Z-образное крепление - Z-pinning

Z-штифт вставлен между волокнами композита

Z-образное крепление это метод вставки армирующих волокон (также называемых Z-штифтами или Z-волокнами) вдоль Z-направление непрерывного пластик, армированный волокном.[1] Z-штифты могут быть изготовлены из металла или предварительно отвержденных однонаправленных композитных волокон. Он предназначен для использования в pre-preg технологии; есть обширные экспериментальные свидетельства того, что Z-пиннинг значительно улучшает устойчивость композитной структуры к расслоение.[2] На рисунке справа показан Z-образный штифт, вставленный между волокнами материала. Штифт раздвигает волокна и создает зазор овальной формы, заполненный смола. Z-образный штифт предотвращает расслаивание композита. При приложении нагрузки трещины обычно образуются по линии проема.[3]

Преимущества

Z-образный штифт - это универсальный метод, который можно применить ко многим материалам, которые улучшат прочность и долговечность. Они особенно эффективны при использовании в материалах, подверженных расслоение, поскольку Z-штифты могут решить эту проблему.[4] Z-образный штифт используется в авиастроении для увеличения прочности.[5] Прикрепив Z-образные штифты к материалам самолета, таким как крылья, он может иметь гораздо более высокую устойчивость к повреждениям во время полета. Кроме того, если самолет действительно имеет небольшую трещину, Z-образный штифт предохранит его от катастрофического отказа. Z-штифты также могут использоваться в автомобилях. Штифты можно вставить в углеродное волокно детали, чтобы увеличить их прочность. Если перед разветвитель автомобиля был построен с Z-образными штифтами, он сможет выдержать значительно большее количество ударов, потому что Z-штифты будут удерживать его вместе даже при небольшой трещине. Это позволяет деталям из углеродного волокна оставаться легкими, но при этом прочными.[6] Испытания Z-образных штифтов разного размера показали, что штифты большего размера приводят к увеличению прочности. Увеличение размера Z-штифта на 1% увеличивает ударную вязкость от 6 до 25 раз. Однако слишком большой стержень может повредить волокна материала, что приведет к его разрушению.[7]

Z-Pin производство

Есть много способов создания Z-штифтов. Обычно Z-образные штифты предварительновылечил а затем вставили в композиты. Один процесс состоит из протягивания жгута непрерывных волокон через ванну с жидкой смолой с использованием пултрузия машина. Затем волокно вытягивается из ванны через умереть что создает форму и размер булавки. Затем штифт вставляется в пену в вертикальном положении, чтобы завершить процесс. Штифт может быть покрыт или обработан как дополнительный этап в зависимости от применения. Этот процесс является одним из наиболее эффективных и экономичных способов производства Z-образных штифтов, поскольку его можно легко адаптировать к разным размерам штифтов.[7][8]

Производство с Z-образными штифтами

Z-штифты могут быть вставлены в любой материал разными способами. Самый распространенный метод - это обработка с помощью ультразвукового молотка. Молоток сжимает мыло который закрывает штифты и вдавливает штифты в материал. При сжатии молоток вызывает высокочастотные колебания пальца. Вибрирующий скошенный Кончик Z-образных штифтов локально нагревается и размягчает смолу, позволяя Z-волокну проникать в преформу с минимальным разрывом длинных волокон. Оставшийся штифт и ламинат над поверхностью удаляются для создания гладкой и ровной поверхности. Поверхность может быть обработана покрытием для герметизации Z-образных штифтов внутри материала.[3] Ручной ультразвуковой пистолет также можно использовать для установки Z-образных штифтов при мелкомасштабном производстве. Это идеально подходит для тестирования материалов, содержащих Z-штифты, поскольку их можно легко вставить в любое место на материале.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Куропатка, Ивана; Боннингтон, Тони; Картье, Дени (2003). «Производство и эксплуатационные характеристики композитов с Z-штифтом». Современные полимерные материалы. CRC Press. Дои:10.1201 / 9780203492901.ch3. ISBN  978-1-58716-047-9.
  2. ^ Куропатка, Ивана К .; Денис Д. Картье (январь 2005 г.). «Устойчивые к расслаиванию ламинаты с помощью закрепления Z-Fiber». Композиты Часть A. 36: 55–64. Дои:10.1016 / j.compositesa.2004.06.029.
  3. ^ а б Chang, P .; Mouritz, A.P .; Кокс, Б. (2006-10-01). «Свойства и механизмы разрушения ламинатов с z-штифтом при монотонном и циклическом растяжении». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство. 37 (10): 1501–1513. Дои:10.1016 / j.compositesa.2005.11.013. ISSN  1359-835X.
  4. ^ Njuguna, J .; Пелиховски, К .; Алкок, Дж. Р. (2007). «Нанокомпозиты на основе эпоксидного волокна, армированные волокном». Передовые инженерные материалы. 9 (10): 835–847. Дои:10.1002 / adem.200700118. HDL:1826/7528. ISSN  1527-2648.
  5. ^ Хуан, Даджун; Ли, Юн; Тан, Ян; Чжан, Сянъян; Сяо, июнь (2017). «Журналы SAGE: ваш путь к журнальным исследованиям мирового уровня». Журнал армированных пластиков и композитов. 36 (22): 1639–1650. Дои:10.1177/0731684417722409.
  6. ^ Francesconi, L .; Аймерич, Ф. (2018-11-01). «Влияние Z-образного закрепления на ударопрочность композитных ламинатов с различными слоями». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство. 114: 136–148. Дои:10.1016 / j.compositesa.2018.08.013. ISSN  1359-835X.
  7. ^ а б c Лензи, Ф .; Riccio, A .; Кларк, А .; Creemers, R. (2007). «Купонные испытания композитных образцов с z-штырьками и без штифтов для защиты от повреждений». Макромолекулярные симпозиумы. 247 (1): 230–237. Дои:10.1002 / masy.200750126. ISSN  1521-3900.
  8. ^ Ван, Сяо-Сюй; Чен, Ли; Цзяо, Я-Нан; Ли, Цзя-Лу (2016). «Изготовление Z-штифтов с порошковым покрытием из углеродного волокна и экспериментальное исследование свойств упрочнения при отслаивании по моде I». Полимерные композиты. 37 (12): 3508–3515. Дои:10.1002 / шт.23550. ISSN  1548-0569.

внешняя ссылка