织物一起使用，以帮助将环氧树脂保留在层压板中。穿孔薄膜有各种孔尺寸和图案。正确的选择取决于夹紧压力的大小以及环氧树脂的开放时间和粘度。

通气材料

也称为泄放材料，其在真空袋中的用途是通过在袋子和层压材料之间提供微小的空气空间，将信封所有部分的空气吸入端口或歧管。它在真空外壳内提供空气通道并吸收多余的环氧树脂。透气材料可以包括轻质聚酯毯（又名“婴儿毯”）、蚊帐、粗麻布、玻璃纤维布或太阳能泡泡游泳池罩。

真空袋

这个袋子通常形成层压材料周围气密包层的一半。如果您计划在室温下使用小于 5 psi (10 hg) 的真空压力，6 密耳的聚乙烯塑料袋就足够了。透明塑料薄膜优于不透明材料，可以在固化时轻松检查层压板。对于更高压力和温度的应用，请使用专门制造的真空袋材料。Film Technology, Inc. 提供一种褶皱薄膜，它可以引导空气并消除对透气材料的需求。

密封胶

胶泥用于在袋子和模具周边之间提供连续的气密密封。胶泥也可用于密封歧管进入袋子的点，并修复袋子或管道中的泄漏。密封不良或材料允许漏气，将需要更大容量的泵来保持令人满意的真空压力。

管道系统

管道系统提供从真空外壳到真空泵的气密通道，允许泵从外壳中去除空气并降低外壳中的气压。基本系统由柔性软管或刚性管道、存水弯和将管道连接到外壳的端口组成。一个更通用的系统包括一个控制阀和一个真空节流阀，可让您控制外壳中的真空压力。一个系统通常被拆分以在大型叠片上提供多个端口。或者它可能在外壳内包括一个歧管，以帮助将空气引导到单个端口。

管道或管道

您可以使用各种管道或管道，只要它是气密的并且在真空下不会塌陷即可。真空软管专为真空袋装和高压灭菌层压而设计。它与配件、泵和其他真空袋材料一起可从真空袋设备专业制造商处获得。由于成本较高，这种类型的管道系统最适合大规模或生产层压操作。其他类型的钢丝增强软管也可以使用，但它们应该具有抗压等级或在真空下测试环氧树脂固化时间的预期长度。具有足够壁厚的半刚性塑料管可用于管道系统，但通常难以处理。如果您计划在真空袋装过程中对层压板进行后固化，管道还必须耐热。可在室温下承受真空的塑料管在加热时可能会软化和塌陷。

刚性 ¾” PVC 或 CPVC 管道、弯头、“T”型接头和阀门工作良好。它们价格低廉，在大多数五金或管道用品商店都有售。这些部件不需要粘合在一起，可以重新排列以适应任何配置。低成本和多功能性使这种类型的管道系统成为小规模或偶尔层压的理想选择。

港口

真空端口将排气管连接到真空袋。它可以专门为此目的设计或由常用材料制成。最简单的端口之一是一个空心吸盘，它位于真空袋的一个小缝隙上方。设计用于车顶托架的杯子可以通过在杯子的中心钻孔轻松调整。

控制阀

在真空管路中加入一个控制阀，这样您就可以调节外壳处的气流量。控制阀影响空气去除率而不影响真空压力。

此外，您可以在控制阀和外壳之间放置一个真空节流阀。该阀与 T 型接头结合，在系统中充当可调节的“泄漏”以控制包络压力。为方便起见，阀门应靠近外壳放置。将陷阱合并到尽可能靠近信封的行中。该捕集器将收集任何多余的环氧树脂，这些环氧树脂在到达阀门或泵之前被吸入管线，并防止环氧树脂在管线中堆积。您可以使用一小段管道、一个 T 型接头和一个端盖轻松构建一个疏水阀。

真空计

该设备对于监测层压板固化期间的真空度/夹紧力是必要的。大多数真空计以英寸汞柱为单位，从零（一个大气压）到 30（低于一个大气压的英寸汞柱）。袋内负压读数等于压在袋外的大气净压力。要近似以磅/平方英寸 (psi) 为单位的读数，只需将读数除以二即可。大多数汽车商店都有的真​​空计是通过将一个空心吸盘（类似于端口）拧到底座上来改装的。一个 1½” 的 PVC 管帽，带有一个钻孔和螺纹以匹配量规，也可以使用。盖子的末端用胶泥密封到真空袋上。

歧管

在某些情况下，用于帮助从封套中去除空气，歧管可以是通气材料的较厚部分，为真空袋下方的空气移动提供通道到端口。另一种选择是沿其长度钻有孔的 ¾ 英寸 PVC 管。请注意，放置在真空袋下方的任何硬物（例如 PVC 歧管）都会在层压板上留下不必要的印象。

脱模剂

这对于防止层压零件时环氧树脂粘附在模具上至关重要。选择脱模剂时，请考虑成品零件所需的模具材料和特性。巴西棕榈蜡是最常见的。新模具最多涂五层，每个新零件成型前至少涂一层。在新模具上的五层蜡上添加 PVA（聚乙烯醇）也是一个好主意，以帮助防止粘连。使用糊状蜡可获得精细的细节和光泽度，但很难用带纹理的表面抛光任何东西。

对于新模具，使用密封剂和脱模剂可提供最佳效果。获得精细的细节和光泽度以及纹理。通常不需要抛光模具以去除多余的脱模剂。

许多不同的制造商提供半永久性液体释放系统。这些比糊状蜡更容易涂抹，并且一次涂抹可以承受处理过的模具的多次使用。

一般污染物是另一种脱模剂。这些范围从油脂或凡士林到马桶蜡、发胶、发胶，甚至透明包装胶带。您可以在粗糙或多孔的表面上使用这些，在这些表面上，细节、光泽和纹理在最终零件中并不重要。虽然不是最漂亮的，但这些脱模剂快速、便宜且容易获得。

特别注意事项

模具、层压板层时间表和真空袋装方法的每种组合都提出了一组不同的考虑因素。这些是最常见的特殊注意事项。

桥接

窄模具、深模具或带有尖锐内角的模具会产生称为桥接的问题。当任何复合材料或真空袋材料对于模具来说太短或太硬而不能完全覆盖到模具的狭窄部分或尖锐的内角时，就会发生桥接。织物层或真空袋可能被切割得太短，并且在施加真空时“桥接”在模具的狭窄部分。木饰面或泡沫芯可能无法弯曲到足以接触模具中小半径的内部。桥接导致层压板中出现空隙。

防止桥接

• 将所有层压材料和真空袋材料切割得足够大，以覆盖模具的所有部分。
• 将层压板放入模具中时，将每一层压紧模具。
• 施加真空时，用软垫块将硬木单板或芯材敲入紧密的内角。
• 将层压板和真空袋材料（不是真空袋本身）的重叠接头放在内角。这允许材料的末端在施加真空压力时滑入角落。

控制纤维与环氧树脂的比例

与环氧树脂相比，层压板中的纤维对其强度的贡献更大。要以最低的重量获得最大的强度，请采取措施降低环氧树脂与结构织物的比例（当然，要降低到一定程度）。没有真空袋的典型湿法叠层被限制在大约 50:50 的纤维与环氧树脂的比例。真空袋压紧层压板，使纤维被彻底浸湿，使纤维与环氧树脂的比例高达 65:35。

纤维与环氧树脂的比例受以下因素影响：

• 真空压力
• 环氧树脂粘度
• 环氧树脂固化时间（真空下时间，胶凝前）
• 穿孔膜图案及开孔尺寸

高真空压力会导致层压板更加压实，但可能会从层压板中吸出过多的环氧树脂并进入吸收性透气织物，特别是如果您使用的是开放时间长的低粘度环氧树脂。穿孔薄膜限制环氧树脂流出层压板，并允许您使用更高的真空压力，实现更大的层压板压实度，并减轻复合材料的重量。穿孔薄膜有各种孔尺寸和图案。您需要通过实验来确定特定层压板的穿孔薄膜、真空压力、环氧树脂粘度和固化时间的正确组合。对于小型项目，您可以自己给薄膜穿孔，方法是在薄塑料布或聚乙烯薄膜上穿孔，孔的间距在 3/8 英寸到 2 英寸之间呈网格状。