[发明专利]一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法

说明书

本发明公开了一种降低Z‑pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，该方法包括如下步骤：步骤一、制备复合材料层合板构件，在所述复合材料层合板构件上选出待加强区域，并在所述待加强区域内确定出待加强植入点；步骤二、由Z‑pin纤维束制备细小直径Z‑pin11；步骤三、将所述步骤二中的所述细小直径Z‑pin11裁剪成多个一定长度的细小直径Z‑pin11，将细小直径Z‑pin11分别由所述待加强植入点垂直植入所述复合材料层合板构件内，得到增强强度后的复合材料层合板构件；其中，Z‑pin的长度为待加强植入点的厚度减去所述复合材料层合板构件的固化收缩量。解决了如何降低Z‑pin增强复合材料层合板面内损伤的问题。

技术领域

本发明属于复合材料Z-pin增强技术领域，具体涉及一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法。

背景技术

由于复合材料层合板的厚度方向(Z向)缺乏增强纤维，当复合材料层合板厚度方向存在应力时极易发生分层破坏，因此抑制层合板发生分层破坏成为解决限制复合材料层合板构件应用水平进一步提高的重要课题。目前，由缝合技术发展而来的Z-pin层间增强技术是一种工艺简便、成本低廉的层间增强技术，已被广泛用于各类承力结构件的加强，装配结构件之间的可靠连接。Z-pin层间增强技术是在复合材料层合板厚度方向植入细短棒(pin)，利用细短棒的“钉扎”桥联效应来显著提高复合材料层合板的层间断裂韧性、损伤容限和搭接强度。

但采用传统超声辅助植入工艺将Z-pin植入到层合板时，会造成层合板产生更多的初始损伤。MOURITZ(MOURITZ.Review of Z-pinned composite lamintu tes[J].Composites:Part A,2007,38:2383–2397)研究表明，这些损伤主要包括两大类：纤维的稀释(局部区域或者层合板整体纤维体积含量的降低)和纤维的断裂。此外，Z-pin的直径也影响着初始损伤区域的大小，较大直径Z-pin所引入的初始损伤区域更大，这会造成复合材料层合板面内性能的降低。因此，如何降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤成为研究难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，以解决如何降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的问题。

本发明采用以下技术方案：一种降低Z-pin增强复合材料层合板面内损伤的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、制备复合材料层合板构件，在所述复合材料层合板构件上选出待加强区域，并在所述待加强区域内确定出待加强植入点；

步骤二、由Z-pin纤维束制备细小直径Z-pin11；

步骤三、将所述步骤二中的所述细小直径Z-pin11裁剪成多个一定长度的细小直径Z-pin11，将细小直径Z-pin11分别由所述待加强植入点垂直植入所述复合材料层合板构件内，得到增强强度后的复合材料层合板构件；

其中，Z-pin的长度为待加强植入点的厚度减去所述复合材料层合板构件的固化收缩量。

进一步的，步骤一中，确定所述加强植入点的方法具体为：

将所述待加强区域的表面贴上规定网格间距的矩形坐标纸，矩形坐标纸中的交点即为待加强植入点；其中，矩形坐标纸的侧边与复合材料层合板构件对应的同侧边相平行。

进一步的，待加强植入点处的行/列间距为2mm～10mm。

进一步的，步骤二中，细小直径Z-pin的制备方法具体为：

将Z-pin纤维束充分浸润树脂，其中树脂是由纳米材料增韧改性后的环氧树脂，再在成型模具中进行拉挤成形，随后对已经浸润树脂的Z-pin纤维束在固化装置进行半固化，即得未裁剪的Z-pin丝材，随后进行裁剪得到细小直径Z-pin。