采用低成本真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺，无需热压罐就可生产形状复杂的高强度、高性能碳纤维宇航结构件。尽管造船商采用VARTM工艺已生产出长达18.23m的船身，但到目前为止还没有采用该工艺生产字航结构件。洛马公司设在加州森尼维尔先进技术中心的空间系统部与舰队弹道导弹（FBM）计划的结构设计工程师们一道，用低成本VARTM工艺成功地制造了三叉戟ⅡD5舰队弹道导弹的大型、复杂的整体结构件。

　　洛克希德公司1996年就开始开发VARTM工艺，该计划只是洛克希德公司自1994年起开始进行的若干独立研发的技术评估项目之一，所有研制项目的目的是验证先进材料、设计方案、制造方法和技术，研究结果将大大降低新一代潜射弹道导弹部件的成本。VARTM工艺的试验成功，为生产大型、复杂外形、高性能整体复合材料结构件迈出了重要一步。复杂材料结构件生产工艺的进步可使我们在大大降低成本的前提下为客户提供能承受得起的、效费比高的结构部件。

　　为验证VARTM工艺而制造的大型构件是D5导弹设备舱的1/4舱段。研究人员将多种主要的石墨和环氧树脂复合材料零件、锻造金属配件、大量夹具、金属加固件和数以千计的紧固件用整体结构设计方案和VARTM工艺集成在一起。该设备舱段占D5导弹总结构价格的50%以上。与传统的宇航复合材料制造方法相比，采用VARTM工艺可使许多零件集成在一起。集成后的部件可以不用热压罐固化。

　　采用VARTM工艺制造的舱段，其零件数量从61个减少到1个，紧固件减少了376个，制造成本降低了75%，但并不影响结构的品质并具有很高的结构效能，原因是与现在的生产工艺相比节约了大量劳动力、材料、工具和设备成本。该计划还验证了多种注入技术以确保树脂在形状复杂的结构中能均匀流动、浸入和分布。对试件的材料测试表明，其机械性能类似用常规热压罐方式生产的结构件。这1/4设备舱段是有史以来采用VARTM工艺生产的最大最复杂的复合材料部件。洛克希德公司先进技术中心负责VARTM的两名研究人员指出，他们利用VARTM工艺制造的部件经测量尺寸为1.22m×0.61m,质量约9.08kg。

　　在VARTM工艺中，将液体树脂注入干燥的模型中。开始时用干燥的碳纤维缠绕成所需形状，然后注入液体树脂，随后该部件在炉子中固化。VARTM工艺本身并不新颖，已被造船界采用多年，制造出长达18.23m舰船壳体。然而现在制造的1/4舱段不仅高度复杂，而且必须满足高温和性能标准。这些特点标志着VARTM工艺的一个巨大成就。对洛克希德公司VARTM计划提出的关键要求是确保用此工艺生产的部件质量要高。

　　由于部件结构复杂且需满足高温性能要求使得该项任务有了难度，因而必须改进VARTM工艺使其能满足宇航标准。为此采用了比玻璃纤维更细的高强度碳纤维，采用碳纤维后液体树脂的注入更加困难，因为碳纤维排列更加紧密，可供液体树脂注入的空间更少。洛克希德先进技术中心制作的部件经过多次反复试验才获成功，每一步都增加了部件的复杂性。开始时只采用简单的立方体和基本形状，这两种形状试验成功后再进一步制作更复杂的形状。已对VARTM工艺进行了若干次重要改进，这些改进属于专利。

　　洛克希德公司用于VARTM计划的所有材料-一碳纤维和树脂一在市场上都可以买到，采用市售产品对公司客户来说是一个重要因素。采用VARTM工艺，用市售材料制造的产品，从强度、刚度和耐高温等方面都比得上用热压罐生产的产品，因为已用样品试件验证了它们的强度和刚度。一个热压罐就如同一个压力很大的高压锅，但热压罐的尺寸是一定的，因而限制了所要生产产品的大小。VARTM计划的目标是验证高性能、高强度碳部件能够不用热压罐生产出来。虽然VARTM工艺要求采用与热压罐相同的温度进行固化，但不要求热压罐所需的3.44MPa~13.78MPa压力。

　　由于VARTM是一项独立的研发计划，所以其经费都源自洛马公司。由于目标是生产能被公司用户采用的改进产品，因此该计划不是政府项目，也就是说，虽然用VARTM工艺生产了三叉戟ⅡD5导弹的一个舱段，但与三叉戟Ⅱ导弹计划没有直接关联。

　　VARTM研究项目针对通用目标，研究人员期望能继续生产更加复杂的部件以观察可能存在的缺点。洛马公司有许多航天器和导弹可用VARTM工艺来生产其部件，目前该公司的VARTM研究小组正在评估该公司的众多产品中哪种将从这种工艺中受益匪浅。为了确定采用该工艺后所节省的费用，研究小组对采用VARTM工艺制造的1/4舱段所需人力与采用常规工艺和热压罐制造同样的舱段所需人力进行了比较。

　　阅读延伸：《基于VARTM工艺的碳纤维携行箱的研制》