复合材料结构修理-2.4 复合材料结构类型(1).pdf

2.4 飞机复合材料结构类型飞机复合材料结构类型 2.4.1 层合板结构层合板结构 （（1）层合板构造特点）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) 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0.10.3 mm （（3）层合板参数）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 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。

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副翼蒙皮铺层角和铺层顺序 （（5）层合板的种类）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 均衡层合板 铺层的材料相同，铺层角相反（为+和 ）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 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飞机复合材料结构类型 2.4.2 复合材料夹芯结构复合材料夹芯结构 （（1） 夹芯结构构造特点） 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。

夹芯结构基本组成部分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： 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 按基体类型分类 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 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。