一种复合材料针线一体缝针的制作方法

本发明涉及复合材料预成型体缝合领域，尤指一种用于复合材料预成型体缝合的针线一体缝针的结构及其制备方法。

背景技术：

复合材料多为二维叠层结构，层与层之间仅靠树脂结合，遇冲击后易产生不可见损伤进而产生裂纹扩展成分层，大大削弱整体强度和性能，缝合技术是在铺层厚度方向引入增强纤维能够有效地加强层间结合力，减少分层损伤的出现或扩展。缝合技术不但可以运用于整体增强，也可作为一种连接技术，相较胶接稳定性更好，相较机械连接减少了金属连接件的数量，减轻质量和减少应力集中。

现有的复合材料缝合设备，只能对一些简单的复合材料预成型体进行缝合。但是对于一些形状比较复杂的预成型体，或者厚度较厚的预成型体，或者设备缝合以后局部需要进行补缝、修缝的预成型体，现有的设备并不能进行有效的缝合，这时，必须通过手工形式来进行缝合。

现在并没有专门为复合材料缝合设计的专用手工缝针，进行手工缝合的时候主要用普通的缝针。工人在缝合的时候要花大量的时间去穿针引线，而且传统钢针和缝线衔接处缝线需要有个360度的对折，当所用缝线为高性能脆性纤维的话，缝合的过程中在针眼对折处的纤维束很容易发生断裂。

在使用普通钢制手缝针在缝合预成型体的时候，除了出现缝线断裂以外，钢针断裂的情况也时有发生，而钢针断裂以后可能会出现钢针碎片滞留在预成型体中的情况。为确保不能有钢针碎片滞留在预成型体中，就需要仔细的寻找断裂钢针的所在，而如果在厚度较厚的预成型体或是结构复杂的预成型体，寻找断裂钢针碎片的工作就会非常的困难而且耗时耗力。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种生产成本低、不用进行穿线操作、缝线不易发生断裂的针线一体缝针及其制作方法。

为达到上述目的，本发明揭示了一种复合材料针线一体缝针及制备方法：一种复合材料针线一体缝针，该缝针在长度方向上由缝线(纤维束)及缝针(纤维束与树脂复合成型后的复合材料细棒)组成，缝线与缝针中的纤维增强体为同一纤维集合体。缝针的直径在0.1mm～5mm之间，长度在10mm～150mm之间。缝线的长度在50mm～1.5m之间。缝针中纤维的体积含量在20％～80％。纤维集合体缝针可以是碳纤维、石英纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维、石墨纤维、氧化铝纤维或氮化硼纤维。该缝针的制作方法，包括如下步骤：

首先，将纤维集合体(长度为缝针和缝线的设计长度之和)的一端穿过成型模具，其中，成型模具具有一通孔模腔，模腔直径与缝针设计直径相同；

第二，将纤维集合体的一端置于树脂中充分浸润，浸润长度为缝针的设计长度；

第三，平缓牵引纤维集合体未浸润树脂的一侧，使浸润树脂的纤维通过模具的通孔模腔后被抽出；

第四，将纤维集合体置于能使树脂固化的温度环境中，使浸润过树脂的一侧固化成复合材料细棒；

第五，对复合材料细棒顶端打磨出尖状结构，从而形成缝针。

使用上述方法制备的针线一体缝针，工人在使用时无需进行穿针眼的工作，能极大提高了工人的工作效率，且由于缝针与缝线的衔接处是纤维集合体的自然衔接，不会出现传统钢针和缝线衔接处缝线需要有个360度的对折而存在的易断裂点，该一体缝针在缝合的过程中，光滑顺直不易发生断裂。

附图说明

图1是本发明实施例中针线一体缝针成型模具示意图；

图2是本发明实施例中碳纤维束穿过成型模具通孔的示意图；

图3是本发明实施例中碳纤维束在树脂中浸润的截面示意图；

图4是本发明实施例中碳纤维束缝针固化完成时的示意图

图5是本发明实施例中纤维针线一体缝针的示意图；

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施案例。

本实施案例以制备碳纤维针线一体缝针为例，所制备的碳纤维缝针直径0.8mm、长40mm，缝线长460mm，采用6K碳纤维束，纤维含量为46％。通过计算可知采用6K碳纤维束制作的直径为0.8mm纤维含量为46％的复合材料细棒正好使用单束6K碳纤维束，制作的具体的实施步骤如下：

首先，准备好成型模具，模具100的材质为铝合金，厚度为20mm，在厚度方向上有一直径为0.8mm的通孔101如图1所示。

第二，取长度为500mm(其中缝针40mm缝线460mm)的6K碳纤维束200，穿过成型模具100的通孔101如图2所示。

第三，将40mm长度的碳纤维束200末端置于环氧树脂中进行充分浸润，如图3所示。

第四，从模具100的未浸润环氧树脂的一侧平缓的将碳纤维束200从通孔101中牵引过去。

第五，将从模具100的通孔牵引出来的碳纤维束200悬挂于烘箱中并施加5N张力使纤维束伸直，设置温度120摄氏度，保持1.5个小时，直至固化。

第六，固化完成的碳纤维束200，成为两个分区，其一为40mm长的固化完成碳纤维复合材料细棒201，另一为460mm长的碳纤维束202，两个分区之间树脂体积含量逐渐降低，自然过渡连接，如图4所示。

第七，对复合材料细棒201与纤维束202连接的末端进行打磨，先用300目的砂纸进行打磨，打磨出针尖203状后用1000目的砂纸进行打磨，直至针尖203顺滑。打磨完成后碳纤维针线一体缝针制备完成，如图5所示。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对权利要求保护范围的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明技术方案进行的非本质修改或者等同替换，并不能脱离本发明技术方案的实质，且均应在本发明权利要求的保护范围之内。