CN106696118A - 一种适用于干态纤维预成型体的z向增强方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，涉及一种适用于干态纤维预成型体的Z向增强方法。Z‑Pin植入预制体由Pin针和泡沫层组成，泡沫层置于多孔板和胶黏剂涂层之间，所述多孔板厚度为1mm～3mm，孔径为0.3mm～1mm,孔间距为3mm～5mm，多孔板[2]为金属材质。本发明提出了一种适用于干态纤维预成型体的Z‑Pin植入预制体，通过将现有Z‑Pin植入预制体中的高密度泡沫层换成胶黏剂涂层，并在低密度泡沫层下方增设一层多孔板，增加了对Pin针植入尾端的支撑，和初始植入段的导向，解决了现有的Z‑Pin植入预制体中泡沫载体对Pin针支撑和导向效果差，植入后切割去除泡沫载体时Pin亦偏转的问题。

Description

一种适用于干态纤维预成型体的Z向增强方法

技术领域

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，涉及一种适用于干态纤维预成型体的Z向增强方法。

背景技术

Z-Pin三维增强技术是在不连续缝合技术基础上发展而来的新三维增强技术，其增强机理是在复合材料厚度方向引入Pin针，使材料各层结合在一起，从而提高制件的层间性能和界面连接强度。

由于Pin针直径很小，直接将Pin针植入未固化复合材料中非常困难，且效率低，为解决该问题，通常先将Pin针植入泡沫载体，形成Z-Pin植入预制体，再将Z-Pin植入预制体中的Pin针转移植入到未固化的预浸料中。

目前适用于预浸料增强的Z-Pin植入预制体，通常是由Pin针、低密度泡沫层和高密度泡沫层的组合体。采用超声植入转化器将Pin针转移植入到预浸料时，先将Z-Pin植入预制体中的低密度泡沫层贴合于待植入的预浸料,超声植入转化器产生的震动通过高密度泡沫层传递到低密度泡沫层，压溃低密度泡沫层，该原含在其中的Pin针转移植入到预浸料中，然后采用特殊的刀具在高密度泡沫层和未固化层合板界面进行切割，去除多余的Pin针并移除压碎的泡沫载体，最后将Z-Pin增强的层合板固化成型，得到三维增强的层合板。

在上述Z-Pin植入预制体中，Pin针的初始植入段含在低密度泡沫层中，Pin针的植入尾端含在高密度泡沫层中。由于泡沫往往含细微闭孔，高密度泡沫可为Pin针植入尾端提供一定的侧壁支撑和导向，但效果有限。而低密度泡沫对Pin针的初始植入段基本无导向作用。若将此种Z-Pin植入预制体用于干态纤维的增强，由于干态纤维预成型体中无粘性树脂的存在，叠层之间摩擦力小，Pin针植入过程中Pin针的初始植入段和尾端，尤其是初始植入段基本处于自由无固定无约束的状态，Pin针导向效果差，更易失稳、倾斜。再者，Pin针植入后，在采用特殊刀具去除泡沫层时，干态纤维叠层与Pin针之间的摩擦力很难消除或抵消刀具对Pin针的部分切割剪力作用，易导致植入后Pin针偏转。

发明内容

本发明的目的是：针对现有Z-Pin植入预制体存在的不足，提出一种适用于干态纤维预成型体Z向增强的Z-Pin植入预制体及制备使用方法。

本发明的技术解决方案是，Z-Pin植入预制体[4]由Pin针[1]和泡沫层[3]组成，泡沫层[3]置于多孔板[2]和胶黏剂涂层[5]之间，所述多孔板[2]厚度为1mm～3mm，孔径为0.3mm～1mm,孔间距为3mm～5mm，多孔板[2]为金属材质。

所述多孔板[2]的材料为铝、钢或合金。

所述的胶黏剂涂层[5]，为市售的J-39、J-634或J-182室温快速固化胶黏剂，或DG-3或DG-3S室温固化胶黏剂。

所述泡沫层[3]采用低密度的聚苯乙烯泡沫或低密度聚氨酯泡沫。

制造适用于干态纤维预成型体的Z-Pin植入预制体的方法，其包括如下步骤：

1)采用机械加工的方法在多孔板[2]上制孔；

2)在多孔板[2]下方放置泡沫层[3]，形成载体层[6]；

3)通过拉挤工艺制备Pin针[1]；

4)将Pin针[1]的一端通过多孔板[2]的微孔垂直于多孔板[2]表面植入载体层[6]，Pin针[1]贯穿载体层[6],且Pin针[1]两端伸出载体层[6]，形成含Pin针的载体层，其中，Pin针[1]一端超出多孔板[2]1mm～5mm，Pin针[1]的另一端头超出泡沫层[3]约1mm～3mm；

5)将Pin针[1]超出泡沫层[3]的端头涂覆胶黏剂涂层[5]，直至将Pin针[1]超出泡沫层[3]的每个端头之间填平，待胶黏剂涂层[5]固化，最终形成Z-Pin植入预制体[4]。

适用于干态纤维预成型体的Z-Pin植入预制体的使用方法是，

1)将Z-Pin植入预制体[4]多孔板[2]一侧的Pin针[1]贴合在干态纤维预成型体[7]上方；

2)将超声波转化设备[8]放置在Z-Pin植入预制体[4]胶黏剂涂层[5]的上方，按照超声波转化设备[8]的使用说明进行Pin针植入操作，直至Pin针穿透干态纤维预成型体[7]；

3)采用刀具紧贴多孔板[2]的上方，将裸露在多孔板[2]上方的Pin针切断并移除；

4)移除多孔板，并修整干态纤维预成型体[7]的外形。

本发明的优点和有益效果是：本发明提出了一种适用于干态纤维预成型体的Z-Pin植入预制体，通过将现有Z-Pin植入预制体中的高密度泡沫层换成胶黏剂涂层，并在低密度泡沫层下方增设一层多孔板，增加了对Pin针植入尾端的支撑，和初始植入段的导向，解决了现有的Z-Pin植入预制体中泡沫载体对Pin针支撑和导向效果差，植入后切割去除泡沫载体时Pin亦偏转的问题。

本发明的优点还在于，

1.本发明所涉及的Z-Pin植入预制体制造工艺简单，无需专用设备，制造成本低；

2.本发明所涉及的Z-Pin植入预制体，采用胶黏剂涂层取代高密度泡沫层，为Pin针提供了更好的固定和支撑，降低了Pin针植入过程中的失稳和倾斜风险；

3.本发明所涉及的Z-Pin植入预制体，在低密度泡沫层下方增设一层多孔板，增加了对Pin针初始植入段的导向，避免了Pin针植入过程中的倾斜；

4.本发明所涉及的Z-Pin植入预制体，在低密度泡沫层下方增设一层多孔板，当植入完毕去除泡沫层时，增加了对Pin针植入段的固定，避免了切割时Pin的倾斜，也可避免刀具直接接触干态纤维预成型体表面，降低刀具伤及干态纤维预成型体表面的风险；

5.本发明所涉及的Z-Pin植入预制体，有很大的设计自由度，可通过改变多孔板的孔径、泡沫的厚度，满足不同植入密度、不同厚度的干态纤维预成型体的Z-Pin增强。

本发明是一种适用于干态纤维预成型体的Z-Pin植入预制体，制造工艺简单，无需专用设备，制造成本低，解决了Pin针在植入过程中和植入后余量切割过程中引发的Pin针歪斜问题，保证了Pin针的顺利植入。

附图说明

图1是本发明Z-Pin植入预制体的结构示意图；

图2 Z-Pin植入预制体的制造过程示意图；

图3 Z-Pin植入预制体的使用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

Z-Pin植入预制体由Pin针和泡沫层组成，泡沫层置于多孔板和胶黏剂涂层之间，所述多孔板厚度为1mm～3mm，孔径为0.3mm～1mm,孔间距为3mm～5mm，多孔板为金属材质。

所述多孔板的材料为铝、钢或合金。

所述的胶黏剂涂层为市售的J-39、J-634或J-182室温快速固化胶黏剂，或DG-3 或DG-3S室温固化胶黏剂。

所述泡沫层采用低密度的聚苯乙烯泡沫或低密度聚氨酯泡沫。

一种制造适用于干态纤维预成型体Z向增强的Z-Pin植入预制体的方法，包括如下步骤：

1)采用机械加工的方法在多孔板上制孔，孔径为0.3～1mm，孔间距为3mm～5mm；

2)在多孔板下方放置泡沫层，形成载体层；

3)通过拉挤工艺制备Pin针，直径为0.3～1mm；

4)将Pin针的一端通过多孔板的微孔垂直于多孔板表面植入载体层，Pin针贯穿载体层,且Pin针两端伸出载体层，形成含Pin针的载体层。其中，Pin针一端超出多孔板约1mm～5mm，Pin针的另一端头超出泡沫层约1mm～3mm；

5)将Pin针超出泡沫层的端头涂覆胶黏剂涂层，直至将Pin针超出泡沫层的每个端头之间填平，待胶黏剂涂层固化，最终形成Z-Pin植入预制体。

实施例1：

本实施例涉及Z-Pin植入预制体的制备。

1)采用机械加工的方法将多孔板2加工成型，多孔板2的材质为LY12CZ，加工后厚度为2mm,孔径为0.3mm,孔行距*列距为3mm*3mm；

2)在多孔板2下方依次放置泡沫层3，优选的材料为低密度聚苯乙烯泡沫，形成载体层6；

3)采用1K单束T300碳纤维浸润QY8911树脂后，通过拉挤工艺制备的Pin针1；

4)将Pin针1的一端通过多孔板2的微孔垂直于多孔板2表面植入载体层6，Pin针1贯穿载体层6,且Pin针1两端伸出载体层6，形成含Pin针的载体层。其中，Pin针1一端超出多孔板2约3mm，Pin针1的另一端头超出泡沫层3约2mm；

5)将市售的J-39按甲：乙＝1:1的质量配比混匀后，在靠近第一层泡沫3一侧的Pin针1的端头涂覆5，直至将Pin针1超出泡沫层3的每个端头之间填平，根据J-39胶黏剂的说明要求，在8～25℃时固化20～10min，24h完全固化，最终形成Z-Pin植入预制体4。

实施例2：

本实施例涉及采用本发明的Z-Pin植入预制体增强干态纤维预成型体。

待增强的干态纤维预成型体为平板结构，材料为U7192碳纤维单向机织物,该织物为浙江舟山市岱山飞舟新材料公司的T700级碳纤维织物，该干态纤维预成型体的外形尺寸为：600mm×500mm×7mm(长×宽×厚),铺层为[45/0/-45/90]_5s。

1)将Z-Pin植入预制体4如实施例1所述的方法制造成型；

2)将Z-Pin植入预制体4多孔板2一侧的Pin针贴合在干态纤维预成型体7上方；

3)将超声波转化设备8放置在Z-Pin植入预制体4胶黏剂涂层5的上方，按照超声波转化设备8的使用说明进行Pin针1植入操作，直至Pin针1穿透干态纤维预成型体7；

4)采用刀具紧贴多孔板2的上方，将裸露在多孔板2上方的Pin针1切断并移除泡沫层3和胶黏剂涂层5；

5)移除多孔板2，并修整干态纤维预成型体7的外形。

所增强的干态纤维预成型体表面平整，光滑，无铺层褶皱，植入后的Z-Pin区域表面均匀，Pin针端部无分叉、开裂；Pin针均匀统一穿透零件厚度区域；且未发现Pin针的重叠和缺失，植入行间距和列间距均满足要求。

Claims (6)

1.一种适用于干态纤维预成型体的Z向增强的Z-Pin植入预制体，Z-Pin植入预制体[4]由Pin针[1]和泡沫层[3]组成，其特征在于：泡沫层[3]置于多孔板[2]和胶黏剂涂层[5]之间，所述多孔板[2]厚度为1mm～3mm，孔径为0.3mm～1mm,孔间距为3mm～5mm，多孔板[2]为金属材质。

2.根据权利要求1所述的适用于干态纤维预成型体的Z向增强的Z-Pin植入预制体，其特征在于：所述多孔板[2]的材料为铝、钢或合金。

3.根据权利要求1所述的适用于干态纤维预成型体的Z向增强的Z-Pin植入预制体，其特征在于：所述的胶黏剂涂层[5]为市售的J-39、J-634或J-182室温快速固化胶黏剂，或DG-3或DG-3S室温固化胶黏剂。

4.根据权利要求1所述的适用于干态纤维预成型体的Z向增强的Z-Pin植入预制体，其特征在于：所述泡沫层[3]采用低密度的聚苯乙烯泡沫或低密度聚氨酯泡沫。

5.一种制造如权利要求1所述的适用于干态纤维预成型体的Z向增强的Z-Pin植入预制体的方法，其包括如下步骤：

1)采用机械加工的方法在多孔板[2]上制孔；

2)在多孔板[2]下方放置泡沫层[3]，形成载体层[6]；

3)通过拉挤工艺制备Pin针[1]；

4)将Pin针[1]的一端通过多孔板[2]的微孔垂直于多孔板[2]表面植入载体层[6]，Pin针[1]贯穿载体层[6],且Pin针[1]两端伸出载体层[6]，形成含Pin针的载体层，其中，Pin针[1]一端超出多孔板[2]1mm～5mm，Pin针[1]的另一端头超出泡沫层[3]约1mm～3mm；

5)将Pin针[1]超出泡沫层[3]的端头涂覆胶黏剂涂层[5]，直至将Pin针[1]超出泡沫层[3]的每个端头之间填平，待胶黏剂涂层[5]固化，最终形成Z-Pin植入预制体[4]。

6.一种权利要求1所述的一种适用于干态纤维预成型体的Z向增强的Z-Pin植入预制体的使用方法，其特征是，

1)将Z-Pin植入预制体[4]多孔板[2]一侧的Pin针[1]贴合在干态纤维预成型体[7]上方；

2)将超声波转化设备[8]放置在Z-Pin植入预制体[4]胶黏剂涂层[5]的上方，按照超声波转化设备[8]的使用说明进行Pin针植入操作，直至Pin针穿透干态纤维预成型体[7]；

3)采用刀具紧贴多孔板[2]的上方，将裸露在多孔板[2]上方的Pin针切断并移除；

4)移除多孔板，并修整干态纤维预成型体[7]的外形。