CN110303696A - Z-pin增强蜂窝夹芯板及其成型工艺 - Google Patents
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Abstract
Z‑PIN增强蜂窝夹芯板，包括填充有泡沫的蜂窝芯和固化粘结在蜂窝芯上表面和下表面的蒙皮，其特征在于所述的蒙皮中植入Z‑PIN针，所述的Z‑PIN针贯穿蒙皮插入至蜂窝芯的泡沫中。本发明不仅对蒙皮进行了增加加强，而且对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固，提高泡沫夹芯的抗压性能，蒙皮固化时泡沫夹芯可承受更大的固化压力，提高蒙皮的固化效果，使蒙皮力学性能更均匀，蜂窝夹芯板上下蒙皮的力学性能一致，又将蒙皮与蜂窝芯进行加固连接，增强蒙皮与蜂窝芯的连接性能，提高蜂窝夹芯板的整体结构强度和力学性能，并保证Z‑PIN针的植入深度，提高Z‑PIN针的植入有效性。本发明还提供一种Z‑PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种Z-PIN增强蜂窝夹芯板及其成型工艺，属于蜂窝夹芯板制作技术领域。
背景技术
芳纶蜂窝夹芯板由于其强度高、阻燃、耐高温、低介电性能等特点，可用于飞机上的多种部位，如雷达罩、机翼、水平安定面、垂直安定面等部位。在芳纶蜂窝成型过程中，由于夹芯的存在，固化压力较低，在受压时面板压力分布不均，上下面板的力学性能不均，势必会影响整体夹芯结构的性能发挥。为了增加泡沫芯夹层结构的刚度和强度 , 近年来国外学者提出了一些对复合材料夹层结构进行 Z 向增强的概念和技术，并结合低成本成形新工艺，使复合材料夹层结构的力学性能和损伤容限有了显著的提高。
检测到的相关现有专利文献有：
CN201710884624.8，一种含Z-pin的结构件及其制备方法，通过将Z-pin植入泡沫载体中制成Z-pin的泡沫预制体，然后再将Z-pin的泡沫预制体中的Z-pin植入腹板的预浸料和蒙皮的预浸料中，最后加热固化得到含Z-pin的结构件。
CN201510012321.8，四棱锥树脂基点阵夹芯泡沫复合材料平板，所述平板包括上面板、下面板、点阵芯子和泡沫材料板，所述上面板、下面板和泡沫材料板均为长方形板，泡沫材料板水平设置，点阵芯子插装在泡沫材料板上，且上面板铺设在泡沫材料板的上端面上，下面板铺设在泡沫材料板的下端面上。
CN201710442270.1，首先制备碳纤维增强树脂基复合材料层合板预制体；再采用拉挤成型工艺制备碳纤维Z-pin构件；使用钢针在碳纤维增强树脂基复合材料层合板预制体上制备预制孔洞；将碳纤维Z-pin构件植入到预制孔洞中；对预制体外的碳纤维Z-pin构件进行修整。
如何通过Z-PIN技术使得蜂窝夹芯板蒙皮力学性能更均匀，进而提高夹芯板的整体力学性能，现有技术并未涉及。这也正是本发明的研究目的。
发明内容
本发明提供的Z-PIN增强蜂窝夹芯板及其成型工艺，不仅对蒙皮进行了增加加强，而且对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固，提高泡沫夹芯的抗压性能，蒙皮固化时泡沫夹芯可承受更大的固化压力，提高蒙皮的固化效果，使蒙皮力学性能更均匀，蜂窝夹芯板上下蒙皮的力学性能一致，又将蒙皮与蜂窝芯进行加固连接，增强蒙皮与蜂窝芯的连接性能，提高蜂窝夹芯板的整体结构强度和力学性能，并保证Z-PIN针的植入深度，提高Z-PIN针的植入有效性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
Z-PIN增强蜂窝夹芯板，包括填充有泡沫的蜂窝芯和固化粘结在蜂窝芯上表面和下表面的蒙皮，其特征在于所述的蒙皮中植入Z-PIN针，所述的Z-PIN针贯穿蒙皮插入至蜂窝芯的泡沫中。
优选的，所述的Z-PIN针呈阵列均匀分布，相邻的Z-PIN针间距3~5mm，Z-PIN针插入到蜂窝芯中的深入不小于3mm。
优选的，所述的Z-PIN针与蒙皮均为纤维复合材质，且Z-PIN针为通过拉挤成型工艺制成的纤维复合微细杆。
以上所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于首先制备蜂窝芯，然后在蜂窝芯的上表面和下表面形成蒙皮，并在形成蒙皮的过程中植入Z-PIN针。
优选的， “在蜂窝芯的上表面和下表面形成蒙皮，并在形成蒙皮的过程中植入Z-PIN针”具体包括以下步骤：
S1：将纤维布叠层覆盖在蜂窝芯的上表面及下表面，将Z-PIN针植入到纤维布叠层中，并贯穿纤维布叠层插入蜂窝芯泡沫中；
S2：然后用树脂基体浸润纤维布叠层，并固化成型，形成蒙皮；
S3：固化后对蒙皮进行表面处理。
优选的，所述的步骤S1具体指：
第一步，根据蒙皮厚度需求，将纤维布叠层覆盖在蜂窝芯上表面；
第二步，根据Z-PIN针植入蒙皮中的排布密度要求，选择带有Z-PIN针且Z-PIN针的排布密度相对应的Z-PIN泡沫预制体，并置于纤维布叠层上；
第三步，采用超声值入枪将Z-PIN泡沫预制体中的Z-PIN针植入纤维布叠层并插入蜂窝芯泡沫中，之后将Z-PIN泡沫预制体中的泡沫载体压溃去除，并且在纤维布叠层表面包覆脱模布；
第四步，将蜂窝芯翻转，使蜂窝芯的下表面翻转为上表面，并重复第一步到第三步。
优选的，所述的纤维布叠层的层数为3~6层，纤维布的密度为300~500g/m2，纤维布的材质为玻纤。
优选的，所述的步骤S2具体是指：首先，将用真空密封袋将纤维布叠层的四周密封包覆；然后，抽入树脂基体将维纤布叠层充分浸润；最后，固化成型，固化后去除真空密封袋，即形成蒙皮。
优选的，固化的温度为室温，固化的时间为24小时。
优选的，Z-PIN针为玻纤拉挤成型的玻纤复合微细杆。
发明的有益效果是：
1.本发明的Z-PIN增强蜂窝夹芯板中Z-PIN针植入到蒙皮和蜂窝芯的泡沫中，不仅对蒙皮进行了增加加强，而且对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固，提高泡沫夹芯的抗压性能，蒙皮固化时泡沫夹芯可承受更大的固化压力，提高蒙皮的固化效果，使蒙皮力学性能更均匀，蜂窝夹芯板上下蒙皮的力学性能一致，又将蒙皮与蜂窝芯进行加固连接，增强蒙皮与蜂窝芯的连接性能，提高蜂窝夹芯板的整体结构强度和力学性能。
2.本发明的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺在形成蒙皮的过程中植入Z-PIN针，保证Z-PIN针被有效固化在蒙皮中， Z-PIN针在蒙皮处于纤维布叠层的初始状态即植入，可有效减少植入阻力，确保Z-PIN针贯穿纤维布叠层伸入至蜂窝芯的泡沫中，并保证Z-PIN针的植入深度，提高Z-PIN针的植入有效性。
3.Z-PIN针与蒙皮均为纤维复合材质，Z-PIN针与蒙皮在固化成型过程中的粘接力更高，粘接效果更好，形成带Z-PIN针的蒙皮的结构强度更好。
4.Z-PIN针在蒙皮处于纤维布叠层的初始状态即植入，方便Z-PIN针植入后去除用于排布Z-PIN针的泡沫预制体，之后通过密封袋密封包覆纤维布叠层，抽入树脂基本浸润纤维布叠层，Z-PIN针与纤维布叠层同步被树脂浸润，浸润更充分，固化后的粘合力度分布更均匀， Z-PIN针与蒙皮的结构强度更好，而且用Z-PIN针对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固，可在增加固化压力提前下，采用常温固化，对泡沫夹芯耐温性能要求更低，避免泡沫夹芯因高温固化而损伤。
附图说明
图1为具体实施方式中Z-PIN增强蜂窝夹芯板的剖视图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的实施例做详细说明。
Z-PIN增强蜂窝夹芯板，包括填充有泡沫的蜂窝芯1和固化粘结在蜂窝芯1上表面和下表面的蒙皮2，其特征在于所述的蒙皮2中植入Z-PIN针3，所述的Z-PIN针3贯穿蒙皮2插入至蜂窝芯1的泡沫中。
如图所示的Z-PIN增强蜂窝夹芯板中Z-PIN针3植入到蒙皮2和蜂窝芯1的泡沫中，不仅对蒙皮2进行了增加加强，而且对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固，提高泡沫夹芯的抗压性能，蒙皮固化时泡沫夹芯可承受更大的固化压力，提高蒙皮的固化效果，使蒙皮力学性能更均匀，蜂窝夹芯板上下蒙皮的力学性能一致，又将蒙皮与蜂窝芯进行加固连接，增强蒙皮与蜂窝芯的连接性能，提高蜂窝夹芯板的整体结构强度和力学性能。
其中，所述的Z-PIN针3呈阵列均匀分布，相邻的Z-PIN针3间距3~5mm，Z-PIN针3插入到蜂窝芯1中的深入不小于3mm。Z-PIN针3的排布密度和植入深度即可保证蒙皮2与蜂窝芯1中的泡沫加固连接的有效性，又可保证对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固的有效性。
其中，所述的Z-PIN针3与蒙皮2均为纤维复合材质，且Z-PIN针3为通过拉挤成型工艺制成的纤维复合微细杆。Z-PIN针与蒙皮在固化成型过程中的粘接力更高，粘接效果更好，形成带Z-PIN针的蒙皮的结构强度更好。
本发明还保护以上所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于首先制备蜂窝芯1，然后在蜂窝芯1的上表面和下表面形成蒙皮2，并在形成蒙皮2的过程中植入Z-PIN针3，保证Z-PIN针被有效固化在蒙皮中，提高蒙皮2与蜂窝芯1的连接强度，以及蒙皮2的结构强度。
其中，“在蜂窝芯1的上表面和下表面形成蒙皮2，并在形成蒙皮2的过程中植入Z-PIN针3”具体包括以下步骤：
S1：将纤维布叠层覆盖在蜂窝芯1的上表面及下表面，将Z-PIN针3植入到纤维布叠层中，并贯穿纤维布叠层插入蜂窝芯1泡沫中；
S2： 然后用树脂基体浸润纤维布叠层，并固化成型，形成蒙皮2；
S3：固化后对蒙皮进行表面处理。
Z-PIN针3在蒙皮2处于纤维布叠层的初始状态即植入，可有效减少植入阻力，确保Z-PIN针贯穿纤维布叠层伸入至蜂窝芯的泡沫中，并保证Z-PIN针的植入深度，提高Z-PIN针的植入有效性，而且也方便Z-PIN针植入后去除用于排布Z-PIN针的泡沫预制体。
其中，所述的步骤S1具体指：
第一步，根据蒙皮厚度需求，将纤维布叠层覆盖在蜂窝芯1上表面；
第二步，根据Z-PIN针3植入蒙皮中的排布密度要求，选择带有Z-PIN针3且Z-PIN针3的排布密度相对应的Z-PIN泡沫预制体，并置于纤维布叠层上；
第三步，采用超声值入枪将Z-PIN泡沫预制体中的Z-PIN针3植入纤维布叠层并插入蜂窝芯1泡沫中，之后将Z-PIN泡沫预制体中的泡沫载体压溃去除，并且在纤维布叠层表面包覆脱模布；
第四步，将蜂窝芯1翻转，使蜂窝芯1的下表面翻转为上表面，并重复第一步到第三步。
将蜂窝芯1需要覆盖蒙皮2的表面依次铺设纤维布叠层，并在纤维布叠层中植入Z-PIN针3，便于上下两层蒙皮2一同固化成型，保证上下表面的蒙皮力学性能一致。
其中，所述的纤维布叠层的层数为3~6层，纤维布的密度为300~500g/m2，纤维布的材质为玻纤。纤维布的密度和厚度设计即保证固化形成蒙皮后，蒙皮的厚度满足使用需注，也保证在Z-PIN针3在植入过程中可有效克报纤维布叠层阻力，插入至蜂窝芯1的泡沫中，使Z-PIN针3的植入深度符合要求。
其中，所述的步骤S2具体是指：首先，将用真空密封袋将纤维布叠层的四周密封包覆；然后，抽入树脂基体将维纤布叠层充分浸润；最后，固化成型，固化后去除真空密封袋，即形成蒙皮2。通过密封袋密封包覆纤维布叠层，抽入树脂基本浸润纤维布叠层，Z-PIN针3与纤维布叠层同步被树脂浸润，浸润更充分，固化后的粘合力度分布更均匀， Z-PIN针3与蒙皮2的结构强度更好，
其中，固化的温度为室温，固化的时间为24小时。用Z-PIN针对蜂窝芯的泡沫表面进行增强加固，可在增加固化压力提前下，采用常温固化，对泡沫夹芯耐温性能要求更低，避免泡沫夹芯因高温固化而损伤。
其中，Z-PIN针3为玻纤拉挤成型的玻纤复合微细杆。Z-PIN针3与蒙皮2均为玻纤复合材质，强度高，固化性能同样更易固化结合成一体，蒙皮的结构强度更高。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.Z-PIN增强蜂窝夹芯板，包括填充有泡沫的蜂窝芯（1）和固化粘结在蜂窝芯（1）上表面和下表面的蒙皮（2），其特征在于所述的蒙皮（2）中植入Z-PIN针（3），所述的Z-PIN针（3）贯穿蒙皮（2）插入至蜂窝芯（1）的泡沫中。
2.根据权利要求1所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板，其特征在于所述的Z-PIN针（3）呈阵列均匀分布，相邻的Z-PIN针（3）间距3~5mm，Z-PIN针（3）插入到蜂窝芯（1）中的深入不小于3mm。
3.根据权利要求1所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板，其特征在于所述的Z-PIN针（3）与蒙皮（2）均为纤维复合材质，且Z-PIN针（3）为通过拉挤成型工艺制成的纤维复合微细杆。
4.权利要求1至3任一项所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于首先制备蜂窝芯（1），然后在蜂窝芯（1）的上表面和下表面形成蒙皮（2），并在形成蒙皮（2）的过程中植入Z-PIN针（3）。
5.根据权利要求4所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于“在蜂窝芯（1）的上表面和下表面形成蒙皮（2），并在形成蒙皮（2）的过程中植入Z-PIN针（3）”具体包括以下步骤：
S1：将纤维布叠层覆盖在蜂窝芯（1）的上表面及下表面，将Z-PIN针（3）植入到纤维布叠层中，并贯穿纤维布叠层插入蜂窝芯（1）泡沫中；
S2： 然后用树脂基体浸润纤维布叠层，并固化成型，形成蒙皮（2）；
S3：固化后对蒙皮（2）进行表面处理。
6.根据权利要求4所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于所述的步骤S1具体指：
第一步，根据蒙皮厚度需求，将纤维布叠层覆盖在蜂窝芯（1）上表面；
第二步，根据Z-PIN针（3）植入蒙皮中的排布密度要求，选择带有Z-PIN针（3）且Z-PIN针（3）的排布密度相对应的Z-PIN泡沫预制体，并置于纤维布叠层上；
第三步，采用超声值入枪将Z-PIN泡沫预制体中的Z-PIN针（3）植入纤维布叠层并插入蜂窝芯（1）泡沫中，之后将Z-PIN泡沫预制体中的泡沫载体压溃去除，并且在纤维布叠层表面包覆脱模布；
第四步，将蜂窝芯（1）翻转，使蜂窝芯（1）的下表面翻转为上表面，并重复第一步到第三步。
7.根据权利要求5所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于所述的纤维布叠层的层数为3~6层，纤维布的密度为300~500g/m2，纤维布的材质为玻纤。
8.根据权利要求5所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于所述的步骤S2具体是指：
首先，将用真空密封袋将纤维布叠层的四周密封包覆；然后，抽入树脂基体将维纤布叠层充分浸润；最后，固化成型，固化后去除真空密封袋，即形成蒙皮（2）。
9.根据权利要求7所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于固化的温度为室温，固化的时间为24小时。
10.根据权利要求6所述的Z-PIN增强蜂窝夹芯板的成型工艺，其特征在于Z-PIN针（3）为玻纤拉挤成型的玻纤复合微细杆。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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