圖1. 真空室（左）和熱粘合控制器（右）以及內袋和真空室的真空源都已連接，并準備運行雙真空擠壓（DVD）過程。插圖顯示了真空控制裝置和儀表的特寫。

20世紀90年代初，我在觀看美國海軍制作的演示視頻時，第一次接觸到了雙真空壓實（DVD- double vacuum debulk）工藝。當時，我對熱壓罐外（OOA-out-of-autoclave）工藝很感興趣，海軍聲稱該工藝提供了“接近熱壓罐質量”的修復補丁。在演示中，技術人員將一個帶有“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，頂部有一個鐘形罐，該鐘形罐密封在裝有貼片的袋子上。袋子下面沒有呼吸器，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，直到在內袋和罐之間產生壓差為止。

在這一點上，相機靠近內袋內的貼片，顯示出當貼片被加熱到指定的等溫溫度時，小氣泡滲透到疊層中每一層的邊緣——它被保持一段時間，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，使內袋能夠在全大氣壓力（海平面約14.7磅/平方英寸）下壓實貼片。貼片隨后在真空下固化，并測試空隙體積分數（參考ASTM D3171），該分數被確定為遠小于1%——比當時使用單真空袋（SVB- single vacuum bag）工藝所能實現的要好得多。

 

圖 2. 在泄漏檢查過程中使用真空袋、通氣裝置、放氣裝置和修理煙囪。請注意，熱電偶（TC）插入腔室內的直通塊中。

從那時起，DVD工藝和設備大大改進了流程。代替鐘罩，使用了真空調節室，以及加熱毯、熱電偶（TC- thermocouples ）和熱焊機來控制過程（圖 1）。還提供更大尺寸、獨立的地面設備。

在試驗室內，你會發現一系列材料，包括一個通氣器（用于隔熱）、一個隔熱毯、TC、一個鋁墊板、一個無孔特氟龍涂層織物（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密封在板表面的真空袋（圖 2）。對袋子抽真空并進行泄漏測試。腔室（盒子）被關閉并密封在板表面上，之后可以開始該過程。

 

圖 3. 通過在腔室內抽真空，實現了差分，并且袋下的層不再處于壓力下，但仍處于真空下。這使得修復層壓板中的樹脂能夠像在真空室中一樣“脫氣”。在該過程中施加熱量以降低樹脂粘度，并在脫氣過程中促進貼片內的樹脂運動。

DVD 工藝的目的是在將層壓板完全壓實之前去除層壓板中的氣體，從而使其進入具有最小空隙的高級固化階段（B或C階段）。了解樹脂在不同等溫溫度下的粘彈性（VE-viscoelastic ）特性對于開發尚未確定的樹脂工藝配方是必要的。例如，工業界有 Loctite（Hysol）EA9390樹脂的 VE 數據，該樹脂需要 49-55°C 的溫度和 30-60分鐘的脫氣時間，這取決于層壓板的厚度（較厚的層壓板可能需要多次壓實）。其他液體和預浸料樹脂將基于其獨特的 VE 特性而需要不同的時間和溫度。

 

圖 4. 對腔室進行通風可以使內部真空袋緊貼貼片向下拉，有效地壓實新脫氣的層，并使層壓板達到所需的固化狀態。

圖3和圖4說明了DVD處理的工作原理。首先，使用內袋供應閥關閉對帶有貼片的內袋的真空。然后，在腔室中慢慢抽真空，直到真空在內袋值的 1 Hg 英寸以內（根據儀表讀數），在腔室和內袋之間產生輕微的壓差。

對內袋重新施加真空，并在 VE 曲線確定的等溫溫度或維修說明中給出的等溫溫度下保持指定的（凝膠前）時間。經過一段時間后，將腔室排放到大氣中，并在內袋內對貼片進行拆散，直到達到所需的固化狀態。

 

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的結構。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），或在單獨的模具上固化成形狀，并根據需要二次粘合到母體結構上。

多年來（自2016年以來），一個商業團體根據國防部的 SBIR-STTR計劃對單真空袋（SVB）工藝的開發進行了審查，以取代DVD。目標是生產一種同等或更高質量的工藝，適用于飛機上或機下的大型維修，所需資源更少，耗時更少。目前尚不清楚這項工作的進展情況。2010 年，波音公司申請了一項適用于輪廓表面的原位DVD方法的專利。雖然基本概念與上述相同，但飛機上的能力允許在一個過程中對補片進行拆封和固化（圖 6）。在專利文件中可以找到在腔室中使用可充氣氣囊的可選設置以及具體細節。

除了將DVD工藝用于復合材料修補補丁外，還可以設想在壓實復合材料層壓板之前提取揮發物和氣體的基本概念。我可以設想使用這一過程的改編版本來建造小型結構面板和其他物品，如彈道裝甲板、門和艙口、牌匾等，而無需熱壓罐。創新的可能性是無窮的。

 

圖 6. 此圖顯示了現場 DVD 設置的基本概念

原文見：《 Revisiting the double vacuum debulk process 》

楊超凡