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圖1. 真空室（左）和熱粘合控制器（右）以及內(nèi)袋和真空室的真空源都已連接，并準(zhǔn)備運(yùn)行雙真空擠壓（DVD）過(guò)程。插圖顯示了真空控制裝置和儀表的特寫(xiě)。
20世紀(jì)90年代初，我在觀看美國(guó)海軍制作的演示視頻時(shí)，第一次接觸到了雙真空壓實(shí)（DVD- double vacuum debulk）工藝。當(dāng)時(shí)，我對(duì)熱壓罐外（OOA-out-of-autoclave）工藝很感興趣，海軍聲稱(chēng)該工藝提供了“接近熱壓罐質(zhì)量”的修復(fù)補(bǔ)丁。在演示中，技術(shù)人員將一個(gè)帶有“婚禮蛋糕”配置（大層向下，小層向上）的真空袋裝濕鋪CFRP貼片堆疊在加熱板上，頂部有一個(gè)鐘形罐，該鐘形罐密封在裝有貼片的袋子上。袋子下面沒(méi)有呼吸器，所以你可以看到下面的層壓材料。將真空緩慢地施加到鐘形罐上，直到在內(nèi)袋和罐之間產(chǎn)生壓差為止。
在這一點(diǎn)上，相機(jī)靠近內(nèi)袋內(nèi)的貼片，顯示出當(dāng)貼片被加熱到指定的等溫溫度時(shí)，小氣泡滲透到疊層中每一層的邊緣——它被保持一段時(shí)間，直到氣泡消失。然后，釋放與鐘形罐的真空連接，將鐘形罐排放到大氣中，使內(nèi)袋能夠在全大氣壓力（海平面約14.7磅/平方英寸）下壓實(shí)貼片。貼片隨后在真空下固化，并測(cè)試空隙體積分?jǐn)?shù)（參考ASTM D3171），該分?jǐn)?shù)被確定為遠(yuǎn)小于1%——比當(dāng)時(shí)使用單真空袋（SVB- single vacuum bag）工藝所能實(shí)現(xiàn)的要好得多。
圖 2. 在泄漏檢查過(guò)程中使用真空袋、通氣裝置、放氣裝置和修理煙囪。請(qǐng)注意，熱電偶（TC）插入腔室內(nèi)的直通塊中。
從那時(shí)起，DVD工藝和設(shè)備大大改進(jìn)了流程。代替鐘罩，使用了真空調(diào)節(jié)室，以及加熱毯、熱電偶（TC- thermocouples ）和熱焊機(jī)來(lái)控制過(guò)程（圖 1）。還提供更大尺寸、獨(dú)立的地面設(shè)備。
在試驗(yàn)室內(nèi)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一系列材料，包括一個(gè)通氣器（用于隔熱）、一個(gè)隔熱毯、TC、一個(gè)鋁墊板、一個(gè)無(wú)孔特氟龍涂層織物（TFNP）、一層多孔特氟龍涂覆織物（TFP）、貼片疊層、TFP、放氣層、TFNP（在 2 英寸中心穿孔）、更多的通氣器和一個(gè)密封在板表面的真空袋（圖 2）。對(duì)袋子抽真空并進(jìn)行泄漏測(cè)試。腔室（盒子）被關(guān)閉并密封在板表面上，之后可以開(kāi)始該過(guò)程。
圖 3. 通過(guò)在腔室內(nèi)抽真空，實(shí)現(xiàn)了差分，并且袋下的層不再處于壓力下，但仍處于真空下。這使得修復(fù)層壓板中的樹(shù)脂能夠像在真空室中一樣“脫氣”。在該過(guò)程中施加熱量以降低樹(shù)脂粘度，并在脫氣過(guò)程中促進(jìn)貼片內(nèi)的樹(shù)脂運(yùn)動(dòng)。
DVD 工藝的目的是在將層壓板完全壓實(shí)之前去除層壓板中的氣體，從而使其進(jìn)入具有最小空隙的高級(jí)固化階段（B或C階段）。了解樹(shù)脂在不同等溫溫度下的粘彈性（VE-viscoelastic ）特性對(duì)于開(kāi)發(fā)尚未確定的樹(shù)脂工藝配方是必要的。例如，工業(yè)界有 Loctite（Hysol）EA9390樹(shù)脂的 VE 數(shù)據(jù)，該樹(shù)脂需要 49-55°C 的溫度和 30-60分鐘的脫氣時(shí)間，這取決于層壓板的厚度（較厚的層壓板可能需要多次壓實(shí)）。其他液體和預(yù)浸料樹(shù)脂將基于其獨(dú)特的 VE 特性而需要不同的時(shí)間和溫度。
圖 4. 對(duì)腔室進(jìn)行通風(fēng)可以使內(nèi)部真空袋緊貼貼片向下拉，有效地壓實(shí)新脫氣的層，并使層壓板達(dá)到所需的固化狀態(tài)。
圖3和圖4說(shuō)明了DVD處理的工作原理。首先，使用內(nèi)袋供應(yīng)閥關(guān)閉對(duì)帶有貼片的內(nèi)袋的真空。然后，在腔室中慢慢抽真空，直到真空在內(nèi)袋值的 1 Hg 英寸以?xún)?nèi)（根據(jù)儀表讀數(shù)），在腔室和內(nèi)袋之間產(chǎn)生輕微的壓差。
對(duì)內(nèi)袋重新施加真空，并在 VE 曲線(xiàn)確定的等溫溫度或維修說(shuō)明中給出的等溫溫度下保持指定的（凝膠前）時(shí)間。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，將腔室排放到大氣中，并在內(nèi)袋內(nèi)對(duì)貼片進(jìn)行拆散，直到達(dá)到所需的固化狀態(tài)。
圖 5. 在施用貼片之前，用糊狀粘合劑涂覆 B階段貼片層壓體和待修復(fù)的結(jié)構(gòu)。然后定位貼片，使得纖維角度匹配，并且使用真空袋工藝用熱毯 固化貼片。
DVD處理后，可以將貼片從腔室中取出并共粘合（圖 5），或在單獨(dú)的模具上固化成形狀，并根據(jù)需要二次粘合到母體結(jié)構(gòu)上。
多年來(lái)（自2016年以來(lái)），一個(gè)商業(yè)團(tuán)體根據(jù)國(guó)防部的 SBIR-STTR計(jì)劃對(duì)單真空袋（SVB）工藝的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了審查，以取代DVD。目標(biāo)是生產(chǎn)一種同等或更高質(zhì)量的工藝，適用于飛機(jī)上或機(jī)下的大型維修，所需資源更少，耗時(shí)更少。目前尚不清楚這項(xiàng)工作的進(jìn)展情況。2010 年，波音公司申請(qǐng)了一項(xiàng)適用于輪廓表面的原位DVD方法的專(zhuān)利。雖然基本概念與上述相同，但飛機(jī)上的能力允許在一個(gè)過(guò)程中對(duì)補(bǔ)片進(jìn)行拆封和固化（圖 6）。在專(zhuān)利文件中可以找到在腔室中使用可充氣氣囊的可選設(shè)置以及具體細(xì)節(jié)。
除了將DVD工藝用于復(fù)合材料修補(bǔ)補(bǔ)丁外，還可以設(shè)想在壓實(shí)復(fù)合材料層壓板之前提取揮發(fā)物和氣體的基本概念。我可以設(shè)想使用這一過(guò)程的改編版本來(lái)建造小型結(jié)構(gòu)面板和其他物品，如彈道裝甲板、門(mén)和艙口、牌匾等，而無(wú)需熱壓罐。創(chuàng)新的可能性是無(wú)窮的。
圖 6. 此圖顯示了現(xiàn)場(chǎng) DVD 設(shè)置的基本概念
原文見(jiàn)：《 Revisiting the double vacuum debulk process 》
楊超凡