國(guó)產(chǎn)真空輔助材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：文章介紹了國(guó)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(duì)真空輔助材料國(guó)產(chǎn)化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：真空輔助材料；復(fù)合材料；發(fā)展趨勢(shì)

1 概述

復(fù)合材料作為一種新興材料，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著復(fù)合材料的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，復(fù)合材料制件對(duì)其成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和精度的要求越來(lái)越高。隨著復(fù)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(duì)成型過(guò)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(fù)合材料成型過(guò)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(dǎo)流網(wǎng)等材料[1]。

2 真空輔助材料國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

2.1 國(guó)外真空輔助材料發(fā)展情況

國(guó)外真空輔助材料從20世紀(jì)50年代開(kāi)始起步，美國(guó)以RICHMOND公司為代表，首先發(fā)明復(fù)合材料成型的真空袋壓工藝，并逐漸應(yīng)用于一些高性能復(fù)合材料產(chǎn)品的制造。隨著復(fù)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(wèn)題，RICHMOND公司通過(guò)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(wèn)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(qiáng)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(jì)60年代起，美國(guó)AIRTECH和Cytech公司在真空袋輔助材料領(lǐng)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(jí)提高到400℃級(jí)，到目前為止，已經(jīng)可以滿足包含環(huán)氧樹(shù)脂、雙面樹(shù)脂以及聚酰亞胺樹(shù)脂固化成型的要求。

2.2 國(guó)內(nèi)真空輔助材料發(fā)展概況

上世紀(jì)80年代國(guó)內(nèi)的航空航天領(lǐng)域相關(guān)的研究所開(kāi)始研究真空袋壓成型工藝，但所需真空輔助材料均依賴進(jìn)口；同時(shí)由于需求量有限，國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)企業(yè)研發(fā)此類產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開(kāi)始啟動(dòng)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(guó)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(guó)產(chǎn)密封膠帶。2001年隨著中國(guó)的風(fēng)電市場(chǎng)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用真空袋壓成型工藝批量生產(chǎn)復(fù)合材料玻璃鋼葉片，真空輔助材料在國(guó)內(nèi)的需求不斷擴(kuò)大，促進(jìn)了真空袋輔助材料在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。隨后的10多年時(shí)間，國(guó)內(nèi)真空輔助材料企業(yè)開(kāi)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(guò)最近幾年的快速發(fā)展，部分企業(yè)的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)多種真空輔助材料的批量化生產(chǎn)，并可替代進(jìn)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(jìn)口產(chǎn)品。

3 真空輔助材料應(yīng)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(diǎn)，應(yīng)用于制備尺寸大、外型簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，如玻璃鋼游艇和風(fēng)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(dǎo)流網(wǎng)和管路接頭等，考慮到產(chǎn)品外形尺寸及經(jīng)濟(jì)性等因素，目前液體成型主要通過(guò)模具加熱進(jìn)行固化成型，大部分產(chǎn)品都不需要進(jìn)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(guò)120℃。

3.2 真空袋壓成型

真空袋壓成型技術(shù)是最先開(kāi)始應(yīng)用于復(fù)合材料構(gòu)件成型的一種技術(shù)。真空袋壓成型具有易操作、經(jīng)濟(jì)性好和制品質(zhì)量好等特點(diǎn)，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(fù)合材料制備成型的一種主流工藝技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)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(guò)程需要在烘箱或熱壓罐中進(jìn)行，在1-2個(gè)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(fù)合材料固化溫度甚至要達(dá)到400℃。因此對(duì)這類真空輔助材料的要求也相應(yīng)提高。

4 典型的真空輔助材料性能對(duì)比

4.1 真空袋薄膜

真空袋薄膜是復(fù)合材料真空袋壓成型過(guò)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(qiáng)度高等特點(diǎn)。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(qiáng)度性能早已被廣泛的應(yīng)用于環(huán)氧基和雙馬基復(fù)合材料成型固化過(guò)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(fù)合材料真空袋壓成型過(guò)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(diǎn)。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(shù)脂具有天然的不親和性，樹(shù)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(lái)，在航空航天復(fù)合材料成型過(guò)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(dǎo)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(dǎo)氣性能，可采用測(cè)試透氣量指標(biāo)來(lái)進(jìn)行表征。透氣氈隨著制件的成型過(guò)程經(jīng)過(guò)高溫高壓后，其透氣量大小會(huì)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(dǎo)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(fù)合材料預(yù)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(wú)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(guò)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(shù)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(guó)產(chǎn)化的一類產(chǎn)品[2]。表4中是幾種典型的國(guó)產(chǎn)脫模布。

5 真空輔助材料國(guó)產(chǎn)化發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

隨著國(guó)內(nèi)復(fù)合材料的蓬勃發(fā)展，國(guó)產(chǎn)真空輔助材料在許多民用工業(yè)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，但在航空航天等高性能復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用還有待發(fā)展。國(guó)內(nèi)航空航天領(lǐng)域的真空輔助材料目前仍依賴國(guó)外進(jìn)口，主要原因在于輔助材料成本占比低、國(guó)產(chǎn)化起步晚。隨著國(guó)產(chǎn)真空輔助材料質(zhì)量穩(wěn)定性的不斷提高，國(guó)產(chǎn)真空輔助材料在航空航天等高性能復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)快速增長(zhǎng)，并最終將實(shí)現(xiàn)真空輔助材料的完全國(guó)產(chǎn)化。

真空袋輔助材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)：（1）在以真空灌注工藝為主的民用市場(chǎng)，隨著用量的持續(xù)增長(zhǎng)以及市場(chǎng)的充分競(jìng)爭(zhēng)，低成本和個(gè)性化定制將會(huì)是未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)；（2）在航空航天市場(chǎng)，質(zhì)量穩(wěn)定性始終是最核心的問(wèn)題，在質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，國(guó)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(xiàn)

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

[2]臺(tái)元月，邱啟艷.提高膠粘劑質(zhì)量一致性檢驗(yàn)準(zhǔn)確率的相關(guān)研究[J].航空制造技術(shù)，2014（15）：25.