摘　要：本文分析了VARI工藝系統真空對成型質量的重要性，通過在VARI工藝的進膠管道、出膠管道及真空袋等不同部位設置滲漏點，調整滲漏點的大小控制真空滲漏的嚴重程度并開展工藝實驗，對研制的不同實驗件進行外觀、超聲、厚度、性能等檢查和測試，得出了VARI工藝過程中真空滲漏的位置和程度與成型質量之間的關系。
關鍵詞：VARI；真空滲漏；成型質量；孔隙率；厚度

1　前　言

　　復合材料的低成本制造技術已經成為新一代復合材料的發展方向。真空輔助樹脂滲透(Vacuum Assisted Resin Infusion，簡稱VARI)作為一種典型的低成本成型工藝已廣泛應用于航空結構上。與預浸料，熱壓罐工藝相比，VARI工藝具有：(1)無需價格昂貴的熱壓罐和預浸料，設備、材料和工藝成本低；(2)適用于大型或超大型零件的整體成型；(3)環境污染小。鑒于VARI工藝的上述優點，空客和波音公司已率先將其在航空復合材料構件上進行了商業化應用。中航復合材料有限責任公司(以下簡稱中航復材)于20世紀90年代率先在國內開展了VARI技術研究，開發的VARI專用樹脂體系BA9912、BA9914其工藝性及其復合材料力學性能均達到了國外同類產品的水平，采用VARI工藝研制的航空典型結構件已在多個項目中進行了驗證和應用。圖1所示為中航復材公司采用VARI工藝成形的機翼盒段試驗件(結構尺寸為4500min×1200mm×200mm)。
　　真空滲漏是VARI工藝過程中常見的一種工藝缺陷，輕微真空滲漏即可能造成零件孔隙超標和厚度超差，甚至導致零件出現疏松及干斑等嚴重缺陷。本文針對VARI工藝成型過程中存在的真空滲漏現象，在VARI工藝系統的不同位置預設滲漏點，通過改變滲漏點的大小來控制真空滲漏的嚴重程度，通過觀察成型過程的系統真空狀態及對研制的真空滲漏實驗件進行外觀檢查和內部檢測，終得出VARI工藝過程中真空滲漏的位置和程度與成型質量之間的關系。

2　實驗材料與方法

2.1　實驗材料
2.1.1　增強材料
　　U－3160，CCF300－3K碳纖維單向機織物，面密度為160g／m²。
2.1.2　樹脂體系
　　BA9914，高溫環氧樹脂，樹脂轉移溫度70～75℃，6h操作期內樹脂粘度<300cps；
2.1.3　實驗件尺寸
　　實驗件的尺寸為600mm×600mm×2.56mm，鋪層為[45／0／-45／90]2s。
2.2　實驗方法
　　選取在區域l(樹脂進膠管路截門前)、區域2(樹脂出膠管路截門后)和區域3(進出膠管道截門之間)預設滲漏點，具體位置見圖2。系統真空讀數不小于0.097MPa定義為真空正常；系統真空讀數不小于0.095MPa定義為真空輕微滲漏；系統真空讀數小于0.095MPa定位為真空嚴重滲漏。將真空正常實驗件編號為B0，將區域1輕微滲漏／嚴重滲漏實驗件編號為B1／B2；區域2輕微滲漏／嚴重滲漏實驗件編號為B3／B4；區域3輕微滲漏儼重滲漏實驗件編號為B5／B6。所有實驗件均進行外觀目視檢查、超聲A掃描檢測和厚度分布測量。

3　結果與分析

3.1　區域1滲漏對成型質量的影響
　　經目視檢查發現，實驗件B1表面光滑、平整，未發現外觀質量缺陷；實驗件B2有表面干斑缺陷。經超聲檢測發現，實驗件B1內部存在少量分散性氣孔，實驗件B2內部存在孔隙密集缺陷。對實驗件B1及B2進行孔隙率測試和厚度測試的結果見圖3及圖4。

　　通過實驗結果可知，區域1輕微滲漏對零件的終成型質量影響不大。其原因是從滲漏點混入低粘度樹脂的少量氣泡較易在真空狀態下逃逸，同時致密的纖維層和樹脂導流層對氣泡有過濾的作用，因此對成型質量基本無影響。當區域1出現嚴重滲漏時，對零件的終成型質量有較大的影響，其原因是大量的氣體從滲漏點混入樹脂中，使樹脂的流動不連續，妨礙樹脂對纖維增強預制體的正常滲透；其次，大量的氣體不但無法通過系統抽真空完全排除，并且削弱了作用在纖維增強預制體上的真空壓力，導致了成型后的實驗件B2厚度及孔隙率含量超差，纖維體積含量偏低。
3.2　區域2滲漏對成型質量的影響
　　經目視檢查發現，實驗件B3表面欠光滑，在纖維束與緯紗編織的節點存在點狀浸潤不充分區域；實驗件B4有表面塊狀干斑缺陷。經超聲檢測發現，實驗件B3內部存在孔隙密集區域，實驗件B4內部存在大面積疏松及孔隙密集區域。對實驗件B3及B4進行孔隙率測試和厚度測試的結果見圖5及圖6。

　　通過實驗結果可知，區域2的輕微滲漏對零件的終成型質量有影響；區域2的嚴重滲漏對零件的終成型質量有較大影響。其原因是區域2的滲漏存在于VARI工藝操作的全程中。雖然在樹脂滲透過程中，通過真空袋滲漏點進入系統的較大部分氣體能被致密的纖維層和樹脂導流層阻擋并通過出膠管道抽離系統，但在關閉進出膠通道后，外部氣體仍然會通過滲漏點進入預制體內部而無法從排除，從而導致零件產生缺陷。從圖5和圖6可以看出，只要區域2存在滲漏現象，均會對零件的成型質量造成影響，而與滲漏的程度無關。
3.3　區域3滲漏對成型質量的影響
　　經目視檢查發現，實驗件B5表面光滑、平整，實驗件B6表面經緯紗交接點存在點狀缺陷。經超聲檢測發現，實驗件B5內部不存在質量缺陷，實驗件B6內部存在分散性孔隙密集區域。對實驗件B5及B6進行孔隙率測試和厚度測試的結果見圖7及圖8。

　　通過實驗結果可知，區域3的輕微滲漏對零件的終成型質量影響不大。其原因是通過區域3進入的外部氣體可通過出膠管道迅速被排出，并不會進人系統內部影響樹脂對纖維增強預制體的滲透，在關閉進出膠通道步驟后，該滲漏被終止，因此對成型質量基本無影響。而區域3的嚴重滲漏對零件的終成型質量有一定的影響，雖然通過區域3進入的外部氣體大部分能通過出膠管道排出，但會嚴重影響樹脂從出膠管道排出，進而影響樹脂對纖維增強預制體的滲透速度。此外，真空滲漏降低了系統的總真空度，削弱了作用在纖維增強預制體上的真空壓力，同時纖維增強預制體內部的氣體無法完全排凈，導致成型的零件出現了缺陷。

4　結　論

　　通過以上實驗可得出如下結論：(1)當系統真空出現輕微滲漏時，對VARI工藝成型制件的終質量的影響需根據滲漏部位進行判定：①當滲漏位于系統進出膠截門之間時，對零件的終成型質量有影響；②當滲漏位于系統進出膠截門之外時，對零件的終成型質量影響不大；(2)當系統真空出現嚴重滲漏時，對VARI工藝成型制件的終質量均有嚴重影響。