摘　要：本文分析了VARI工艺系统真空对成型质量的重要性，通过在VARI工艺的进胶管道、出胶管道及真空袋等不同部位设置渗漏点，调整渗漏点的大小控制真空渗漏的严重程度并开展工艺实验，对研制的不同实验件进行外观、超声、厚度、性能等检查和测试，得出了VARI工艺过程中真空渗漏的位置和程度与成型质量之间的关系。
关键词：VARI；真空渗漏；成型质量；孔隙率；厚度

1　前　言

　　复合材料的低成本制造技术已经成为新一代复合材料的发展方向。真空辅助树脂渗透(Vacuum Assisted Resin Infusion，简称VARI)作为一种典型的低成本成型工艺已广泛应用于航空结构上。与预浸料，热压罐工艺相比，VARI工艺具有：(1)无需价格昂贵的热压罐和预浸料，设备、材料和工艺成本低；(2)适用于大型或超大型零件的整体成型；(3)环境污染小。鉴于VARI工艺的上述优点，空客和波音公司已率先将其在航空复合材料构件上进行了商业化应用。中航复合材料有限责任公司(以下简称中航复材)于20世纪90年代率先在国内开展了VARI技术研究，开发的VARI专用树脂体系BA9912、BA9914其工艺性及其复合材料力学性能均达到了国外同类产品的水平，采用VARI工艺研制的航空典型结构件已在多个项目中进行了验证和应用。图1所示为中航复材公司采用VARI工艺成形的机翼盒段试验件(结构尺寸为4500min×1200mm×200mm)。
　　真空渗漏是VARI工艺过程中常见的一种工艺缺陷，轻微真空渗漏即可能造成零件孔隙超标和厚度超差，甚至导致零件出现疏松及干斑等严重缺陷。本文针对VARI工艺成型过程中存在的真空渗漏现象，在VARI工艺系统的不同位置预设渗漏点，通过改变渗漏点的大小来控制真空渗漏的严重程度，通过观察成型过程的系统真空状态及对研制的真空渗漏实验件进行外观检查和内部检测，终得出VARI工艺过程中真空渗漏的位置和程度与成型质量之间的关系。

2　实验材料与方法

2.1　实验材料
2.1.1　增强材料
　　U－3160，CCF300－3K碳纤维单向机织物，面密度为160g／m²。
2.1.2　树脂体系
　　BA9914，高温环氧树脂，树脂转移温度70～75℃，6h操作期内树脂粘度<300cps；
2.1.3　实验件尺寸
　　实验件的尺寸为600mm×600mm×2.56mm，铺层为[45／0／-45／90]2s。
2.2　实验方法
　　选取在区域l(树脂进胶管路截门前)、区域2(树脂出胶管路截门后)和区域3(进出胶管道截门之间)预设渗漏点，具体位置见图2。系统真空读数不小于0.097MPa定义为真空正常；系统真空读数不小于0.095MPa定义为真空轻微渗漏；系统真空读数小于0.095MPa定位为真空严重渗漏。将真空正常实验件编号为B0，将区域1轻微渗漏／严重渗漏实验件编号为B1／B2；区域2轻微渗漏／严重渗漏实验件编号为B3／B4；区域3轻微渗漏俨重渗漏实验件编号为B5／B6。所有实验件均进行外观目视检查、超声A扫描检测和厚度分布测量。

3　结果与分析

3.1　区域1渗漏对成型质量的影响
　　经目视检查发现，实验件B1表面光滑、平整，未发现外观质量缺陷；实验件B2有表面干斑缺陷。经超声检测发现，实验件B1内部存在少量分散性气孔，实验件B2内部存在孔隙密集缺陷。对实验件B1及B2进行孔隙率测试和厚度测试的结果见图3及图4。

　　通过实验结果可知，区域1轻微渗漏对零件的终成型质量影响不大。其原因是从渗漏点混入低粘度树脂的少量气泡较易在真空状态下逃逸，同时致密的纤维层和树脂导流层对气泡有过滤的作用，因此对成型质量基本无影响。当区域1出现严重渗漏时，对零件的终成型质量有较大的影响，其原因是大量的气体从渗漏点混入树脂中，使树脂的流动不连续，妨碍树脂对纤维增强预制体的正常渗透；其次，大量的气体不但无法通过系统抽真空完全排除，并且削弱了作用在纤维增强预制体上的真空压力，导致了成型后的实验件B2厚度及孔隙率含量超差，纤维体积含量偏低。
3.2　区域2渗漏对成型质量的影响
　　经目视检查发现，实验件B3表面欠光滑，在纤维束与纬纱编织的节点存在点状浸润不充分区域；实验件B4有表面块状干斑缺陷。经超声检测发现，实验件B3内部存在孔隙密集区域，实验件B4内部存在大面积疏松及孔隙密集区域。对实验件B3及B4进行孔隙率测试和厚度测试的结果见图5及图6。

　　通过实验结果可知，区域2的轻微渗漏对零件的终成型质量有影响；区域2的严重渗漏对零件的终成型质量有较大影响。其原因是区域2的渗漏存在于VARI工艺操作的全程中。虽然在树脂渗透过程中，通过真空袋渗漏点进入系统的较大部分气体能被致密的纤维层和树脂导流层阻挡并通过出胶管道抽离系统，但在关闭进出胶通道后，外部气体仍然会通过渗漏点进入预制体内部而无法从排除，从而导致零件产生缺陷。从图5和图6可以看出，只要区域2存在渗漏现象，均会对零件的成型质量造成影响，而与渗漏的程度无关。
3.3　区域3渗漏对成型质量的影响
　　经目视检查发现，实验件B5表面光滑、平整，实验件B6表面经纬纱交接点存在点状缺陷。经超声检测发现，实验件B5内部不存在质量缺陷，实验件B6内部存在分散性孔隙密集区域。对实验件B5及B6进行孔隙率测试和厚度测试的结果见图7及图8。

　　通过实验结果可知，区域3的轻微渗漏对零件的终成型质量影响不大。其原因是通过区域3进入的外部气体可通过出胶管道迅速被排出，并不会进人系统内部影响树脂对纤维增强预制体的渗透，在关闭进出胶通道步骤后，该渗漏被终止，因此对成型质量基本无影响。而区域3的严重渗漏对零件的终成型质量有一定的影响，虽然通过区域3进入的外部气体大部分能通过出胶管道排出，但会严重影响树脂从出胶管道排出，进而影响树脂对纤维增强预制体的渗透速度。此外，真空渗漏降低了系统的总真空度，削弱了作用在纤维增强预制体上的真空压力，同时纤维增强预制体内部的气体无法完全排净，导致成型的零件出现了缺陷。

4　结　论

　　通过以上实验可得出如下结论：(1)当系统真空出现轻微渗漏时，对VARI工艺成型制件的终质量的影响需根据渗漏部位进行判定：①当渗漏位于系统进出胶截门之间时，对零件的终成型质量有影响；②当渗漏位于系统进出胶截门之外时，对零件的终成型质量影响不大；(2)当系统真空出现严重渗漏时，对VARI工艺成型制件的终质量均有严重影响。