Z-закрепление
Z-штифты — это метод вставки армирующих волокон (также называемых Z-штырями или Z-волокнами) вдоль Z-направления непрерывного армированного волокном пластика . [ 1 ] Z-штифты могут быть изготовлены из металла или предварительно затвердевших однонаправленных композитных волокон. Он предназначен для использования в препрегов технологии ; Существует обширное экспериментальное свидетельство того, что Z-закрепление значительно повышает устойчивость композитной структуры к расслоению . [ 2 ] На рисунке справа показан Z-образный штифт, вставленный между волокнами материала. Штифт расправляет волокна и создает зазор овальной формы, заполненный смолой . Z-штифт предотвращает расслоение композита. При приложении нагрузки трещины обычно образуются вдоль линии отверстия. [ 3 ]
Преимущества
[ редактировать ]Z-закрепление — это универсальный метод, который можно применять ко многим материалам, которые получат дополнительную прочность и долговечность. Они особенно эффективны при использовании с материалами, подверженными расслоению , поскольку Z-штифты могут решить эту проблему. [ 4 ] Z-образное крепление использовалось в авиастроении для придания прочности. [ 5 ] Закрепив Z-образные материалы на самолете, например крылья, он может иметь гораздо более высокую устойчивость к повреждениям во время полета. Кроме того, если у самолета действительно появится небольшая трещина, Z-образная фиксация предотвратит катастрофический выход из строя. Z-штыри также можно использовать в автомобильной промышленности. Штифты можно вставлять в детали из углеродного волокна, чтобы повысить их прочность. Если бы передний сплиттер автомобиля был оснащен Z-образными штифтами, он смог бы выдержать значительно больше ударов, поскольку Z-образные штифты удерживали бы его вместе даже при незначительной трещине. Это позволяет деталям из углеродного волокна оставаться легкими, но при этом прочными. [ 6 ] Тестирование Z-штифтов разного размера показало, что штифты большего размера приводят к увеличению прочности. Увеличение размера Z-штифта на 1% увеличивает прочность от 6 до 25 раз. Однако слишком большой штифт может разрушить волокна материала, что приведет к его разрушению. [ 7 ]
Производство Z-Pin
[ редактировать ]Существует множество методов создания Z-контактов. Обычно Z-штифты предварительно затвердевают , а затем вставляются в композиты. Один из процессов состоит в протягивании жгута непрерывного волокна через ванну с жидкой смолой с помощью пултрузионной машины. Затем волокно вытягивается из ванны через матрицу , которая создает форму и размер штифта. Затем штифт помещается в пенопласт в вертикальном положении, чтобы завершить процесс. В зависимости от применения штифт может быть покрыт покрытием или рассматриваться как дополнительный этап. Этот процесс является одним из наиболее эффективных и экономически выгодных способов производства Z-штифтов, поскольку его можно легко адаптировать к штырям разных размеров. [ 7 ] [ 8 ]
Производство с помощью Z-штифтов
[ редактировать ]Z-штифты можно вставить в выбранный материал разными способами. Наиболее распространенным методом является процесс с использованием ультразвукового молотка. Молоток сжимает пену , покрывающую штифты, и вдавливает штифты в материал. Молоток вызывает высокочастотные вибрации штифта при его сжатии. Вибрирующий скошенный кончик Z-штифтов локально нагревается и размягчает смолу, позволяя Z-волокну проникать в заготовку с минимальным разрушением длинных волокон. Оставшиеся штифты и ламинат над поверхностью удаляются, чтобы создать гладкую и ровную поверхность. Поверхность можно покрыть покрытием для герметизации Z-образных штифтов внутри материала. [ 3 ] Ручной ультразвуковой пистолет также можно использовать для установки Z-штифтов на мелкосерийном производстве. Это идеально подходит для тестирования материалов, содержащих Z-штифты, поскольку их можно легко вставить в любое место материала. [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Партридж, Ивана; Боннингтон, Тони; Картье, Дени (2003). «Производство и характеристики Z-фиксированных композитов». Современные полимерные материалы . ЦРК Пресс. дои : 10.1201/9780203492901.ch3 . ISBN 978-1-58716-047-9 .
- ^ Партридж, Ивана К.; Дени Д.Р. Картье (январь 2005 г.). «Стойкие к расслоению ламинаты с креплением Z-Fiber». Композиты Часть А. 36 : 55–64. doi : 10.1016/j.compositesa.2004.06.029 .
- ^ Jump up to: а б Чанг, П.; Муриц, АП; Кокс, Б.Н. (1 октября 2006 г.). «Свойства и механизмы разрушения ламинатов с z-штифтами при монотонном и циклическом растяжении». Композиты. Часть A: Прикладная наука и производство . 37 (10): 1501–1513. doi : 10.1016/j.compositesa.2005.11.013 . ISSN 1359-835X .
- ^ Ньюгуна, Дж.; Пелиховский, К.; Алкок, младший (2007). «Нанокомпозиты, армированные волокном на основе эпоксидной смолы». Передовые инженерные материалы . 9 (10): 835–847. дои : 10.1002/адем.200700118 . hdl : 1826/7528 . ISSN 1527-2648 .
- ^ Хуан, Дацзюнь; Ли, Юн; Тан, Ян; Чжан, Сянъян; Сяо, июнь (2017). «Об оценке несущей способности композитного тройника с Z-образными шарнирами при внеплоскостном растяжении». Журнал армированных пластмасс и композитов . 36 (22): 1639–1650. дои : 10.1177/0731684417722409 .
- ^ Франческони, Л.; Аймерих, Ф. (01 ноября 2018 г.). «Влияние Z-образного крепления на ударопрочность композитных ламинатов различной укладки». Композиты. Часть A: Прикладная наука и производство . 114 : 136–148. doi : 10.1016/j.compositesa.2018.08.013 . ISSN 1359-835X .
- ^ Jump up to: а б с Лензи, Ф.; Риччио, А.; Кларк, А.; Кримерс, Р. (2007). «Купонные испытания композитных образцов с z-фиксацией и без штифтов для обеспечения устойчивости к повреждениям». Макромолекулярные симпозиумы . 247 (1): 230–237. дои : 10.1002/masy.200750126 . ISSN 1521-3900 .
- ^ Ван, Сяо-Сюй; Чен, Ли; Цзяо, Я-Нан; Ли, Цзя-Лу (2016). «Изготовление Z-образных штифтов из углеродного волокна с порошковым покрытием и экспериментальное исследование свойств упрочнения при расслоении в режиме I». Полимерные композиты . 37 (12): 3508–3515. дои : 10.1002/шт.23550 . ISSN 1548-0569 .