[發明專利]預浸料增強桿植入方法、增強復合材料層壓板及制作方法

有效

• 申請號: 201910853232.4
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN112549589B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 張婷;李向前;龔從揚
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B29C70/54
• 分類號: B29C70/54;B29L7/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本發明提供一種上述預浸料增強桿植入方法、增強復合材料層壓板及制作方法，使用預穿孔的植入方式，擠開而非打斷纖維，有效減輕植入時對纖維的損傷以及對增強桿的剛性的要求；高精度控制增強桿的植入深度和角度的方法，有助實現增強桿不穿透表面層纖維的植入方式，可大大降低增強桿對疊層平板面內性能的損傷，并在提高復材平板抗彎曲分層的能力的同時，有效地降低了對平面內壓縮強度的影響，進一步提高復合材料的彎曲強度；該發明能夠用于所有容易產生復合材料層間分層的結構，能夠幫助改善復合材料抵抗分層擴展的能力，大大節約了設計和制造成本。

技術領域

本發明涉及一種預浸料增強桿植入方法。

本發明還涉及一種增強復合材料層壓板及其制作方法。

背景技術

樹脂基碳纖維復合材料層壓板，由于在厚度方向無纖維增強，在多次沖擊下容易產生層間分層，這使層壓板在較低的載荷下容易發生分層失穩和擴展，從而導致結構失效。為了改善層壓板的層間性能，研究者開展了大量研究工作，其中穿厚增強(TTR)技術被認為能夠有效地提高疊層復合材料抵抗分層擴展的能力。

穿厚增強(TTR)技術包括主要Stitching,Tufting和Z-pin技術，其中Stitching和Tufting技術由于縫線較粗，對預浸料磨損大，故主要用于干纖維織物穿厚增強，而Z-pin技術是唯一適用于預浸料工藝的三維增強技術，非常適合層合預浸料成型工藝，能夠有效改善層壓板的層間失效現象。

Z-pin增強復合材料層壓板的層間性能，主要是通過z-pin與基體間的摩擦和粘接來實現。其具體的工藝過程是預先在預浸件中通過超聲錘輔助手段直接嵌入固化好的纖維棒或金屬棒，然后再按傳統方法對含Z-pin的復合材料固化成型。但由于工業常用的超聲錘輔助植入方式易打斷疊層內的纖維，使Z-pin劈裂，難以控制植入質量；同時，由于超聲錘輔助植入Z-Pin對纖維的損傷，使疊層板的面內強度和彎曲強度降低15-26％，并且Z-Pin直徑越大，對面內性能損傷也越大。另外，超聲錘輔助植入對Z-Pin的剛度有一定的要求，在高應變率下，剛度高的Z-Pin如常用的碳纖維Z-Pin容易發生脆性斷裂，也降低了Z-Pin的增強效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種預浸料增強桿植入方法、增強復合材料層壓板及制作方法，以解決現有的增強復合材料層壓板增強效果低、面內性能損傷大的問題。

為解決上述問題，本發明提供以下技術方案：

本發明提供一種預浸料增強桿植入方法，包括以下步驟：

S1、將預浸料鋪層于加熱墊上，所述加熱墊對所述預浸料進行加熱；

S2、將坐標紙放置于所述預浸料的上表面，所述坐標紙上標記有若干預穿孔位置；

S3、確定一個尚未被穿孔的預穿孔位置，使用預穿孔針從該預穿孔位置插入所述預浸料中至預定深度；

S4、將所述預穿孔針從該預穿孔位置拔出，使所述預浸料上形成預穿孔，再將增強桿插入所述預穿孔中；

S5、判斷所有預穿孔位置是否都已插入所述增強桿；若是，則執行步驟S6；若否，則執行步驟S3～S5；

S6、完成所述預浸料的植入。

在本技術方案中，通過擠開纖維的方式可以大幅減輕對纖維的損傷；同時，通過高精度控制增強桿的植入深度和角度，有助實現增強桿不穿透表面層纖維的植入方式，可大大降低增強桿對疊層平板面內性能的損傷，并在提高復材平板抗彎曲分層的能力的同時，有效地降低了對平面內壓縮強度的影響，進一步提高了復合材料的彎曲強度。

優選地，所述增強桿由加捻纖維制成。

在本技術方案中，通過纖維加捻可降低增強桿的直徑，也可以降低面內性能損失。

優選地，所述增強桿由聚酰亞胺纖維制成。