国产大丝束碳纤维在风电叶片中的应用与性能研究

程晨光1,2, 徐利强1,2*, 周晓亮1,2, 赵建立1,2, 刘梅1,2, 施健行1,2

化工新型材料 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (2) : 166 -170.

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化工新型材料 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (2) : 166-170. DOI: 10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2026.02.042
科学研究

国产大丝束碳纤维在风电叶片中的应用与性能研究

    程晨光1,2, 徐利强1,2*, 周晓亮1,2, 赵建立1,2, 刘梅1,2, 施健行1,2
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Research on the application and properties of domestic large-tow carbon fibers in wind turbine blades

  • Cheng Chenguang1,2, Xu Liqiang1,2, Zhou Xiaoliang1,2, Zhao Jianli1,2, Liu Mei1,2, Shi Jianhang1,2
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摘要

分别以两种国产大丝束碳纤维(CF-1、CF-2)为增强材料,通过拉挤成型工艺制备了碳纤维复合材料(CFRP)板材。对比研究了两种国产碳纤维本体性能及其复合材料的力学性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)表征了两种碳纤维及其复合材料的微观结构。结果表明:两种国产碳纤维均达到了T300级碳纤维标准,但CF-1较CF-2展现出更优的拉伸强度、拉伸模量和断裂延伸率。在复合材料的力学性能方面,CF-1碳纤维复合材料的0°拉伸强度显著高于CF-2碳纤维复合材料,然而其90°拉伸强度、面内剪切强度以及层间剪切强度等性能均低于CF-2碳纤维复合材料。SEM分析表明,两种国产碳纤维具有不同的表面形态,CF-1为干喷湿法纺丝碳纤维,其光滑的表面有利于纤维轴向应力的传递,从而使复合材料展现出更高的0°拉伸强度。而CF-2为湿法纺丝碳纤维,其带有沟槽的表面微结构有助于提高碳纤维与树脂基体之间的界面结合强度。此外,在叶片上使用时,两种国产碳纤维复合材料板材与叶片用灌注树脂和导流织物均显现出良好的界面匹配性能,可满足叶片的制造工艺要求。

Abstract

Two types of domestic large-tow carbon fibers (CF-1 and CF-2) were respectively employed as reinforcement to fabricate carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates via the pultrusion process.The intrinsic properties of the two domestic carbon fibers and the mechanical properties of their composites were compared.The microstructures of the two carbon fibers and their composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM).The results showed that both domestic carbon fibers met the T300-grade standard.However,CF-1 exhibited superior tensile strength,tensile modulus,and elongation at break compared to CF-2.Regarding the mechanical properties of the composites,the CF-1 reinforced composite exhibited superior tensile strength (0° direction),while the CF-2 reinforced composite showed enhanced mechanical performance in 90° tensile strength,in-plane shear strength,and interlaminar shear strength (ILSS).SEM analysis revealed distinct surface morphologies between the two domestic carbon fibers.CF-1,produced via dry-jet wet spinning,exhibited a smooth surface that facilitated efficient axial stress transfer along the fiber direction,thereby contributing to the superior 0° tensile strength of its composite.In contrast,CF-2,manufactured through wet spinning,possessed a grooved surface microstructure,which enhanced the interfacial bonding strength between the carbon fiber and the polymer matrix.Furthermore,when applied to blades,both CFRP plates demonstrated excellent compatibility with the infusion resin and flow-guiding fabric used in blade manufacturing,meeting the processing requirements for blade production.

关键词

碳纤维 / 拉挤成型 / 风电叶片 / 复合材料 / 界面

Key words

carbon fiber / pultrusion / wind turbine blades / composites / interface

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国产大丝束碳纤维在风电叶片中的应用与性能研究[J]. 化工新型材料, 2026, 54(2): 166-170 DOI:10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2026.02.042

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