1概述
    先进复合材料作为一种比较理想的结构材料和功能材料，具有许多独特的优点和亚要的实用价值，
使得人们对它格外重视，因而在范网内发展迅速，并在航空、航天、体育用品等领域获得广泛的应
用。新设计的飞机无一不是采用先进复合材料，F－22战斗机、A－380民航机上大逅采用先进复合材料便是一例。但是航空、航天领域常用的先进复合材料的成本昂贵，使得对先进复合材料很感兴趣的船舶工业、汽车工业、建筑业等望内却步，限制厂先进复合材料的更广泛的应用。因此，实现低成本复合材料是当今复合材料向临的重要问题。在复合材料的成本中，制造成本占了60%一70％。所以要降低复合材料的成本，必须要有一种低成本的复合材料成型技术。社会需求推动了新技术的发展。一些低成本的制造技术如RTM、RFI应运而生。
    真空辅助成型工艺（VARI-Vacuum Assisted Resin Infusion)是一种新型的低成本的复合材料大型
制件的成型技术，它是在真空状态下排除纤维增强体中的气体，利用树脂的流动、渗透，实现对纤维及
其织物浸渍，并在室温下进行固化；形成一定树脂／纤维比例的工艺方法。我所借助和国外合作的机会，再经过改进后使这种新涮的真空辅助成型工艺更趋于完善。
    VARI工艺仅仅需要一个单面的刚性模具，用来铺放纤维增强体；模具只为保证结构型面满足要求，
简化厂模具制造工序，节省了费用；其上模为柔性的真空袋薄膜；整个工艺操作在室温下进行，无需加
热；也只需一个真空压力，无需额外的压力。对于大尺寸、人厚度的复合材料制件，VARI是一种十分有
效的成型方法；采用以往的复合材料成型工艺，较大的模具选材困难，而且成本昂贵，制造十分困难，尤
其是对六大厚度的船舶、汽车、飞机等结构件。据报道，Hardcore公司曾用真空辅助下艺成型出了一面
积为186m²、厚度为150mm的以玻璃纤维为增强体、纤维重量含量达75％―85％的船舶结构件。可见真空辅助成型了包制造的复合材料制件具有成本低、空隙含量小、产品的性能好的优点，并已工艺具有很大的灵活性。

2 VARI成型工艺
    VARI成正型工艺和传统的工艺相比，不需要热压罐，仅在真上压力下成型地无需加热，可在室温下
固化，经后处理可在较高的温度下使用;也比手糊方法制造的制件空隙率低、性能好、纤维含量高。
2．I VARI几种主要的流道设计形式
    真空辅助成型工艺上要的部分之一就是流道的设计，包括树脂流道和真空通路，目前国外的流
逍设计中要有以下几种形式：
2．1．l 在模具表面上加工导流槽
    这种形式的装置是树脂从制件下表由往卜表面进行渗透。在模具表面上加工出合适的沟槽以作为流胶通道。沟槽的尺寸和数量要根据制件的形状、尺寸以及树脂的粘度通过实验来确定。对于复杂型面的模具，沟槽加工也有一定网难，并且增加广模具成本。其沟槽流道设计基本形式见图1。

2．1．2 在模具表面加工出真空通路，使用高渗透性介质作为树脂的流动通道
    高渗透性介质一般都是采用编制的立体网状的结构，有利于树脂的流动和渗透。这种方式挂树脂从
预成型体的上表出向下表面渗透。预成型体的上下表面各有一层介质作为树脂的通道。其形式见图2。

2．1．3 在泡沫芯材上开孔或制糖来作为树脂流动的通路
    泡沫芯材放在模具表面上，树脂从顶成型体的下表面向上表面渗透。开孔或制槽（糟的形式很多，
可以是单向的，也可以是十字交错的）的泡沫芯材终是产品的一部分。其树脂流道和真空通路如图
3、图4所示。

2.1.4模具上加工出主导流槽后和高渗透性的介质配合使用
    这种形式不去要在模具上加工出很多沟槽，只需加了出一个或几个主要的沟槽作为进胶的通道就
可以。也可以用管子来替代沟槽，不需要在模具表面加工。树脂从下往上渗透，整个制件表面的树脂
流动就通过高渗透性的介质来完成。模具形式如图5所示。

2.1.5 使用打孔或制槽的金属板替代高渗透性介质作为树脂和真空通道
    采用这种形式，树脂是从下注上渗透，打孔或制槽的金属板放置在预成型体的上下表面。其树脂流
动的主通道是在模具目测出合适的孔或槽。形式见图6、图7所示。

2.2 VARI的芯材的选用
    真空辅助成型工艺所用的芯材除了蜂窝等开孔型芯材不能使用外，一般的芯材都可以使用。芯材
不仅要求质轻，而且还要有一定的强度，至少可以耐一个真空压力。现在多数芯材部选用泡沫和轻质蜂
窝。
2． 3 VARI的典型封装示意图（图8）

2.4 VARI的工艺流程框图

2．5 VARI工艺成型过程
    使用开发的VARI工艺，以单层厚度为0．66mm的S－2斜纹无捻玻璃织物为增强体制造的30mm厚度1300mm×600mm的平板。整个过程如下：
    （l）模具制造：为厂能更好的观察到树脂在预成型体的上下表面的流动情况，以便于更好地进行
研究，特别设计厂模板为透明平台、模板上下各装有一与模板夹角可调的平面镜的成型模具。
    （2）样板制造：根据结构件的尺寸与形状来设计和制造样板。
    （3）裁布：将S－2玻璃织物按样板剪裁成所需大小和形状。
    （4）封装：在进行封装之前启要在模板上贴一层脱模布，以便于成型后制件和模风顺利分开。根
相制件的大小．尺寸和形状来确定进胶通路和真空通路的布置。
    （5）抽真空：封装完成以后，进行抽真空。同时根据制件的大小来准备合适的树脂分量和树脂固化
时间。
    （6）吸胶：确定封装系统无漏气，真空度达到一0．95MPa以上，以便顺利吸注树脂。待树脂同化后，停止真空。
    （7）检测：对成型后的制件无损检测。
    （8）验收：高压水切边、整修。
2．6 VARI工艺所需树脂基体的性能
    在真空辅助成型中，对基体树脂的要求是：
   （1）低粘度，仅借助真空即可在增强刑堆积的高密度预成型体中流动、浸润、渗透；
   （2）足够长时间的不变粘度，有利于浸透、排气，树脂工作寿命满足结构要求；
   （3）可在室温下固化；
   （4）固化时无需额外压力，只需真空；
   （5）具有良好的韧性与高于一般树脂的弹性模量，以及抗腐蚀性（耐酸、碱和海水）和可加工性；
   （6）具有较高的玻璃化转变温度，以满足耐热要求，经后处理后可以在较高的温度下使用；
   （7）具有优良的阻燃性能。
    目前在国外用真空辅助成型工艺制造大型复合材料构件时，多半采用环氧树脂。但环氧树脂的粘
度较大，为降低粘度．整个成型过程中模具和制件只能在80℃下进行；并且在不进行后处理时，Tg只能
达到90-100℃。为配合工艺的使用，我所已成功地研究开发出一种低粘度的树脂一液体双马来酰亚胺树脂，并采用自行研制的液体双马来酰亚胺树脂进行了一系列了艺研究，试验表明该树脂在室温下具有良好的流动性，能够在室温下成型，了艺优于环氧树脂。在真空辅助成型工艺中采用双马来酰亚胺树脂在国外还未见报道。我所在双马来酰亚胺树脂研究方面有相当的基础，同内现有7种军用飞机采用我所研制的QY8911系列双马来酰亚胺树脂。但该系列树脂在常温下均为固体状态。液体双马来酰亚胺树脂（BA9911）既满足了VARI成型工艺的需要，又保持厂双马来酰亚胺的一些特性。BA9911树脂的粘度低于0．3Pa.s；工作寿命大于4个小时；可以个室温厂风化。其浇注体性能见表1。
2．7 VARI工艺成型制件的力学性能
    根据与同外合作的合同，共完成了五块1300mmx600mmx30mmS－2斜纹无捻玻璃织物（单层厚度为0.66mm）平板的研制。并且做了大量的试验，获得了一批性能数据，见表2、表3、表4和表5。
2．8  VARI工艺用于先进复合材料成型
    在完成玻璃纤维织物的成型后，又进行了碳纤维织物的成型，完成了双曲度的碳纤维曲板和碳纤
维加筋曲板。试验表明了改进后的真空辅助成型工艺完全能适合以碳纤维作增强体的复合材料的成型。同时对由BA9911树脂和G827碳布用真空辅助成型制成的复合材料性能与由 QY8911树脂和 G827碳布用热压罐成型的复合材料性能进行了对比，QY8911例脂为 QY8911双马来酰亚胺树脂系列中用于军用飞机上结构件广泛的一种树脂。主要性能如表6所示。
    从表 6结果可知， BA9911完全可以满足大型军用运输机、坦克、装甲车辆、军舰等诸多方面应用。

3 国外情况
    真空辅助成型工艺开始于20世纪80年代末，但在1990年的早期才有个关于该工艺的申请。真空辅助成型工艺一开始并没有受到人们的重视，自1996年在船舶上获得应用以来，现在在海军舰艇上已打了很大规模的发展，同时已用于军用飞机翼梁结构的制造；此外，它已经应用到了很多公共设施的建设上，从桥梁的修复到货物冷藏箱到民用基础设施、汽车工业。
    在国外，真空辅助成型已经进行了十年多的研究，并且已经形成了许多各具特点的工艺方法；如SCRIMP(Seemamm Composites Resin Infusion Manufactuting Process)成型工艺、VARTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）成型工艺、RTI(Resin Transfer Infusion）成型工艺等。近求几年，真空辅助成型工艺已经在用低成本制造大尺寸的复合材料制件的复合材料工业中越来越广泛。对于开模制造技术，真空辅助成型工艺更能吸引工业界，因为它可以大大减少有机挥发物的散出（VOC_S）；既能满足日益严厉的环境保护法规的要求，又能提供出性能优良的复合材料制件。
    真空辅助成型工艺现在是复合材料学界和展览会中的热门话题。英国的 SP Systems 使用真空辅助
成型工艺制造复合材料制件，空隙率小，制件性能高，可大大节约工时，降低成本，大量应用于汽车零
件的生产制造中。北美客车工业（NABI）已决定采用由TPI复合材料公司用真空辅助成型工艺制造的大型客车CompoBus（见图9）的车身壳体，该壳体使用E一玻璃布作为增强体，整个车身分两部分制造。13．2米长的车身壳体改用复合材制后，重量由原来钢制的13000公斤减轻到10000公斤，降低了汽车后轴的载重量，提高了安全性。如果不彩 手工铺迭，制件不仅空隙率太大，而已强度低。
    在船舶制造工业中，真空辅助成型工艺显得特别重要；一块19．5米长、 3米宽的潜艇壁板在45分钟之内就可以成型完毕。Hardcore复合材料公司采用真空辅助工艺制造的船用防护板，具有足够的强度和刚度，完全可以承住3000吨船只撞击；复合材料的防护板比本制的成钢制的能吸收更多的摊去能量，但比同样大小的钢制板减了近2700公斤。North End公司用真空辅助工艺成型了长为27．5米的船体，经检验， 27．5米的轻质形的层和板，空隙含量几乎为零，力学性能、纤绕树脂比均达到了预浸料形式的热压罐低温（＜250ºF）固化制件水平，并且制造成本大大降低了。美国Sandown级扫雷艇采用非磁性材料制造，整个舰艇的所有上层建筑和部分内部结构都为真字辅助成型的复合材料制件，可以抵抗很强的冲击、美国海军水面作战中心在对力学性能作出分析后，得出结论；真空辅助成型工艺将是制造未来战舰的主要壳体结构的面要成型手段。
    现在该工艺已经在一些娱乐休闲用飞机、农用飞机和无人机上得到了应用。图10为采用真空辅助工艺制造的娱乐休闲用飞机。波音公司早就对此进行立项研究，对象是大型飞机的机翼。如采用真空辅助工艺成型的3米长的飞机机翼翼梁。
    美国海军部对真个辅助成型工艺大为赞赏，认为该工艺成型的制件性能甚至优于采用昂贵的材料与高成本的成型工艺制造的航空、航天结构件的性能。为此，国际标准工艺所提供给一个先进工艺技术研究小组 1350万美元，以继续该工艺的发展研究。

4 结束语
    许多技术发展到今天，都是基于实践经验或反反复复的实验才得到的。真空辅助成型工艺作为一种降低复合利料成本的重要方法，已经表现越未越突出。同时真本辅助工艺没有被完全的研究。发展和推广真空辅助成型工艺，必将使先进复合材料得到更广泛的应用。

表1 浇注体性能数据

表2 BA9911/S-2复合材料力学性能

表3 复合材料热性能和物理性能

 表4 浸润性能

表5 厚度公差

表6  性能对比