第五部分:Z-Pin連接
Z-Pin技術是二十世紀九十年代發展起來的一種層合復合材料層間增強的新技術。主要用于增強鋪層預浸料或泡沫夾層復合材料,它借鑒了縫合復合材料中不連續縫線方法,在固化前的預浸料或泡沫夾層厚度方向直接嵌入剛性的短棒,這種短棒通常稱為Z-Pin。Z-Pin 材料可以用金屬(不銹鋼、鋁合金和鈦合金等)或非金屬(碳纖維,玻璃纖維和 Kevlar 等纖維)。金屬Z-Pin常用于對層間剪切性能要求高的復合材料。非金屬Z-Pin目前采用碳纖維的居多,主要用于材料的常規增韌。
Z-Pin的直徑一般在0.2mm~1.0mm 之間,最常用的有 0.28mm 和 0.51mm 兩種。對于增強后的層板來說,相同植入密度下,z-pin 的直徑越小對材料面內性能損傷越小,但成本相對較高。Z-pin 在層板中的體積分數一般在 0.5% ~4%。
圖 Z-Pin與火柴尺寸對比示意圖
Z-Pin技術可分為兩大類,
(1)單根植入式,就是將一根根Z-Pin分別嵌入未固化的層板里。
(2)整體嵌入式,將若干Z-Pin同時嵌入到層板中,這種方法效率高,應用廣泛。
Z-Pin連接可用于夾層結構提高抗壓塌和剪切能力,明顯提高層壓板的層間斷裂韌性和層間剪切強度,克服傳統承壓板層間剪切強度較低的缺點。還可以避免機械連接由于鉆孔帶來的應力集中引起的強度降低;避免膠接連接可靠性較低和耐環境較差的缺點。Z-Pin連接設備成本較低;可用于較小曲率半徑的區域;沒有電化學腐蝕和吸濕問題。
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