Monitoring of part dimensions and fiber content in vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) process

Abstract

Vakum Destekli Reçine Transfer Kalıplama (VARTM) yöntemi, tek taraflı kalıp içinde,büyük boyutlarda kompozit malzeme üretimi için kullanılır. Kalıbın üst parçası, vakumolustuğunda elyafı alt kalıba doğru sıkıstırması için, naylondan yapılmıs bir vakumlamatorbasından olusur.Kuru elyafın ilk kalınlığı, ilk basta uygulanan vakumlama basıncına bağlıdır. Fakat,malzeme özelliklerini belirleme deneylerinde de görüldüğü üzere, vakum basıncı sabittutularak 30 dakikadan daha fazla sürece, parça kalınlığı zamanla değismistir. Enjeksiyonbasladıktan sonra, reçine elyaf içinden aktıkça, kalıp içerisindeki reçine basıncı artar(bununla birlikte sıkıstırma basıncı azalır). Esnek üst kalıp parçasından (naylon vakumlamatorbası) dolayı, sıkıstırma basıncındaki azalma parçanın kalınlık dağılımında artısa sebepolur.Bu çalısmada, VARTM yönteminin otomasyonunu yapmak ve reçine basmayabaslamadan önce parçanın son kalınlığını tahmin etmek için, genel yönergeler ve veritabanıolusturulması amaçlandı. Parça kalınlığı ve reçine basıncı canlı olarak, bir veri toplamasistemi vasıtasıyla gözlemlendi. Parça kalınlığını ölçmek için dijital komparatör saatleri;reçine basıncını ölçmek için kompatatör saatlerinin altına basınç algılayıcıları konuldu.Deney sonuçları, Correia' nın [13] gelistirdiği kalınlık ve akıs modeli ile karsılastırıldı.Sistemi daha iyi modellemek için iki çesit veritabanı olusturuldu: (i) kuru ve kuru/ıslakhalde elyaf sıkısması ve (ii) değisik sıkıstırma basınçlarında elyaf geçirgenliği.Sonuç olarak, keçe cam elyafı ve dokuma cam elyafı değisik özellikler gösterdiler: (i)keçe cam elyafı ıslatıldığında daha da sıkıstı, fakat (ii) bu sıkısma durumu dokuma camelyafında görülmedi

Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (also known as Vacuum Bag Infusion)process is used to manufacture large composite parts within a single-sided mold. The upperside of the mold is made of a nylon vacuum bag which compacts the fabric preformunderneath it to the lower mold part due to the vacuum applied.The initial thickness of the dry fabric preform is dependent on the static vacuumpressure; however at a level of vacuum pressure, the thickness varies with time as fibernesting occurs for longer than 30 minutes as observed in our characterization experiments.As resin flows through the fabric preform, the resin pressure inside the mold increases (andhence compaction pressure decreases). Because of the non-rigid upper mold (nylon vacuumbag), the decrease in the compaction pressure will increase the thickness distribution of thepart.In this study, it is aimed to construct general guidelines and a database so that the usercan automate the VARTM process and predict the part thickness before the infusion starts.The thickness of the composite part and resin pressure in the system are monitored by usingan on-line data acquisition system. The thickness of the preform is measured by usingdigital dial gages. To observe the effect of resin pressure on the thickness variation,multiple pressure sensors are placed at the same longitudinal location of the dial gages. Theexperimental results are compared with results of thickness and flow model which isdeveloped by Correia et al. [13]. To model the process accurately, two databases areconstructed based on the process parameters: (i) compaction of fabric in dry and dry/wetform, and (ii) permeability of the preform at different compaction pressures.The results indicate that random fabric and woven fabrics? compaction characteristicsare very much different: (i) random fibers are further compacted upon being wetted whenresin reaches there; (ii) this further nesting was not observed in woven fabrics significantly.