[0001] 本发明涉及航空复合材料制造技术领域，更具体地说，涉及一种复合材料夹层结构及其制备方法。

[0002] 复合材料由于其高比强度，高比刚度、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的特点，已成为当代最主要的航空结构材料之一。蜂窝夹层结构复合材料是目前所知的最节省材料、具有最大的强度重量比的一种结构性材
料。与实心材料相比，蜂窝夹层结构复合材料使用的有效材料仅为被替代材料的1％～5％。
因此在航空工业发达国家，蜂窝夹层结构复合材料己大量应用于飞机的主、次承力结构，如
机身、尾翼和方向舵等部位。

[0003] 随着复合材料夹层结构设计及制造技术的发展，复合材料夹层结构型面越来越复杂，夹层结构外面板材料也日趋多样化。但是夹层结构外面板材料的物理特性差异，以及复
杂的夹层结构外形，带来了复合材料夹层结构不可避免的变形。如夹层结构外面板一侧采
用碳纤维面板，一侧采用玻璃纤维面板，两种面板在夹层结构胶接过程中由于热膨胀系数
的巨大差异导致整个夹层结构存在较大的变形和内应力，有时这种内应力甚至会造成夹层
结构芯材与外面板的脱粘。目前尚无简便且有效地复合材料夹层结构变形控制手段，如何
发明一种可设计性强、操作简单、效率高，在不改变夹层结构的情况下，能有效降低复合材
料夹层结构整体变形的方法，目前还是一个难题。

[0030] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0031] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。

[0032] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0033] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：

[0034] 如图1所示，本发明实施例提供一种复合材料夹层结构，包括芯材1、第一面板6、第二面板3以及变形补偿层4；第一面板6连接于芯材1的第一侧11；第二面板3连接于芯材1的
第二侧12，第一侧11与第二侧12相对设置；变形补偿层4连接于第二面板3背离芯材1的一
侧；其中，第一面板6的热膨胀系数大于第二面板3的热膨胀系数，变形补偿层4的热膨胀系
数不小于第一面板6的热膨胀系数。

[0035] 在其中一个实施例中，变形补偿层4由多层树脂基预浸料在第二面板3的外表面铺叠成型。选用树脂基预浸料作为变形补偿层4，其重量轻不会较多增加结构的重量，而且可
以方便贴合铺叠在不同形状的面板上，可以为平板状的面板也可以为曲面面板。

[0036] 在其中一个实施例中，当第二面板3的厚度不大于3mm时，树脂基预浸料的层数为1‑4层；当第二面板3的厚度大于3mm时，树脂基预浸料的层数为4～2n层，其中，n为第二面板
3的厚度，厚度的单位为毫米。根据实际设计的需要，对于可能会发生较大变形的区域，也可以为更多的层数，一般为1‑4层。

[0037] 在其中一个实施例中，树脂基预浸料为全铺层或局部插层，树脂基预浸料的形状为网格状、条纹状或放射状。

[0038] 在其中一个实施例中，还包括第一胶膜5，第一胶膜5胶接连接芯材1与第一面板6。通过第一胶膜5连接芯材1与第一面板6，然后进罐共同胶接固化成型。

[0039] 在其中一个实施例中，还包括第二胶膜3，第二胶膜3胶接连接芯材1与第二面板3。通过第二胶膜3连接芯材1与第二面板3，然后进罐共同胶接固化成型。

[0040] 在其中一个实施例中，第一面板6为第一材料，第二面板3为第二材料，第一材料与第二材料不同。

[0041] 在其中一个实施例中，芯材1为蜂窝板、泡沫芯材或点阵结构。

[0042] 第二方面，本发明还提供一种上述实施例中任一种的复合材料夹层结构的制备方法，包括以下步骤：

[0043] 将第一面板6、芯材1、第二面板3以及变形补偿层4依次层叠设置，然后一体共固化成型；

[0044] 或者，将第一面板6、芯材1以及第二面板3一体共固化成型，然后再在第二面板3背离芯材的一侧铺叠成型变形补偿层4。

[0045] 在其中一个实施例中，制备方法还包括以下步骤：对变形补偿层4进行局部打磨去除。

[0046] 以下为本发明提供的具体实施例：

[0047] 实施例1

[0048] 设计平板型复合材料夹层结构的尺寸为2m*1.5m，其中，第二面板3优选采用CF3031/BA9916‑2碳纤维预浸料、第一面板6优选采用EW100A/BA9916‑2玻璃纤维预浸料，芯材1优选采用芳纶纸蜂窝(NRH 2‑48)，第二面板3与芯材1之间采用第一胶膜5粘接，第一胶
膜5优选采用J‑116A胶膜，第一面板6与芯材1之间采用第二胶膜3粘接，第二胶膜3优选采用
J‑116A胶膜。

[0049] 碳纤维预浸料采用铺层[0/45/45/0]S，共计8层，玻璃纤维预浸料采用铺层[0/45/45/0]S，共计8层，碳纤维预浸料与玻璃纤维预浸料分别在0.6MPa，180℃保温3h条件下固
化，并与芳纶纸蜂窝采用J‑116A胶膜在0.2MPa，180℃保温3h条件下胶接。成型后平板复合
材料夹层结构变形达7mm‑10mm，变形如图2所示。

[0050] 为控制平板型复合材料夹层结构变形，采用本发明一种复合材料夹层结构的制备方法制备平板型复合材料夹层结构，如图1所示，在胶接过程前，在前述结构的基础上，在第二面板3的外侧按[0/0]铺叠2层玻璃纤维预浸料，与芯材1胶接共同固化，成型后平板型复
合材料夹层结变形减小至3mm‑6mm。

[0051] 实施例2

[0052] 第二面板3和第一面板6均优选采用CF3031/BA9916‑2碳纤维预浸料，采用芳纶纸蜂窝(NRH 2‑48)做为芯材1，第二面板3与芯材1之间采用第一胶膜5粘接，第一胶膜5优选采
用J‑116A胶膜，第一面板6与芯材1之间采用第二胶膜3粘接，第二胶膜3优选采用J‑116A胶
膜。

[0053] 碳纤维预浸料采用铺层[0/45/45/0]S，共计8层，第二面板3在0.6MPa，180℃保温3h条件下固化，并与芯材1及未固化的第一面板6采用J‑116A胶膜在0.2MPa，180℃保温3h条
件下共胶接。成型后的U型复合材料夹层结构变形达10mm‑12mm，变形如图3所示，U型复合材料夹层结构向中心收拢(图示箭头方向为变形方向)。

[0054] 为控制U型复合材料夹层结构的变形，采用本发明一种复合材料夹层结构的制备方法制备U型复合材料夹层结构，在前述结构的基础上，在第二面板3外侧按[+45/‑45/+45]
铺叠3层玻璃纤维预浸料，与芯材1胶接共同固化，如图4所示，成型后U复合材料夹层结构变
形减小至6mm‑8mm。

[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。