碳纤维复合材料具有质轻高强、抗腐蚀性好等特点，使得该材料在众多领域得到大量的应用。然而在碳纤维复合材料制备的过程中，受到成型工艺本身应用缺陷的影响，所制造的纤维复合材料产品会出现性能下降的问题，从而增加了复合材料制备的难度。近年来，VARTM成型工艺的优势日益凸显，其生产效率高，制备碳纤维复合材料制品的可塑性灵活，在碳纤维复合材料生产制造领域的应用越来越广泛，已经成为行业内研究的热点。
1.VARTM成型工艺的衍生与特点
1.1VARTM的衍生
真空辅助树脂传递模塑（VARTM）成型工艺是基于RTM发展起来的，RTM为树脂传递模塑，该工艺流程是首先准备好闭合模，在模中预放增强材料，使用低压将制备好的树脂压入模中，树脂在增强材料的作用下形成复合材料。应用的优势是增强材料可选择范围广，能制作结构复杂的制品，闭模成型，消减了胶衣涂层环节，自动化水平好。但是该工艺在制备复合材料应用中，树脂在闭合模中流动性表现不是十分理想，无法与模中增强材料完全浸润，尤其是在大面积、结构复杂的制品制备中，树脂在模具中流动不均衡，并且无法观察到模具内部真实的流动情况，制品的质量难以控制，存在一定的不确定性，以及制品纤维含量与实际要求存在差距，成型时间长且空隙率高，甚至会导致成型的碳纤维复合材料制品出现裂缝，为了弥补RTM的不足，提升产品质量和应用范围，衍生出了VARTM成型工艺。
1.2 VARTM工艺特点
VARTM成型工艺涉及密封胶带、注射口、真空袋、真空泵、脱模布、模具等。使用真空泵将真空袋抽至真空状态，然后将树脂从注射口注入，在大气的压力下，树脂流入模具中，在这一过程中无空气进入，避免了树脂固化后的气泡问题，并且模具中的环境为密闭条件，可增加碳纤维复合材料的强度和力学性能。此外，该工艺具有优化纤维复合材料制品性能的作用，根据制品性能的要求采用相应的铺层方式，从而使制品具备相应的性能。该工艺应用的优点是模具制作简单、可设计性好、制品强度高、孔隙率低，适用于大尺寸、大厚度碳纤维复合材料制品的生产。缺点是在制备大型平面、曲面层结构的产品时，浸润的速度慢，与高压成型工艺相比，在纤维含量、粗糙程度、力学性能等方面表现较差。
2.在VARTM成型工艺中改善碳纤维复合材料性能的方法
2.1弯曲性能改善方法
①在制备混杂纤维复合材料中，对VARTM工艺进行调整，采用混杂铺层，调整碳纤维掺入的比例，可改善弯曲性能，提高产品的弯曲强度；②在使用VARTM成型工艺之前加工碳纤维，借助墨烯纳米血小板促使其退浆氧化，直接提高产品的弯曲强度；③将碳纶织物与芳纶织物，或者是碳织物与玻璃织物应用于VARTM成型工艺中，采用不同的原材料组合，以及改变铺层结构、层数等，制备出性能不同的碳纤维复合材料制品，通过对制品性能的试验检测发现，以上方法对于碳纤维复合材料弯曲性能的改善均有积极的影响，弯曲强度提高的效果明显。
2.2拉伸强度改善方法
在VARTM成型工艺改善碳纤维复合材料拉伸强度的方法中，一是在应用VARTM成型工艺之前，使用碳纳米纤维溶液对玻璃织物进行浸润处理，然后蒸发去除溶液中的水分，留下碳纳米纤维，最后使用VARTM成型工艺制备出碳纳米纤维制品，从而提高制品的拉伸强度；二是将多壁碳纳米管改性酚醛树脂和剑麻纤维作为增强材料，经过VARTM成型工艺处理后，制备出纳米复合材料制品，并对制品进行拉伸试验，该制品的机械性能表现良好，尤其是拉伸强度改善效果明显；三是以乙烯基酯树脂为主体制备材料，然后添加黄麻织物和麻织物，制备出杂化碳纤维复合材料，经试验检测材料机械性能符合行业标准，但是拉伸强度受到影响，该方法适用于改善复合材料的渗透性。
2.3弯曲与拉伸强度同时改善的方法
两种性能同时改善是制备碳纤维复合材料VARTM成型工艺改进的最终目的。目前，行业内针对弯曲与拉伸强度性能改善的VARTM成型工艺的研究，获取了良好的研究成果，具体改善方法如下，制备黄麻纤维复合材料，对黄麻纤维进行表面改性，具体工艺流程为：热处理→碱处理→硅烷偶联剂处理→异氰酸酯处理→热压工艺处理→VARTM成型工艺制备，制备出的制品弯曲与拉伸强度双向提升，模量提升超过了30%；使用玄武岩纤维布作为添加剂，调整其添加比例与其在玻璃纤维铺层中的位置，然后采用VARTM成型工艺进行制备，当玄武岩纤维布处于玻璃纤维铺层两侧时，成型出制品的机械性能表现突出，弯曲与拉伸强度同时得到了改善。
2.4承载力改善方法
承载力是衡量碳纤维复合材料质量的重要指标之一，决定着复合材料的可用性。在VARTM工艺中对承载力的改善主要有以下几种方法，一是使用蜂窝状三维机织物及VARTM工艺制备出的蜂窝状复合材料制品，避免了复合材料整体性不足的问题，通过提高实验速率可直接增加制品的荷载能力；二是以氧化锌纳米填料为增强材料，通过其添加重量比的调整，制备出机械性能存在差异的复合材料，当氧化锌重量比是1（wt）%时负载最佳；三是在制备碳纤维复合材料时采用碳纤维布，进行受压钢构件的加固，应用VARTM工艺成型处理后，碳纤维与钢构件表面贴合紧密，在碳纤维复合材料成型过程中，改善了钢构件的各项性能，增加了其承载力。
2.5 VARTM工艺改善碳纤维复合材料性能的原因分析
首先是弯曲性能，注入模具中的树脂本身粘度不高、流动性好，在真空模具中流动对纤维进行均匀浸润、充分渗透，在树脂成型之后，纤维均匀排列、交联紧密，在受到外部较大的荷载力时，均匀分布的纤维将荷载力进行分散传递，达到增强弯曲性能的目的；其次，拉伸强度方面，VARTM成型工艺是在真空状态下注入树脂，向模具中施加压力，促使树脂向着纤维深度渗透，模具中所有材料受力均衡，并且成型整个过程持续受力，提高制备后复合材料制品的整体性，解决了纤维断裂问题，保证了制品的拉伸强度；最后，承载力方面，VARTM成型工艺在大气压的作用下，抑制了模具中材料上浮问题，材料在大气压的作用下相互结合，有效改善了碳纤维复合材料的孔隙率问题。
结语：VARTM成型工艺在制备碳纤维复合材料过程中，由于工艺本身的局限性，影响了碳纤维复合材料机械性能的发挥。本文通过对该工艺实际应用中进行原材料、增强材料等类型的调整，以及铺层位置、铺层数量的改变，并联合采用多种处理工艺，实现了通过VARTM成型工艺成型出拉伸强度、弯曲性能、弯曲强度、承载力均有改善和提高的碳纤维复合材料产品。证明VARTM成型工艺在碳纤维复合材料产品制备中，具有较大工艺改进升级的良好空间。通过对该工艺的深入研究分析，持续改良工艺参数和方法，可以实现复合材料产品机械性能的大幅提高，从而进一步扩大VARTM成型工艺在复合材料成型领域的应用范围。
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