[发明专利]预浸料增强杆植入方法、增强复合材料层压板及制作方法

说明书

本发明提供一种上述预浸料增强杆植入方法、增强复合材料层压板及制作方法，使用预穿孔的植入方式，挤开而非打断纤维，有效减轻植入时对纤维的损伤以及对增强杆的刚性的要求；高精度控制增强杆的植入深度和角度的方法，有助实现增强杆不穿透表面层纤维的植入方式，可大大降低增强杆对叠层平板面内性能的损伤，并在提高复材平板抗弯曲分层的能力的同时，有效地降低了对平面内压缩强度的影响，进一步提高复合材料的弯曲强度；该发明能够用于所有容易产生复合材料层间分层的结构，能够帮助改善复合材料抵抗分层扩展的能力，大大节约了设计和制造成本。

技术领域

本发明涉及一种预浸料增强杆植入方法。

本发明还涉及一种增强复合材料层压板及其制作方法。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料层压板，由于在厚度方向无纤维增强，在多次冲击下容易产生层间分层，这使层压板在较低的载荷下容易发生分层失稳和扩展，从而导致结构失效。为了改善层压板的层间性能，研究者开展了大量研究工作，其中穿厚增强(TTR)技术被认为能够有效地提高叠层复合材料抵抗分层扩展的能力。

穿厚增强(TTR)技术包括主要Stitching,Tufting和Z-pin技术，其中Stitching和Tufting技术由于缝线较粗，对预浸料磨损大，故主要用于干纤维织物穿厚增强，而Z-pin技术是唯一适用于预浸料工艺的三维增强技术，非常适合层合预浸料成型工艺，能够有效改善层压板的层间失效现象。

Z-pin增强复合材料层压板的层间性能，主要是通过z-pin与基体间的摩擦和粘接来实现。其具体的工艺过程是预先在预浸件中通过超声锤辅助手段直接嵌入固化好的纤维棒或金属棒，然后再按传统方法对含Z-pin的复合材料固化成型。但由于工业常用的超声锤辅助植入方式易打断叠层内的纤维，使Z-pin劈裂，难以控制植入质量；同时，由于超声锤辅助植入Z-Pin对纤维的损伤，使叠层板的面内强度和弯曲强度降低15-26％，并且Z-Pin直径越大，对面内性能损伤也越大。另外，超声锤辅助植入对Z-Pin的刚度有一定的要求，在高应变率下，刚度高的Z-Pin如常用的碳纤维Z-Pin容易发生脆性断裂，也降低了Z-Pin的增强效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预浸料增强杆植入方法、增强复合材料层压板及制作方法，以解决现有的增强复合材料层压板增强效果低、面内性能损伤大的问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种预浸料增强杆植入方法，包括以下步骤：

S1、将预浸料铺层于加热垫上，所述加热垫对所述预浸料进行加热；

S2、将坐标纸放置于所述预浸料的上表面，所述坐标纸上标记有若干预穿孔位置；

S3、确定一个尚未被穿孔的预穿孔位置，使用预穿孔针从该预穿孔位置插入所述预浸料中至预定深度；

S4、将所述预穿孔针从该预穿孔位置拔出，使所述预浸料上形成预穿孔，再将增强杆插入所述预穿孔中；

S5、判断所有预穿孔位置是否都已插入所述增强杆；若是，则执行步骤S6；若否，则执行步骤S3～S5；

S6、完成所述预浸料的植入。

在本技术方案中，通过挤开纤维的方式可以大幅减轻对纤维的损伤；同时，通过高精度控制增强杆的植入深度和角度，有助实现增强杆不穿透表面层纤维的植入方式，可大大降低增强杆对叠层平板面内性能的损伤，并在提高复材平板抗弯曲分层的能力的同时，有效地降低了对平面内压缩强度的影响，进一步提高了复合材料的弯曲强度。

优选地，所述增强杆由加捻纤维制成。

在本技术方案中，通过纤维加捻可降低增强杆的直径，也可以降低面内性能损失。

优选地，所述增强杆由聚酰亚胺纤维制成。