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，適用于設計開發(fā)不同結(jié)構(gòu)復雜外形的大型模具。

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

   (3)制品力學性能好，重復性高。與手糊構(gòu)件相比，VARIM工藝成型制品的力學機械性能可以提高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，具有很好的可重復性。

   (4)環(huán)保性好。相比與開模成型時，苯乙烯、丙酮等揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的揮發(fā)量高達35~45 %，了解更多工藝資料登錄復材應用技術(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，因此幾乎不對環(huán)境造成污染，是VARIM工藝最突出的一個優(yōu)點。

   (5)生產(chǎn)效率高。處于真空負壓下的樹脂能夠沿著樹脂灌注管道迅速導入到密閉模腔內(nèi)，并在凝膠前充分快速滲透和浸漬增強材料，可整體成型大型復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工藝對樹脂的要求一般有以下幾點：

   (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壓力作用下能夠完全浸漬增強材料。如果樹脂粘度過高，充模流動速度慢，并且對纖維織物的浸漬效果也不理想；如果樹脂粘度過低，樹脂流動速度太快，容易形成干斑等缺陷。

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

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

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

 

1.2.增強材料

    增強材料一般包括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，添加耐溫的補強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，大幅度提高充模流動速度，通?？刹捎媚猃埦W(wǎng)和機織纖維。

 

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。對于開孔型芯材(如蜂窩狀)，樹脂會充滿其空穴，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可以分為宏觀流動和微觀流動，其中樹脂在纖維束空隙之間的流動稱為宏觀流動，而樹脂在纖維束內(nèi)部纖維單絲之間的流動稱為微觀流動。如果宏觀流動與微觀流動的流動速度不同，即兩者的流動前緣存在不一致時，樹脂就會在纖維織物層內(nèi)發(fā)生橫向滲透，從而導致局部“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)生是因為樹脂的宏觀流動和微觀流動不一致，其中宏觀流動前緣的流速與灌注壓力梯度有關，灌注壓力梯度越大，宏觀流動越快；而微觀流動前緣的流速與纖維單絲之間的毛細管作用力有關，毛細管作用力越大，微觀流動越快。因此，如圖3(a)所示，當灌注壓力梯度小于毛細管作用力時，樹脂微觀流動前緣的流速就會大于宏觀流動前緣的流速，此時纖維束內(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，當灌注壓力梯度大于毛細管作用力時，樹脂宏觀流動前緣的流速就會大于微觀流動前緣的流速，此時纖維束之間空隙的樹脂就會向纖維束內(nèi)部發(fā)生橫向滲透，了解更多工藝資料登錄復材應用技術(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，通常需要預先抽真空并在設定的真空度維持一定的時間，從而盡可能的排除密閉模腔內(nèi)的空氣，同時適宜將樹脂灌注流道設計成樹脂沿著纖維織物垂直(90°)方向流動，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。