一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低Z

【技术实现步骤摘要】
一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法


[0001]本专利技术属于复合材料Z-pin增强
，具体涉及一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法。

技术介绍

[0002]由于复合材料层合板的厚度方向(Z向)缺乏增强纤维，当复合材料层合板厚度方向存在应力时极易发生分层破坏，因此抑制层合板发生分层破坏成为解决限制复合材料层合板构件应用水平进一步提高的重要课题。目前，由缝合技术发展而来的Z-pin层间增强技术是一种工艺简便、成本低廉的层间增强技术，已被广泛用于各类承力结构件的加强，装配结构件之间的可靠连接。Z-pin层间增强技术是在复合材料层合板厚度方向植入细短棒(pin)，利用细短棒的“钉扎”桥联效应来显著提高复合材料层合板的层间断裂韧性、损伤容限和搭接强度。
[0003]但采用传统超声辅助植入工艺将Z-pin植入到层合板时，会造成层合板产生更多的初始损伤。MOURITZ(MOURITZ.Review of Z-pinned composite lamintu tes[J].Composites:Part A,2007,38:2383
–
2397)研究表明，这些损伤主要包括两大类：纤维的稀释(局部区域或者层合板整体纤维体积含量的降低)和纤维的断裂。此外，Z-pin的直径也影响着初始损伤区域的大小，较大直径Z-pin所引入的初始损伤区域更大，这会造成复合材料层合板面内性能的降低。因此，如何降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤成为研究难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，以解决如何降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的问题。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，该方法包括如下步骤：
[0006]步骤一、制备复合材料层合板构件，在所述复合材料层合板构件上选出待加强区域，并在所述待加强区域内确定出待加强植入点；
[0007]步骤二、由Z-pin纤维束制备细小直径Z-pin11；
[0008]步骤三、将所述步骤二中的所述细小直径Z-pin11裁剪成多个一定长度的细小直径Z-pin11，将细小直径Z-pin11分别由所述待加强植入点垂直植入所述复合材料层合板构件内，得到增强强度后的复合材料层合板构件；
[0009]其中，Z-pin的长度为待加强植入点的厚度减去所述复合材料层合板构件的固化收缩量。
[0010]进一步的，步骤一中，确定所述加强植入点的方法具体为：
[0011]将所述待加强区域的表面贴上规定网格间距的矩形坐标纸，矩形坐标纸中的交点即为待加强植入点；其中，矩形坐标纸的侧边与复合材料层合板构件对应的同侧边相平行。
[0012]进一步的，待加强植入点处的行/列间距为2mm～10mm。
[0013]进一步的，步骤二中，细小直径Z-pin的制备方法具体为：
[0014]将Z-pin纤维束充分浸润树脂，其中树脂是由纳米材料增韧改性后的环氧树脂，再在成型模具中进行拉挤成形，随后对已经浸润树脂的Z-pin纤维束在固化装置进行半固化，即得未裁剪的Z-pin丝材，随后进行裁剪得到细小直径Z-pin。
[0015]进一步的，所制备的细小直径Z-pin的直径范围为Ф0.1mm～Ф0.28mm。
[0016]进一步的，用于增韧环氧树脂的纳米材料包括纳米填料或二维纳米材料。
[0017]进一步的，步骤三中，细小直径Z-pin植入工艺的方法具体为：
[0018]1)将未固化的复合材料层合板构件进行均匀的恒温加热，并使用制孔针垂直穿透复合材料层合板构件形成预制孔；
[0019]2)利用支撑设备，将细小直径Z-pin插入到预制孔中。
[0020]本专利技术的有益效果是：使用细小直径Z-pin植入工艺解决了细小直径Z-pin难植入的问题。细小直径Z-pin和纳米材料“协同增韧”，实现在提高复合材料层合板层间韧性的同时降低对面内性能的损伤，操作简便，实用性强。
[0021]使用细小直径Z-pin和纳米材料“协同增韧”可以在提高复合材料层合板层间韧性的同时降低对面内的损伤，与此同时设计了新的Z-pin植入工艺，解决了细小直径Z-pin在植入过程中由于刚度低而极易发生屈曲或折断，该方法操作简便，实用性强。
附图说明
[0022]图1为复合材料层合板构件及待植入位置分布示意图；
[0023]图2为细小直径Z-pin制备工艺流程示意图；
[0024]图3为细小直径Z-pin与复合材料层合板结合界面示意图；
[0025]图4为细小直径Z-pin植入工艺示意图
[0026]图5为本专利技术实施例2验证试验中复合材料层合板构件试验件的示意图，其中图5(a)为主视图，图5(b)为俯视图。
[0027]1.复合材料层合板构件，2.坐标纸，3.Z-pin纤维束，4.旋转式纱架，5.浸胶槽，6.成型模具，7.固化装置，8.牵引辊，9.连续收卷装置，10.未裁剪的Z-pin丝材，11.细小直径Z-pin，12.制孔针，13.支撑设备，14.复合材料层合板构件试验件。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0029]本专利技术通过对Z-pin植入复合材料层合板后所引入的初始损伤进行分析，发现细小直径Z-pin和纳米材料“协同增韧”可以在提高复合材料层合板层间韧性的同时降低对面内的损伤。针对细小直径Z-pin植入过程中，由于其刚度低极易发生屈曲或折断，设计了新的Z-pin植入工艺。专利技术了一种用于降低聚酰亚胺Z-pin增强碳纤维增强树脂基复合材料层合板面内损伤的方法。
[0030]本专利技术实施例公开了一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，该方法包括如下步骤：
[0031]步骤一、制备复合材料层合板构件1，其为一多层层合结构的长方体；由纤维增强
树脂基复合材料预浸料铺叠而成。然后在复合材料层合板构件1上选出待加强区域，并在待加强区域内确定出待加强植入点。在待加强区域上贴上规定网格间距的矩形坐标纸2，矩形坐标纸2中的交点即为待加强植入点；其中，矩形坐标纸2的边与复合材料层合板构件1对应的同侧的边相平行，如图1所示。
[0032]步骤二、制备未裁剪的细小直径Z-pin丝材10，其为一长圆柱状的纤维束。细小直径的数值范围为Ф0.1mm～Ф0.28mm制备过程如图2所示，具体描述为：通过牵引辊8的牵引作用将缠绕在旋转式纱架4上的Z-pin纤维束3在浸胶槽5中充分浸润树脂，其中树脂是由纳米材料增韧改性后的环氧树脂，纳米材料为碳纳米纤维，碳纳米管，石墨烯等，再在成型模具6中进行拉挤成形，然后对Z-pin纤维束3在固化装置7中进行半固化，即得，最后通过连续收卷装置9将制备好的未裁剪的Z-pin丝材10进行收卷，便于后续操作。未裁剪的Z-pin丝材10长度为1m～20m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、制备复合材料层合板构件(1)，在所述复合材料层合板构件(1)上选出待加强区域，并在所述待加强区域内确定出待加强植入点；步骤二、由Z-pin纤维束(3)制备细小直径Z-pin11；步骤三、将所述步骤二中的所述细小直径Z-pin11裁剪成多个一定长度的细小直径Z-pin11，将细小直径Z-pin11分别由所述待加强植入点垂直植入所述复合材料层合板构件(1)内，得到增强强度后的复合材料层合板构件(1)；其中，Z-pin的长度为待加强植入点的厚度减去所述复合材料层合板构件(1)的固化收缩量。2.根据权利要求1所述的一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，其特征在于，所述步骤一中，确定所述加强植入点的方法具体为：将所述待加强区域的表面贴上规定网格间距的矩形坐标纸(2)，矩形坐标纸(2)中的交点即为待加强植入点；其中，矩形坐标纸(2)的侧边与复合材料层合板构件(1)对应的同侧边相平行。3.根据权利要求2所述的一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，其特征在于，所述待加强植入点处的行/列间距为2mm～10mm。4.根据权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维伟，严斌，成吉思远，许英杰，尹明鑫，吴道生，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：