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,从而形成一定树脂/纤维比例的工艺方法。我国借鉴国外技术,经不断改进后已使这种新型的真空辅助成型工艺趋于完善。
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,因而在世界范围内发展迅速,特别是在航空、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民航机机身等多个部位均采用先进复合材料。但是航空、航天领域使用的先进复合材料往往成本昂贵,限制了先进复合材料在船舶工业、汽车工业、建筑业的更广泛的应用。因此,实现低成本复合材料是当今复合材料业向临的重要问题。在复合材料的成本中,制造成本通常占60~70%。所以降低复合材料成本,首先必须开发低成本的复合材料成型技术。市场的需求推动VARI等低成本的制造新技术的应运而生。
VARI成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。同时,VARI工艺的操作仅需要一个单面的刚性模具用来铺放纤维增强体,而模具的作用也只为保证结构型面的要求,这就使模具制造工序大为简化、节省大为费用。因此对于大尺寸、大厚度的复合材料制件,VARI是一种十分有效的成型方法;而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,尤其是大厚度的船舶、汽车、飞机等结构件。据报道,国外著名复合材料公司Hardcore用真空辅助工艺成型出了一面积为186平方米、厚度为150毫米的,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,并具有很大的工艺灵活性。
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。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍,环氧树脂的粘度较大,为降低其粘度,国内已成功研究开发出一种低粘度的树脂——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工艺研究,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,国内现有7种军用飞机采用国产QY8911系列双马来酰亚胺树脂。科研部门同时开发了BA9911树脂,可满足大型军用运输机、坦克、装甲车辆、军舰等诸多方面应用。
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