风电叶片基础知识之复合材料篇三

二、叠层复合材料
叠层复合材料是由两层或两层以上不同材料结合而成。
1．双层金属复合材料 将性能不同的两种金属用胶合或熔合铸造、热压、焊接、喷涂 等方法复合在一起，以满足某种性能要求的材料。
2．塑料—金属多层复合材料 典型代表是SF型三层复合材料，如图6-4所示。
三、粒子增强型复合材料
1．颗粒增强复合材料（d>1μ m，体积分数φ v>20%） 金属陶瓷是常见的颗粒增强复合材料。硬质合金就是以TiC、 WC（或TaC）等碳化物为基体，以金属Ni、Co为粘合剂，将它们用 粉末冶金方法经烧结所形成的金属陶瓷。 2．弥散强化复合材料（d=0.01～0.1μ m, φ v=1%～15%） 随着科学技术的进步，一大批新型复合材料将得到应用。例如， C/C复合材料、金属化合物复合材料、纳米复合材料、功能梯度复合 材料、智能复合材料及体现复合材料“精髓”的“混杂”复合材料 将得到发展及应用。21世纪将是复合材料大力发展的时代。
2) 热固性玻璃钢 它是由60%～70%玻璃纤维（或玻璃布）和30%～40%热固性树脂 （环氧、聚酯树脂等）组成。 主要优点：密度小、强度高，耐蚀性、绝缘性、绝热性好；吸 水性、防磁、微波穿透性好，易于加工成型。 缺点：弹性模量低，热稳定性不高，只能在300℃以下工作。
（2）碳纤维―树脂复合材料 最常用的是碳纤维与聚酯、酚醛、环氧、聚四氟乙烯等树脂组 成的复合材料，具有高强度、高弹性模量、高比强度和比模量，还 具有优良的抗疲劳性能、耐冲击性能、自润滑性、减摩耐磨性、耐 蚀性及耐热性。缺点是纤维与基体结合力低。 （3）硼纤维―树脂复合材料 主要由硼纤维与环氧、聚酰亚胺等树脂组成。具有高的比强度、 比模量，良好的耐热性。其缺点是各向异性明显。 （4）碳化硅纤维树脂复合材料 由碳化硅纤维与环氧树脂组成的复合材料，具有高的比强度、 比模量。 （5）Kevlar纤维树脂复合材料 由Kevlar纤维与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等树脂组成。 主要性能特点是抗拉强度大于玻璃钢，而与碳纤维―环氧树脂复合 材料相似；延性好，与金属相当；其耐冲击性超过碳纤维增强塑料； 其疲劳抗力高于玻璃钢和铝合金；减振能力为钢的8倍。
（3）纤维―铜（或合金）复合材料 由石墨纤维与铜（或铜镍合金）组成的材料。为了增强石墨纤 维和基体的结合强度，常在石墨纤维表面镀铜或镀镍后再镀铜。石 墨纤维增强铜或铜镍合金复合材料具有高强度、高导电性、低的摩 擦因数和高的耐磨性，以及在一定温度范围内的尺寸稳定性。 4．纤维―陶瓷复合材料 用碳（或石墨）纤维与陶瓷组成的复合材料能大幅度提高陶瓷 的冲击韧性和抗热振性，降低脆性，而陶瓷又能保护碳（或石墨） 纤维在高温下不被氧化。因而这类材料具有很高的强度和弹性模量。 除上述三大类纤维增强复合材料外，近年来研制了多种纤维增 强复合材料，例C/C复合材料、混杂纤维复合材料等。
（1）纤维―铝（或合金）复合材料
1）硼纤维―铝（或合金）基复合材料。 硼和铝在高温易形成 AlB2 ，与氧易形成 B2O3 ，故在硼纤维表面 要涂一层SiC以提高硼纤维的化学稳定性。
特点：具有高弹性模量，高抗压强度、抗剪强度和疲劳强度。
应用：主要用于制造飞机和航天器的蒙皮、航空发动机叶片等。
2）石墨纤维―铝（或合金）基复合材料。 由Ⅰ型碳纤维与纯铝或形变铝合金、铸造铝合金组成。 特点：具有高比强度和高温强度，在500℃时其比强度为钛合 金的1.5倍 应用：主要用于制造航天飞机的外壳、飞机蒙皮。 3）碳化硅纤维―铝（或合金）复合材料
3．纤维―金属（或合金）复合材料 纤维增强金属复合材料是由高强度、高模量的脆性纤维（碳、 硼、碳化硅纤维）与具有较高韧性及低屈服强度的金属（铝及其合 金、钛及其合金、铜及其合金、镍合金、镁合金、银铅等）组成， 具有高的横向力学性能、高的层间剪切强度；冲击韧性好、高温强 度高、耐热性、耐磨性、导电性、导热性好；不吸湿、尺寸稳定性 好、不老化等优点。
风电叶片基础知识之复合材料 篇三
6.3
1．常用增强纤维
常用的复合材料
一、纤维增强复合材料
主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、Kevlar有机 物纤维等。
玻璃纤维布
玻璃纤维绳
玻璃纤维绳
纳 米 碳 管 纤 维 玻璃纤维纸
碳 纤 维 绳
（1）玻璃纤维 按玻璃纤维中 Na2O 和 K2O 的含量不同，可将其分为无碱纤维 （碱的质量分数<2%）、中碱纤维（碱的质量分数为2%～12%）、高 碱纤维（碱的质量分数>12%）。随着碱量的增加，玻璃纤维的强度、 绝缘性、耐蚀性降低。 特点：强度高，抗拉强度可达 1000 ～3000MPa ；弹性模量比金 属低得多，为（ 3 ～ 5 ）×104MPa ；密度小，为 2.5 ～ 2.7g/cm3 ；化 学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等。 缺点：脆性较大、耐热性低，250℃以上开始软化。 优点：价格便宜、制作方便
缺点：密度大、直径较粗及生产工艺复杂、成本高、价格昂贵。 （4）碳化硅纤维
它是用碳纤维作底丝，通过气相沉积法而制得。具有高熔点、 高强度、高弹性模量。其突出特点是具有优良的高温强度，在 1100℃时其强度仍高达wk.baidu.com100MPa。
（5）Kevlar有机纤维（芳纶、聚芳酰胺纤维） 特点：比强度、比模量高；其强度可达2800～3700MPa；密度 小，只有1.45 g/㎝3；耐热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗疲 劳性、耐蚀性、绝缘性和加工性。 2．纤维―树脂复合材料 （1）玻璃纤维―树脂复合材料 亦称玻璃纤维增强塑料，也称玻璃钢。 1）热塑性玻璃钢 它是由20%～40%的玻璃纤维和60%～80%的热塑性树脂（如尼龙、 ABS等）组成，具有高强度和高冲击韧性，良好的低温性能及低热 膨胀系数。
它是由碳化硅纤维与纯铝（或铸造铝合金、铝铜合金等）组成 的复合材料。
特点：具有高的比强度、比模量，硬度高。 应用：用于制造飞机机身结构件及汽车发动机的活塞、连杆等。 （2）纤维―钛合金复合材料 由硼纤维或改性硼纤维、碳化硅纤维与钛合金（Ti—6Al—4V） 组成。它具有低密度、高强度、高弹性模量、高耐热性、低热膨胀 系数的特点。
（2）碳纤维
碳纤维是人造纤维（粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等），是在 200～300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮 气的保护下于1000～1500℃的高温中进行碳化处理而制得。其碳含 量Wc85%～95%。由于其具有高强度，因而称高强度碳纤维，也称Ⅱ 型碳纤维。
在2500～3000℃高温的氩气中进行石墨化处理，就可获得含碳 量为Wc98%以上的碳纤维，又称石墨纤维或高模量碳纤维，也称Ⅰ 型碳纤维。 特点：与玻璃纤维相比，碳纤维具有密度小（ 1.33 ～ 2.0g/㎝ 3 ），弹性模量高（ 2.8 ～ 4×105MPa ）；高温及低温性能好，导电 性好、化学稳定性高、摩擦因数小、自润湿性好。 缺点：脆性大、易氧化 （3）硼纤维 它是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝上而制得的。具有 高 熔 点 （ 2300℃ ） 、 高 强 度 （ 2450 ～ 2750MPa ） 、 高 弹 性 模 量 （3.8～4.9×105MPa）。具有良好的抗氧化性、耐蚀性。