(仅供参考)复合材料结构修理-2.4 复合材料结构类型(1)

一般层合板
• 对称层合板和反对称层合板以外的层合板 称为一般层合板。
2.4 飞机复合材料结构类型
2.4.2 复合材料夹芯结构
（1） 夹芯结构构造特点
• 复合材料夹芯结构是由复合材料层合面板 与芯材，通过胶膜(film adhesive)或者用胶 黏剂（Paste adhesives），在一定温度和 压力环境下固化粘结而成的复合材料结 构。
• 单一复合材料
– 同一复合材料构件中只含有一种增强材料的 复合材料，称为单一复合材料。单一复合材 料无需特别说明。
• 混杂复合材料(Hybrid Composites）
– 同一复合材料构件中含有两种或两种以上的 纤维混合或不同纤维的铺层混合构成的复合 材料称为混杂复合材料。混杂复合材料需注 明由哪几种增强材料混杂。
（3）层合板参数
• 铺层数 • 铺层材料 • 铺层取向 • 铺设顺序
铺层数
• 指层合板所含单向带或者纤维布的总层 数。
• 层合板结构承载的大小主要取决于层合板 铺层数：载荷愈大，需要的铺层数就愈 多。
• 复合材料层合板结构的铺层数少则有两 层，多的则有上千层。例如：波音787机翼 梁的铺层数就达到上千层。
• 铺设顺序通常以紧贴模具型面（tool side) 的铺层作为第一铺层，然后由贴模面向外 依次计数。
737NG 副翼蒙皮铺层角和铺层顺序
（5）层合板的种类
（1）对称层合板 （2）均衡层合板 （3）均衡对称层合板 （4）反对称层合板 （5）一般层合板
对称层合板
• 层合板内中面两侧对应位置的铺层材料相 同、铺层角相等的层合板，称为对称层合 板，如[0/902/0]铺层的层合板。
2.4 飞机复合材料结构类型
2.4.1 层合板结构
（1）层合板构造特点
• 层合板是由纤维布涂覆湿铺层树脂，或者 直接采用单向带或者纤维布预浸料，按照 一定的铺层角和铺层顺序铺叠后，在一定 温度和压力环境下，经过彻底固化形成的 复合材料板。
• 层合板亦称为层压板(laminate)、实心层压 板(solid laminate)或者整体层压板 (monolithic laminate)。
按基Βιβλιοθήκη Baidu类型分类
• 非金属基复合材料：分别以树脂、陶瓷材 料、碳等为基体构成的复合材料。
• 金属基复合材料（MMC）：以金属为基体 构成的复合材料，如铝基复合材料、钛基 复合材料和铜基复合材料等。
按增强材料的几何形状分类
• 长纤维（连续）增强复合材料 • 短纤维增强复合材料 • 颗粒增强复合材料
按同一复合材料构件中含有增强材 料种类的数量分类
铺层取向
• 纤维布或者单向带在铺层时的放置方向， 称为铺层取向(Ply Orientation)。
• 铺层取向用铺层角来表达。铺层纤维布或 者单向带的经向与层合板构件纵向（基准 坐标X）之间的夹角，称为铺层角。
铺层角示意图
铺设顺序
• 铺设顺序(Ply Stacking Sequence)表示制作 复合材料层合板构件时铺层铺设的先后顺 序。
夹芯结构基本组成部分
• 面板（层合板） • 芯材 • 胶膜，或者胶粘剂
蜂窝夹芯结构图
（2） 常见芯材材料
• 蜂窝芯
– 复材结构主要芯材类型
• 泡沫芯 • 波纹板芯
泡沫芯
• 泡沫芯是用泡沫塑料 (又称多孔塑料)制成 的。飞机上最常用的泡沫塑料是硬质聚氨 酯泡沫塑料。这种泡沫塑料具有重量轻、 强度高、导热系数低、耐油、耐低温、防 振和隔音等优点；并且还具有与多种材料 粘接性良好和能够现场发泡制造的特点， 便于填充形状复杂的构件。
（3） 复材夹芯结构特性
(1) 具有比常规金属结构更高的比强度； (2) 蜂窝夹芯结构与厚度等于上、下面板厚度
之和的平板相比，更高的抗弯刚度； (3) 蜂窝夹芯结构具有较好的隔热和隔音性
能； (4) 具有较强的抗震、抗冲击和耐声疲劳性
能。
（4） 夹芯结构的应用
• 飞机复合材料结构件大多数都采用蜂窝夹 心结构：
层合板构造示意图
层合板原材料
• 湿铺层(Wet Lay up) ：
– 纤维布。 – 铺层树脂。不同固化温度对应不同的铺层树
脂。
• 或者，预浸料：
– 单向带。或者 – 纤维布
波音层压板常用原材料
（2） 单层板
• 层合板中的任一铺层称为单层板，它是层 合板的基本结构单元。单层板固化后的厚 度一般约为0.1～0.3 mm。
均衡层合板
• 铺层的材料相同，铺层角相反（为+θ和－ θ）且铺层数相等的层合板，称为均衡层 合板，如[+452 /－452 ]铺层的层合板
均衡对称层合板
• 既均衡又对称的层合板称为均衡对称层合 板
反对称层合板
• 层合板内中面两侧对应位置的两个铺层材 料，但铺层角相反的层合板，称为反对称 层合板，如[0/45/－45/0]铺层的层合板。
– 雷达罩 – 客舱地板 – 各类装饰面板 – 各类整流罩 – 操纵舵面 – 梁腹板 – 。。。
2.4.3 复合材料结构种类
1. 按增强纤维类型分类 2. 按基体类型分类 3. 按增强材料的几何形状分类 4. 按同一复合材料构件中含有增强材料种类
的数量分类
按增强纤维类型分类
• 碳纤维复合材料(CFRP) • 芳纶纤维复合材料(AFRP) • 玻璃纤维复合材料(GFRP) • 硼纤维复合材料(BFRP) • 陶瓷纤维复合材料
铺层材料
• 铺层材料决定于层合板的载荷大小、载荷 类型、使用环境等。
• 各铺层材料可以是同一种材料，也可能包 含几种材料（即混合铺层Hybrid Composites）。
混合铺层
Hybrid Composites
• 混合铺层目的是以一种纤维的优点弥补另外一种 纤维的弱点，从而得到综合性能较好的材料。例 如：碳纤维和芳纶纤维的热膨胀系数基本相同。 这两种纤维组成的混杂复合材料内应力很小，可 忽略不计。对于强度、刚度要求较高，又有抗冲 击性能要求的结构，可采用碳纤维铺层(抗冲击性 能较差) 中混杂芳纶纤维铺层(韧性较好，抗冲击 性能高) ，可以弥补碳纤维较脆的弱点，从而提高 抗冲击性能。另外，这种混杂复合材料还具有重 量轻的优点 。