VARI(VacuumAssistedResinlnfusion，簡稱真空輔助成型)技術是一種新型的復合材料低成本、高性能成型技術，近年來在航空領域受到廣泛的重視。VARI技術是在真空下，利用樹脂的流動、滲透實現(xiàn)對纖維及其織物浸漬，并在真空下固化的成型方法。美國已進行了VARI技術F- 35、P-3、S-3、C-5、C-130等機型上試驗及驗證工作。VARI技術在其他國防領域(導彈儀器艙段、潛艇壁板等)也進行了大量的應性研究，因此具有巨大的應用前景。

一、引言

　　基體樹脂是VARI技術的基礎材料。目前國針對VARI工藝開發(fā)了一系列基體樹脂，主要有酯樹脂、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂等。其中聚酯樹脂、乙烯基樹脂由于強度和耐熱性差，成本低，主要用于船舶領域。航空航天領域主要采用低粘度環(huán)氧樹脂、雙來酰亞胺樹脂。國內(nèi)目前針對 VARI工藝開發(fā)的樹脂只有BA9911，屬于乙烯基—雙馬來酰亞胺樹脂改性體系，具有較好的耐熱性和阻燃性。但不能滿足航空航天構(gòu)件的要求。適合 VARI工藝的高性能基體樹脂在國內(nèi)還是空白。因此，開發(fā)高性能VARI工藝基體樹脂是開展該復合材料低成本技術在航空航天領域應用研究、縮短與國外差距的基本前提。

二、實驗部分

　　1、BA9912樹脂的配制

　　經(jīng)過大量試驗和分析比較，選用了低黏度高性能的TDE-85環(huán)氧樹脂，研制了低黏度高活性的BA-1固化劑和高效的BA-2固化促進劑，實現(xiàn)了 BA9912樹脂的中溫固化，滿足了VARI低成本成型工藝的低黏度要求。按適當配比稱取TDE-85環(huán)氧樹脂、BA-1固化劑和BA-2促進劑，先將 TDE-85環(huán)氧樹脂與BA-2促進劑混合攪拌10min，再加入BA-1固化劑繼續(xù)攪拌20min，抽真空除去攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡，即可制得棕黃色透明的BA9912中溫固化環(huán)氧樹脂體系。

　　2、BA9912樹脂澆注科的制備

　　在澆注料模具上均勻涂上適量的硅脂脫模劑，在120℃烘箱中處理0.5h，將脫氣后的BA9912棚旨澆注入模具之中。升溫到120、保溫固化4h，再在 150t下后處理2h以消除內(nèi)應力，停止加熱，自然冷卻至室溫，取出BA9912澆注料制作相應試驗件，測試其力學性能和耐熱性能。

　　3、G0827/BA9912復合材料的制備

　　按照VARI成型技術主要工藝流程(見圖1)，使用G0827經(jīng)編織物和BA9912樹脂通過VARI成型工藝制備了G0827/BA9912復合材料層壓板。其固化條件主要如下：120℃下保溫4h。根據(jù)相應國軍標的要求制作了相應性能的試樣件，分別測試了G0827/BA9912復合材料的力學性能和耐熱性能。

　　真空輔助樹脂灌注樹脂制備(一)

　　4、測試及分析

　　通過上海精科公司的NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計測試了BA9912樹脂的室溫黏度，通過BOHLININ-STRUMENTS公司的GeminiTM200型流變儀測試了BA9912樹脂的黏度—溫度曲線，通過PERKINELMER公司的DMA7型動態(tài)力學分析儀對BA9912樹脂澆注料和 G0827/BA9912復合材料進行了DMA分析，通過PERKINELMER公司的DSC7型差熱掃描量熱儀進行了BA9912樹脂的DSC分析。按照GB/T3354-1999、GB/T3856-1983、GB3356-1999等一系列國軍標測試BA9912樹脂澆注料和 G0827/BA9912復合材料拉伸強度、壓縮強度、彎曲強度或?qū)娱g剪切強度相關力學性能。

　　針對真空輔助成型技術(VARl)對基體樹脂的特殊要求，結(jié)合航空材料對性能的高要求，研制了BA9912中溫固化環(huán)氧樹脂體系。采用 VARI工藝制備了C0827/BA9912復合材料，測試了BA9912樹脂澆注料及其復合材料的力學性能和耐熱性能，并與國內(nèi)外同類樹脂進行了適當?shù)谋容^分析。分析測試結(jié)果表明，BA9912樹脂具有良好的力學性能、耐熱性能和工藝性能，能夠滿足VARI成型工藝要求，適合在航空航天領域中應用。

三、結(jié)果與討論

　　1、BA9912樹脂的物化特性和工藝性能

　　真空輔助樹脂灌注樹脂制備(二)

　　對BA9912樹脂進行DSC分析，可以了解樹脂體系的固化反應特性，其DSC曲線如圖2所示。分析圖2可知，BA9912樹脂的反應放熱峰始溫度為112℃、峰頂溫度為139℃、峰終溫度153℃，從中可以看出，該體系反應溫度區(qū)域窄反應溫度較低，反應活性高，能夠滿足中溫(120℃)固化的要求。

　　真空輔助樹脂灌注樹脂制備(二)

　　 圖3為BA9912樹脂中溫固化物的DMA曲線。從圖中可以獲知，BA9912樹脂在中溫固化條件下，固化物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg達到了 187℃，其模量—溫度曲線的拐點為173.9℃，82℃時的模量保持率達到88%，120℃時則達到了80.1%，說明BA9912樹脂活性高，耐熱性好，能夠滿足工作溫度82℃以上的要求。

　　通過流變儀對BA9912樹g旨的黏度特睦進行測試分析，獲得了BA9912 樹脂的黏度—溫度曲線(見圖4)。BA9912樹脂的室溫黏度較低，約為300mPa•s左右，能夠滿足VARI低成本成型工藝要求。BA9912樹脂的黏度隨著溫度的上升而迅速降低，50℃溫度下黏度即可達到50mpa•s以下，最低黏度在20mpa•s左右，可見該樹脂體系能夠滿足VARI成型工藝對基體樹脂的低黏度要求。使用BA9912樹脂和G0827經(jīng)編織物進行了大量的VARI成型工藝研究，研究結(jié)果表明BA9912樹脂工藝性能良好。

　　2、BA9912樹脂澆注料的性能按照國軍標的要求，制作了BA9912樹脂澆注料的力學性能試驗件，并進行了相應性能的測試分析。BA9912樹脂澆注料的主要性能如表1所示。美國Cytec公司開發(fā)的CYCOM823RTM環(huán)氧樹脂體系的物化特性與BA9912樹脂比較接近，且已在航空航天領域獲得了良好的應用。因此這2個樹脂體系進行了一些對比分析。CYCOM823RTM樹脂澆注料的性能見表1。

　　表1BA9912樹脂澆注料和CYCOIVl823RTM樹脂澆注料的性能

　　項 目 BA9912樹脂 CYCOM823RTM樹脂

　　拉伸模量/MPa 4.3 80

　　拉伸模量/GPa 3.36 2.9

　　壓縮強度/MPa 167 -

　　壓縮模量/GPa 3.36 -

　　彎曲強度/MPa 109 144

　　彎曲模量/GPa 3.73 3.4

　　拉伸伸長率/% 2.79 8.8

　　Tg/% 187 135

　　密度/(g·cm-3) 1.27 1.23

　　BA9912樹脂的物化特性主要如下：中溫固化(120℃/4h)，初始注射黏度約為300mPa•s，最低黏度約為20mPa•s，可室溫注射，濕態(tài)工作溫度為 82℃，干態(tài)工作溫度可達120℃。CY-COM823RTM樹脂的物化特性主要如下：中溫固化(125℃1h)，初始注射黏度為250mpa•s，最低黏度<20mPa•s，可室溫注射，濕態(tài)工作溫度為90℃，干態(tài)工作溫度為110℃。比較后認為，BA9912樹脂的性能與CY- COM823RTM樹脂的性能比較相近，主要差別在于拉伸伸長率和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，CY-COM823RTM樹脂的伸長率高達8.8%，Tg為 135℃;BA9912的伸長率為2.79%，Tg則高達187℃，耐熱性優(yōu)良。