Z-pin超低温冷冻植入头及其K-cor泡沫夹层结构制备方法

摘要

本发明涉及一种Z-pin超低温冷冻植入头及其K-cor泡沫夹层结构制备方法，涉及纤维复合材料Z-pin增强的新技术，属于纤维复合材料增强技术领域。其特征在于：在超低温条件下将未交联或不完全固化的纤维复合材料Z-pin冷冻，然后将冷冻的纤维复合材料Z-pin植入到泡沫中。该方法解决了未交联或不完全固化纤维复合材料Z-pin在植入过程中刚度不足的问题，保证了纤维复合材料Z-pin的顺利植入，解决了Z-pin在植入过程中植入刚度和后续折弯刚度的矛盾，为新型高性能夹层结构K-cor在航空航天上的应用提供了技术支撑。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种Z-pin超低温冷冻植入头及其K-cor泡沫夹层结构制备方法，涉及纤维复合材料Z-pin增强的新技术，属于纤维复合材料增强技术领域。

背景技术                                                      

K-Cor夹层结构是应用纤维复合材料Z-Pin技术增强的一种新型高性能夹层结构，将不完全固化的纤维复合材料拉挤杆（即Z-pin）以一定角度植入泡沫形成三维桁架芯材结构，纤维复合材料Z-pin超出泡沫表面的部分是不完全固化的，将未交联或不完全固化纤维复合材料Z-Pin两端在热和压力的共同作用下折弯到泡沫表面，靠纤维复合材料Z-pin中未交联或不完全固化的树脂与蒙皮中树脂反应产生的粘结力或者通过胶膜与蒙皮内表面粘结在一起。 纤维复合材料Z-Pin的原始固化度越低，纤维复合材料Z-pin的折弯越容易，对纤维损伤也越小，制造的夹层结构芯材和面板的结合力越高，强度也越高。但这一类纤维复合材料Z-pin的基体未交联或不完全固化，纤维复合材料Z-pin刚度低，无法完成纤维复合材料Z-pin顺利植入到泡沫中。

发明内容

本发明的目的是提供一种Z-pin超低温冷冻植入头及其K-cor泡沫夹层结构制备方法，针对目前植入过程中未交联或不完全固化纤维复合材料Z-pin刚度不足的问题，率先采用未交联或不完全固化纤维复合材料Z-pin超低温冷冻技术，保证了纤维复合材料Z-pin的顺利植入的同时，解决了Z-pin在植入过程中植入刚度和后续折弯刚度的矛盾，从而提高纤维复合材料Z-pin与面板或基体材料的结合强度，发挥纤维复合材料Z-pin的增强效果。

一种Z-pin超低温冷冻植入头，包括Z-pin导向管，切刀，其特征在于：还包括超低温冷却室，上述Z-pin导向管穿过该超低温冷却室。

上述超低温冷却室内充满液氮。液氮是一种有效提供超低温冷却的物质，能够迅速将Z-pin冷冻，提高植入效率。

利用上述Z-pin超低温冷冻植入头的K-cor泡沫夹层结构制备方法，其特征在于包括以下过程：（1）、在纤维复合材料Z-pin的拉挤过程中，通过调节模具温度、烘道温度及拉挤速度，控制Z-pin的固化度低于70%，使其不完全固化；（2）、利用Z-pin超低温冷冻植入头将不完全固化的纤维复合材料Z-pin超低温冷冻后，再植入到泡沫中；（3）、回复到室温的纤维复合材料Z-pin刚度变低，将超出泡沫表面的未交联或不完全固化纤维复合材料Z-pin两端在热和压力共同作用下折弯到泡沫表面，在表面刷胶或者直接与蒙皮一起固化制备K-cor泡沫夹层结构。

本方法中，纤维复合材料Z-pin未交联或不完全固化的树脂在与蒙皮的固化过程中与蒙皮中未固化的树脂反应形成良好的化学结合，提高了Z-pin与蒙皮板的结合力，有效的发挥了Z-pin的增强效果。Z-pin超低温冷冻植入头提供超低温环境将纤维复合材料Z-pin迅速冷冻，保证了植入过程中纤维复合材料Z-pin的刚度，避免纤维在植入过程中受到损伤，保证了材料整体的力学性能。

附图说明：

图1为Z-pin的拉挤装置示意图；

图2为Z-pin超低温冷冻植入头示意图；

图中标号名称：1、放纱装置，2、导向装置，3、浸胶槽，4、拉挤模具，5后固化装置，6、牵引装置，7、收卷装置，8、Z-pin导向管，9、冷却室，10、切刀，11、泡沫。

具体实施方式：

以下实施例进一步阐明本发明内容，但不用于限制本发明的范围。

具体实施方式一：结合图1、2说明本实施方式。将碳纤维T300放置在放纱装置1上，配制好的双马树脂放入浸胶槽3中，设置胶槽3、模具4以及后固化装置5温度，设置牵引装置6的拉挤速度。碳纤维经过导向装置2、浸胶槽3、模具4、后固化装置5、牵引装置6、收卷装置7，拉挤成型制得双马Z-pin。所得到的双马Z-pin固化度、强度和刚度都很低，不能满足植入的要求。将制备的双马Z-pin通过植入机的导向装置进入到植入头的超低温冷却室冷冻，然后通过植入机将冷冻后的纤维复合材料Z-pin植入到泡沫11中。回复到室温的纤维复合材料Z-pin刚度变低，再将超出泡沫表面的未交联或不完全固化纤维复合材料Z-pin两端在热和压力共同作用下折弯到泡沫表面，在表面刷胶或者直接与蒙皮一起固化，即得到新型高性能K-cor泡沫夹层结构。

具体实施方式二：结合具体实施方式一，说明本实施方式。具体实施方式一中的方法同样适用于环氧、苯并噁嗪、酚醛、氰酸脂等其他适用于拉挤树脂体系的纤维复合材料Z-pin。

具体实施方式三：结合具体实施方式一，说明本实施方式。具体实施方式一中的方法同样适用于其他型号的碳纤维以及芳纶（Kevlar）、玻璃纤维和硼纤维等其他纤维。