RU2722530C1

RU2722530C1 - Method for orthogonal impregnation of layered fibrous blanks in making articles from polymer composite materials by a vacuum infusion process and a device for its implementation

Info

Publication number: RU2722530C1
Application number: RU2019137997A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Громашев; Анатолий Иосифович Гайданский; Алексей Владимирович Ульянов; Андрей Владимирович Третьяков
Original assignee: Акционерное общество "АэроКомпозит"
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-06-01

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: group of inventions relates to the technology of making articles from a polymer composite material based on continuous organic or inorganic fibers and a thermosetting matrix by an orthogonal vacuum infusion process. Method of impregnating layered fibrous workpieces with binder in making articles from polymer composite material comprises the following steps. Fiber billet is placed in working chamber above air-permeable but binder-impermeable barrier layer, wherein channels of binder supply are located above upper layers of fibrous billet in its highest point and each binder feed channel is limited with binder impenetrable barrier, and vacuum channels providing rarefaction in working, drainage, compression chambers and binder feeding chamber are located under lower layers of fibrous workpiece. At temperature Tnegative pressure Pis created in the vacuum channel connecting the working chamber with the first source of evacuation, to ensure supply of binder from binder supply chamber through channels of binder supply to surface of drain bend and then to fiber billet orthogonally to its fibers from upper layers to lower in direction of air-permeable but impermeable for binder barrier layer located under fibrous billet, due to infusion of the binder under the action of vacuum gradient ΔP=P-Pfrom a supply container with a binder, which is supported by atmospheric pressure PAt that, in order to exclude the possibility of the binder leakage beyond the external borders of the fibrous workpiece, a negative pressure Pequal to or greater than Pis created in the vacuum channel connecting the compression chamber with the second vacuumising source, and continuous pumping of gaseous inclusions from working chamber through permeable for gaseous inclusions, but impermeable barrier layer for binder and removal of parasitic inclusions into sacrificial layers from one side of fibrous workpiece. Then, heating is continued and gaseous inclusions are removed through the vacuum channel of the drain chamber in the temperature range from Tto T. After impregnation, the fibrous workpiece is compacted by opening the compression chamber channel for the preset time interval. Further, channels for feeding binder are shut off, heating is continued to temperature Tand binder impregnated with fibrous billet is cured to form article from fibrous polymer composite material with specified content of binder, fiber and specified level of porosity of composite material.EFFECT: achieving optimum volume content of fiber, reducing porosity to minimum values close to zero, providing impregnation of articles of any geometry from different fibrous workpieces using binder, intended for vacuum infusion method, as well as reducing labor intensity of vacuum bag assembly.17 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к технологии изготовления изделий, которые состоят из полимерного композиционного материала на основе непрерывных органических или неорганических волокон - армирующего наполнителя (сухой волокнистой заготовки), и термореактивной матрицы, ортогональным вакуумно-инфузионным процессом (Vacuum Infusion Orthogonal Impregnation Process - VIOIP) с последующим отверждением при повышенных температурах сухой волокнистой заготовки, пропитанной термореактивным олигомерным связующим - смолой.The present invention relates to the technology of manufacturing products that consist of a polymer composite material based on continuous organic or inorganic fibers - a reinforcing filler (dry fiber preform), and a thermosetting matrix, orthogonal Vacuum Infusion Orthogonal Impregnation Process - VIOIP), followed by curing at elevated temperatures of a dry fiber preform impregnated with a thermoset oligomer binder - resin.

Сухая волокнистая заготовка обычно представляет собой предварительно выложенную и уплотненную (предварительно уплотненную) заготовку из различных типов армирующего наполнителя, например, однонаправленной ленты, тканей различного плетения или мультиаксиальной непереплетенной ткани. Волокнистая заготовка может быть получена способом автоматической или ручной выкладки, уплотнением посредством ролика и лазерного нагрева или с помощью вакуума и повышенных температур.A dry fibrous preform is typically a pre-lined and compacted (pre-compacted) preform of various types of reinforcing filler, for example, unidirectional tape, fabrics of various weaving or multiaxial unwoven fabric. The fibrous preform can be obtained by automatic or manual laying out, densification by means of a roller and laser heating, or by vacuum and elevated temperatures.

При этом необходимо сказать о важности и необходимости выбора способа изготовления сухой волокнистой заготовки для получения качественных изделий при изготовлении изделий методами вакуумной инфузии и при изготовлении изделий сложной формы и интегральных конструкций, формуемых за один раз. Воспроизводимость качества деталей в соответствии с требованиями конструкторской и иной нормативной документации также должна рассматриваться в совокупности процессов предварительного формования и способа и устройства, рассматриваемого в настоящей заявке.At the same time, it is necessary to say about the importance and necessity of choosing a method of manufacturing a dry fibrous preform for obtaining high-quality products in the manufacture of products by vacuum infusion methods and in the manufacture of products of complex shape and integral structures formed at a time. The reproducibility of the quality of parts in accordance with the requirements of design and other regulatory documentation should also be considered in the aggregate of the processes of preliminary molding and the method and device considered in this application.

В настоящее время известно много способов изготовления изделий методом вакуумной инфузии категории RLI (Resin Liquid Infusion - инфузия жидкого связующего), представленных, например, в патенте США №6964561, МПК8 В29С 70/48, 2005 г.; патенте США №6630095, МПК7 В29С 70/44, 2003 г.; заявке WO №06/058541, МПК8 В29С 70/48, 2006 г. Вакуумная инфузия относится к так называемым безавтоклавным технологиям (out-of-autoclave), где формование происходит за счет давления вакуумного мешка на заготовку.Currently, there are many known methods of manufacturing products by vacuum infusion of the RLI category (Resin Liquid Infusion - infusion of a liquid binder), presented, for example, in US patent No. 6964561, IPC8 B29C 70/48, 2005; US patent No. 6630095, IPC7 B29C 70/44, 2003; WO application No. 06/058541, MPK8 V29C 70/48, 2006. Vacuum infusion refers to the so-called out-of-autoclave technologies, where the molding takes place due to the pressure of the vacuum bag on the workpiece.

Общим принципом инфузии в данных работах является движение смолы от подающего канала вглубь сухой заготовки к каналу, который подключен к источнику вакуума. При этом могут использоваться дополнительные активаторы течения смолы, например, Resin Distribution Media (сетки для распределения связующего), позволяющие доставлять и распределять смолу от канала подачи. Это позволяет ускорять процесс инфузии и обеспечивать изготовление изделий сложной формы, в том числе интегральных. Как следствие, направление движения смолы определяется взаимным расположением каналов подачи смолы и вакуумных каналов, наличием и расположением сетки для распределения связующего.The general principle of infusion in these works is the movement of resin from the feed channel deep into the dry workpiece to the channel that is connected to a vacuum source. In this case, additional activators of the resin flow can be used, for example, Resin Distribution Media (grids for distributing the binder), which allow delivering and distributing the resin from the feed channel. This allows you to speed up the infusion process and to ensure the manufacture of products of complex shape, including integral. As a result, the direction of movement of the resin is determined by the relative position of the resin supply channels and the vacuum channels, the presence and location of the grid for the distribution of the binder.

Как дальнейшая эволюция классического процесса вакуумной инфузии известны способы изготовления волокнистых композитов (патент ЕПВ №1181149, МПК7 В29С 70/44, 2003 г.; J. W. Gillespie, Jr. et al. Process and Performance Evaluation of the Vacuum-Assisted Process // Journal of Composite Materials, Vol. 38, No. 20, 1803-1814, 2004; заявка США №2008/0136060, МПК8 B29C 70/44, 2008 г.), где находит применение полупроницаемая мембрана, которая проницаема для газов, но непроницаема для смолы. Применение полупроницаемых мембран кардинально меняет принцип подачи смолы, принятый в классических методах.As a further evolution of the classical vacuum infusion process, methods for manufacturing fiber composites are known (EPO Patent No. 1181149, IPC7 B29C 70/44, 2003; JW Gillespie, Jr. et al. Process and Performance Evaluation of the Vacuum-Assisted Process // Journal of Composite Materials, Vol. 38, No. 20, 1803-1814, 2004; U.S. Application No. 2008/0136060, IPC8 B29C 70/44, 2008), where a semi-permeable membrane is found which is gas permeable but impermeable to resin . The use of semi-permeable membranes dramatically changes the principle of resin supply, adopted in classical methods.

При использовании полупроницаемой мембраны волокнистая заготовка помещается в отдельно созданную полость, образованную с одной стороны полупроницаемой мембраной, а с другой стороны оснасткой или полупроницаемой мембраной. При этом обязательным условием является герметизация данной полости от полости, образованной пленкой вакуумного мешка. Использование полупроницаемой мембраны несет в себе несколько функций, основной из которых является создание воздухопроводящего канала, позволяющего откачивать воздух и газообразные включения в вакуумный канал. За счет использования полупроницаемой мембраны данный слой приобретает свое самое важное качество, а именно возможность создания равномерного значения вакуума по всей поверхности полупроницаемой мембраны и улучшения отвода газообразных включений от волокнистой заготовки по площади контакта с мембраной и дальнейшего транспортирования в вакуумный канал. Это позволяет уменьшить процент пористости в готовом изделии за счет постоянной дегазации внутренней полости, образуемой полупроницаемой мембраной.When using a semipermeable membrane, the fiber preform is placed in a separately created cavity formed on one side by a semipermeable membrane and, on the other hand, by a snap-in or semi-permeable membrane. In this case, a prerequisite is the sealing of this cavity from the cavity formed by the film of the vacuum bag. The use of a semi-permeable membrane carries several functions, the main of which is the creation of an air-conducting channel that allows pumping air and gaseous inclusions into the vacuum channel. Through the use of a semipermeable membrane, this layer acquires its most important quality, namely, the possibility of creating a uniform vacuum across the entire surface of the semipermeable membrane and improving the removal of gaseous inclusions from the fibrous preform over the area of contact with the membrane and further transportation to the vacuum channel. This allows you to reduce the percentage of porosity in the finished product due to the constant degassing of the internal cavity formed by a semipermeable membrane.

Известен способ изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией (заявка США №2008/0136060, МПК8 В29С 70/44, 2008 г.). В указанном способе образуют рабочую полость, в которой размещают волокнистую преформу с расположенной на ее поверхности распределительной тканью, вакуумируют рабочую полость, что обеспечивает поступление смолы к волокнистой преформе за счет всасывания смолы под действием разрежения из расходной емкости с последующей инжекцией смолы в преформу и пропиткой преформы смолой, и отверждают пропитанную смолой преформу с образованием волокнистого композита. При этом осуществляют непрерывную откачку воздуха и газообразных включений из рабочей полости с противоположных поверхностей преформы. Устройство для осуществления указанного способа включает рабочую полость, которая связана с расходной емкостью, содержащей смолу, и с вакуумным насосом. Рабочая полость сообщается посредством полупроницаемых мембран, прилегающих к преформе, с расположенными с противоположных сторон от преформы первой и второй полостями, каждая из которых связана с вакуумным насосом. На поверхности преформы находится распределительная ткань, на которую подается смола. Во второй полости, обращенной к поверхности волокнистой преформы, на которую подается смола, размещена вентиляционная ткань для транспортирования газообразных компонентов, поступающих во вторую полость из рабочей полости, к вакуумному насосу.A known method of manufacturing fibrous composites by vacuum infusion (US application No. 2008/0136060, IPC8 V29C 70/44, 2008). In this method, a working cavity is formed in which a fibrous preform with a distribution tissue located on its surface is placed, the working cavity is evacuated, which ensures the resin is supplied to the fibrous preform by suction of the resin under vacuum from the supply tank, followed by injection of resin into the preform and impregnation of the preform resin, and cure the resin-impregnated preform to form a fibrous composite. In this case, continuous pumping of air and gaseous inclusions from the working cavity from opposite surfaces of the preform is carried out. A device for implementing this method includes a working cavity, which is associated with a supply container containing resin, and with a vacuum pump. The working cavity communicates by means of semipermeable membranes adjacent to the preform, with the first and second cavities located on opposite sides of the preform, each of which is connected to a vacuum pump. On the surface of the preform is a distribution fabric to which resin is supplied. In the second cavity, facing the surface of the fibrous preform to which the resin is supplied, a ventilation tissue is placed for transporting the gaseous components entering the second cavity from the working cavity to the vacuum pump.

Недостатками способа и устройства, реализующего указанный способ, являются недостаточное качество волокнистого композита, получаемого в процессе вакуумной инфузии, использование значительного количества дорогостоящих полупроницаемых мембран и трудоемкость изготовления волокнистых композитов сложной формы с интегрированными элементами усиления.The disadvantages of the method and device that implements the specified method are the insufficient quality of the fibrous composite obtained in the process of vacuum infusion, the use of a significant amount of expensive semipermeable membranes and the complexity of manufacturing fibrous composites of complex shape with integrated reinforcing elements.

Как установлено заявителем, использование в указанном способе в качестве основного механизма, способствующего непрерывному удалению газообразных компонентов из объема рабочей полости с обеих сторон волокнистой преформы, полупроницаемых мембран, непосредственно прилегающих к поверхности преформы, повышает степень дегазации волокнистой преформы, но, тем не менее, не обеспечивает максимально эффективного удаления газообразных компонентов по всей поверхности преформы, что приводит к увеличению содержания пор и снижению заданной объемной доли волокна в композите.As established by the applicant, the use in this method as the main mechanism that facilitates the continuous removal of gaseous components from the volume of the working cavity on both sides of the fibrous preform, semipermeable membranes directly adjacent to the surface of the preform, increases the degree of degassing of the fibrous preform, but, nevertheless, not provides the most effective removal of gaseous components over the entire surface of the preform, which leads to an increase in the pore content and a decrease in the specified volume fraction of fiber in the composite.

Одними из основных вопросов, требующих решения при изготовлении изделий методом вакуумной инфузии наряду с обеспечением пропитки жидким связующим волокнистой заготовки является снижение пористости готового изделия и получение оптимального объемного содержания волокна в готовом изделии. При этом последний параметр является следствием, в том числе, и первых двух условий, и получение хороших результатов по всем трем параметрам позволяет получать изделия с высокой несущей способностью.One of the main issues that need to be addressed in the manufacture of products by vacuum infusion along with the provision of impregnation of a fiber billet with a liquid binder is a decrease in the porosity of the finished product and obtaining the optimal volumetric fiber content in the finished product. In this case, the last parameter is a consequence, including the first two conditions, and obtaining good results in all three parameters allows you to get products with high bearing capacity.

На получение хороших результатов по указанным параметрам оказывают влияние разные факторы, наиболее важными из которых являются оптимальная вязкость связующего при заданных условиях процесса (и сохранение требуемой вязкости в течение заданного промежутка времени), проницаемость материала волокнистой заготовки (материал и направление волокон, зазоры между лентами, тип плетения и т.д.), а также схема сборки и технологические материалы, применяемые при сборке вакуумного мешка. При этом надо заметить, что доля вклада этих факторов в получение хорошего изделия неравнозначна. При пропитке наиболее важными являются факторы обеспечения требуемой вязкости связующего и проницаемость волокнистой заготовки, причем чем меньше расстояние, проходимое связующим внутри волокнистой заготовки (а поперечные размеры заготовки всегда несопоставимо меньше ее продольных размеров), тем выше вероятность сохранения постоянной вязкости связующего и выше проницаемость заготовки, в то время как для параметров пористости и получения необходимого объемного содержания волокна наиболее важным становится фактор оптимальной схемы сборки вакуумного мешка и технологических материалов, применяемых при этом.Various factors influence the obtaining of good results in the indicated parameters, the most important of which are the optimal viscosity of the binder under the given process conditions (and the preservation of the required viscosity for a given period of time), the permeability of the fiber preform material (material and direction of the fibers, the gaps between the bands, type of weaving, etc.), as well as the assembly diagram and technological materials used in the assembly of the vacuum bag. It should be noted that the share of the contribution of these factors to obtaining a good product is unequal. When impregnating, the most important factors are ensuring the required viscosity of the binder and the permeability of the fiber preform, the smaller the distance traveled by the binder inside the fiber preform (and the transverse dimensions of the preform are always incomparably smaller than its longitudinal dimensions), the higher the probability of maintaining a constant viscosity of the binder and the higher the permeability of the preform, while for the parameters of porosity and obtaining the necessary volumetric fiber content, the most important factor is the optimal assembly scheme of the vacuum bag and technological materials used in this case.

Значение пористости в готовом изделии обуславливается также качеством подготовки связующего (дегазации) для проведения пропитки волокнистой заготовки, что имеет большое значение при использовании классических способов вакуумной инфузии и существенно меньшее значение при использовании полупроницаемых мембран. Объемное содержание волокна в методе вакуумной инфузии во многом определяется направлением распространения жидкого связующего по объему волокнистой заготовки и применением технологических материалов, позволяющих обеспечивать равномерную передачу усилия, возникающего из-за разницы давлений. При этом под технологическими материалами авторы подразумевают не только непосредственно материалы (пленки, сетки для распределения связующего, жертвенные ткани и т.д.), которые применяются одноразово, но и дополнительные элементы, например цулаги или элементы оснастки, используемые многократно. В данном случае наибольшее значение имеет фактор распространения связующего, поскольку максимальная величина усилия на волокнистую заготовку со стороны вакуумного мешка неизменна, и может только уменьшаться, например, из-за снижения герметичности вакуумного мешка и потери вакуума. По наблюдениям авторов, снижение объемного содержания волокна обусловлено в первую очередь большим межслоевым расстоянием, которое увеличивается (раздвигается) и заполняется связующим в процессе пропитки, когда связующее движется вдоль слоев, в отличие от того, если бы связующее двигалось поперек (перпендикулярно) слоев и своим движением обеспечивало сохранность межслоевого расстояния, достигнутого при вакуумировании пакета и компрессии слоев герметичной пленкой вакуумного мешка.The value of porosity in the finished product is also determined by the quality of preparation of the binder (degassing) for impregnation of the fiber preform, which is of great importance when using classical methods of vacuum infusion and is significantly less important when using semipermeable membranes. The volumetric fiber content in the vacuum infusion method is largely determined by the direction of distribution of the liquid binder in the volume of the fiber preform and the use of technological materials that allow for uniform transmission of force arising due to the pressure difference. At the same time, by technological materials, the authors mean not only the materials themselves (films, nets for the distribution of the binder, sacrificial fabrics, etc.) that are used once, but also additional elements, such as tsulags or snap-in elements, used repeatedly. In this case, the binder propagation factor is of greatest importance, since the maximum force on the fiber preform from the side of the vacuum bag is unchanged, and can only decrease, for example, due to a decrease in the tightness of the vacuum bag and loss of vacuum. According to the authors, the decrease in fiber volumetric content is primarily due to the large interlayer distance, which increases (moves apart) and is filled with a binder during the impregnation process, when the binder moves along the layers, unlike if the binder moved across (perpendicular) layers and the movement ensured the preservation of the interlayer distance achieved by evacuating the packet and compressing the layers with a sealed film of the vacuum bag.

Наиболее близким процессом вакуумной инфузии, обеспечивающим наиболее минимальное расстояние течения связующего внутри волокнистой заготовки, является поверхностный инфузионный процесс (Surface Infusion Process - SIP) (патент РФ №2480334, 2013, заявка №2012104190, 2012). В способе изготовления изделий из волокнистого полимерного композиционного материала поверхностным инфузионным процессом волокнистую заготовку размещают в рабочей камере, которая ограничена воздухопроницаемыми барьерным и фильтрующим слоями (патент ЕР 2604413 В1, 2015, заявка №11193118.4, 2011), при этом барьерный слой находится сверху волокнистой заготовки. Далее при помощи вакуумного канала создают условия, когда связующее поступает на накопительный компонент барьерного слоя с последующим накоплением и распределением связующего в накопительном компоненте барьерного слоя при температуре Т₁. После этого увеличивают температуру до значения Т₂, при достижении которой барьерный компонент становится проницаемым для связующего для обеспечения поверхностно-ортогонального объемного поступления связующего из накопительного компонента барьерного слоя к волокнистой заготовке и инжекции связующего в волокнистую заготовку с постоянной подачей связующего на накопительный компонент от канала подачи связующего. При этом осуществляют постоянную откачку газообразных включений из рабочей камеры через фильтрующий слой в вакуумный канал. После этого продолжают нагрев до температуры Т₃ отверждения пропитанной связующим волокнистой заготовки с образованием изделия из волокнистого полимерного композиционного материала, удаляя из него излишки связующего и газообразные включения через фильтрующий и барьерный слои.The closest vacuum infusion process, which provides the smallest distance for the binder to flow inside the fiber preform, is the Surface Infusion Process (SIP) (RF patent No. 2480334, 2013, application No. 2012104190, 2012). In the method of manufacturing products from a fibrous polymer composite material by a surface infusion process, the fiber preform is placed in a working chamber, which is limited by breathable barrier and filter layers (patent EP 2604413 B1, 2015, application No. 11193118.4, 2011), while the barrier layer is located on top of the fiber preform. Then, using a vacuum channel, conditions are created when the binder enters the storage component of the barrier layer, followed by accumulation and distribution of the binder in the storage component of the barrier layer at a temperature T ₁ . After that, the temperature is increased to a value of T ₂ , upon reaching which the barrier component becomes permeable to the binder to provide surface-orthogonal volumetric flow of the binder from the storage component of the barrier layer to the fiber preform and injection of the binder into the fiber preform with a constant supply of binder to the storage component from the feed channel binder. At the same time, gaseous inclusions are continuously pumped out of the working chamber through the filter layer into the vacuum channel. After that, heating to the temperature T _{3 of} curing of the fiber-coated preform impregnated with a binder is continued to form a product from a fibrous polymer composite material, removing excess binder and gaseous inclusions from it through the filter and barrier layers.

Недостатками данного способа является необходимость использования дорогостоящих технологических материалов и высокая трудоемкость сборки вакуумного мешка для волокнистых заготовок, содержащих интегрированный элемент усиления.The disadvantages of this method is the need to use expensive technological materials and the high complexity of assembling a vacuum bag for fiber preforms containing an integrated reinforcing element.

Все вышесказанное послужило основными предпосылками для создания способа и устройства для осуществления ортогонального способа вакуумной инфузии, предложенных в настоящей заявке.All of the above served as the main prerequisites for creating a method and device for implementing the orthogonal method of vacuum infusion proposed in this application.

Техническим результатом является достижение оптимального объемного содержания волокна, снижение пористости до минимальных значений, близких к нулевому, обеспечение пропитки изделий любой геометрии из различных волокнистых заготовок с помощью связующих, предназначенных для метода вакуумной инфузии, а также снижение трудоемкости сборки вакуумного мешка.The technical result is to achieve the optimal fiber volumetric content, reduce porosity to minimum values close to zero, ensure the impregnation of products of any geometry from various fiber preforms using binders intended for the vacuum infusion method, and reduce the complexity of assembling a vacuum bag.

Технический результат достигается тем, что способ пропитки связующим слоистых волокнистых заготовок при изготовления изделий из полимерного композиционного материала на основе непрерывных органических и неорганических волокон и термореактивной матрицы ортогональным вакуумно-инфузионным методом включает следующие стадии, согласно которым волокнистую заготовку размещают в рабочей камере над воздухопроницаемым барьерным слоем, который совместно с оснасткой ограничивает рабочую камеру в нижней части, каналы подачи связующего располагают над верхними слоями волокнистой заготовки в ее наивысшей точке и каждый канал подачи связующего ограничивают непроницаемым для связующего барьером, а вакуумные каналы, обеспечивающие разрежение в рабочей, дренажной, компрессионной камерах и камере подачи связующего, располагают под воздухопроницаемым барьерным слоем,The technical result is achieved by the fact that the binder impregnation method of layered fibrous preforms in the manufacture of products from a polymer composite material based on continuous organic and inorganic fibers and a thermosetting matrix by the orthogonal vacuum-infusion method includes the following stages, according to which the fibrous preform is placed in a working chamber above an air-permeable barrier layer , which together with the equipment limits the working chamber in the lower part, the binder supply channels are located above the upper layers of the fibrous preform at its highest point and each binder supply channel is limited by a barrier impenetrable to the binder, and the vacuum channels providing vacuum in the working, drainage, and compression chambers the binder feed chamber is located under the breathable barrier layer,

при температуре T₁ создают разрежение P_v1 в вакуумном канале, соединяющем рабочую камеру с первым источником вакуумирования, для пропитки волокнистой заготовки и обеспечения поступления связующего из камеры подачи связующего через каналы подачи связующего на поверхность дренажной цулаги и далее к волокнистой заготовке ортогонально ее волокнам от верхних слоев к нижним в направлении воздухопроницаемого, но непроницаемого для связующего барьерного слоя, расположенного под волокнистой заготовкой, за счет инфузии связующего под действием градиента разрежения ΔP=P_a-P_v1 из расходной емкости со связующим и связанной с ней камеры подачи связующего, в которых поддерживается атмосферное давление Р_а,at temperature T ₁ , a vacuum P _{v1 is created} in the vacuum channel connecting the working chamber to the first vacuum source to impregnate the fiber preform and ensure the supply of the binder from the binder feed chamber through the binder feed channels to the surface of the drainage collet and further to the fiber preform orthogonal to its fibers from the upper layers to the lower in the direction of the breathable, but impermeable to the binder barrier layer located under the fibrous preform due to infusion of the binder under the influence of the rarefaction gradient ΔP = P _a -P _v1 from the supply tank with a binder and a binder supply chamber associated with it, in which atmospheric pressure P _a

причем для исключения возможности утечки связующего за внешние границы волокнистой заготовки создают разряжение P_v2, равное или большее P_v1, в вакуумном канале, соединяющем компрессионную камеру со вторым источником вакуумирования, при этом осуществляют постоянную откачку газообразных включений из рабочей камеры через проницаемый для газообразных включений, но непроницаемый для связующего барьерный слой и удаление паразитных включений в жертвенные слои барьерного слоя с одной стороны волокнистой заготовки,moreover, to exclude the possibility of leakage of the binder beyond the outer borders of the fiber preform, a vacuum P _v2 equal to or greater than P _v1 is created in the vacuum channel connecting the compression chamber to the second vacuum source, while gaseous inclusions are continuously pumped out of the working chamber through a gas-permeable inclusions, but impervious to the binder, the barrier layer and the removal of spurious inclusions in the sacrificial layers of the barrier layer on one side of the fiber preform,

затем продолжают нагрев и в интервале температур от Т₁ до Т₂ удаляют газообразные включения через вакуумный канал дренажной камеры,then continue heating and in the temperature range from T ₁ to T ₂ remove gaseous inclusions through the vacuum channel of the drainage chamber,

после окончания пропитки осуществляют уплотнение волокнистой заготовки путем полного открытия на заданный промежуток времени канала компрессионной камеры,after the impregnation is completed, the fiber preform is compacted by completely opening the compression chamber channel for a given period of time,

после чего каналы подачи связующего перекрывают, продолжают нагрев до температуры Т₃ и обеспечивают отверждение пропитанной связующим волокнистой заготовки с образованием изделия из волокнистого полимерного композиционного материала с заданным содержанием связующего, волокна и заданным уровнем пористости композиционного материала.after which the binder feed channels are closed, heating is continued to a temperature of T ₃ and curing of the fiber preform impregnated with the binder is ensured to form an article of fibrous polymer composite material with a given content of binder, fiber and a given level of porosity of the composite material.

В варианте технического решения в качестве воздухопроницаемого, но непроницаемого для связующего барьерного слоя используют материал, состоящий из нескольких компонентов, в частности одним компонентом барьерного слоя является полупроницаемая мембрана, выполненная из материала, размер пор которого обеспечивает прохождение через него молекул газа, но препятствует прохождению молекул связующего - смолы, и другим компонентом барьерного слоя является жертвенный слой, позволяющий удалить барьерный слой с поверхности изделия после окончания процесса изготовления изделия.In an embodiment of the technical solution, a material consisting of several components is used as an air-permeable but impermeable to the bonding barrier layer, in particular, one component of the barrier layer is a semipermeable membrane made of a material whose pore size allows gas molecules to pass through it, but prevents the molecules from passing through a binder - resin, and another component of the barrier layer is the sacrificial layer, which allows you to remove the barrier layer from the surface of the product after the manufacturing process.

В варианте технического решения полупроницаемая мембрана выполнена из вспененного политетрафторэтилена и нанесенного на нее олеофобного слоя.In an embodiment of the technical solution, the semipermeable membrane is made of expanded polytetrafluoroethylene and an oleophobic layer deposited thereon.

В варианте технического решения жертвенный слой выполнен из полиэфира или модифицированного полиэфира.In a technical solution, the sacrificial layer is made of polyester or modified polyester.

В варианте технического решения барьеры, ограничивающие камеры и каналы подачи связующего, имеют в своем составе компонент, аналогично полупроницаемой мембране выполняющий функцию удаления воздуха и газообразных включений по всей поверхности волокнистой заготовки, но гарантирующий при этом наличие связующего и его перемещение в заданном направлении.In an embodiment of the technical solution, the barriers restricting the chambers and supply channels of the binder comprise a component that, similarly to a semi-permeable membrane, performs the function of removing air and gaseous inclusions over the entire surface of the fiber preform, but guarantees the presence of the binder and its movement in a given direction.

В варианте технического решения каналы подачи связующего не имеют связи между собой через жертвенные или распределительные слои.In an embodiment of the technical solution, the supply channels of the binder are not connected to each other through sacrificial or distribution layers.

В варианте технического решения площадь воздухопроницаемого, но не проницаемого для связующего барьерного слоя превышает площадь волокнистой заготовки.In a variant of the technical solution, the area of the breathable, but not permeable to the bonding barrier layer exceeds the area of the fibrous preform.

В варианте технического решения подача связующего в рабочую камеру прекращается при полном вытеснении связующим воздуха и газов через воздухопроницаемый, но не проницаемый для связующего, барьерный слой и отсутствии возможности дальнейшей пропитки волокнистой заготовки за счет работы компрессионного камеры.In an embodiment of the technical solution, the supply of the binder to the working chamber is stopped when the binder completely displaces air and gases through the breathable, but not permeable to the binder, barrier layer and there is no possibility of further impregnation of the fiber preform due to the operation of the compression chamber.

В варианте технического решения камеры подачи связующего, рабочая и компрессионная камеры ограничены при помощи герметизирующих жгутов для выполнения требований герметичности.In an embodiment of the technical solution, the binder feed chambers, the working and compression chambers are limited by means of sealing plaits to fulfill the tightness requirements.

В варианте технического решения вакуумные каналы разряжения рабочей камеры и компрессионной камеры имеют различные источники вакуумирования для создания возможности независимого управления вакуумом в соответствующих камерах.In an embodiment of the technical solution, the vacuum channels of the rarefaction of the working chamber and the compression chamber have various vacuum sources to enable independent control of the vacuum in the respective chambers.

В варианте технического решения волокнистая заготовка содержит интегрированный элемент усиления.In an embodiment, the fiber preform comprises an integrated reinforcing element.

Описанные выше материалы представляют собой набор нескольких функциональных слоев технологических материалов, которые вместе представляют собой так называемые барьерный слой. Барьерный слой имеет в своем составе барьерный компонент, непроницаемый для связующего, но проницаемый для воздуха и газообразных включений. В качестве барьерного слоя используют материал, представляющий собой набор нескольких компонентов. Одним компонентом барьерного слоя является полупроницаемая мембрана, выполненная из вспененного политетрафторэтилена и нанесенного на нее олеофобного слоя, непроницаемая для связующего, и проницаемая для воздуха и газообразных включений, и второй компонент - жертвенный слой, выполненный из полиэфира или модифицированного полиэфира. Применение таких типов материалов позволяет гибко комбинировать схемами сборки вакуумного мешка и обеспечить движение связующего перпендикулярно (ортогонально) направлению волокон в слоях заготовки по всей площади изделия.The materials described above are a set of several functional layers of technological materials, which together represent the so-called barrier layer. The barrier layer incorporates a barrier component that is impermeable to the binder, but permeable to air and gaseous inclusions. As a barrier layer, a material is used, which is a set of several components. One component of the barrier layer is a semipermeable membrane made of foamed polytetrafluoroethylene and an oleophobic layer deposited on it, impermeable to a binder, and permeable to air and gaseous inclusions, and the second component is a sacrificial layer made of polyester or modified polyester. The use of these types of materials allows you to flexibly combine the vacuum bag assembly schemes and ensure the movement of the binder perpendicular (orthogonal) to the direction of the fibers in the layers of the workpiece over the entire area of the product.

Применение и расположение в технологическом пакете (в рабочей и дренажной камерах) указанных выше материалов в предлагаемом способе позволяет обеспечивать направленную равномерную пропитку волокнистой заготовки связующим ортогонально слоям волокнистой заготовки от ее наивысшей точки к наинизшей точке относительно оснастки, на которой уложена заготовка за счет максимально одновременного заполнения камер подачи связующего, дренажной цулаги и расположения барьерного слоя максимально по всей поверхности пропитываемой сухой волокнистой заготовки (преформы). При этом проницаемость барьерного слоя для газообразных включений позволяет проводить постоянное удаление их от поверхности волокнистой заготовки на всем протяжении процесса, начиная от вакуумирования рабочей камеры, в которой находится заготовка, до начала отверждения связующего.The use and location in the technological package (in the working and drainage chambers) of the above materials in the proposed method allows to provide directed uniform impregnation of the fiber preform with orthogonal bonding to the fiber preform layers from its highest point to the lowest point relative to the equipment on which the preform is laid due to the maximum simultaneous filling binder supply chambers, drainage tsulag and the location of the barrier layer as much as possible over the entire surface of the impregnated dry fibrous preform (preform). Moreover, the permeability of the barrier layer for gaseous inclusions allows their constant removal from the surface of the fibrous preform throughout the process, from evacuating the working chamber in which the preform is located, to the beginning of curing of the binder.

Применение барьерного слоя для ограничения камеры подачи связующего при температуре T₁ позволяет поступать связующему из накопительной камеры подачи связующего через дренажную цулагу к поверхности волокнистой заготовки равномерно по всей площади и позволяет реализовать поступление связующего в заготовку перпендикулярно поверхности (слоям) и реализовать ортогональный инфузионный процесс.The use of a barrier layer to limit the binder supply chamber at a temperature of T ₁ allows the binder to flow from the accumulation binder supply chamber through the drainage bar to the surface of the fiber preform uniformly over the entire area and allows the binder to enter the preform perpendicular to the surface (s) and realize an orthogonal infusion process.

Кроме того, применение барьерного слоя, проницаемость которого сохраняется при всех температурах больше Т₂, позволяет проводить удаление газообразных включений по всей поверхности волокнистой заготовки с постоянной подачей связующего от канала подачи связующего на протяжении всего ортогонального инфузионного процесса.In addition, the use of a barrier layer, the permeability of which is maintained at all temperatures greater than T ₂ , allows the removal of gaseous inclusions over the entire surface of the fiber preform with a constant supply of binder from the binder feed channel throughout the entire orthogonal infusion process.

Применение барьерного слоя, характеристики которого позволяют выполнять функции, аналогичные полупроницаемым мембранам, позволяет создавать равномерный уровень вакуума по всей площади соприкосновения с волокнистой заготовкой и максимальной эффективно проводить удаление газообразных включений на протяжении всего процесса.The use of a barrier layer, the characteristics of which allow you to perform functions similar to semipermeable membranes, allows you to create a uniform level of vacuum over the entire area of contact with the fibrous preform and maximize the efficient removal of gaseous inclusions throughout the process.

Наличие дополнительных технологических материалов не является необходимым условием для функционирования барьерного слоя, но при их использовании обязательным условием является их проницаемость для воздуха и газообразных включений от волокнистой заготовки со рабочей камеры и камеры подачи связующего, ограниченных барьерным слоем.The presence of additional technological materials is not a prerequisite for the functioning of the barrier layer, but when using them, a prerequisite is their permeability to air and gaseous inclusions from the fiber preform from the working chamber and the binder feed chamber, limited by the barrier layer.

Технический результат также достигается тем, что устройство для осуществления способа содержит дренажную камеру, которая ограничена от окружающего пространства оснасткой и проницаемым для воздуха и газообразных включений, но непроницаемым для связующего барьерным слоем, закрепленным на оснастке с помощью герметизирующих жгутов,The technical result is also achieved by the fact that the device for implementing the method includes a drainage chamber, which is limited from the surrounding area by a snap and permeable to air and gaseous inclusions, but impermeable to the binder by a barrier layer fixed to the snap by means of sealing plaits,

рабочую камеру для размещения волокнистой заготовки, причем рабочая камера ограничена от окружающего пространства оснасткой, воздухопроницаемым барьерным слоем и герметичной пленкой вакуумного мешка, закрепленной на оснастке с помощью герметизирующих жгутов, причем пленка вакуумного мешка охватывает дренажную камеру, слоистую волокнистую заготовку, расположенную на дренажной камере и содержащую жертвенные слои на свободных от оснастки поверхностях для обеспечения отвода газов и паразитных включений и плотного прилегания пленки вакуумного мешка к волокнистой заготовке, и камеру подачи связующего, расположенную над волокнистой заготовкой, при этом в камере подачи связующего размещены каналы подачи связующего, ограниченные воздухопроницаемым барьерным слоем, закрепленным на оснастке с помощью герметизирующих жгутов, и связанные с расходной емкостью со связующим, в которой обеспечивается атмосферное давление Р_а, при этом каналы находятся в постоянном контакте с дренажной цулагой и волокнистой заготовкой за счет крепления каналов непосредственно на дренажной цулаге и оснастке, при этом по всей площади цулаги выполнены отверстия, предназначенные для проницаемости воздуха, газообразных включений и связующего,a working chamber for accommodating the fibrous preform, the working chamber being limited from the surrounding area by a snap-in, an air-permeable barrier layer and a sealed vacuum bag film secured to the snap-in by means of sealing ropes, the vacuum bag film covering the drainage chamber, the laminated fiber preform located on the drainage chamber and containing sacrificial layers on surfaces free from equipment to ensure the removal of gases and parasitic inclusions and tight fit of the film of the vacuum bag to the fibrous preform, and a binder supply chamber located above the fibrous preform, while the binder supply chamber contains binder supply channels limited by an air-permeable barrier layer mounted on a snap using sealing plaits, and associated with a supply tank with a binder, which provides atmospheric pressure P _a , while the channels are in constant contact with the drainage pulp and fibers true workpiece by attaching the channels directly to the tsulag drainage and rigging, while holes are made throughout the entire tsulag area for permeability of air, gaseous inclusions and a binder,

компрессионную камеру, расположенную выше рабочей камеры и ограниченную от окружающего пространства оснасткой и герметичной пленкой вакуумного мешка, причем вакуумная пленка закреплена на оснастке с помощью герметизирующих жгутов, при этом компрессионная камера содержит дренажный материал компрессионной камеры, расположенный поверх рабочей камеры с волокнистой заготовкой,a compression chamber located above the working chamber and limited from the surrounding space by a snap and sealed film of a vacuum bag, the vacuum film being fixed to the snap by means of sealing plaits, while the compression chamber contains a drainage material of the compression chamber located on top of the working chamber with a fibrous preform,

и расходную емкость, подключенную к каналам подачи связующего, расположенного в камере подачи связующего,and consumable capacity connected to the binder supply channels located in the binder supply chamber,

при этом в оснастке под воздухопроницаемым барьерным слоем выполнены отверстия для подвода первого вакуумного канала, соединенного с источником вакуумирования рабочей камеры, а также между границей рабочей камеры и границей компрессионной камеры выполнены отверстия для подвода вторых вакуумных каналов, соединенных с источником вакуумирования компрессионной камеры,while in the snap-in, under the breathable barrier layer, holes are made for supplying the first vacuum channel connected to the vacuum source of the working chamber, and also holes are made between the boundary of the working chamber and the boundary of the compression chamber for supplying second vacuum channels connected to the vacuum source of the compression chamber,

причем герметичная пленка вакуумного мешка охватывает рабочую камеру, первый вакуумный канал, при помощи которого вакуумируются дренажная, рабочая камеры и камера подачи связующего, соединенный с первым источником вакуумирования, и второй вакуумный канал, соединенный со вторым источником вакуумирования, при помощи которого вакуумируется компрессионная камера,moreover, the sealed film of the vacuum bag covers the working chamber, the first vacuum channel by which the drainage chamber, the working chamber and the binder supply chamber connected to the first vacuum source are vacuumized, and the second vacuum channel connected to the second vacuum source by which the compression chamber is evacuated,

причем величина разрежения в дренажной, рабочей камерах и камере подачи связующего одинакова за счет наличия проницаемости барьерного слоя и единого источника вакуумирования, а величина разряжения в компрессионной камере должна быть равной или большей, чем в указанных трех камерах, причем источники вакуумирования и могут быть выполнены связанными между собой, и тогда разряжение P_v1 в рабочей камере равно разряжению P_v2 в компрессионной камере, или не связанными между собой, и тогда в процессе вакуумной инфузии необходимо обеспечить в компрессионной камере разряжение P_v2 большее или равное разряжению P_v1 в рабочей камере.moreover, the magnitude of the vacuum in the drainage, working chambers and the supply chamber of the binder is the same due to the presence of permeability of the barrier layer and a single vacuum source, and the magnitude of the vacuum in the compression chamber must be equal to or greater than in the three chambers, and the vacuum sources can be connected with each other, and then the discharge P _v1 in the working chamber is equal to the discharge P _v2 in the compression chamber, or unrelated, and then during the vacuum infusion it is necessary to provide a compression P _v2 greater than or equal to the discharge P _v1 in the working chamber in the compression chamber.

В варианте технического решения волокнистая заготовка находится в рабочей камере между барьерным слоем и дренажной цулагой, находящимися в непосредственном контакте с ней.In an embodiment of the technical solution, the fiber preform is in the working chamber between the barrier layer and the drainage tsulag, which are in direct contact with it.

В варианте технического решения дренажная камера соединена с рабочей камерой при помощи жертвенной ткани для создания одинакового значения разрежения P_v1 в дренажной камере и в рабочей камере при помощи одного вакуумного канала и источника вакуумирования.In a variant of the technical solution, the drainage chamber is connected to the working chamber using a sacrificial tissue to create the same rarefaction value P _v1 in the drainage chamber and in the working chamber using one vacuum channel and a vacuum source.

В варианте технического решения геометрия отверстий и их расположение на дренажной цулаге выбираются в зависимости от требуемой проницаемости цулаги для получения заданного качества формуемой поверхности изделия.In an embodiment of the technical solution, the geometry of the holes and their location on the drainage tsulag are selected depending on the required permeability of the tsulag to obtain a given quality of the molded surface of the product.

В варианте технического решения для выполнения отверстий в оснастке для подвода вакуумных каналов используются разъемные штуцеры, гарантирующие отсутствие отпечатков на готовой поверхности изделия и позволяющие выполнять замену вакуумных коммуникаций в случае нештатного проникновения связующего в вакуумные каналы.In the embodiment of the technical solution for making holes in the tooling for supplying the vacuum channels, detachable fittings are used to guarantee the absence of fingerprints on the finished surface of the product and to allow the replacement of vacuum communications in case of abnormal penetration of the binder into the vacuum channels.

При этом изготовление деталей с интегрированными элементами усиления сложного сечения, выполняемых из сухих волокнистых заготовок за один цикл изготовления, в большинстве случаев возможно только при наличии дополнительных формообразующих элементов оснастки, обеспечивающих интеграцию элементов усиления с высоким качеством. При этом существует закономерность, подтверждающая зависимость качества детали с интегрированными элементами от площади используемой формообразующей оснастки, которая вместе с формуемой деталью находится в рабочей камере, ограниченной барьерным слоем, с одной стороны, и герметичной пленкой вакуумного мешка - с другой стороны, что, в свою очередь, ограничивает поверхность контакта камеры подачи связующего с волокнистой заготовкой, но не является ограничением для применения способа, указанного в данной заявке. Функции, которые несут в себе барьерный слои дренажной камеры и барьерный слой камеры подачи связующего, в случае изготовления деталей с интегрированными элементами усиления, которые, в свою очередь, обеспечиваются формообразующей оснасткой, полностью выполняются при условии введения дополнительных технологических материалов (жертвенных слоев), расположенных между сухими волокнистыми заготовками элементов усиления и формообразующей оснасткой, которые находятся в непосредственном контакте с барьерным слоем дренажной камеры и обеспечивают удаление воздуха и газообразных включений, а также распределение связующего по объему заготовки элемента усиления. Это справедливо также и при применении дополнительных формообразующих элементов для обеспечения качества поверхности, так называемых дренажных цулаг. При этом случае получение максимального эффекта может достигаться введением по площади сетки отверстий, предназначенных для проницаемости цулаги для воздуха, газообразных включений и связующего. Моделирование геометрии отверстий и их расположения позволяет создать необходимую проницаемость цулаги и получить необходимое качество формуемой поверхности.Moreover, the manufacture of parts with integrated reinforcing elements of complex cross-section, made of dry fiber preforms in a single manufacturing cycle, in most cases is possible only if there are additional shaping tooling elements that ensure the integration of reinforcement elements with high quality. In this case, there is a pattern confirming the dependence of the quality of the part with integrated elements on the area of the used forming tool, which, together with the molded part, is located in the working chamber, limited by the barrier layer, on the one hand, and a sealed film of the vacuum bag, on the other hand, which, in its in turn, limits the contact surface of the binder feed chamber with the fibrous preform, but is not a limitation for applying the method specified in this application. The functions that carry the barrier layers of the drainage chamber and the barrier layer of the binder feed chamber, in the case of manufacturing parts with integrated reinforcing elements, which, in turn, are provided by forming tools, are fully implemented provided that additional technological materials (sacrificial layers) are located between the dry fibrous blanks of the reinforcing elements and the forming tooling, which are in direct contact with the barrier layer of the drainage chamber and ensure the removal of air and gaseous inclusions, as well as the distribution of the binder over the volume of the blank of the reinforcing element. This is also true when using additional forming elements to ensure surface quality, the so-called drainage tsulag. In this case, obtaining the maximum effect can be achieved by introducing holes in the grid area designed for the permeability of the Tsulag for air, gaseous inclusions and a binder. Modeling the geometry of the holes and their location allows you to create the necessary permeability of the tsulag and get the necessary quality of the formed surface.

Ниже изобретение объясняется более подробно посредством описания различных вариантов со ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображено следующее.Below the invention is explained in more detail by describing various options with reference to the attached drawings, which depict the following.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для реализации заявляемого способа, на фиг. 2 показано устройство для реализации заявляемого способа, в котором волокнистая заготовка содержит интегрированный элемент усиления Т-образного сечения, на фиг. 3 изображено устройство для реализации заявляемого способа, в котором интегрированный элемент усиления имеет замкнутое сечение, на фиг. 4 приведены температуры на различных стадиях технологического процесса ортогональной вакуумной инфузии (I - стадия вакуумирования и разогрева слоистой волокнистой заготовки в оснастке для обеспечения необходимого уровня проницаемости связующего в объем волокнистой заготовки, II - стадия подачи связующего в каналы рабочей камеры, в течение которой связующее ортогонально пропитывает волокнистую заготовку, равномерно распределяется по объему заготовки, пропитывая волокна заготовки, и выталкивает газообразные и паразитные включения к воздухопроницаемому барьерному слою в нижней части рабочей камеры, III - стадия, во время которой проходят определенные химические реакции, IV - стадия отверждения изделия).In FIG. 1 schematically shows a device for implementing the inventive method, FIG. 2 shows a device for implementing the inventive method, in which the fiber preform comprises an integrated T-section reinforcing element, FIG. 3 shows a device for implementing the inventive method, in which the integrated gain element has a closed section, in FIG. Figure 4 shows the temperatures at various stages of the orthogonal vacuum infusion technological process (I — the stage of evacuation and heating of the layered fiber preform in a snap to provide the necessary level of permeability of the binder into the volume of the fiber preform; II — the stage of supplying the binder to the channels of the working chamber, during which the binder is orthogonally impregnated the fibrous preform is evenly distributed over the volume of the preform, impregnating the preform fibers, and pushes gaseous and parasitic inclusions to the breathable barrier layer in the lower part of the working chamber, III - stage during which certain chemical reactions take place, IV - stage of curing of the product).

На фиг. 1 показано устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ. Устройство включает четыре последовательно сформированные на оснастке 2 и 22 камеры - дренажную камеру 7, рабочую камеру 9, в которой находятся волокнистая заготовка 21 и камеры подачи связующего 26, и компрессионную камеру 16.In FIG. 1 shows a device with which the inventive method is implemented. The device includes four chambers sequentially formed on a snap 2 and 22 - a drainage chamber 7, a working chamber 9, in which there are fibrous preform 21 and a binder feed chamber 26, and a compression chamber 16.

Дренажная камера 7 ограничена относительно окружающего пространства проницаемым для воздуха и газообразных включений, но непроницаемым для связующего барьерным слоем 6, представляющим собой полупроницаемую мембрану и закрепленным на оснастке 2 при помощи герметизирующих жгутов 8, и оснасткой 2. Дренажная камера 7 связана посредством вакуумного канала 1 с источником вакуумирования 12. Для выполнения вакуумного канала 1 в оснастке для подвода вакуумно-инфузионных коммуникаций используются разъемные штуцеры, гарантирующие отсутствие отпечатков на готовой поверхности законченного изделия и позволяющие выполнять замену вакуумных коммуникаций в случае нештатного проникновения связующего в вакуумные каналы. Полупроницаемая мембрана барьерного слоя 6 дренажной камеры 7 проницаема для газа, но непроницаема для связующего. Расположенные в дренажной камере слои жертвенной ткани 4 и 5 позволяют транспортировать воздух и газообразные включения от поверхности заготовки 21 в вакуумный канал 1. При этом за счет того, что мембрана барьерного слоя 6 является воздухопроницаемой, дренажная камера 7 соединена с рабочей камерой 9 при помощи жертвенной ткани 3, что позволяет создать одинаковое значение разрежения P_v1 в дренажной камере 7 и в рабочей камере 9, при этом используют один вакуумный канал 1, подключенный к источнику вакуума 12. Жертвенная ткань 3, 4, 5 может быть выполнена, например, из полиамидной, полиэфирной ткани или ткани на основе политетрафторэтилена, с антиадгезионным покрытием или без него.The drainage chamber 7 is limited with respect to the surrounding space, permeable to air and gaseous inclusions, but impermeable to the bonding barrier layer 6, which is a semi-permeable membrane and attached to the snap-in 2 using sealing plaits 8, and snap-in 2. The drainage chamber 7 is connected through a vacuum channel 1 with a source of vacuum 12. To perform the vacuum channel 1, snap-in fittings are used in the snap-in for supplying vacuum-infusion communications, which guarantee the absence of fingerprints on the finished surface of the finished product and allow replacement of the vacuum communications in case of abnormal penetration of the binder into the vacuum channels. The semipermeable membrane of the barrier layer 6 of the drainage chamber 7 is permeable to gas, but impermeable to the binder. The layers of sacrificial fabric 4 and 5 located in the drainage chamber allow the transport of air and gaseous inclusions from the surface of the workpiece 21 to the vacuum channel 1. Moreover, due to the membrane of the barrier layer 6 being breathable, the drainage chamber 7 is connected to the working chamber 9 by means of the sacrificial fabric 3, which allows you to create the same vacuum value P _v1 in the drainage chamber 7 and in the working chamber 9, while using one vacuum channel 1 connected to a vacuum source 12. The sacrificial fabric 3, 4, 5 can be made, for example, of polyamide , polyester or polytetrafluoroethylene-based fabrics, with or without release coating.

Проницаемый для газообразных включений, но не проницаемый для связующего барьерный слой 6 содержит в своем составе воздухопроницаемую мембрану, выполненную из материала, размер пор которого обеспечивает прохождение через него молекул газа, но препятствует прохождению молекул связующего - смолы. Габариты барьерного слоя 6 выбираются больше площади поверхности волокнистой заготовки 21. В варианте технического решения, представленного фиг. 2, габариты барьерного слоя 6 выбираются больше площади поверхности волокнистой заготовки, свободной от формообразующей оснастки 22.Permeable to gaseous inclusions, but not permeable to the binder, the barrier layer 6 contains an air-permeable membrane made of a material whose pore size allows gas molecules to pass through it, but prevents the molecules of the binder - resin from passing through it. The dimensions of the barrier layer 6 are selected larger than the surface area of the fiber preform 21. In the embodiment of the technical solution presented in FIG. 2, the dimensions of the barrier layer 6 are selected larger than the surface area of the fiber preform, free from the forming tooling 22.

Дренажные слои 4 и 5 жертвенной ткани располагаются на поверхности оснастки 2 и при необходимости фиксируются липкой лентой, при этом поверхность оснастки 2 может быть предварительно обработана антиадгезионной смазкой. Воздухопроводящие дренажные слои 4, 5 и 3 служат для создания проводящего слоя между оснасткой 2 и волокнистой заготовкой 21, а также для обеспечения одинакового градиента разрежения ΔP=P_a-P_v1 ортогонально волокнам заготовки 21 по всему объему дренажной 7 и рабочей 9 камер от камеры подачи связующего 26 к вакуумному каналу 1. Воздухопроводящий компонент является дышащим и одновременно характеризуется параметром, не оказывающим влияния на качество поверхности готового изделия. Слои 4 и 5 дренажной камеры находятся в постоянном контакте с вакуумным каналом 1.The drainage layers 4 and 5 of the sacrificial tissue are located on the surface of the tooling 2 and, if necessary, are fixed with adhesive tape, while the surface of the tooling 2 can be pre-treated with release agent. The air-conducting drainage layers 4, 5 and 3 serve to create a conductive layer between the snap-in 2 and the fiber preform 21, as well as to ensure the same rarefaction gradient ΔP = P _a -P _v1 orthogonal to the fibers of the preform 21 over the entire volume of the drainage 7 and the working 9 chambers from the camera supply of the binder 26 to the vacuum channel 1. The air-conducting component is breathable and at the same time is characterized by a parameter that does not affect the surface quality of the finished product. Layers 4 and 5 of the drainage chamber are in constant contact with the vacuum channel 1.

Камеры подачи связующего 26 располагаются в наивысшей точке волокнистой заготовки 21 и ограничены относительно окружающего пространства проницаемым для воздуха и газообразных включений, но непроницаемым для связующего барьерным слоем 27, представляющим собой полупроницаемую мембрану, аналогично мембране 6, и закрепленым на оснастке 22 при помощи герметизирующих жгутов 23, оснасткой 22 и волокнистой заготовкой 21. Над волокнистой заготовкой 21 может быть расположено несколько независимых и непосредственно несвязанных друг с другом камер подачи связующего 26. Связь всех сформированных камер подачи связующего друг с другом осуществляется опосредствованно через волокнистую заготовку посредством вакуумного канала 1 с источником вакуума 12. В камере подачи связующего 26 располагают канал подачи связующего 25, связанный с расходной емкостью 30 со связующим, в которой во время всего процесса инфузии обеспечивается атмосферное давление Р_а. Канал 25 находится в постоянном контакте с дренажной цулагой 24 и волокнистой заготовкой 21, что обеспечивается, например, непосредственным креплением канала 25 на дренажной цулаге 24 и оснастке 22. Полупроницаемая мембрана барьерного слоя 27 камеры подачи связующего 26 проницаема для газа, но непроницаема для связующего, а дренажная цулага 24 и волокнистая заготовка 21 проницаема для газов и связующего, что гарантирует, при возникновении разряжения P_v1 в рабочей камере и в камере подачи связующего от вакуумного канала 1, направленное перемещение связующего. Расположенные в камере подачи связующего дренажная цулага 24 и слои жертвенной ткани 29 позволяют транспортировать связующее за счет градиента разрежения ΔP=P_a-P_v1 от поверхности волокнистой заготовки 21 ортогонально ее слоям внутрь заготовки в направлении к барьерному слою 6, перемещая при этом перед фронтом связующего воздух и газообразные включения в жертвенную ткань дренажных слоев 3, 4, 5 и 19, 20 и в вакуумный канал 1.The binder feed chambers 26 are located at the highest point of the fiber preform 21 and are limited relative to the surrounding space by a barrier layer 27 permeable to air and gaseous inclusions, which is a semi-permeable membrane, similar to membrane 6, and fixed to the snap-in 22 using sealing ropes 23 , snap-in 22 and fibrous preform 21. Above the fibrous preform 21 several independent and directly connected to each other binder supply chambers 26 can be located. The connection of all formed binder supply chambers with each other is carried out indirectly through the fiber preform through a vacuum channel 1 with a vacuum source 12 . The feed chamber 26 has a supply passage 25 of binder binder, associated with the supply container 30 with a binder, which is provided by the atmospheric pressure P _a at the time of the infusion process. The channel 25 is in constant contact with the drainage bar 24 and the fiber preform 21, which is ensured, for example, by directly attaching the channel 25 to the drain bar 24 and the snap-in 22. The semipermeable membrane of the barrier layer 27 of the supply chamber of the binder 26 is permeable to gas, but impermeable to the binder, and the drainage pulp 24 and the fibrous preform 21 are permeable to gases and a binder, which guarantees, in the event of a vacuum P _v1 in the working chamber and in the supply chamber of the binder from the vacuum channel 1, directional movement of the binder. Located in the binder feed chamber, the drainage pulp 24 and the layers of sacrificial tissue 29 allow the binder to be transported due to the rarefaction gradient ΔP = P _a -P _v1 from the surface of the fiber preform 21 orthogonal to its layers inside the preform towards the barrier layer 6, while moving in front of the front of the binder air and gaseous inclusions in the sacrificial tissue of the drainage layers 3, 4, 5 and 19, 20 and in the vacuum channel 1.

Жертвенная ткань дренажных слоев 3, 4, 5 и 19, 20 предназначена для отвода газообразных и паразитных включений из волокнистой заготовки и исключения влияния мембраны, вакуумной пленки и оснастки на качество внешней поверхности готового волокнистого композита, а также для защиты поверхности композита во время его транспортировки.The sacrificial fabric of the drainage layers 3, 4, 5 and 19, 20 is designed to remove gaseous and parasitic inclusions from the fiber preform and to eliminate the influence of the membrane, vacuum film and tooling on the quality of the outer surface of the finished fiber composite, as well as to protect the surface of the composite during transportation .

Сформированная рабочая камера 9 охватывает собой дренажную камеру 7 и камеры подачи связующего 26, и ограничена относительно окружающего пространства герметичной пленкой вакуумного мешка 18, при этом герметичная пленка 18 закреплена при помощи герметизирующего жгута 10 на оснастке 2, и оснасткой 2. Герметичная пленка 18 предназначена для обеспечения заданного уровня вакуума P_v1 в рабочей 9 и дренажной 7 камерах, а также для создания необходимого для перемещения связующего градиента разрежения ΔP=P_a-P_v1 и давления в камере подачи связующего. Герметичная пленка 18 обеспечивает первый контур общей герметизации вакуумного мешка.The formed working chamber 9 encompasses the drainage chamber 7 and the supply chamber of the binder 26, and is limited relative to the surrounding area by a hermetic film of the vacuum bag 18, while the hermetic film 18 is fixed by means of a sealing plait 10 on snap 2, and snap 2. Hermetic film 18 is intended for providing a predetermined vacuum level P _v1 in the working 9 and drainage 7 chambers, as well as to create the necessary vacuum to move the binder gradient ΔP = P _a -P _v1 and the pressure in the binder supply chamber. Sealed film 18 provides a first circuit for the overall sealing of the vacuum bag.

В рабочей камере 9 размещены оснастка 22, камеры подачи связующего 26 и волокнистая заготовка 21, на внутренней поверхности которой, обращенной к оснастке 22 и пленке вакуумного мешка 18, отсутствуют какие-либо материалы для распределения связующего, а наличие жертвенных слоев 19-20 на свободных от оснастки 22 поверхностях волокнистой заготовки 21 обеспечивает отвод газов и паразитных включений, плотное прилегание вакуумной пленки 18 к волокнистой заготовке 21, и, таким образом, препятствует утечке связующего за внешние границы волокнистой заготовки. Отсутствие распределительной ткани при обеспечении ортогонального перемещения связующего относительно волокон заготовки от канала подачи связующего 25 в направлении к дренажной камере 7 позволяет обеспечить равномерное распределение связующего в волокнистой заготовке и избежать появления в ней пустот и других возможных дефектов. Рабочая камера 9 через проницаемые для воздуха и газообразных включений барьерный слой 6 подключена к источнику вакуумирования 12 через вакуумный канал 1, что позволяет создать в рабочей камере разрежение ΔP=P_a-P_v1.In the working chamber 9 there is a snap-in 22, a supply chamber for the binder 26 and a fiber preform 21, on the inner surface of which is facing the snap-in 22 and the film of the vacuum bag 18, there are no materials for distributing the binder, and the presence of sacrificial layers 19-20 on free from the tooling 22, the surfaces of the fiber preform 21 provide the removal of gases and parasitic inclusions, the snug fit of the vacuum film 18 to the fiber preform 21, and thus prevents the leakage of the binder beyond the outer borders of the fiber preform. The absence of distribution tissue while ensuring orthogonal movement of the binder relative to the billet fibers from the binder feed channel 25 towards the drainage chamber 7 allows for uniform distribution of the binder in the fibrous preform and to avoid voids and other possible defects in it. The working chamber 9 through the permeable to air and gaseous inclusions, the barrier layer 6 is connected to the vacuum source 12 through the vacuum channel 1, which allows you to create a vacuum in the working chamber ΔP = P _a -P _v1 .

Сверху рабочей камеры 9 сформирована вторая полость -компрессионная камера 16, которая ограничена относительно окружающего пространства оснасткой 2 и герметичной пленкой вакуумного мешка 15, при этом герметичная пленка 15 закреплена на оснастке 2 при помощи герметизирующего жгута 14. Герметичная пленка 15 компрессионной камеры 16 предназначена для создания дополнительного давления на волокнистую заготовку 21 для исключения возможности утечки связующего за внешние границы волокнистой заготовки. Компрессионная камера 16 соединена через вакуумный канал 11 со вторым источником вакуумирования 13, причем источники вакуумирования 12 и 13 могут быть связаны между собой, и тогда разряжение P_v1 в рабочей камере равно разряжению P_v2 в компрессионной камере, или не связаны между собой, и тогда в процессе вакуумной инфузии необходимо обеспечить разряжение P_v2 в компрессионной камере большее или равное разряжению P_v1 в рабочей камере. Герметичная пленка 15 обеспечивает второй контур общей герметизации вакуумного мешка.On top of the working chamber 9, a second cavity is formed — a compression chamber 16, which is limited relative to the surrounding area by a snap 2 and a sealed film of the vacuum bag 15, while the sealed film 15 is fixed to the snap 2 by means of a sealing rope 14. The sealed film 15 of the compression chamber 16 is designed to create additional pressure on the fiber preform 21 to eliminate the possibility of leakage of the binder beyond the outer borders of the fiber preform. The compression chamber 16 is connected through a vacuum channel 11 to a second vacuum source 13, and the vacuum sources 12 and 13 can be connected to each other, and then the discharge P _v1 in the working chamber is equal to the discharge P _v2 in the compression chamber, or not connected, and then during the vacuum infusion, it is necessary to provide a vacuum P _v2 in the compression chamber greater than or equal to the vacuum P _v1 in the working chamber. Sealed film 15 provides a second circuit for the overall sealing of the vacuum bag.

Компрессионная камера 16 посредством вакуумного канала 11 подсоединена через разъемные штуцеры ко второму источнику вакуумирования 13, канал 11 находится в постоянном контакте с дренажной тканью 17, что обеспечивает равномерное прижатие и давление вакуумной пленки 15 на всю рабочую камеру 9 вместе с волокнистой заготовкой 21. Дренажный материал 17 компрессионной камеры может быть выполнен в виде активатора течения - жесткой сетчатой структуры, не сжимаемой в условиях вакуума, например, в виде полиэтиленового плетеного материала. Дренажный материал 17 рабочей полости также может быть выполнен в виде нетканого волокнистого материала на основе нейлона. Площадь дренажного материала 17 компрессионной камеры выбирается больше площади поверхности волокнистой заготовки 21. Герметичные уплотнители 10, 14 и 23 могут быть выполнены в виде герметизирующего жгута.The compression chamber 16 through the vacuum channel 11 is connected through detachable fittings to the second vacuum source 13, the channel 11 is in constant contact with the drainage fabric 17, which ensures uniform pressing and pressure of the vacuum film 15 on the entire working chamber 9 together with the fibrous preform 21. Drainage material 17 of the compression chamber can be made in the form of a flow activator - a rigid mesh structure that is not compressible under vacuum, for example, in the form of a polyethylene woven material. The drainage material 17 of the working cavity can also be made in the form of a non-woven fibrous material based on nylon. The area of the drainage material 17 of the compression chamber is selected to be larger than the surface area of the fibrous preform 21. Sealed seals 10, 14 and 23 can be made in the form of a sealing rope.

Упомянутые выше технологические материалы (вакуумная пленка, жертвенная ткань, дренажный материал и др.) отвечают общим требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в способе вакуумной инфузии, в том числе они обладают требуемой химической и термической стойкостью. Они способны повторять геометрию готового волокнистого композита за счет растяжения, образования складок и прочего.The technological materials mentioned above (vacuum film, sacrificial tissue, drainage material, etc.) meet the general requirements for the materials used in the vacuum infusion method, including the required chemical and thermal resistance. They are able to repeat the geometry of the finished fibrous composite due to stretching, wrinkling and other things.

Заявляемые способ и устройство могут быть без модификации применены для изготовления изделий различной геометрии, в том числе изделий с интегрированными элементами усиления различного профиля. На фиг. 3 иллюстрируется устройство, в котором волокнистая заготовка 21 включает элемент усиления замкнутого сечения 31 (поз. 22 - технологическая формообразующая оснастка, которая может быть изготовлена, например, из металла или углепластика Оснастка 22 может изготавливаться в виде твердого тела, сохраняющего свою форму при воздействии на него параметров технологического процесса).The inventive method and device can be used without modification for the manufacture of products of various geometries, including products with integrated amplification elements of various profiles. In FIG. 3 illustrates a device in which the fiber preform 21 includes a closed-section reinforcing element 31 (item 22 — technological forming tooling, which can be made, for example, of metal or carbon fiber. Tooling 22 can be made in the form of a solid body that retains its shape when exposed to process parameters).

Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.

На I стадии технологического процесса камеры 7 и 9 вакуумируются при помощи вакуумного канала 1, соединенного с источником вакуумирования 12, причем величина разрежения P_v1 в камерах одинакова за счет наличия проницаемости для воздуха барьерного слоя 6, а также наличия жертвенной ткани 3, соединяющей между собой дренажную камеру 7 и рабочую камеру 9. Одновременно вакуумируется компрессионная камера 16 при помощи вакуумного канала 11, соединенного с источником вакуумирования 13, причем величина разрежения P_v2 в компрессионной камере должна быть равной или большей давления P_v1 дренажной и рабочей камер. Процесс вакуумирования сопровождается подъемом температуры всех камер до величины T₁ (порядка 110°С или иной)At stage I of the technological process, chambers 7 and 9 are evacuated using a vacuum channel 1 connected to a vacuum source 12, and the rarefaction value P _v1 in the chambers is the same due to the presence of air permeability of the barrier layer 6, as well as the presence of sacrificial tissue 3 connecting the drainage chamber 7 and the working chamber 9. At the same time, the compression chamber 16 is evacuated by means of a vacuum channel 11 connected to a vacuum source 13, and the vacuum value P _v2 in the compression chamber must be equal to or greater than the pressure P _{v1 of the} drainage and working chambers. The evacuation process is accompanied by a rise in the temperature of all chambers to a value of T ₁ (about 110 ° C or otherwise)

После вакуумирования всех камер на стадии II при температуре T₁ (от 110°С или иной) в камеру подачи связующего 26 через канал подачи связующего 25 на дренажную цулагу 24 подается связующее, поступающее на слои жертвенной ткани 29. Канал подачи связующего в камере подачи связующего быстро заполняется связующим и распределяет его по всей площади дренажной цулаги 24. Барьерный компонент в составе барьерного слоя 27 не позволяет связующему проникать от канала подачи связующего куда-либо, кроме как вглубь волокнистой заготовки 21. При этом накопленное связующее за счет градиента разряжения и давления пленки вакуумного мешка 15 компрессионной камеры 16 начинает поступать перпендикулярно вниз вглубь волокнистой заготовки 21 ортогонально слоям этой заготовки, пропитывая ее. Пленка вакуумного мешка 18 рабочей камеры, поддерживаемая пленкой вакуумного мешка 15 компрессионной камеры 16, удерживает связующее внутри волокнистой заготовки 21 и исключает возможности утечки связующего за внешние границы волокнистой заготовки за границами каналов подачи связующего.After evacuating all the chambers in stage II at a temperature of T ₁ (from 110 ° C or otherwise), a binder is fed into the binder supply chamber 26 through the binder supply channel 25 to the drainage pulp 24 and fed to the layers of sacrificial tissue 29. The binder supply channel in the binder supply chamber it quickly fills with a binder and distributes it over the entire area of the drainage collet 24. The barrier component in the barrier layer 27 does not allow the binder to penetrate from the binder supply channel anywhere except deep into the fiber preform 21. Moreover, the accumulated binder due to the pressure gradient and the film pressure the vacuum bag 15 of the compression chamber 16 begins to flow perpendicularly down into the fiber preform 21 orthogonal to the layers of this preform, impregnating it. The film of the vacuum bag 18 of the working chamber, supported by the film of the vacuum bag 15 of the compression chamber 16, holds the binder inside the fiber preform 21 and eliminates the possibility of leakage of the binder beyond the outer boundaries of the fiber preform beyond the boundaries of the binder feed channels.

Связующее, израсходованное из камеры подачи связующего 26, продолжает поступать в эту камеру из расходной емкости 30 через каналы 25, обеспечивая таким образом канал, сформированный цепочкой последовательных элементов: расходная емкость 30 - канал подачи связующего 25 - дренажная цулага 24 - волокнистая заготовка 5 - дренажная камера 7 - вакуумный канал 1 - источник вакуумирования 12. Каждый элемент этой цепочки находится в непосредственном контакте с соседним элементом, что, при существующей разности давлений ΔР, способствует эффективной пропитке волокнистой заготовки 21 связующим, не поступлению излишков связующего в заготовку и одновременному вытеснению из волокнистой заготовки газообразных и паразитных включений с их последующей транспортировкой к жертвенным слоям воздухопроницаемого барьерного слоя 6, находящегося на противоположной от канала подачи связующего стороне волокнистой заготовки 21, и в вакуумный канал 1, и получению бездефектного волокнистого полимерного композиционного материала.The binder consumed from the binder feed chamber 26 continues to enter the chamber from the supply container 30 through the channels 25, thereby providing a channel formed by a chain of successive elements: the supply container 30 - the binder supply channel 25 - the drain bar 24 - the fibrous preform 5 - drain chamber 7 — vacuum channel 1 — vacuum source 12. Each element of this chain is in direct contact with the neighboring element, which, with the existing pressure difference ΔР, facilitates the effective impregnation of the fibrous preform 21 with the binder, the excess binder does not enter the preform, and is simultaneously expelled from the fibrous preforms of gaseous and parasitic inclusions with their subsequent transportation to the sacrificial layers of the breathable barrier layer 6 located on the opposite side of the binder side of the fiber preform 21 and into the vacuum channel 1, and to obtain a defect-free fibrous polymer composite about the material.

При описанной выше организации процесса инфузии волокнистой заготовки 21 контроль процесса пропитки осуществляется по расходу заданного количества связующего, поданного в волокнистую заготовку, и/или по достижению минимально заданной скорости подачи связующего из расходной емкости 30 в канал подачи связующего 25, что связано с изменением проницаемости волокнистой заготовки после полного заполнения связующим заготовки.With the organization of the process of infusion of the fiber preform 21 described above, the impregnation process is controlled by consuming a predetermined amount of binder fed into the fiber preform and / or by achieving a minimum predetermined binder feed rate from the supply container 30 to the binder feed channel 25, which is associated with a change in the permeability of the fiber blanks after the binder is completely filled with binder.

Одновременно с этим дренажная камера 7 создает равномерное разрежение P_v1 и обеспечивает непрерывную дегазацию связующего, заполняющего слои волокнистой заготовки 21, и постоянное удаление газообразных и паразитных включений от внешней поверхности волокнистой заготовки 21, прилегающей к барьерному слою 6, в жертвенные слои 4,5 и вакуумный канал 1. При этом разрежение в камерах 26, 9 и 7 максимально и одинаково в течение всего процесса инфузии, что позволяет получить максимальное объемное содержание волокна в готовом изделии при минимальной пористости и требуемой толщине.At the same time, the drainage chamber 7 creates a uniform rarefaction P _v1 and provides continuous degassing of the binder filling the layers of the fiber preform 21, and the constant removal of gaseous and spurious inclusions from the outer surface of the fiber preform 21 adjacent to the barrier layer 6, into the sacrificial layers 4,5 and vacuum channel 1. In this case, the vacuum in the chambers 26, 9 and 7 is maximally and uniformly during the entire infusion process, which allows to obtain the maximum volumetric fiber content in the finished product with a minimum porosity and the required thickness.

Одновременно с этим компрессионная камера 9 создает равномерное разрежение P_v2, равное или большее чем P_v1, и обеспечивает исключение возможности утечки связующего за границы волокнистой заготовки 21 и дополнительное давление на стенки камеры подачи связующего 26 для обеспечения направленного перемещения связующего внутрь волокнистой заготовки.At the same time, the compression chamber 9 creates a uniform rarefaction P _v2 equal to or greater than P _v1 and eliminates the possibility of leakage of the binder beyond the boundaries of the fibrous preform 21 and additional pressure on the walls of the feed chamber of the binder 26 to provide directional movement of the binder into the fibrous preform.

На конечном этапе стадии II (после окончания пропитки) создается уплотнение пропитанной волокнистой заготовки путем стопроцентного открытия на определенный промежуток времени канала 11 компрессионной камеры. Продолжительность уплотнения определяется исходя из габаритов волокнистой заготовки, количества и расположения каналов 11, применяемого связующего.At the final stage of stage II (after the end of the impregnation), a compaction of the impregnated fiber preform is created by completely opening the compression chamber channel 11 for a certain period of time. The duration of the seal is determined based on the dimensions of the fiber preform, the number and location of channels 11, the binder used.

После окончания уплотнения на стадии III канал подачи связующего 25 перекрывается и выполняется подъем температур в интервале от Т₂ до Т₃ (от 110°С до 200°С), во время которой проходят определенные химические реакции. Стадия III позволяет максимально удалить воздух и газообразные включения из волокнистой заготовки 21, а также позволяет учесть физико-химические параметры применяемого связующего и требования к процессу отверждения, рекомендованные производителями связующих.After the compaction is completed in stage III, the binder feed channel 25 is closed and the temperature rises in the range from T ₂ to T ₃ (from 110 ° C to 200 ° C), during which certain chemical reactions take place. Stage III allows maximum removal of air and gaseous inclusions from the fibrous preform 21, and also allows you to take into account the physico-chemical parameters of the binder used and the requirements for the curing process recommended by the manufacturers of binders.

На всех стадиях процесса величина разрежения одинакова в камерах 7, 9 и 26 и обеспечивается вакуумным каналом 1 (на стадии I и II) и вакуумным каналом 13 (на стадиях II, III и IV). Отверждение волокнистой заготовки осуществляется на стадии IV при температурах от 160°С до 200°С в течение времени, рекомендованного производителями связующего. После охлаждения готовое изделие извлекается из камеры 9, причем наличие жертвенных слоев в барьерном слое бив рабочей камере 9 позволяет отделить их от изделия без больших усилий и приложения больших изгибающих нагрузок.At all stages of the process, the rarefaction value is the same in chambers 7, 9, and 26 and is provided by vacuum channel 1 (at stages I and II) and vacuum channel 13 (at stages II, III, and IV). The curing of the fiber preform is carried out in stage IV at temperatures from 160 ° C to 200 ° C for the time recommended by the binder manufacturers. After cooling, the finished product is removed from the chamber 9, and the presence of sacrificial layers in the barrier layer after breaking the working chamber 9 allows you to separate them from the product without much effort and the application of large bending loads.

Максимальные размеры изделий из волокнистых полимерных композиционных материалов, получаемых по заявляемому способу, практически не ограничены, и могут быть реализованы при использовании широкого перечня армирующих наполнителей и связующих, при этом максимальная толщина изделий ограничена только характеристиками применяемых материалов.The maximum sizes of products from fibrous polymer composite materials obtained by the present method are practically unlimited, and can be realized using a wide range of reinforcing fillers and binders, while the maximum thickness of the products is limited only by the characteristics of the materials used.

Таким образом, заявляемые способ и устройство позволяют изготавливать методом ортогональной пропитки вакуумно-инфузионным процессом изделия высокого качества из слоистых волокнистых полимерных композиционных материалов, с заданной геометрией и очень низким уровнем пористости, в том числе изделия сложной формы с интегрированными элементами усиления.Thus, the inventive method and device allow to produce by the method of orthogonal vacuum-infusion impregnation process high-quality products from layered fibrous polymer composite materials with a given geometry and a very low level of porosity, including products of complex shape with integrated reinforcing elements.

Также заявляемые способ и устройство позволяют существенно снизить трудоемкость сборки устройства за счет уменьшения количества применяемых технологических материалов, сократить время технологического цикла подготовки устройства и обеспечить меньшую себестоимость изготовления изделий при сохранении требуемого качества.Also, the inventive method and device can significantly reduce the complexity of the Assembly of the device by reducing the number of used technological materials, reduce the time of the technological cycle of preparation of the device and ensure lower manufacturing costs of products while maintaining the required quality.

Claims

1. A method of impregnating layered fibrous preforms with a binder in the manufacture of products from a polymer composite material based on continuous organic and inorganic fibers and a thermosetting matrix by the orthogonal vacuum-infusion method, comprising the following stages, according to which:

the fibrous preform (21) is placed in the working chamber (9) above the breathable barrier layer (6), which together with the snap-in (2) limits the working chamber (9) in the lower part, while the binder supply channels (25) are located above the upper layers of the fibrous the blanks (21) at its highest point and each binder feed channel (25) are limited by a barrier impervious to the binder, and the vacuum channels (1, 11) providing vacuum in the working (9), drainage (7), compression (16) chambers and the binder feed chamber (26), is located under the breathable barrier layer (6),

at temperature T ₁ , a vacuum P _{v1 is created} in the vacuum channel (1) connecting the working chamber (9) with the first vacuum source (12) to impregnate the fiber preform and ensure the supply of the binder from the binder feed chamber (26) through the feed channels (25) binder to the surface of the drainage tsulag (24) and further to the fiber preform (21) orthogonal to its fibers from the upper layers to the lower in the direction of the breathable but impermeable to the binder barrier layer (6) located under the fiber preform (21), due to the infusion of the binder under vacuum gradient ΔP = P _a -P _v1 of the supply container (30) with a binder and a feed chamber associated binder in which is supported the atmospheric pressure P _a,

moreover, to exclude the possibility of leakage of the binder beyond the outer boundaries of the fiber preform, a vacuum P _v2 equal to or greater than P _v1 is created in the vacuum channel (11) connecting the compression chamber (16) with the second vacuum source (13), while gaseous inclusions are continuously pumped out from the working chamber (9) through a barrier layer (6) permeable to gaseous inclusions, but impermeable to the binder, and removing parasitic inclusions into the sacrificial layers on one side of the fibrous preform (21),

then continue heating and in the temperature range from T ₁ to T ₂ remove gaseous inclusions through the vacuum channel (1) of the drainage chamber (7),

after the impregnation is completed, the fiber preform (21) is densified by completely opening the compression chamber (16) of the channel (11) for a predetermined period of time,

after which the feed channels (25) of the binder are closed, heating to temperature T _{3 is} continued, and the fiber preform impregnated with the binder is cured (21) to form an article of fibrous polymer composite material with a given content of binder, fiber and a given level of porosity of the composite material.

2. The method according to p. 1, characterized in that as a breathable, but impermeable to the bonding barrier layer (6), a material consisting of several components is used, in particular, one component of the barrier layer is a semipermeable membrane made of a material whose pore size is allows gas molecules to pass through it, but prevents the molecules of the binder — resin, and the other component of the barrier layer is the sacrificial layer, which allows you to remove the barrier layer from the surface of the product after the manufacturing process.

3. The method according to p. 2, characterized in that the semipermeable membrane is made of foamed polytetrafluoroethylene and an oleophobic layer deposited on it.

4. The method according to p. 2, characterized in that the sacrificial layer is made of polyester or modified polyester.

5. The method according to p. 1, characterized in that the barriers restricting the chambers and the feed channels (25) of the binder have in their composition a component that, like a semipermeable membrane, performs the function of removing air and gaseous inclusions over the entire surface of the fibrous preform (21), but while guaranteeing the presence of a binder and its movement in a given direction.

6. The method according to p. 1, characterized in that the feed channels (25) of the binder are not connected to each other through sacrificial or distribution layers.

7. The method according to p. 1, characterized in that the area of the breathable, but impermeable to the binder barrier layer (6) exceeds the area of the fibrous preform (21).

8. The method according to p. 1, characterized in that the supply of the binder to the working chamber (9) stops when the binder completely displaces the air and gases through the breathable but impermeable to the binder barrier layer (6) and there is no possibility of further impregnation of the fibrous preform (21) due to the operation of the compression chamber (16).

9. The method according to p. 1, characterized in that the supply chamber of the binder (26), the working (9) and compression (16) chambers are limited by means of sealing plaits to fulfill the tightness requirements.

10. The method according to p. 1, characterized in that the vacuum channels of rarefaction of the working chamber (9) and the compression chamber (16) have different sources of vacuum (12, 13) to create the possibility of independent control of the vacuum in the respective chambers.

11. The method according to p. 1, characterized in that the fibrous preform contains an integrated reinforcing element.

12. A device for implementing the method according to PP. 1-11, containing a drainage chamber (7), which is limited from the surrounding area by a snap-in (2) and permeable to air and gaseous inclusions, but impermeable to the binder by a barrier layer (6), mounted on the snap-in (2) using sealing plaits (8 ),

a working chamber (9) for accommodating the fibrous preform (21), the working chamber (9) being limited from the surrounding area by a tool (2) and a sealed film of a vacuum bag (18) fixed to the tool using sealing braids (10), and the vacuum film bag (18) covers the drainage chamber (7), a layered fiber preform (21) located on the drainage chamber (7) and containing sacrificial layers (19,20) on surfaces free from accessories (22) to ensure the removal of gases and parasitic inclusions and tight fit of the film of the vacuum bag (18) to the fibrous preform (21), and the binder feed chamber (26) located above the fibrous preform, while the binder feed chambers (26) contain binder supply channels (25) limited by an air-permeable barrier layer, attached to snap through the sealing plaits and the associated supply container with a binder (30) in which is provided an atmospheric pressure P _a, wherein the supply conduits (25) the binder is in constant contact with the drainage tsulag (24) and the fibrous preform (21) by attaching the feed channels (25) of the binder directly to the drainage tsulag (24) and equipment (22), while over the entire area of the tsulag (24) ) made holes designed for permeability of air, gaseous inclusions and a binder,

a compression chamber (16) located above the working chamber (9) and limited from the surrounding space by a snap-in (2) and a sealed film of a vacuum bag (15), the vacuum film being fixed to the snap-in with the help of sealing plaits (14), while the compression chamber ( 16) contains a drainage material of the compression chamber located on top of the working chamber with a fibrous preform (21),

and a supply tank (30) connected to the binder feed channels (25) located in the binder feed chamber (26),

at the same time, holes for supplying the first vacuum channel (1) connected to the vacuum source (12) of the working chamber (9) are made in the snap-in under the breathable barrier layer, and holes are made between the boundary of the working chamber (9) and the boundary of the compression chamber (16) for supplying second vacuum channels (11) connected to a vacuum source (13) of the compression chamber (16),

moreover, the sealed film of the vacuum bag (15) covers the working chamber (9), the first vacuum channel (1), with which the drainage (7), working chamber (9) and the binder feed chamber (26) connected to the first vacuum source ( 12), and a second vacuum channel (11) connected to a second vacuum source (13), by which the compression chamber (16) is evacuated,

moreover, the amount of rarefaction in the drainage (7), working (9) chambers and the supply chamber of the binder (26) is the same due to the presence of permeability of the barrier layer (6) and a single vacuum source (12), and the amount of rarefaction in the compression chamber should be equal to or greater than in these three chambers, moreover, the vacuum sources (12) and (13) can be made interconnected, and then the rarefaction P _v1 in the working chamber is equal to the rarefaction P _v2 in the compression chamber, or not interconnected, and then in the process vacuum infusion, it is necessary to provide in the compression chamber (16) a vacuum P _v2 greater than or equal to the vacuum P _v1 in the working chamber.

13. The device according to p. 12, characterized in that the fiber preform (21) is in the working chamber (9) between the barrier layer (6) and the drainage tsulag (24) in direct contact with it.

14. The device according to p. 12, characterized in that the drainage chamber (7) is connected to the working chamber (9) using sacrificial tissue (3) to create the same vacuum value P _v1 in the drainage chamber (7) and in the working chamber (9) ) using a vacuum channel (1) and a vacuum source (12).

15. The device according to p. 12, characterized in that the geometry of the holes and their location on the drainage tsulag (24) are selected depending on the required permeability of the tsulag (24) to obtain a given quality of the molded surface of the product.

16. The device according to p. 12, characterized in that for making holes in the snap-in (2) for supplying the vacuum channels (1, 11), detachable fittings are used to guarantee the absence of fingerprints on the finished surface of the product and to allow the replacement of vacuum communications in case of emergency penetration binder into vacuum channels (1, 11).

17. The device according to any one of paragraphs. 12-16, characterized in that the fibrous preform (21) contains an integrated reinforcing element.