熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構的制造方法技術

本發明專利技術公開了一種熱塑性Z?pin增強復合材料的銷釘結構及其制造方法，包括熱塑性復合材料構件一、熱塑性復合材料構件二和Z?pin，所述熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二相互連接且連接處設有孔洞，所述孔洞貫穿熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二，所述Z?pin用于植入孔洞內從而提高熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二之間的連接強度，所述Z?pin的兩端為銷釘形狀；本發明專利技術在不損害或極少損害待連接構件中纖維的前提下，用植入Z?pin的方法連接熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二，并將Z?pin兩端處理成銷釘形狀，有效提高連接強度。

Thermoplastic Z enhanced pin pin structure composite material and manufacturing method thereof

The invention discloses a thermoplastic Z enhanced pin pin structure composite material and manufacturing method thereof, comprising a thermoplastic composite component, a thermoplastic composite component two and Z pin, the thermoplastic composite component and a thermoplastic composite member two are connected with each other and the connection is provided with a hole, the hole through the thermoplastic composite component and a thermoplastic composite member two, the Z pin for implantation holes so as to improve the bonding strength of thermoplastic composite component and a thermoplastic composite material member two, both ends of the Z pin for pin shape; the invention does not damage or damage to the connecting member in the premise of little fiber, with implantation of Z pin connection thermoplastic composite component and a thermoplastic composite member two, and the Z pin ends into pin Shape to effectively improve connection strength.

【技術實現步驟摘要】
熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構及其制造方法
本專利技術涉及復合材料增強
，具體涉及一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構及其制造方法。
技術介紹
熱塑性材料用作纖維增強復合材料的基體材料已穩步發展，尤其是在汽車和航天航空應用領域中，主要是因為熱塑性材料可循環利用，并且能夠被快速加工。它們具有優于熱固性樹脂的斷裂韌性，還能采用焊接技術，易于連接。熱塑性材料不同于熱固性樹脂，它可存放較長時期，并且不減損任何性能。在汽車行業中，為了滿足低成本，高效率的批量生產，采用化整為零的方法，提出“部件生產—連接”的生產模式。目前，超聲波焊接是熱塑性制件的最佳焊接方法之一，是采用低振幅、高頻率振動能量使表面的分子摩擦產生焊接所需要的熱量。超聲波一般用于小部件的焊接，對于大面積和特殊形狀的焊接則不適用。焊接接頭也必須經過專門設計，以便將振動能量集中到熔化點，通用性較差。超聲波對復合材料的破壞，尤其是對接頭處的纖維排列破壞較大。而目前Z-pin三維增強技術借鑒了不連續縫合方法，將Z-pin以一定的角度和分布密度植入到復合材料層合板坯材中。該項技術將層合板中鋪層與鋪層結合成整體，有效提高層間強度和層間斷裂韌性，具有可設計性強、操作簡單、減重性好、對纖維損傷小等優點，適用于預浸料工藝和局部增強。Z-pin是纖維與樹脂復合后，經拉擠工藝制成的針狀細桿，Z-pin三維增強技術目前主要應用于熱固性復合材料。Z-pin的植入方法主要為超聲波震動植入，這樣的植入方法會一定程度的損傷Z-pin的力學性能，且這種植入方法不適用于熱塑性復合材料。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構及其制造方法，本熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構及其制造方法在不損害或極少損害待連接構件中纖維的前提下，用植入Z-pin的方法連接兩個構件，并將Z-pin兩端處理成銷釘形狀，有效提高連接強度。為實現上述技術目的，本專利技術采取的技術方案為：一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構，包括熱塑性復合材料構件一、熱塑性復合材料構件二和Z-pin，所述熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二相互連接且連接處設有孔洞，所述孔洞貫穿熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二，所述Z-pin用于植入孔洞內從而提高熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二之間的連接強度，所述Z-pin的兩端為銷釘形狀。作為本專利技術進一步改進的技術方案，所述Z-pin植入孔洞內的方向垂直于熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二的纖維方向。作為本專利技術進一步改進的技術方案，所述熱塑性復合材料構件一、熱塑性復合材料構件二和Z-pin的材質相同。作為本專利技術進一步改進的技術方案，所述銷釘形狀包括圓帽型或沉頭型。為實現上述技術目的，本專利技術采取的另一個技術方案為：一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構的制造方法，包括以下步驟：步驟1：通過拉擠設備制備Z-pin，根據Z-pin的直徑選擇打孔裝置中打孔鉆頭的直徑，所述打孔裝置包括依次連接的打孔鉆頭、孔洞端頭形狀控制配件和加熱裝置；步驟2：將熱塑性復合材料構件一放置在熱塑性復合材料構件二的上面，使用固定裝置將熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二進行固定，所述固定裝置對熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二具有上下加壓的作用。步驟3：確定Z-pin植入的位置，即確定熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二需要的打孔位置，標記打孔位置；步驟4：將打孔裝置的打孔鉆頭對準標記的打孔位置，加熱裝置將熱量通過打孔鉆頭對打孔位置進行局部熱傳遞，將打孔鉆頭從熱塑性復合材料構件一向熱塑性復合材料構件二移動從而在在熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二的連接處形成一孔洞；步驟5：拆除打孔裝置，把拉擠好的Z-pin植入孔洞內；步驟6：將植入的Z-pin的兩端處理成銷釘形狀；步驟7：冷卻固化，拆除固定裝置。作為本專利技術進一步改進的技術方案，所述的步驟4還包括：打孔鉆頭連接的孔洞端頭形狀控制配件從孔洞的上端口向下移動從而在孔洞的上端口形成與孔洞端頭形狀控制配件相同的形狀，孔洞端頭形狀控制配件再從孔洞的下端口向上移動從而在孔洞的下端口形成與孔洞端頭形狀控制配件相同的形狀。作為本專利技術進一步改進的技術方案，所述打孔裝置的孔洞端頭形狀控制配件活動連接在所述打孔鉆頭和加熱裝置之間。作為本專利技術進一步改進的技術方案，所述步驟6中Z-pin兩端的處理方式為熱處理。本專利技術提供一種采用“打孔-植入Z-pin”的工藝實現熱塑性復合材料構件的連接，并將植入Z-pin的兩端處理成銷釘的結構，與現有的超聲波震動植入的Z-pin的方法相比，不會損傷Z-pin的力學性能；本專利技術的打孔過程，因打孔處的熱塑性復合材料構件一或熱塑性復合材料構件二內的樹脂因溫度的升高而變得有流動性，對該處的纖維束縛力變小，所以熱塑性復合材料構件一或熱塑性復合材料構件二中的纖維會隨著打孔裝置的進入而向兩邊移動，并不會斷裂；本專利技術改善了超聲波焊接通用性較差，超聲波對復合材料的破壞，尤其是對接頭處的纖維排列破壞較大的缺點，以及現有的一些連接方式的不足，在不損害或極少損害待連接構件中纖維的前提下，用植入Z-pin的方法連接熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二，并將Z-pin兩端處理成銷釘形狀，有效提高連接強度；本專利技術在處理Z-pin端部時，熱塑性復合材料構件一或熱塑性復合材料構件二的連接處上下表面處于被擠壓的狀態，因此Z-pin端部處理好后，會存在預應力的作用，一定程度上提高了連接強度。附圖說明圖1為本專利技術打孔裝置的結構示意圖。圖2為本專利技術完成打孔后，打孔裝置停留在熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二中的結構示意圖。圖3為本專利技術Z-pin植入孔洞中的結構示意圖。圖4為本專利技術第一實施例的Z-pin端頭形狀示意圖。圖5為本專利技術第二實施例的Z-pin端頭形狀示意圖。具體實施方式下面根據圖1至圖4對本專利技術的具體實施方式作出進一步說明：第一實施例：參見圖3和圖4，一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構，包括熱塑性復合材料構件一4、熱塑性復合材料構件二5和Z-pin7，所述熱塑性復合材料構件一4和熱塑性復合材料構件二5相互連接且連接處設有孔洞，所述孔洞貫穿熱塑性復合材料構件一4和熱塑性復合材料構件二5，所述Z-pin7用于植入孔洞內從而提高熱塑性復合材料構件一4和熱塑性復合材料構件二5之間的連接強度，所述Z-pin7的兩端為圓帽型形狀8。本實施例中，所述Z-pin7植入孔洞內的方向垂直于熱塑性復合材料構件一4和熱塑性復合材料構件二5的纖維方向。本實施例中，所述熱塑性復合材料構件一4、熱塑性復合材料構件二5和Z-pin7的材質相同。一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構的制造方法，包括以下步驟：步驟1：通過拉擠設備制備Z-pin7，根據Z-pin7的直徑選擇打孔裝置中打孔鉆頭1的直徑，參見圖1，所述打孔裝置包括依次連接的打孔鉆頭1、孔洞端頭形狀控制配件2和加熱裝置3；步驟2：參見圖2，將熱塑性復合材料構件一4放置在熱塑性復合材料構件二5的上面，使用固定裝置6將熱塑性復合材料構件一4和熱塑性復合材料構件二5進行固定，所述固定裝置6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱塑性Z?pin增強復合材料的銷釘結構，其特征在于：包括熱塑性復合材料構件一、熱塑性復合材料構件二和Z?pin，所述熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二相互連接且連接處設有孔洞，所述孔洞貫穿熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二，所述Z?pin用于植入孔洞內從而提高熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二之間的連接強度，所述Z?pin的兩端為銷釘形狀。

【技術特征摘要】
1.一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構，其特征在于：包括熱塑性復合材料構件一、熱塑性復合材料構件二和Z-pin，所述熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二相互連接且連接處設有孔洞，所述孔洞貫穿熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二，所述Z-pin用于植入孔洞內從而提高熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二之間的連接強度，所述Z-pin的兩端為銷釘形狀。2.根據權利要求1所述的熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構，其特征在于：所述Z-pin植入孔洞內的方向垂直于熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二的纖維方向。3.根據權利要求2所述的熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構，其特征在于：所述熱塑性復合材料構件一、熱塑性復合材料構件二和Z-pin的材質相同。4.根據權利要求2所述的熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構，其特征在于：所述銷釘形狀包括圓帽型或沉頭型。5.一種熱塑性Z-pin增強復合材料的銷釘結構的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：通過拉擠設備制備Z-pin，根據Z-pin的直徑選擇打孔裝置中打孔鉆頭的直徑，所述打孔裝置包括依次連接的打孔鉆頭、孔洞端頭形狀控制配件和加熱裝置；步驟2：將熱塑性復合材料構件一放置在熱塑性復合材料構件二的上面，使用固定裝置將熱塑性復合材料構件一和熱塑性復合材料構件二進行固定...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李勇，還大軍，肖軍，張向陽，李麗莎，齊俊偉，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32