摘 要：文章介紹了國內(nèi)外幾種典型的真空輔助材料，如真空袋膜、隔離膜、透氣氈、脫模布等，并對真空輔助材料國產(chǎn)化發(fā)展趨勢進行了預測。

關鍵詞：真空輔助材料；復合材料；發(fā)展趨勢

1 概述

復合材料作為一種新興材料，在航空航天、汽車制造等領域得到了廣泛的應用。隨著復合材料的應用范圍日益擴大，復合材料制件對其成型結(jié)構(gòu)復雜性和精度的要求越來越高。隨著復合材料制件成型的真空袋壓成型和液體成型（VARI成型）等工藝的日益成熟，對成型過程中的真空輔助材料的性能和適用性提出了更高的要求。所謂真空輔助材料是指復合材料成型過程中必不可少的一類輔助材料的總稱，主要包括真空袋薄膜、隔離膜、透氣氈、密封膠帶、壓敏膠帶、脫模布和導流網(wǎng)等材料[1]。

2 真空輔助材料國內(nèi)外發(fā)展情況

2.1 國外真空輔助材料發(fā)展情況

國外真空輔助材料從20世紀50年代開始起步，美國以RICHMOND公司為代表，首先發(fā)明復合材料成型的真空袋壓工藝，并逐漸應用于一些高性能復合材料產(chǎn)品的制造。隨著復合材料真空袋成型工藝的發(fā)展，需要一種既耐溫又密封的材料，用以滿足真空袋成型工藝的要求，為了解決這一問題，RICHMOND公司通過研發(fā)，于1960年成功研制出Vac-Pak 系列的尼龍材質(zhì)真空袋膜，解決了這一問題。尼龍材質(zhì)真空袋膜比以往其他材質(zhì)的耐溫性有了大大的提高，且其拉伸強度和延伸性能都十分理想，迅速成為真空袋壓成型最理想的真空袋材料。自上世紀60年代起，美國AIRTECH和Cytech公司在真空袋輔助材料領域不斷提升產(chǎn)品性能，使得真空袋輔助材料的耐溫性從200℃級提高到400℃級，到目前為止，已經(jīng)可以滿足包含環(huán)氧樹脂、雙面樹脂以及聚酰亞胺樹脂固化成型的要求。

2.2 國內(nèi)真空輔助材料發(fā)展概況

上世紀80年代國內(nèi)的航空航天領域相關的研究所開始研究真空袋壓成型工藝，但所需真空輔助材料均依賴進口；同時由于需求量有限，國內(nèi)沒有相應企業(yè)研發(fā)此類產(chǎn)品。

國內(nèi)從上世紀90年代開始啟動真空袋輔助材料的研發(fā)和生產(chǎn)。江蘇淮安鎏金最先在國內(nèi)生產(chǎn)出尼龍材質(zhì)系列的真空袋膜；北京航空材料研究院研發(fā)出一定耐溫性能的國產(chǎn)密封膠帶。2001年隨著中國的風電市場的發(fā)展，國內(nèi)開始采用真空袋壓成型工藝批量生產(chǎn)復合材料玻璃鋼葉片，真空輔助材料在國內(nèi)的需求不斷擴大，促進了真空袋輔助材料在國內(nèi)的發(fā)展。隨后的10多年時間，國內(nèi)真空輔助材料企業(yè)開始從低溫轉(zhuǎn)型研發(fā)生產(chǎn)中、高溫度的真空輔助材料。經(jīng)過最近幾年的快速發(fā)展，部分企業(yè)的產(chǎn)品已實現(xiàn)多種真空輔助材料的批量化生產(chǎn)，并可替代進口材料。但部分航空航天用的輔助材料還仍舊依賴Airtech和Cytech等進口產(chǎn)品。

3 真空輔助材料應用介紹

3.1 液體成型（VARI成型）

液體成型相比傳統(tǒng)手糊工藝，具有成型快、質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)品孔隙率低和環(huán)保等特點，應用于制備尺寸大、外型簡單的產(chǎn)品，如玻璃鋼游艇和風電葉片等。液體成型（VARI）工藝示意圖如圖1所示。

液體成型（VARI）工藝需要用到的真空輔助材料有真空袋薄膜、隔離膜、脫模布、密封膠帶、導流網(wǎng)和管路接頭等，考慮到產(chǎn)品外形尺寸及經(jīng)濟性等因素，目前液體成型主要通過模具加熱進行固化成型，大部分產(chǎn)品都不需要進熱壓罐或烘箱固化。因此該工藝條件下的真空輔助材料的最高使用溫度一般不超過120℃。

3.2 真空袋壓成型

真空袋壓成型技術是最先開始應用于復合材料構(gòu)件成型的一種技術。真空袋壓成型具有易操作、經(jīng)濟性好和制品質(zhì)量好等特點，并隨著與其相配套的真空輔助材料質(zhì)量性能的不斷完善，該法逐漸成為高性能復合材料制備成型的一種主流工藝技術，被廣泛應用于航空航天領域。圖2是真空袋壓成型的示意圖。

真空袋壓成型需要用到的真空輔助材料有真空袋薄膜、隔離膜、脫模布、密封膠帶、透氣氈和壓敏膠帶等材料。真空袋壓成型過程需要在烘箱或熱壓罐中進行，在1-2個大氣壓力條件下，產(chǎn)品固化溫度從120℃到210℃不等，有些聚酰亞胺類復合材料固化溫度甚至要達到400℃。因此對這類真空輔助材料的要求也相應提高。

4 典型的真空輔助材料性能對比

4.1 真空袋薄膜

真空袋薄膜是復合材料真空袋壓成型過程中用于抽真空的一種密封薄膜，這種薄膜材料具有透明、延伸性好、耐高溫、強度高等特點。從材質(zhì)上劃分有聚酯、聚酯與尼龍混合、尼龍6或尼龍66、聚酰亞胺等材質(zhì)，隨著材質(zhì)的不同，真空袋薄膜的耐溫性從80℃到400℃不等。其中尼龍材質(zhì)的真空袋薄膜因其優(yōu)異的耐溫和高強度性能早已被廣泛的應用于環(huán)氧基和雙馬基復合材料成型固化過程中。真空袋薄膜通常一次性使用，不適合二次或多次抽真空使用。表1為幾種典型的真空袋膜材料。

4.2 隔離膜

隔離膜是復合材料真空袋壓成型過程中用于隔離或脫模的一種薄膜材料，這種薄膜材料具有透明、耐高溫等特點。從材質(zhì)上劃分有聚酯、ETFE與FEP、聚酰亞胺等材質(zhì)，隨著材質(zhì)的不同，分隔薄膜的耐溫性從120℃到400℃不等。隔離膜與環(huán)氧、雙馬等樹脂具有天然的不親和性，樹脂固化成型后隔離膜可輕松從固化后的制品表面剝離下來，在航空航天復合材料成型過程中用的主要采用ETFE和FEP材質(zhì)的隔離膜。表2是幾種典型的隔離膜材料。

4.3 透氣氈

透氣氈是一種用于導氣和透氣的材料。透氣氈從材質(zhì)上劃分主要有聚酯、尼龍兩種材質(zhì)，耐溫性分別是205℃和230℃。透氣氈主要考征其導氣性能，可采用測試透氣量指標來進行表征。透氣氈隨著制件的成型過程經(jīng)過高溫高壓后，其透氣量大小會影響制品的孔隙率和表面質(zhì)量。若性能較低，極易形成局部假真空導致產(chǎn)品缺陷。表3中是幾種典型的透氣氈材料。

4.4 脫模布

脫模布是用于鋪貼與復合材料預浸料表面的一種纖維織物。典型的脫模布從表面覆蓋物質(zhì)的種類方面可分兩大類，一類是織物表面無任何添加劑或脫模劑成分的脫模布，另外一類是織物表面經(jīng)過特殊處理后具有更優(yōu)良脫模效果的脫模布。從纖維織物類型方面也可分為尼龍66和玻璃纖維材質(zhì)等，這些材質(zhì)脫模布與多數(shù)樹脂具有天然的不親和性，易于直接脫模。脫模布是所有輔助材料中最先被國產(chǎn)化的一類產(chǎn)品[2]。表4中是幾種典型的國產(chǎn)脫模布。

5 真空輔助材料國產(chǎn)化發(fā)展趨勢預測

隨著國內(nèi)復合材料的蓬勃發(fā)展，國產(chǎn)真空輔助材料在許多民用工業(yè)領域已被廣泛應用，但在航空航天等高性能復合材料領域的應用還有待發(fā)展。國內(nèi)航空航天領域的真空輔助材料目前仍依賴國外進口，主要原因在于輔助材料成本占比低、國產(chǎn)化起步晚。隨著國產(chǎn)真空輔助材料質(zhì)量穩(wěn)定性的不斷提高，國產(chǎn)真空輔助材料在航空航天等高性能復合材料領域的應用將會快速增長，并最終將實現(xiàn)真空輔助材料的完全國產(chǎn)化。

真空袋輔助材料未來的發(fā)展趨勢預測：（1）在以真空灌注工藝為主的民用市場，隨著用量的持續(xù)增長以及市場的充分競爭，低成本和個性化定制將會是未來發(fā)展的主要趨勢；（2）在航空航天市場，質(zhì)量穩(wěn)定性始終是最核心的問題，在質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，國產(chǎn)真空輔助材料將著重發(fā)展材料智能化、耐高溫和耐超高溫等方面的性能。

參考文獻

[1]王世政.成型工藝中所用的輔助材料[J].玻璃鋼/復合材料，2001（4）：33-38.

[2]臺元月，邱啟艷.提高膠粘劑質(zhì)量一致性檢驗準確率的相關研究[J].航空制造技術，2014（15）：25.