“真空樹脂導(dǎo)入工藝”(VRIP)，又稱為“真空輔助樹脂擴(kuò)散模塑工藝”(VARIM),或“真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模塑工藝”(VARTM)。該工藝原理為借助真空的驅(qū)動(dòng)，把樹脂注入預(yù)制成形的增強(qiáng)材料中，模具由柔性膜和剛性半模組成。由于增強(qiáng)材料為真空所壓緊，樹脂的滲透速度一般較慢，要依靠導(dǎo)流介質(zhì)（導(dǎo)流布或?qū)Я鞴埽┑膸椭�，這就是Seemann發(fā)明的專利技術(shù)SCRIMP。SCRIMP的基本原理是利用導(dǎo)流介質(zhì)，在部件表面形成高流速的滲透區(qū)，使樹脂迅速達(dá)到產(chǎn)品的整個(gè)表面，浸漬主要是通過厚度方向來實(shí)現(xiàn)，從而大大縮短了樹脂的滲透途徑和時(shí)間，依靠高真空度，制品的孔隙率可達(dá)到1％一1.5%,纖維體積含量在50%以上。SCRIMP的另一種工藝是在芯材上開槽，織物放在芯材的上方，樹脂在槽內(nèi)流動(dòng)，其速度快于在導(dǎo)流介質(zhì)中的流動(dòng)。

(1)空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載：承擔(dān)風(fēng)速達(dá)70m/s的空氣動(dòng)力負(fù)載。

(2)人員站立負(fù)載：為安裝和維修要求，機(jī)罩上的任何點(diǎn)都能承擔(dān)一個(gè)人站立，設(shè)計(jì)要求在每5X103mm2的面積上，受力80Kg時(shí)材料彎曲變形不超過0.5cm。

(3)疲勞負(fù)載：承受相當(dāng)20年的疲勞損害。

(4)在下述環(huán)境中工作20年，材料性能不發(fā)生明顯變化。

紫外照射：幅射強(qiáng)度：1000W/M2..,耐油脂：尤其是要耐機(jī)內(nèi)所用的油脂；•工作濕度：達(dá)95%..,工作溫度：-10℃-+40℃，極端情況可達(dá)-20℃~+50℃。

(1)使用壽命20年;(2)適合于機(jī)艙罩的工作環(huán)境，如耐油、耐濕、耐紫外照射等;(3)材料容易買到;(4)價(jià)格可以接受;(5)可維修，這是大型產(chǎn)品所必須的；(6)材料力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，尤其是剛性要好;(7)抗疲勞性能好;(8)有一定的阻燃性能。

目前用于風(fēng)電機(jī)艙罩制造的材料主要為聚酯玻璃纖維復(fù)合材料，成型工藝主要為手糊工藝和真空樹脂導(dǎo)入工藝，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

手糊工藝(Hand lay-up)是一種開模工藝，目前在玻璃纖維增強(qiáng)的聚酯復(fù)合材料中占65%。他的優(yōu)點(diǎn)是在模具的形狀改變上有很大的自由度，模具價(jià)格低，適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品性能得到市場(chǎng)認(rèn)可和投資少等。所以特別適合于小公司，也適合于船舶及航空航天產(chǎn)業(yè)，這兒通常是一次性的大部件。但該工藝也存在一系列問題，如可揮發(fā)有機(jī)物(VOC)排放超標(biāo)、對(duì)操作人員的健康影響大、人員易流失、許用材料限制多、產(chǎn)品性能低，樹脂浪費(fèi)并且用量大等，尤其是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品的玻纖和樹脂比例、部件厚度、層材制造速率、層材的均勻性等都受操作人員的影響，要求操作人員有較好的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)。手糊產(chǎn)品的樹脂含量一般在50%-70％左右。開模工藝的VOC排放超過500PPm，苯乙烯的揮發(fā)量高達(dá)使用量的35%-45%。而各國規(guī)定都在50-100PPm。目前國外大都改用環(huán)戊二烯(DCPD)或其它低苯乙烯釋放樹脂，但苯乙烯作為單體還沒有好的替代品。

真空樹脂導(dǎo)入工藝是近20年來發(fā)展的低成本制造工藝，尤適合于大型產(chǎn)品的制造。其優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)產(chǎn)品性能優(yōu)良，成品率高。在同樣原材料的情況下，與手糊構(gòu)件相比，真空樹脂導(dǎo)入工藝成型構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及其它的物理特性可提高30%-50%以上（表1）。工藝穩(wěn)定后成品率可接近100%。

(2)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好。產(chǎn)品質(zhì)量受操作人員影響小，不論是同一構(gòu)件還是各構(gòu)件間都存在高度的一致性。產(chǎn)品的纖維用量在注入樹脂前已按規(guī)定的量放入模具中，構(gòu)件有相對(duì)恒定的樹脂比，一般在30%-45％，因此產(chǎn)品性能的均勻性和重復(fù)性比手糊工藝產(chǎn)品好得多，缺陷也少得多。

(3)抗疲勞性能提高，可減輕結(jié)構(gòu)重量。由于制品纖維含量高、孔隙率低、產(chǎn)品性能高，尤其是層間強(qiáng)度的提高，大大提高了產(chǎn)品的抗疲勞性能。在強(qiáng)度或剛度要求相同的情況下，采用真空導(dǎo)入工藝制作的產(chǎn)品可減輕結(jié)構(gòu)重量。

(4)環(huán)境友善。真空樹脂導(dǎo)入工藝是一種閉模工藝，揮發(fā)性有機(jī)物和有毒空氣污染物均被局限于真空袋中。僅在真空泵排氣（可過濾）和打開樹脂桶時(shí)有微量的揮發(fā)物。VOC排放不超過5PPm的標(biāo)準(zhǔn)。這也大大改善了操作人員的工作環(huán)境，穩(wěn)定了勞動(dòng)人員的隊(duì)伍，也擴(kuò)大了可用材料的范圍。

(5)產(chǎn)品整體性好。真空樹脂導(dǎo)入工藝可同時(shí)成形加強(qiáng)筋、夾芯結(jié)構(gòu)及其它嵌件，提高了產(chǎn)品的整體性，因此可制造風(fēng)機(jī)機(jī)罩、船體和上層建筑等大型制品。

(6)減少原材料使用，減少用工。在同樣鋪層時(shí)，樹脂用量減少30%。浪費(fèi)少，樹脂損耗率低于5％。勞動(dòng)生產(chǎn)率高，比手糊工藝可節(jié)約勞動(dòng)力50%以上。尤其在成型大型復(fù)雜幾何形狀的夾芯和加筋結(jié)構(gòu)件時(shí)，材料和人工的節(jié)省更為可觀。如在航空工業(yè)的垂直舵制造中，使緊固件減少365個(gè)價(jià)格比傳統(tǒng)方法減少75%，產(chǎn)品重量不變，性能更好。

(7)制品精度好。真空樹脂導(dǎo)入工藝產(chǎn)品的尺寸精度（厚度）優(yōu)于手糊制品。在同樣的鋪層下，一般真空樹脂擴(kuò)散技術(shù)產(chǎn)品的厚度為手糊制品的2/3 。產(chǎn)品厚度偏差約為士10%，而手糊工藝一般為士20% 。產(chǎn)品表面的平整度優(yōu)于手糊產(chǎn)品。真空樹脂導(dǎo)入工藝的機(jī)罩產(chǎn)品內(nèi)壁光滑，表面自然形成富樹脂層，不需要另外加涂面漆(Top coat)。減少了打磨和涂漆工序的人工和材料。

（1）準(zhǔn)備工序時(shí)間較長而且較為復(fù)雜。需要正確的鋪層、鋪設(shè)導(dǎo)流介質(zhì)、導(dǎo)流管、有效的真空密封等。因此對(duì)于小尺寸產(chǎn)品，其工藝時(shí)間反而超過手糊工藝。

（2）生產(chǎn)成本較高，并產(chǎn)生較多的廢料。如真空袋膜、導(dǎo)流介質(zhì)、脫模布及導(dǎo)流管等輔助材料都是一次性使用，而且目前相當(dāng)多的要依賴進(jìn)口，故生產(chǎn)成本比手糊工藝高。但產(chǎn)品越大，這個(gè)差別越小。隨著輔助材料的國產(chǎn)化，這一成本差別也越來越小。當(dāng)前研究可多次使用的輔助材料是本工藝的一個(gè)發(fā)展方向。

（3）工藝制造有一定的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，一旦在樹脂灌注中失敗，產(chǎn)品易報(bào)廢。

因此要有較好的前期研究，嚴(yán)格的工藝控制和有效的補(bǔ)救措施，以保證工藝的成功。

作為以真空導(dǎo)入工藝生產(chǎn)的機(jī)艙罩中使用的樹脂要求：

（1）低粘度。一般在100-400mPa.s左右。最好不高于200mPa.s; 

（2）適當(dāng)?shù)姆艧岱鍦囟�，一般不高�?0℃；

（3）在使用溫度達(dá)到60℃前，玻璃鋼層材仍有合適的強(qiáng)度；

（4）長期在潮濕環(huán)境下（相對(duì)濕度95%),仍與所選玻璃布有很好的結(jié)合強(qiáng)度：

（5）可在常溫下固化；

（6）有足夠長的凝膠時(shí)間，保證工藝的完成，而且最后能完全固化；

（7）耐氣候性好；

（8）耐油脂性好；

（9）阻燃性好；

（10）價(jià)格低；

（11）固化收縮率低等。

對(duì)于樹脂體系的各種組分，如樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、阻聚劑、色漿和填料等都要開展相應(yīng)的樹脂流動(dòng)性、粘度和固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究，以保證工藝的可靠性(圖3)。其研究手段包括DSC、DTA、動(dòng)態(tài)粘度計(jì)等。

一般來說，各種形式的增強(qiáng)材料，如短切氈、長絲氈、無捻粗紗織物（方格布）、加捻織物、縫編織物以及夾芯材料（泡沫、輕木和蜂窩）等都可以應(yīng)用，應(yīng)用的織物面密度最大可至87kg/M2。但是要注意到，不同織物對(duì)真空導(dǎo)入工藝的影響是很大的，要盡量采用滲透率高、對(duì)樹脂浸潤性好的織物。

在采用芯材時(shí)，則需采用GPS芯材。

在真空樹脂導(dǎo)入工藝中，主要是采用達(dá)西定律(Darcy's Law)(公式（l））來描述樹脂流過預(yù)制件的過程。

在達(dá)西定律中，樹脂被認(rèn)為是不可壓縮的、其粘度不隨切變速度影響的牛頓流體。在實(shí)驗(yàn)中，也可以用其它液體來代替樹脂，如用糖漿、甘油和纖維素水溶液等，這樣可大大減少實(shí)驗(yàn)成本和提高試驗(yàn)速度。織物預(yù)制件被看作多孔介質(zhì)，其特性可用孔隙率和滲透率表征，他們影響樹脂在預(yù)制件中的流動(dòng)方向和速度，因此決定著復(fù)合材料成型時(shí)需要的真空壓力，流動(dòng)（充模）時(shí)間和流動(dòng)途徑等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而影響著樹脂進(jìn)口，出口及流道等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以確保樹脂在凝膠化前完成充模過程。

由壓力梯度決定的浸潤或宏觀流動(dòng)（紗線束間）的流速。(Macroscopic flow)。

由纖維毛細(xì)管壓力和表面張力決定的浸透或微觀流動(dòng)（紗線束內(nèi)）的流速。(Microcosmic flow)

影響流速和流道的因素包括：原材料、導(dǎo)流介質(zhì)、鋪層和真空度等。兩種速度必須相當(dāng)，如果流動(dòng)前鋒一旦匯合，就很難排出所包裹的氣體，在微觀層次上排除氣體要受到樹脂粘度和纖維束周圍表面張力的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，高滲透率導(dǎo)流介質(zhì)的應(yīng)用，大大縮短了充模時(shí)間，樹脂在導(dǎo)流介質(zhì)中流動(dòng)大大快于在預(yù)制件中的流動(dòng)，但二者的差距保持一個(gè)恒定值，充模時(shí)間只是導(dǎo)流介質(zhì)滲透率的函數(shù)，受預(yù)制件滲透率的影響很小。導(dǎo)流介質(zhì)的應(yīng)用使充模時(shí)間減少50-80%。

在工藝中要防止由于不合理鋪層等導(dǎo)致的“短路效應(yīng)（cutline）”，在這些低阻力區(qū)，樹脂流動(dòng)速度會(huì)增加10-100倍，從而使工藝不能在預(yù)想的情況下進(jìn)行。

目前有相當(dāng)多的軟件可模擬真空導(dǎo)入工藝中的流動(dòng)過程，包括樹脂流動(dòng)前鋒的位置和圖樣，可預(yù)先發(fā)現(xiàn)工藝中潛在的問題，并使工藝達(dá)到最佳化。

在真空導(dǎo)入工藝中，還要知道最終產(chǎn)品的厚度和纖維含量。由于真空袋是柔性的，不能直接控制產(chǎn)品的厚度，產(chǎn)品厚度及纖維含量和預(yù)制件的壓縮行為有關(guān)，包括纖維在壓力下的壓縮和松馳行為，以及纖維和樹脂間的相互作用。

試驗(yàn)表明，產(chǎn)品厚度是隨著樹脂的流動(dòng)方向改變的，離真空源越遠(yuǎn)，樹脂含量越高，相應(yīng)纖維含量越低（產(chǎn)品越厚）。在VARIM工藝中預(yù)制件受到的外壓是大氣壓（Patm） ,這個(gè)壓力由樹脂壓力(Pr)和纖維結(jié)構(gòu)支撐(Pf)(公式2)。

樹脂在進(jìn)口處的壓力為1個(gè)大氣壓，其流動(dòng)前鋒的壓力為零，樹脂壓力從出口處到進(jìn)口處，其壓力是從零到1個(gè)大氣壓的分布，離開出口處越遠(yuǎn)樹脂壓力越大，相應(yīng)預(yù)制件受的壓力越小，纖維受壓縮也越小，厚度也較大(圖4)。在樹脂到達(dá)出口處后，關(guān)閉樹脂進(jìn)口，而繼續(xù)保持真空出口，使樹脂壓力穩(wěn)定地減少，從而使預(yù)制件進(jìn)一步壓縮，可減緩厚度不均的現(xiàn)象。

織物在浸潤過程中的壓縮行為描述：當(dāng)樹脂未到達(dá)前，織物處在干態(tài)下，織物內(nèi)的支撐力等于大氣壓，Pf-Patm,此時(shí)織物達(dá)到最大的壓縮變形。在樹脂到達(dá)后，開始浸潤，這有兩個(gè)過程，首先是樹脂對(duì)纖維的潤滑作用，引起纖維的重排，使織物進(jìn)一步壓縮，我們稱為“浸潤壓縮效應(yīng)”(wetting compaction),這時(shí)在外力作用下，由于纖維重排引起壓縮量的增加。當(dāng)樹脂壓力繼續(xù)升高時(shí)，由于外力是不變的，從公式(2)知，纖維承受的壓力相應(yīng)減少，從而發(fā)生回彈效應(yīng)(spring-back)�？椢锏膲嚎s量減少，預(yù)制件厚度的變化取決于這兩個(gè)效應(yīng)的綜合作用。試驗(yàn)結(jié)果也表明，織物的干態(tài)和濕態(tài)壓縮行為有很大的區(qū)別，在最大真空壓縮下，干態(tài)和濕態(tài)壓縮量分別為53％和58％。試樣厚度和樹脂粘度都會(huì)影響浸漬（充模）時(shí)間。當(dāng)預(yù)制件織物厚度增加四倍，浸漬時(shí)間從134秒增加到239秒。當(dāng)樹脂粘度從0.27 PaS增加到0.60 PaS時(shí)，浸漬時(shí)間從239秒增加到510秒，增加了113％。在樹脂浸漬過程中，樹脂的壓力會(huì)迅速升高，使試樣厚度增加，并導(dǎo)致材料纖維體積含量減少，其范圍在45.5％至49.7％。

但要指出的是理論上，影響預(yù)制件織物滲透率的因素只和組成織物的纖維材料類型和比例、纖維體積含量、預(yù)制件的結(jié)構(gòu)（織物的尺寸和堆積方式）以及空隙率等有關(guān)，而和樹脂的化學(xué)特性無關(guān)。但在實(shí)際測(cè)試中纖維毛細(xì)管壓力、流動(dòng)速度、注入壓力、不同試驗(yàn)流體等都對(duì)滲透率有不同程度的影響。此外如上所述，預(yù)制件的滲透率和孔隙率在真空導(dǎo)入工藝中是發(fā)生變化的。纖維排列越有序，織物的松馳行為減輕，氈和粗紗布的松馳行為最明顯，單向紗的松馳行為就不太明顯，在樹脂注入前對(duì)預(yù)制件反復(fù)施加壓縮一松馳周期，可減少產(chǎn)品中的富樹脂區(qū)。

3.3 真空導(dǎo)入工藝控制研究

預(yù)制件中樹脂流動(dòng)檢測(cè)裝置，包括硬件（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）和軟件（控制和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）。通過此檢測(cè)平臺(tái)，可以獲得在注塑過程中，樹脂所達(dá)到的預(yù)制件的位置。整個(gè)注塑過程中，樹脂達(dá)到鋪層表面和鋪層厚度各個(gè)方向所需的時(shí)間。SCRIMP工藝的特點(diǎn)，即樹脂由于高滲透介質(zhì)的作用，快速沿增強(qiáng)體的表面擴(kuò)張，然后再沿著增強(qiáng)體的厚度方向滲透。

VARIM工藝控制模型的研究很多，其內(nèi)容包括：樹脂在預(yù)制件中的流動(dòng)模型、預(yù)制件在真空壓力下的壓縮和松馳行為模型及樹脂粘度和固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。其數(shù)據(jù)處理通常采用有限元法，如有限元／控制值法(FE/CV)，把模型分成許多有限元(Finite Element)，再圍繞節(jié)點(diǎn)，把有限元分成更小的單位，構(gòu)成控制元(Control Volume)，用有限元計(jì)算樹脂在浸潤區(qū)的壓力分布，用達(dá)西定律計(jì)算流動(dòng)速率，用控制元和充填因子(Fill Factor)跟縱流動(dòng)前鋒的位置。FE/CV法可以有效地模擬復(fù)雜形狀的樹脂流動(dòng)情況，減少計(jì)算成本。此外把產(chǎn)品看作2D殼體，然后再考慮樹脂在厚度方向的“沉積”，也可大大簡化計(jì)算量，計(jì)算結(jié)果據(jù)說還滿意。