[发明专利]热塑性Z-pin增强复合材料的销钉结构的制造方法

说明书

本发明公开了一种热塑性Z‑pin增强复合材料的销钉结构及其制造方法，包括热塑性复合材料构件一、热塑性复合材料构件二和Z‑pin，所述热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二相互连接且连接处设有孔洞，所述孔洞贯穿热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二，所述Z‑pin用于植入孔洞内从而提高热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二之间的连接强度，所述Z‑pin的两端为销钉形状；本发明在不损害或极少损害待连接构件中纤维的前提下，用植入Z‑pin的方法连接热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二，并将Z‑pin两端处理成销钉形状，有效提高连接强度。

技术领域

本发明涉及复合材料增强技术领域，具体涉及一种热塑性Z-pin增强复合材料的销钉结构及其制造方法。

背景技术

热塑性材料用作纤维增强复合材料的基体材料已稳步发展，尤其是在汽车和航天航空应用领域中，主要是因为热塑性材料可循环利用，并且能够被快速加工。它们具有优于热固性树脂的断裂韧性，还能采用焊接技术，易于连接。热塑性材料不同于热固性树脂，它可存放较长时期，并且不减损任何性能。

在汽车行业中，为了满足低成本，高效率的批量生产，采用化整为零的方法，提出“部件生产—连接”的生产模式。

目前，超声波焊接是热塑性制件的最佳焊接方法之一，是采用低振幅、高频率振动能量使表面的分子摩擦产生焊接所需要的热量。超声波一般用于小部件的焊接，对于大面积和特殊形状的焊接则不适用。焊接接头也必须经过专门设计，以便将振动能量集中到熔化点，通用性较差。超声波对复合材料的破坏，尤其是对接头处的纤维排列破坏较大。

而目前Z-pin三维增强技术借鉴了不连续缝合方法，将Z-pin以一定的角度和分布密度植入到复合材料层合板坯材中。该项技术将层合板中铺层与铺层结合成整体，有效提高层间强度和层间断裂韧性，具有可设计性强、操作简单、减重性好、对纤维损伤小等优点，适用于预浸料工艺和局部增强。

Z-pin是纤维与树脂复合后，经拉挤工艺制成的针状细杆，Z-pin三维增强技术目前主要应用于热固性复合材料。Z-pin的植入方法主要为超声波震动植入，这样的植入方法会一定程度的损伤Z-pin的力学性能，且这种植入方法不适用于热塑性复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种热塑性Z-pin增强复合材料的销钉结构及其制造方法，本热塑性Z-pin增强复合材料的销钉结构及其制造方法在不损害或极少损害待连接构件中纤维的前提下，用植入Z-pin的方法连接两个构件，并将Z-pin两端处理成销钉形状，有效提高连接强度。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种热塑性Z-pin增强复合材料的销钉结构，包括热塑性复合材料构件一、热塑性复合材料构件二和Z-pin，所述热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二相互连接且连接处设有孔洞，所述孔洞贯穿热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二，所述Z-pin用于植入孔洞内从而提高热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二之间的连接强度，所述Z-pin的两端为销钉形状。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述Z-pin植入孔洞内的方向垂直于热塑性复合材料构件一和热塑性复合材料构件二的纤维方向。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述热塑性复合材料构件一、热塑性复合材料构件二和Z-pin的材质相同。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述销钉形状包括圆帽型或沉头型。

为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：

一种热塑性Z-pin增强复合材料的销钉结构的制造方法，包括以下步骤：