1概述
    先進復合材料作為一種比較理想的結構材料和功能材料，具有許多獨特的優點和亞要的實用價值，
使得人們對它格外重視，因而在范網內發展迅速，并在航空、航天、體育用品等領域獲得廣泛的應
用。新設計的飛機無一不是采用先進復合材料，F－22戰斗機、A－380民航機上大逅采用先進復合材料便是一例。但是航空、航天領域常用的先進復合材料的成本昂貴，使得對先進復合材料很感興趣的船舶工業、汽車工業、建筑業等望內卻步，限制廠先進復合材料的更廣泛的應用。因此，實現低成本復合材料是當今復合材料向臨的重要問題。在復合材料的成本中，制造成本占了60%一70％。所以要降低復合材料的成本，必須要有一種低成本的復合材料成型技術。社會需求推動了新技術的發展。一些低成本的制造技術如RTM、RFI應運而生。
    真空輔助成型工藝（VARI-Vacuum Assisted Resin Infusion)是一種新型的低成本的復合材料大型
制件的成型技術，它是在真空狀態下排除纖維增強體中的氣體，利用樹脂的流動、滲透，實現對纖維及
其織物浸漬，并在室溫下進行固化；形成一定樹脂／纖維比例的工藝方法。我所借助和國外合作的機會，再經過改進后使這種新涮的真空輔助成型工藝更趨于完善。
    VARI工藝僅僅需要一個單面的剛性模具，用來鋪放纖維增強體；模具只為保證結構型面滿足要求，
簡化廠模具制造工序，節省了費用；其上模為柔性的真空袋薄膜；整個工藝操作在室溫下進行，無需加
熱；也只需一個真空壓力，無需額外的壓力。對于大尺寸、人厚度的復合材料制件，VARI是一種十分有
效的成型方法；采用以往的復合材料成型工藝，較大的模具選材困難，而且成本昂貴，制造十分困難，尤
其是對六大厚度的船舶、汽車、飛機等結構件。據報道，Hardcore公司曾用真空輔助下藝成型出了一面
積為186m²、厚度為150mm的以玻璃纖維為增強體、纖維重量含量達75％―85％的船舶結構件。可見真空輔助成型了包制造的復合材料制件具有成本低、空隙含量小、產品的性能好的優點，并已工藝具有很大的靈活性。

2 VARI成型工藝
    VARI成正型工藝和傳統的工藝相比，不需要熱壓罐，僅在真上壓力下成型地無需加熱，可在室溫下
固化，經后處理可在較高的溫度下使用;也比手糊方法制造的制件空隙率低、性能好、纖維含量高。
2．I VARI幾種主要的流道設計形式
    真空輔助成型工藝上要的部分之一就是流道的設計，包括樹脂流道和真空通路，目前國外的流
逍設計中要有以下幾種形式：
2．1．l 在模具表面上加工導流槽
    這種形式的裝置是樹脂從制件下表由往卜表面進行滲透。在模具表面上加工出合適的溝槽以作為流膠通道。溝槽的尺寸和數量要根據制件的形狀、尺寸以及樹脂的粘度通過實驗來確定。對于復雜型面的模具，溝槽加工也有一定網難，并且增加廣模具成本。其溝槽流道設計基本形式見圖1。

2．1．2 在模具表面加工出真空通路，使用高滲透性介質作為樹脂的流動通道
    高滲透性介質一般都是采用編制的立體網狀的結構，有利于樹脂的流動和滲透。這種方式掛樹脂從
預成型體的上表出向下表面滲透。預成型體的上下表面各有一層介質作為樹脂的通道。其形式見圖2。

2．1．3 在泡沫芯材上開孔或制糖來作為樹脂流動的通路
    泡沫芯材放在模具表面上，樹脂從頂成型體的下表面向上表面滲透。開孔或制槽（糟的形式很多，
可以是單向的，也可以是十字交錯的）的泡沫芯材終是產品的一部分。其樹脂流道和真空通路如圖
3、圖4所示。

2.1.4模具上加工出主導流槽后和高滲透性的介質配合使用
    這種形式不去要在模具上加工出很多溝槽，只需加了出一個或幾個主要的溝槽作為進膠的通道就
可以。也可以用管子來替代溝槽，不需要在模具表面加工。樹脂從下往上滲透，整個制件表面的樹脂
流動就通過高滲透性的介質來完成。模具形式如圖5所示。

2.1.5 使用打孔或制槽的金屬板替代高滲透性介質作為樹脂和真空通道
    采用這種形式，樹脂是從下注上滲透，打孔或制槽的金屬板放置在預成型體的上下表面。其樹脂流
動的主通道是在模具目測出合適的孔或槽。形式見圖6、圖7所示。

2.2 VARI的芯材的選用
    真空輔助成型工藝所用的芯材除了蜂窩等開孔型芯材不能使用外，一般的芯材都可以使用。芯材
不僅要求質輕，而且還要有一定的強度，至少可以耐一個真空壓力。現在多數芯材部選用泡沫和輕質蜂
窩。
2． 3 VARI的典型封裝示意圖（圖8）

2.4 VARI的工藝流程框圖

2．5 VARI工藝成型過程
    使用開發的VARI工藝，以單層厚度為0．66mm的S－2斜紋無捻玻璃織物為增強體制造的30mm厚度1300mm×600mm的平板。整個過程如下：
    （l）模具制造：為廠能更好的觀察到樹脂在預成型體的上下表面的流動情況，以便于更好地進行
研究，特別設計廠模板為透明平臺、模板上下各裝有一與模板夾角可調的平面鏡的成型模具。
    （2）樣板制造：根據結構件的尺寸與形狀來設計和制造樣板。
    （3）裁布：將S－2玻璃織物按樣板剪裁成所需大小和形狀。
    （4）封裝：在進行封裝之前啟要在模板上貼一層脫模布，以便于成型后制件和模風順利分開。根
相制件的大小．尺寸和形狀來確定進膠通路和真空通路的布置。
    （5）抽真空：封裝完成以后，進行抽真空。同時根據制件的大小來準備合適的樹脂分量和樹脂固化
時間。
    （6）吸膠：確定封裝系統無漏氣，真空度達到一0．95MPa以上，以便順利吸注樹脂。待樹脂同化后，停止真空。
    （7）檢測：對成型后的制件無損檢測。
    （8）驗收：高壓水切邊、整修。
2．6 VARI工藝所需樹脂基體的性能
    在真空輔助成型中，對基體樹脂的要求是：
   （1）低粘度，僅借助真空即可在增強刑堆積的高密度預成型體中流動、浸潤、滲透；
   （2）足夠長時間的不變粘度，有利于浸透、排氣，樹脂工作壽命滿足結構要求；
   （3）可在室溫下固化；
   （4）固化時無需額外壓力，只需真空；
   （5）具有良好的韌性與高于一般樹脂的彈性模量，以及抗腐蝕性（耐酸、堿和海水）和可加工性；
   （6）具有較高的玻璃化轉變溫度，以滿足耐熱要求，經后處理后可以在較高的溫度下使用；
   （7）具有優良的阻燃性能。
    目前在國外用真空輔助成型工藝制造大型復合材料構件時，多半采用環氧樹脂。但環氧樹脂的粘
度較大，為降低粘度．整個成型過程中模具和制件只能在80℃下進行；并且在不進行后處理時，Tg只能
達到90-100℃。為配合工藝的使用，我所已成功地研究開發出一種低粘度的樹脂一液體雙馬來酰亞胺樹脂，并采用自行研制的液體雙馬來酰亞胺樹脂進行了一系列了藝研究，試驗表明該樹脂在室溫下具有良好的流動性，能夠在室溫下成型，了藝優于環氧樹脂。在真空輔助成型工藝中采用雙馬來酰亞胺樹脂在國外還未見報道。我所在雙馬來酰亞胺樹脂研究方面有相當的基礎，同內現有7種軍用飛機采用我所研制的QY8911系列雙馬來酰亞胺樹脂。但該系列樹脂在常溫下均為固體狀態。液體雙馬來酰亞胺樹脂（BA9911）既滿足了VARI成型工藝的需要，又保持廠雙馬來酰亞胺的一些特性。BA9911樹脂的粘度低于0．3Pa.s；工作壽命大于4個小時；可以個室溫廠風化。其澆注體性能見表1。
2．7 VARI工藝成型制件的力學性能
    根據與同外合作的合同，共完成了五塊1300mmx600mmx30mmS－2斜紋無捻玻璃織物（單層厚度為0.66mm）平板的研制。并且做了大量的試驗，獲得了一批性能數據，見表2、表3、表4和表5。
2．8  VARI工藝用于先進復合材料成型
    在完成玻璃纖維織物的成型后，又進行了碳纖維織物的成型，完成了雙曲度的碳纖維曲板和碳纖
維加筋曲板。試驗表明了改進后的真空輔助成型工藝完全能適合以碳纖維作增強體的復合材料的成型。同時對由BA9911樹脂和G827碳布用真空輔助成型制成的復合材料性能與由 QY8911樹脂和 G827碳布用熱壓罐成型的復合材料性能進行了對比，QY8911例脂為 QY8911雙馬來酰亞胺樹脂系列中用于軍用飛機上結構件廣泛的一種樹脂。主要性能如表6所示。
    從表 6結果可知， BA9911完全可以滿足大型軍用運輸機、坦克、裝甲車輛、軍艦等諸多方面應用。

3 國外情況
    真空輔助成型工藝開始于20世紀80年代末，但在1990年的早期才有個關于該工藝的專利申請。真空輔助成型工藝一開始并沒有受到人們的重視，自1996年在船舶上獲得應用以來，現在在海軍艦艇上已打了很大規模的發展，同時已用于軍用飛機翼梁結構的制造；此外，它已經應用到了很多公共設施的建設上，從橋梁的修復到貨物冷藏箱到民用基礎設施、汽車工業。
    在國外，真空輔助成型已經進行了十年多的研究，并且已經形成了許多各具特點的工藝方法；如SCRIMP(Seemamm Composites Resin Infusion Manufactuting Process)成型工藝、VARTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）成型工藝、RTI(Resin Transfer Infusion）成型工藝等。近求幾年，真空輔助成型工藝已經在用低成本制造大尺寸的復合材料制件的復合材料工業中越來越廣泛。對于開模制造技術，真空輔助成型工藝更能吸引工業界，因為它可以大大減少有機揮發物的散出（VOC_S）；既能滿足日益嚴厲的環境保護法規的要求，又能提供出性能優良的復合材料制件。
    真空輔助成型工藝現在是復合材料學界和展覽會中的熱門話題。英國的 SP Systems 使用真空輔助
成型工藝制造復合材料制件，空隙率小，制件性能高，可大大節約工時，降低成本，大量應用于汽車零
件的生產制造中。北美客車工業（NABI）已決定采用由TPI復合材料公司用真空輔助成型工藝制造的大型客車CompoBus（見圖9）的車身殼體，該殼體使用E一玻璃布作為增強體，整個車身分兩部分制造。13．2米長的車身殼體改用復合材制后，重量由原來鋼制的13000公斤減輕到10000公斤，降低了汽車后軸的載重量，提高了安全性。如果不彩 手工鋪迭，制件不僅空隙率太大，而已強度低。
    在船舶制造工業中，真空輔助成型工藝顯得特別重要；一塊19．5米長、 3米寬的潛艇壁板在45分鐘之內就可以成型完畢。Hardcore復合材料公司采用真空輔助工藝制造的船用防護板，具有足夠的強度和剛度，完全可以承住3000噸船只撞擊；復合材料的防護板比本制的成鋼制的能吸收更多的攤去能量，但比同樣大小的鋼制板減了近2700公斤。North End公司用真空輔助工藝成型了長為27．5米的船體，經檢驗， 27．5米的輕質形的層和板，空隙含量幾乎為零，力學性能、纖繞樹脂比均達到了預浸料形式的熱壓罐低溫（＜250ºF）固化制件水平，并且制造成本大大降低了。美國Sandown級掃雷艇采用非磁性材料制造，整個艦艇的所有上層建筑和部分內部結構都為真字輔助成型的復合材料制件，可以抵抗很強的沖擊、美國海軍水面作戰中心在對力學性能作出分析后，得出結論；真空輔助成型工藝將是制造未來戰艦的主要殼體結構的面要成型手段。
    現在該工藝已經在一些娛樂休閑用飛機、農用飛機和無人機上得到了應用。圖10為采用真空輔助工藝制造的娛樂休閑用飛機。波音公司早就對此進行立項研究，對象是大型飛機的機翼。如采用真空輔助工藝成型的3米長的飛機機翼翼梁。
    美國海軍部對真個輔助成型工藝大為贊賞，認為該工藝成型的制件性能甚至優于采用昂貴的材料與高成本的成型工藝制造的航空、航天結構件的性能。為此，國際標準工藝所提供給一個先進工藝技術研究小組 1350萬美元，以繼續該工藝的發展研究。

4 結束語
    許多技術發展到今天，都是基于實踐經驗或反反復復的實驗才得到的。真空輔助成型工藝作為一種降低復合利料成本的重要方法，已經表現越未越突出。同時真本輔助工藝沒有被完全的研究。發展和推廣真空輔助成型工藝，必將使先進復合材料得到更廣泛的應用。

表1 澆注體性能數據

表2 BA9911/S-2復合材料力學性能

表3 復合材料熱性能和物理性能

 表4 浸潤性能

表5 厚度公差

表6  性能對比

透過上述文章的介紹

無論是碳纖維板材還是其他複合材料，產品的後加工品質，一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

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