Z-pin增强复合材料结构件的成型方法与流程

本发明涉及复合材料技术领域，具体的，涉及一种z-pin增强复合材料结构件的成型方法。

背景技术：

复合材料加筋板结构由于具有良好的承载能力，被广泛应用。但是，在实际应用过程中，由于筋条与蒙皮间的界面连接强度远远低于复合材料的强度，因此筋条与蒙皮的连接界面很容易失效脱落。

为解决此问题，目前的解决办法之一是采用缝合技术。缝合技术又称为缝纫技术或者穿刺技术，它是采用缝合线使二维织物构成三维织物或使分离的数块织物连接成整体结构的技术。但是多年来的实践经验发现，复合材料结构件采用缝合技术在缝合过程中，针头会来回摆动，使复合材料的连续纤维产生损伤破坏，使得层合板的力学性能等有所下降。并且如果缝合技术是在湿热环境中应用，周围的水分子会沿着缝合线渗入到结构件内部，使结构件可能过早失效。这不仅减少了结构件寿命，还带来了巨大的损失。目前，特别是大型飞机结构件的预浸料不能直接进行缝合。缝合技术使用受到多方面的限制。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种z-pin增强复合材料结构件的成型方法，以提高复合材料结构筋条和蒙皮连接界面的结构强度，延长复合材料结构件寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种z-pin增强复合材料结构件的成型方法。

一种z-pin增强复合材料结构件的成型方法，包括：步骤一：制备z-pin，并将制成的z-pin植入到预先准备的泡沫载体中以制成含有z-pin的泡沫预制体；步骤二：利用植入枪将泡沫预制体中的z-pin植入到筋条与蒙皮中，以使筋条与蒙皮连接从而形成复合材料结构件；以及步骤三：将复合材料结构件进行固化，以制成z-pin增强复合材料结构件。

根据本发明的一个实施例，在步骤一中，还包括：通过拉挤工艺制备z-pin。

根据本发明的一个实施例，在步骤一中，还包括：将筋条和蒙皮分别铺设在成型模具上。

根据本发明的一个实施例，在步骤二中，还包括：将泡沫载体以及未植入筋条或蒙皮的z-pin清除。

根据本发明的一个实施例，在步骤二中，z-pin垂直于筋条与蒙皮植入。

根据本发明的一个实施例，在步骤二中，z-pin贯穿筋条与蒙皮。

根据本发明的一个实施例，在步骤一中，还包括：利用超声植入枪进行步骤一中的植入操作。

根据本发明的一个实施例，在步骤二中，还包括：利用超声植入枪进行步骤二中的植入操作。

根据本发明的一个实施例，在步骤三中，复合材料结构件放入热压罐中，进行加热加压以进行固化成型处理。

根据本发明的一个实施例，在步骤三中，复合材料结构件先装入密封袋，再进行固化成型处理。

本发明的有益技术效果在于：

将z-pin植入到筋条与蒙皮中，减少了对蒙皮和筋条的损伤和破坏。经过固化之后，增强了蒙皮和筋条连接界面的结构强度，延长了复合材料结构件寿命。

附图说明

图1是本发明的z-pin增强复合材料结构件的成型方法的实施例的流程示意图；

图2是筋条和蒙皮未植入z-pin时的实施例示意图；

图3是将z-pin植入筋条和蒙皮的实施例的示意图；

图4是z-pin增强复合材料结构件的示意图。

具体实施方式

现参照附图对本发明进行描述，应当理解的是，本发明以下说明书中所述实施方式以及附图中所示实施例均是示例性的，并不对本发明构成任何限定。

如图1所示，在一个实施例中，z-pin增强复合材料结构件的成型方法包括以下步骤。

步骤一：制备z-pin4，并将制成的z-pin4植入到预先准备的泡沫载体3中以制成含有z-pin4的泡沫预制体。

在本实施例中，泡沫载体3主要是在z-pin4植入过程中起到导向作用，因此可以选择具有一定硬度的泡沫材料。而且泡沫载体3可以是1层，也可以是1层以上，可以根据生产成本和工艺要求等进行优化设计。

步骤二：利用植入枪将泡沫预制体中的z-pin4植入到筋条1与蒙皮2中，以使筋条1与蒙皮2连接从而形成复合材料结构件。

具体的，如图3所示，先将泡沫预制体设置在正对筋条1和蒙皮2的位置，然后通过植入枪将泡沫预制体中的z-pin4植入到筋条1与蒙皮2中。当然，泡沫预制体可以设置在筋条1上，也可以设置在蒙皮2上。z-pin4使筋条1与蒙皮2牢固连接，复合材料结构件得以形成。

步骤三：将所述复合材料结构件进行固化，以制成z-pin增强复合材料结构件。

在本实施例中，将所述复合材料结构件进行固化，从而增强筋条1与蒙皮2连接界面的结构强度，使最终制得的z-pin增强复合材料结构件性能更好。

在一个实施例中，步骤一还包括：通过拉挤工艺制备z-pin4。z-pin4的截面可以是多种多样的，例如是圆形，多边形或者是半圆形。当然，拉挤制成的z-pin4的一端可以设置成比较尖锐的形状，类似于针头，可以使z-pin4植入的阻力减小。

在一个实施例中，步骤一还包括：将筋条1和蒙皮2分别铺设在成型模具上。如图2所示，铺设好后，筋条1的接头与蒙皮2表面接触。当然，为了防止筋条1和蒙皮2之间发生相对滑动，可以在筋条1和蒙皮2连接界面之间涂一些胶水进行固定。另外，筋条1的形状不设限定的，可以是t型筋条，可以是l型筋条，也可以是帽型筋条。

在一个实施例中，步骤二还包括：将泡沫载体3以及未植入筋条1或蒙皮2的z-pin4清除。在本实施例中，由于考虑到方便进行植入操作，z-pin4的长度要大于或等于筋条1和蒙皮2连接部位的厚度。所以，在z-pin4植入筋条1和蒙皮2之后，会有部分z-pin4未植入筋条1和蒙皮2。为保持筋条1和蒙皮2表面的平整，需要将未植入筋条1或蒙皮2的部分清除掉。另外，为了不影响方便步骤三中的固化处理，也应该将泡沫载体3清除。

在一个实施例中，z-pin4垂直于筋条1与蒙皮2植入。在本实施例中，z-pin4垂直于筋条1与蒙皮2植入能够减少中植入过程中对筋条1和蒙皮2的损伤，最大程度的保留筋条1和蒙皮2的性能。

在一个实施例中，z-pin4贯穿筋条1与蒙皮2。在本实施例中，为了增加z-pin4与筋条1和蒙皮2的连接面积，最大化z-pin4植入后的强化效果，z-pin4贯穿筋条1与蒙皮2。

在一个实施例中，步骤一还包括：利用超声植入枪进行步骤一中的植入操作。在本实施例中，采用超声植入枪将z-pin4植入到泡沫载体3中，提高植入的速度和植入角度的准确率。

在一个实施例中，步骤二还包括：利用超声植入枪进行步骤二中的植入操作。在本实施例中，采用超声植入枪将z-pin4植入到筋条1和蒙皮2中，会提高植入的速度和植入角度的准确率。

在一个实施例中，复合材料结构件放入热压罐中，进行加热加压以进行固化成型处理。在本实施例中，将复合材料结构件放入热压罐中进行加热加压，使z-pin4增强了筋条1和蒙皮2连接界面的结构强度，从而提升复合材料结构件的性能。

在一个实施例中，在进行步骤三中的固化操作之前，复合材料结构件需要先装入密封袋中，再进行固化成型处理。

在又一个实施例中，以t型筋条为例，以下是本成型方法的实施例的详细说明。

步骤一：通过拉挤工艺制造制造z-pin4；并将制成的z-pin4植入到预先准备的泡沫载体3中，制成含有z-pin4的泡沫预制体。

步骤二：如图2所示，在成型模具上按照t型接头形式分别铺设筋条1和蒙皮2，筋条1的接头与蒙皮2接触；然后如图3所示，把泡沫预制体设置在正对筋条1与蒙皮2的位置；然后利用超声植入枪，把泡沫预制体中的z-pin4植入到筋条1和蒙皮2中；然后将泡沫预制体和未植入的z-pin4清除，形成复合材料结构件。

步骤三：将复合材料结构件装入密封袋，然后放入加热罐中，加热加压固化，形成如图4所示的z-pin4增强复合材料构件。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。