[發明專利]一種降低Z-pin增強復合材料層合板面內損傷的方法

在審

• 申請號: 202011016154.1
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112406138A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉維偉;嚴斌;成吉思遠;許英杰;尹明鑫;吳道生
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C65/56;B26F1/24;B26D7/10
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉春

本發明公開了一種降低Z?pin增強復合材料層合板面內損傷的方法，該方法包括如下步驟：步驟一、制備復合材料層合板構件，在所述復合材料層合板構件上選出待加強區域，并在所述待加強區域內確定出待加強植入點；步驟二、由Z?pin纖維束制備細小直徑Z?pin11；步驟三、將所述步驟二中的所述細小直徑Z?pin11裁剪成多個一定長度的細小直徑Z?pin11，將細小直徑Z?pin11分別由所述待加強植入點垂直植入所述復合材料層合板構件內，得到增強強度后的復合材料層合板構件；其中，Z?pin的長度為待加強植入點的厚度減去所述復合材料層合板構件的固化收縮量。解決了如何降低Z?pin增強復合材料層合板面內損傷的問題。

技術領域

本發明屬于復合材料Z-pin增強技術領域，具體涉及一種降低Z-pin增強復合材料層合板面內損傷的方法。

背景技術

由于復合材料層合板的厚度方向(Z向)缺乏增強纖維，當復合材料層合板厚度方向存在應力時極易發生分層破壞，因此抑制層合板發生分層破壞成為解決限制復合材料層合板構件應用水平進一步提高的重要課題。目前，由縫合技術發展而來的Z-pin層間增強技術是一種工藝簡便、成本低廉的層間增強技術，已被廣泛用于各類承力結構件的加強，裝配結構件之間的可靠連接。Z-pin層間增強技術是在復合材料層合板厚度方向植入細短棒(pin)，利用細短棒的“釘扎”橋聯效應來顯著提高復合材料層合板的層間斷裂韌性、損傷容限和搭接強度。

但采用傳統超聲輔助植入工藝將Z-pin植入到層合板時，會造成層合板產生更多的初始損傷。MOURITZ(MOURITZ.Review of Z-pinned composite lamintu tes[J].Composites:Part A,2007,38:2383–2397)研究表明，這些損傷主要包括兩大類：纖維的稀釋(局部區域或者層合板整體纖維體積含量的降低)和纖維的斷裂。此外，Z-pin的直徑也影響著初始損傷區域的大小，較大直徑Z-pin所引入的初始損傷區域更大，這會造成復合材料層合板面內性能的降低。因此，如何降低Z-pin增強復合材料層合板面內損傷成為研究難點。

發明內容

本發明的目的是提供一種降低Z-pin增強復合材料層合板面內損傷的方法，以解決如何降低Z-pin增強復合材料層合板面內損傷的問題。

本發明采用以下技術方案：一種降低Z-pin增強復合材料層合板面內損傷的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、制備復合材料層合板構件，在所述復合材料層合板構件上選出待加強區域，并在所述待加強區域內確定出待加強植入點；

步驟二、由Z-pin纖維束制備細小直徑Z-pin11；

步驟三、將所述步驟二中的所述細小直徑Z-pin11裁剪成多個一定長度的細小直徑Z-pin11，將細小直徑Z-pin11分別由所述待加強植入點垂直植入所述復合材料層合板構件內，得到增強強度后的復合材料層合板構件；

其中，Z-pin的長度為待加強植入點的厚度減去所述復合材料層合板構件的固化收縮量。

進一步的，步驟一中，確定所述加強植入點的方法具體為：

將所述待加強區域的表面貼上規定網格間距的矩形坐標紙，矩形坐標紙中的交點即為待加強植入點；其中，矩形坐標紙的側邊與復合材料層合板構件對應的同側邊相平行。

進一步的，待加強植入點處的行/列間距為2mm～10mm。

進一步的，步驟二中，細小直徑Z-pin的制備方法具體為：

將Z-pin纖維束充分浸潤樹脂，其中樹脂是由納米材料增韌改性后的環氧樹脂，再在成型模具中進行拉擠成形，隨后對已經浸潤樹脂的Z-pin纖維束在固化裝置進行半固化，即得未裁剪的Z-pin絲材，隨后進行裁剪得到細小直徑Z-pin。