复合材料的性能特点有哪些

时间:2016-08-22 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
简介:复合材料的性能特点有哪些? (1)优异的力学性能 对于航空应用的高端结构材料,轻质、高强是不断追求的目标,而碳纤维复合材料正是在这一点上体现出了独特的优势,具体表现在超高的比强度和比模

玻璃钢/复合材料汽车零部件主要分为三类:车身部件、结构件及功能件。

  1. 车身部件:包括车身壳体、车篷硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大灯反光板、前后保险杠等以及车内饰件。这是玻璃钢/复合材料在汽车中应用的主要方向,主要适应车身流线型设计和外观高品质要求的需要,目前开发应用潜力依然巨大。主要以玻璃纤维增强热固性塑料为主,典型成型工艺有:SMC/BMC、RTM和手糊/喷射等。

  2. 结构件:包括前端支架、保险杠骨架、座椅骨架、地板等,其目的在于提高制件的设计:自由度、多功能性和完整性。主要使用高强SMC、GMT、LFT等材料。

  3. 功能件:其主要特点是要:求耐高温、耐油腐蚀,以发动机及发动机周边部件为主。如:发动机气门罩盖、进气歧管、油底壳、空滤器盖、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇叶片、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、出水口外壳、水泵涡轮、发动机隔声板等。主要卫艺材料为:SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纤维增强尼龙等。

3.新能源


风力发电是绿色能源的一种,进入21世纪,在全球的发展可以说是风起云涌。复合材料在新能源发展领域中的应用主要是用来制造风电机组的叶片。

随着风力发电功率的不断提高,捕捉风能的叶片也越做越大,对叶片的要求也越来越高,叶片的材料越轻、强度和刚度越高,叶片抵御载荷的能力就越强,叶片就可以做得越大,它的捕风能力也就越强。因此,轻质高强、耐蚀住好、具有可设计性的复合材料是目前大型风机叶片的首选材料。

(1) 玻璃纤维复合材料风机叶片

玻璃纤维增强聚酯树脂和玻璃纤维增强环氧树脂是目前制造风机叶片的主要材料,主要有E-玻璃纤维,但是,E-玻璃纤维密度较大,随着叶片长度的增加,叶片的重量也越来越大,完全依靠玻璃纤维复合橼料作为叶片的材料已经逐渐不能满足叶片发展的需要。例如,玻璃纤维增强聚酯树脂的叶片,当叶片长度为19m时,其质量为1.8t;长度增加到34m时,叶片质量为5.8t;叶片长度达到52m时,则其质量高达21t。因此需要寻找更好的材料以适应大型叶片发展的要求。

(2) 碳纤维是台材料风机叶片

为了提高风能利用率,风力机单机睿量不断扩大,兆瓦级风力机已经成为风电市场的主流产品。目前,欧洲3.6MW机组已批量安装,4.2MW、4.5MW和5MW机组也已安装运行;美国已经成功研制出7MW风力机;英国近在研制10MW的巨型风力机,风电机组增大单机容量,对叶片提出了更高的要求,碳纤维比玻璃纤维具有更高的比强皮和比刚度,用碳纤维复合材料制造大型叶片势在必行。丹麦Vestas的V-90叶轮的叶片制造中使用了碳纤维;但由于其价格昂贵,因此,全球各大复合材料公司正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面进行深入研究,以求降低成本。美国Zoltek公司生产的PANEMEM33(48K) 大丝素碳纡维具有良好的抗疲劳性能,可使叶片质量减轻40%,叶片成本降低14%,并使整个风力发电装置成本降低4.5%。

(3) 碳纤维、轻木、玻璃纤维混杂复合材料风机叶片

由于碳纤维的价格是玻璃纤维的10倍左右,目前叶片增强材料仍以玻璃纤维为主。在制造大型叶片时。采用玻纤、轻木和PVC相结合的方法可以在保证刚度和强度的同时减轻叶片的质量。如LM公司饕开发以玻璃钢为主的61m大型叶片时,只在横梁和叶片端部选用少量碳纤维,以配套5MW的风力机。应用碳纤维或碳纤维/玻璃纤维混杂增强的方案,叶片可减重20%~30%。德国Nodex公司为海止5MW风电机组配套研制的碳纤维/玻璃纤维混杂风机叶片长达56m,同时,Nodex公司还开发了43rmrm (9I6t) 碳纤维/玻璃纤维叶片,可用于陆上2.5MW机组,目前,碳纤维/玻璃纤维与轻木/PVC混杂使用制造复合材料叶片已被各大叶片公司所采用,轻木/PVC作为夹芯材料,不仅增加了叶片的结构刷庋和承受载荷的能力,而且还最大程度地减轻了叶片的质量,为叶片向长旦轻的方向发展提供了有利的条件。

(4) 热塑性复合材料叶片

目前使用的风电叶片都是由热固住复合材料制造的,很难自然降解。其废弃物一般采用填埋、燃烧利用其热能或粉碎后作填料等方法处理。面对日益突出的复合材料废弃物对环境造成危害的问题,一些风电叶片制造商开始研究制造热塑性复合材料叶片——“绿色叶片”。

与热固性复合材料相比,热塑性复合材料具有可回收利用、质量轻、抗冲击性能好、生产周期段等一系列优异姓能。粮据有关资料介绍,如果采用热塑性复合材料叶片,每台大型风力发电机所用的叶片重觉可以降低10%,抗冲击性能太幅度提高,制造周期至少缩短1/3,而且可以完全回收和再利用。

但是,使用热塑牲复合材料制造叶片的工艺成本较高,成为限制热塑性复合材料用于风力发电叶片的关键问题。因此开发低成本:的热塑倥复合材料叶片各受柒注。随着新型热塑性树脂的开发以及相应的叶片制造工艺技术的发展,新型的热塑牲复合材料叶片将逐步得到实际应用。

4.船舶及海洋工程


复合材料在船舶及海洋工程应用的优势主要在于:一是高比强度、高比刚度,馆犬幅降低船体重量;二是耐腐蚀、抗疲劳。木材长期浸泡在水中会腐烂,钢铁经海水腐蚀要生锈,而复会材料可耐酸、耐碱、耐海水侵蚀,水生物也难以附生,大大提高了使用寿命;三是成型方便,建造工艺简单,建造周期短;最后是透波、透声性好,无磁性,介电性能优良,适宜作舰艇的功能结构材料。例如船艇依靠声纳在海上定位,测距、发现目标,作为声纳设备保护装置的声纳导流罩,其材料要求透声透波性好,声波的失真畸变小,具有一定刚度和强度,必须采用复合材料。

纤维复合材料是船舶的主要品种。基体可以是镪塑牲树脂 (如尼龙等) 或热固悭树脂(如不饱和聚酯、环氧树脂等)。 增强纤维则有玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、有机纤维等。

复合材料舰船上的应用发展很快,被产泛用作各种船体、内装上层建筑、桅杆、舱壁、舵、推进器轴以及潜艇的表面、升降装置、推进器等。

例如,美国20世纪80年代末建造的MHC-1级猎/扫雷艇,90年代初建成的玻璃钢沿海猎雷艇“Ospery”号,艇体均采用玻璃纤维增强的聚酯树脂,并以预浸工艺制造,同时期建造的长14.3m、航速达60节的巡逻艇,采用了凯芙拉增强的聚酯树脂单壳结构。美国“佩丽”号驱逐舰用凯芙拉装甲,效果良好;美国洛杉矶级核潜艇声纳导流罩长7.6m,最大直径8.lm,均采用先进复合材料制造,性能优良。

欧洲的复合材料船舰工业也十分发达。自20世纪60年代中期,英国先后建成了45Ot级和625t级的大型玻璃钢扫雷艇和犹雷艇后,在欧洲掀起了用玻璃钢制造猎扫雷艇的热潮。20世纪90年代,英国在船舰中采用了更多的先进复合材料,如用碳纤维/玻璃纤维混杂纤维建造的“亚宾吉-21”号摩托艇,刚度提高,减重30%;长9m的“施培正”号巡逻艇采用凯芙拉49取代玻璃钢艇壳,减重20%,航速提高1.7节,瑞典在1974年建成了第一艘以PVC泡沫塑料为芯材的玻璃钢来层结构扫笛艇“Viksten”号,至20世纪90年代初已建成7艘大型(M80型) Landsort级夹层结构猎扫雷艇,此外还利用夹层结构技术建造了多艘大型TV171、TV172和CG27型海岸巡逻艇,特别是1991年研制成功了世界上第一艘复合材料隐形试验艇“smyge”号,该艇采用碳纤维与玻璃纤维混杂复合材料技术和PVC泡沫夹心结构建造。提高了速度和隐形性,集先进复合材料技术、夹层结构技术、隐身枝术及双体气垫技术于一身,堪称当代世界高科技舰船。 2/3 首页上一页123下一页尾页

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