热压罐成型和VARI成型工艺

碳纤维复合材料成型工艺碳纤维复合材料成型工艺碳纤维复合材料虽然性能优异，但因为成本和批量化生产效率的问题，迟迟没有大规模应用。

如何高速、高效大批量生产高质量、低成本的碳纤维复合材料，并提高材料利用率，是业界人士的共同目标。

碳纤维复合材料在发挥其轻质高强的基础上，会根据应用对象的差异采用不同的成型工艺，从而尽可能地发挥出碳纤维所具有的特殊性能。

成型工艺改进、优化的目的主要是提高效率和制品质量，从而降低整体的加工成本。

一、复合材料主要成型工艺的汇总（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）液压釜法成型技术；（8）热膨胀模塑法成型技术；（9）夹层结构成型技术；（10）模压料生产工艺；（11）ZMC模压料注射技术；（12）模压成型工艺；（13）层合板生产技术；（14）卷制管成型技术；（15）纤维缠绕制品成型技术；（16）连续制板生产工艺；（17）浇铸成型技术；（18）拉挤成型工艺；（19）连续缠绕制管工艺；（20）编织复合材料制造技术；（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；（22）注射成型工艺；（23）挤出成型工艺；（24）离心浇铸制管成型工艺；（25）其它成型技术。

随着碳纤维复合材料应用的深入和发展，碳纤维复合材料的成型方式也在不断地以新的形式出现，但是碳纤维复合材料的诸种成型工艺并非按照更新淘汰的方式存在的，在实际应用中，往往是多种工艺并存，实现不同条件、不同情况下的最好效应。

相信在未来几年碳纤维复合材料成型速度会不断提高，或许一分钟内成型将不会是空谈。

二、12种碳纤维复合材料成型工艺1.手糊成型--湿法铺层成型法在模具工作面上涂敷脱模剂、胶衣，将剪裁好的碳纤维预浸布铺设到模具工作面上，刷涂或喷涂树脂体系胶液，达到需要的厚度后，成型固化、脱模。

在制备技术高度发达的今天，手糊工艺仍以工艺简便、投资低廉、适用面广等优势在石油化工容器、贮槽、汽车壳体等许多领域广泛应用。

VARI成型实验及讨论一.实验目的和要求本次实验通过实际操作，加深对真空辅助成型技术（此后简称VARI成型）的了解，熟悉其工艺原理、操作要求以及技术要求等。

同时通过课后自主学习，了解VARI成型工艺发展现状，分析其存在的问题和不足。

VARI成型是借助成型袋与模具之间抽真空形成的负压对复合材料坯料进行加压，利用树脂的流动、渗透实现对纤维及其职务浸渍，并在真空压力下固化成型的方法。

该成型工艺有如下技术要求：（1）采用粘度低、力学性能好的树脂;（2）树脂粘度应在0. 1~0. 3Pa·s 范围内，便于流动和渗透;（3）足够长时间内树脂粘度不超出0. 3Pa·s;（4）树脂对纤维浸润角小于8° ;（5）足够的真空度，真空度不低于-97KPa;（6）选择合适的导流介质，利于树脂流动和渗透;（7）保证良好的密封，防止空气进入体系而产生气泡;（8）合理的流道设计，避免缺陷的产生。

二.实验设备及要求下图为VARI成型工艺图：下图为VARI成型封装示意图：由于工艺特殊，VARI成型工艺对树脂体系、封装系统、控制有特定的要求：（1）黏度低，粘度范围：0.1-0.3Pa.s;（2）足够长时间内黏度不变，有利于浸透、排气;（3）可在较低温度下完全固化;（4）固化时无需额外压力，只需真空压力;（5）具有良好的力学性能，满足结构使用要求;（6）具有较高的玻璃化转变温度，满足耐热要求；（7）树脂凝胶前的低粘度时间平台要足够长，保证充分的操作时间；（8）对于高温环境下使用的树脂，应具有较高的玻璃化转变温度（Tg）；（9）树脂应具有良好的力学性能和阻燃性能；（10）真空负压最佳值为≥0.095MPa，保证纤维铺层压实致密；（11）良好的密封有利于提高真空度和排除气泡，减少产品气孔率；（12）恰当的选择制品成型厚度；（13）合理的树脂流道和真空通道设计，保证能排出气体和树脂能均匀浸渍增强材料，避免产生缺陷。

表1 VARI成型工艺特点2适用于大尺寸、大厚度结构件制造制件尺寸大3一次性整体成型，减少二次胶接，免除多次进罐制造成本低4树脂完全浸渍预成型体，制件纤维体积含量高制件性能高5闭模成型，限制交联剂的挥发环境友好型2 泡沫夹芯复合材料在航空领域，满足构件弯曲刚度和强度的前提下，需尽量减轻设计重量，夹芯结构复合材料以其轻质高强的特点，优异的力学性能，取得了广泛应用。

夹芯复合材料制件类似于三明治结构，夹层结构通常采用先进复合材料做面板，蜂窝或泡沫芯材等轻质材料作为夹芯材料。

其中蜂窝芯材又分为铝制金属蜂窝和纸蜂窝，泡沫芯材以聚甲基丙烯酰亚胺闭孔刚性泡沫塑料即PMI(Polymethacrylimide，聚甲基丙烯酰亚胺)泡沫为主。

德固赛公司是目前世界上PMI泡沫系列材料主要厂商。

作为航空材料的WF型PMI泡沫是一均匀刚性闭孔泡沫，孔隙大小基本一致，共固化温度压力可达180℃/0.7MPa，具有很好的压缩蠕变性能，作为夹层结构泡沫芯材已在各飞机结构中成应用，如A340-500/600选择ROHACELL泡沫加强气密机舱的承压框。

国产的浙江中科恒泰新材科技有限公司生产的Cascell®泡沫，是100%闭孔、刚性的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。

Cascell®泡沫不仅适用于热压罐工艺，在RTM、VARI等液体成型复合材料领域也得到了广泛应用。

良好的工艺性确保了复合材料制件的优越性能，同时降低了成本[4]。

0 引言复合材料在飞机上的用量是体现飞机结构先进性的标志，也是大幅提高飞机性能的重要保证[1]。

基体、增强体和界面，是构成复合材料的三要素，也是进行复合材料结构设计、性能分析、发展应用的指标。

按照基体的不同，复合材料可分为聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料和金属基复合材料。

其中，聚合物基复合材料20世纪70年代即应用于飞机结构，随着工艺技术进步，先进复合材料在飞机结构上的应用已经取得了飞速的发展[2]。

一种VARI工艺成型用树脂及其复合材料的研究梁凤飞;金迪;何勇【摘要】以一种VARI(Vacuum Assisted Resin Infusion)成型工艺用环氧树脂RTM6-2为基体,研究了其固化特性,并使用VARI工艺制备了碳纤维增强复合材料层合板,对其性能进行了研究.结果表明:RTM6-2的工艺操作温度为100±10℃,工艺温度下的适用期可达7～9h,树脂浇铸体的经过180℃固化后的玻璃化转变温度为203℃～207℃;层合板的纤维体积含量在56％～57％之间,孔隙率小于1％,玻璃化转变温度为160℃～167℃.同时,通过试验得到了层合板的力学性能.【期刊名称】《西安航空技术高等专科学校学报》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】5页(P34-38)【关键词】VARI;工艺;树脂;复合材料【作者】梁凤飞;金迪;何勇【作者单位】中航西飞民用飞机有限责任公司工程技术中心,西安 710089;中航西飞民用飞机有限责任公司工程技术中心,西安 710089;中航西飞民用飞机有限责任公司工程技术中心,西安 710089【正文语种】中文【中图分类】O633.130 引言复合材料的比强度、比刚度大，结构可设计性强，能有效地减轻结构重量、提高结构效率，同时具有良好的耐腐蚀性能和抗疲劳性能，可降低飞机结构的维护成本[1]，在飞机上的应用越来越广[2]。

在复合材料总成本中，制造成本约占60%～70%[3]。

目前飞机结构使用的复合材料构件大多采用热压罐成型工艺，该工艺居高不下的制造成本制约了复合材料在船舶、汽车、建筑等领域的应用。

因此，复合材料的低成本应用，已经成为新一代复合材料的发展方向[4]。

近年来，真空辅助树脂渗透成型(VARI)作为一种典型的高性能、低成本的液体成型工艺，已广泛应用于飞机复合材料零件制造，被认为是最有发展潜力的复合材料低成本制造工艺之一[5]。

VARI工艺是将按照结构和性能要求制备好的纤维预成型体放置在模具上，在真空作用下使液态树脂在预成型体内流动，浸润纤维，并在相应的工艺温度条件下固化成一定纤维/树脂比例复合材料的成型工艺方法[6]，工艺过程如图1所示。