圖1  真空輔助模塑成型(VARIM)工藝示意圖

   (1)模具成本低。與RTM工藝需要陰、陽雙面剛性對(duì)模相比，VARIM工藝只需要單面剛性模具；與模壓工藝需要承受高溫高壓的成型模具相比，模具的制造成本較低，適用于設(shè)計(jì)開發(fā)不同結(jié)構(gòu)復(fù)雜外形的大型模具。

   (2)制品外形可控，尺寸精確。VARIM工藝對(duì)制品尺寸和形狀的限制較少，可以用于航空航天、國(guó)防工程、船舶工業(yè)、能源工業(yè)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域中大厚度、大尺寸結(jié)構(gòu)制件的成型，如火箭外殼、風(fēng)電葉片、汽車殼體等。

   (3)制品力學(xué)性能好，重復(fù)性高。與手糊構(gòu)件相比，VARIM工藝成型制品的力學(xué)機(jī)械性能可以提高1.5倍以上，并且制品的纖維含量高、孔隙率低、結(jié)構(gòu)缺陷少、表面均勻光滑、構(gòu)件之間一致性高，因此VARIM工藝成型制品的質(zhì)量穩(wěn)定，具有很好的可重復(fù)性。

   (4)環(huán)保性好。相比與開模成型時(shí)，苯乙烯、丙酮等揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的揮發(fā)量高達(dá)35~45 %，了解更多工藝資料登錄復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)，VARIM工藝作為一種閉模成型技術(shù)，在樹脂灌注和固化過程中，易揮發(fā)物和有毒空氣污染物均被局限于真空袋膜中，因此幾乎不對(duì)環(huán)境造成污染，是VARIM工藝最突出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

   (5)生產(chǎn)效率高。處于真空負(fù)壓下的樹脂能夠沿著樹脂灌注管道迅速導(dǎo)入到密閉模腔內(nèi)，并在凝膠前充分快速滲透和浸漬增強(qiáng)材料，可整體成型大型復(fù)雜幾何形狀的夾芯和加筋結(jié)構(gòu)件，與開模工藝相比，VARIM工藝可節(jié)約勞動(dòng)力50 %以上。

 

1.1.樹脂

    適用于VARIM工藝的樹脂包括環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等低粘度樹脂。VARIM工藝對(duì)樹脂的要求一般有以下幾點(diǎn)：

   (a)樹脂體系粘度低。一般要求樹脂體系粘度在100~800 mPa·s，最佳粘度范圍為100~300 mPa·s，從而使樹脂在真空負(fù)壓力作用下能夠完全浸漬增強(qiáng)材料。如果樹脂粘度過高，充模流動(dòng)速度慢，并且對(duì)纖維織物的浸漬效果也不理想；如果樹脂粘度過低，樹脂流動(dòng)速度太快，容易形成干斑等缺陷。

   (b)凝膠時(shí)間適宜。不同的工藝對(duì)凝膠時(shí)間有不同的要求，因此凝膠時(shí)間應(yīng)可變易控，具有合適的操作周期，是VARIM工藝專用樹脂體系的一項(xiàng)重要指標(biāo)。一般對(duì)于大型制件成型而言，要求樹脂體系的低粘度平臺(tái)時(shí)間(即工藝操作窗口)不少于30 min，了解更多工藝資料登錄復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)，以避免樹脂在灌注過程就發(fā)生劇烈的凝膠反應(yīng)和固化交聯(lián)反應(yīng)。

   (c)固化放熱峰值適中。高放熱峰會(huì)降低模具的使用壽命、可能對(duì)制品中的芯材、加強(qiáng)筋等部件產(chǎn)生影響。同時(shí)，高的放熱峰可能引起部件的裂紋，影響制品性能。

   (d)其它物理化學(xué)性能，包括良好的力學(xué)機(jī)械性能，以滿足工程應(yīng)用的高要求，抗熱氧老化性、耐化學(xué)腐蝕性、阻燃性、無毒、成本低等。

 

1.2.增強(qiáng)材料

    增強(qiáng)材料一般包括E玻纖、碳纖維、Kevlar纖維、Spectra纖維以及E玻纖與其它幾種纖維的混雜形式。增強(qiáng)材料的可以是短切纖維或纖維織物，但通常采用織物，如無捻粗紗織物、加捻織物、雙向縫合織物等，其中新型的針織材料和平紋單向纖維是較理想的選擇。

 

1.3.真空袋膜

    耐高溫尼龍膜和聚丙烯膜是最常用的真空袋膜，主要利用它們的延展性、柔韌性和抗穿刺性能；同時(shí)要求材料具有較高的耐熱溫度（具體需考慮樹脂性能）和優(yōu)異的阻隔氣密性。

 

1.4.密封膠粘帶

    密封膠粘帶是一種以丁基橡膠為基膠，添加耐溫的補(bǔ)強(qiáng)劑和增粘劑等助劑的真空袋膜密封劑，要求材料具有高彈性、表面粘接性以及耐溫性等性能，保證在制品成型周期內(nèi)具有優(yōu)異的密封性能。

 

1.5.高滲透介質(zhì)

    高滲透介質(zhì)的作用是保證樹脂在真空灌注過程中能夠迅速滲透和流動(dòng)，大幅度提高充模流動(dòng)速度，通常可采用尼龍網(wǎng)和機(jī)織纖維。

 

1.6.剝離層介質(zhì)

    剝離層介質(zhì)的作用是將制品和高滲透介質(zhì)或真空袋膜分隔開，避免真空輔助介質(zhì)粘附在制品上。一般選用低孔隙率、低滲透率的薄膜材料作為剝離層介質(zhì)，如PE、PP多孔膜等。

 

1.7.輕質(zhì)芯材

    一般芯材都在可選范圍內(nèi)，如輕質(zhì)木材、PVC、PEI、PMI、SAN、PS泡沫和其它線性微孔封閉型塑料等。對(duì)于開孔型芯材(如蜂窩狀)，樹脂會(huì)充滿其空穴，加重了制品的重量和成本，因此這類芯材不宜選用。

 

2.1.氣泡和白斑

     如圖2所示，在VARIM工藝中，樹脂在纖維織物中的滲透流動(dòng)可以分為宏觀流動(dòng)和微觀流動(dòng)，其中樹脂在纖維束空隙之間的流動(dòng)稱為宏觀流動(dòng)，而樹脂在纖維束內(nèi)部纖維單絲之間的流動(dòng)稱為微觀流動(dòng)。如果宏觀流動(dòng)與微觀流動(dòng)的流動(dòng)速度不同，即兩者的流動(dòng)前緣存在不一致時(shí)，樹脂就會(huì)在纖維織物層內(nèi)發(fā)生橫向滲透，從而導(dǎo)致局部“包氣”的現(xiàn)象，其中在制件的表面層表現(xiàn)出氣泡的產(chǎn)生，而在制件的內(nèi)部層表現(xiàn)出白斑的產(chǎn)生。
    局部“包氣”現(xiàn)象的產(chǎn)生是因?yàn)闃渲暮暧^流動(dòng)和微觀流動(dòng)不一致，其中宏觀流動(dòng)前緣的流速與灌注壓力梯度有關(guān)，灌注壓力梯度越大，宏觀流動(dòng)越快；而微觀流動(dòng)前緣的流速與纖維單絲之間的毛細(xì)管作用力有關(guān)，毛細(xì)管作用力越大，微觀流動(dòng)越快。因此，如圖3(a)所示，當(dāng)灌注壓力梯度小于毛細(xì)管作用力時(shí)，樹脂微觀流動(dòng)前緣的流速就會(huì)大于宏觀流動(dòng)前緣的流速，此時(shí)纖維束內(nèi)部的樹脂發(fā)生橫向滲透，而將纖維束空隙之間的殘余氣體包裹，形成大氣泡；相反，如圖3(b)所示，當(dāng)灌注壓力梯度大于毛細(xì)管作用力時(shí)，樹脂宏觀流動(dòng)前緣的流速就會(huì)大于微觀流動(dòng)前緣的流速，此時(shí)纖維束之間空隙的樹脂就會(huì)向纖維束內(nèi)部發(fā)生橫向滲透，了解更多工藝資料登錄復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)，而在纖維束內(nèi)部形成小氣泡。為了減少及避免局部“包氣”現(xiàn)象的產(chǎn)生，通常需要預(yù)先抽真空并在設(shè)定的真空度維持一定的時(shí)間，從而盡可能的排除密閉模腔內(nèi)的空氣，同時(shí)適宜將樹脂灌注流道設(shè)計(jì)成樹脂沿著纖維織物垂直(90°)方向流動(dòng)，而不是如圖3和圖4所示的樹脂沿著纖維織物平行(0°)方向流動(dòng)。