CN101903161A - 由树脂预浸渍纤维制造复合部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由多层树脂预浸渍纤维(1)制造层叠的复合部件的方法，多层树脂预浸渍纤维放置在模制表面(2)上。然后将至少一个透气层(5)放置在多层树脂预浸渍纤维(1)的至少一部分上。透气层(5)具有包括至少一个丝或线(9)的结构，所述至少一个丝或线以重叠图案设置，以提供网格状的互连通道(11)，所述通道(11)在透气层(5)内沿至少两个非平行的方向延伸，且具有至少与丝或线(9)的厚度对应的横截面区域。在多层树脂预浸渍纤维(1)和透气层(5)上提供气密的挠性封罩(6)，基本上抽空存在于封罩(8)中的空气，加热多层树脂预浸渍纤维(1)预定的时长，以使预浸渍树脂的粘度下降，从而使树脂沿与多层树脂预浸渍纤维(1)大致垂直的方向并向着透气层(5)流动。本发明还涉及一种由这种方法制造的风轮机叶片。

Description

由树脂预浸渍纤维制造复合部件的方法
技术领域
本发明涉及一种制造复合部件的方法，特别是涉及由经受真空和加热的多层树脂预浸渍纤维制造的复合部件的方法。
背景技术
纤维加强树脂复合物用于风轮机制造中。在此，公知的是，由经受真空和加热的多层树脂预浸渍纤维制造复合部件、特别是转子叶片。下面，这种层状树脂预浸渍纤维还称作预浸渍料。制造方法通常包括：将预浸渍料放置在模制表面上，且将一个或多个无纺纤维垫防止在上预浸渍料的顶部上。这种无纺纤维垫称作透气或放气层，这是因为它们用于去除空气和多余的树脂。在下面中，将使用术语“透气”。然后，气密的挠性封罩放置在预浸渍料和透气层上。封罩通常通过密封带密封到模制表面。施加真空以将空气从封罩抽出，然后施加热量。这将会使得预浸渍树脂的粘度下降，以便使树脂沿与多层树脂预浸渍纤维大致垂直的方向且向着透气层流动。然后，该部件放在升高的温度下，以固化预定时长。
真空和热量使得树脂流入透气层，因此，该树脂在最终的制品中是没有用的。当制造大的部件时，通常需要使用厚的透气层，以便能够建立真空或至少足够低的压力，且这种厚的透气层可能具有从部件排出太多树脂的倾向。难以精确控制多少树脂流入透气层中，也难以确保没有区域经受太大的树脂排出。这些不足可导致减弱的材料性能或缺陷，因此需要严格的质量控制。通常为NDT扫描的质量控制也可用于揭示滞留在复合部件中的空气的度。
因此，一种改进的制造方法将是有利的，特别是，一种可使较少的树脂从预浸渍料移除的方法将是有利的。
发明内容
本发明的一个目的是提供这样一种由多个预浸渍料制造复合部件的方法，借助于所述方法，与目前使用的方法相比，浪费树脂的量可被降低。
本发明的另一目的是提供这样一种由多个预浸渍料制造复合部件的方法，借助于所述方法，与目前使用的方法相比，预浸渍料中的树脂的量可减少而不会降低最终制品中的树脂的量。
本发明的又一目的是提供这样一种方法，借助于所述方法，较少的空气滞留在复合部件内，从而产生更好和更可靠的机械性能。
本发明的还一目的是提供一种现有技术的替代方案。
因此，在本发明的第一方面中，上述目的和其他几个目的意欲通过提供一种由多层树脂预浸渍纤维制造层叠的复合部件的方法达到，所述方法包括以下步骤：
-将多层树脂预浸渍纤维放置在模制表面上；
-将至少一个透气层放置在多层树脂预浸渍纤维的至少一部分上，所述透气层具有包括至少一个丝或线的结构，所述至少一个丝或线以重叠图案设置，以提供网格状的互连通道，所述通道在透气层内沿至少两个非平行的方向延伸，且具有至少与丝或线的厚度对应的横截面区域；
-在多层树脂预浸渍纤维和透气层上提供气密的挠性封罩；
-基本上抽空存在于封罩中的空气；以及
-加热所述多层树脂预浸渍纤维预定的时长，以使预浸渍树脂的粘度下降，从而使树脂沿与多层树脂预浸渍纤维大致垂直的方向并向着透气层流动。
“丝”优选指非常纤细的天然或合成纤维。多个丝可以捻在一起形成绳状结构。“线”优选指细长的材料，通常为直线式的，该材料不必以单独的丝的形式存在。
空气通常可在加热多层树脂预浸渍纤维的时长的至少一部分中通过使用可留在上面的真空泵抽空。
至少一个丝或线所设置的重复图案可通过包括编织或纺织的过程获得，但更复杂的结构，包括纺织和编织的组合，也可得到。它还可以是产生这种图案的过程，在该图案中，一些丝或线具有大致直线的延展，而其他一些丝或线是弯曲的。丝或线可例如在一个或两个方向上具有直线延展，并可例如通过缝缀或胶粘接合起来。图案可优选在与透气层的厚度方向垂直的至少两个方向上重复。
在一些实施例中，透气层可通过包括挤出成型的过程制成。在挤出成型之后，透气层的结构的至少一部分通过使用至少一个辊提供。它可以例如是聚合物片材料的挤出成型，之后在材料仍处于部分融化和未硬化的状态时使挤出成型的材料在辊之间或在辊与实体表面之间通过。辊和/或表面包括凸出部，所述凸出部被挤压到未硬化的聚合物中，以形成孔；这些孔构成透气层的通道。当聚合物硬化时，网格通过融合在一起的聚合物的线形成。在这种情况下，透气层通常被描述为包括材料的线，这是因为这些线已经不是作为单独的单元存在。
丝或线的厚度可以为至少0.1mm，例如0.1-2mm，例如0.1-1mm，例如0.2-0.3mm。当在透气层中使用两个或更多个丝或线时，丝或线可具有相同或不同的厚度。
透气层在使用之前可具有至少是丝或线的厚度的至少一倍的厚度，例如是丝或线的厚度的2-10倍，例如是丝或线的厚度的3-6倍。透气层可优选具有这样的结构，在所述结构中，一个或多个丝或线中的两个或更多个部分在具有大致恒定的相对距离的点处交叉。这些点在空气排出的过程中抵制透气层的压缩，从而有助于确保通道在制造过程中保持敞开。丝或线可在交叉点处结合在一起，或丝或线可相对彼此自由移动。
透气层可由聚合材料例如聚酰胺、聚酯或聚丙烯制成。在本发明的范围内也可使用其他材料例如玻璃纤维或天然纤维。材料必须在整个制造过程中保持期望的机械性能，且由于透气层在使用之后是废料，因此还必须确保它可被烧掉而不会对环境造成不利影响。
所述方法还可包括使用两个或更多个透气层，所述两个或更多个透气层可一个放置在另一个之上。因此，透气层的总厚度可很容易地适配给定的应用场合。可选地或组合地，透气层中的至少一个可放置在多层树脂预浸渍纤维之下。这可用于使空气和多余树脂更好或更均匀地排出，尤其是对于具有相对较大的厚度的复合部件。两个或更多个透气层可在材料、结构和/或厚度方面是类似的或不同的。
在上述方法中的任何方法中，由无纺纤维制成的附加层可放置在透气层的顶部或底下。这种层可具有阻止树脂流动的较高阻力，且可例如用于防止树脂达到用于提供气密的挠性封罩的挠性片。
多层树脂预浸渍纤维被加热到的温度可以为至少80℃例如100-130℃、例如110-120℃。温度根据使用的树脂选择，且它也可在制造过程中变化，如果这种变化被发现对于例如树脂的固化是有利的。
制造层叠的复合部件的方法还可包括以下步骤：在加热多层树脂预浸渍纤维的时长的至少一部分中向多层树脂预浸渍纤维施加压力。这种压力可有助于抽空本会滞留在结构内的空气，且还可用于获得一种期望紧压的多层纤维，从而可使纤维与树脂之间获得期望的体积比。
本发明的第二方面涉及一种通过上述方法制造的风轮机叶片。
附图说明
下面，将参看附图更详细地描述根据本发明的用于制造复合部件的方法。附图示出了一种实施本发明的方式，但并不能认为就是对落入权利要求的范围内的其他可能的实施例的限制。
图1示意性地示出了由多个预浸渍料制造复合部件；
图2示意性地示出了用于根据本发明的方法中的透气层的一个示例的顶视图；
图3示意性地示出了沿着图2中的线A-A所作的剖视图；
图4示意性地示出了用于根据本发明的方法中的透气层的一个可选示例的顶视图；
图5示意性地示出了用于根据本发明的方法中的透气层的另一个示例的顶视图；以及
图6示意性地示出了沿着图5中的线A-A所作的剖视图。
具体实施方式
例如可能是风轮机叶片的纤维加强树脂复合部件可以以多种方式制造。众所周知的方法包括使用多层树脂预浸渍纤维(称作预浸渍料)，所述纤维可以沿相同方向或沿两个或更多个方向设置。它们也可在浸渍之前纺织成垫子。图1示意性地示出了在包括使用预浸渍料1的制造方法中的一个步骤的示例。被切成期望尺寸和形状的预定多个预浸渍料1放置在模具的模制表面2上，所述模制表面通常被涂覆，以便在模制之后容易地移除复合部件。脱模布3通常放置在预浸渍料1之上，以确保制造的复合部件的表面保持干净，直到可能的随后的处理步骤例如涂漆，或直到要使用该部件。脱模布3而且可用于使复合部件具有粗饰。分离箔4和透气层5位于脱模布3之上，所述分离箔通常是多孔塑料箔。下面，将更详细地讨论分离箔4和透气层5。所提及到的所有的层由气密的挠性片6通常为塑料覆盖，所述气密的挠性片通过使用密封带7被密封到模制表面2，以提供封罩8，可通过使用真空泵(未示出)经由真空口(未示出)从所述封罩抽吸空气。当基本上封罩8中的所有存在的空气已被抽出时，施加预定时长的热量，以使预浸渍树脂的粘度降低并随后固化该树脂。由于真空和温度的增大，树脂将以与预浸渍料1大致垂直的方向流动且流向透气层5。透气层5的目的是确保：即使挠性片6皱缩，也可抽出尽可能多的空气。一些树脂将流入透气层5，因此，透气层5的另一目的是吸收多余的树脂。分离箔4的目的是限制树脂流入透气层5。图1中仅示出了一个透气层5，但也可一个在另一个之上地设置两个或更多个透气层5。这种两个或更多个透气层5在材料、厚度和/或结构方面可以类似或不同。
对于一些应用，与热量组合地施加压力。这通常在压热器中进行，模具和封罩内的整个组件放在所述压热器中。温度在该过程中可以变化，且当固化完成时，复合部件从模具中移除。
在包括使用预浸渍料1的现有的制造方法中，透气层5通常由例如棉质的无纺纤维制成，因此，它具有随机和毡状结构。关于本发明，已经认识到，将这种类型的透气层5替换为具有更疏松的结构的层是有利的，所述具有更疏松的结构的层通常由以重复图案设置的一个或多个丝或线制成，以提供网格状的互连通道。
根据本发明的透气层5通常还具有占优势的孔眼结构，其中，一个或多个丝或线比通道占据小很多的空间。例如，它可由松散的纺织或编织制成，但也可获得更复杂的结构，包括纺织和编制的组合。图2示意性地示出了根据本发明的透气层5的一个示例的顶视图。示出的透气层5是通过丝9的松散纺织制成的疏松格子布。每个丝9可以例如是单根纤维或一束纤维。如上所述，在本发明的范围内，其他许多和更复杂的重复图案也是可以的。丝9例如可由玻璃纤维或由塑料制成。
图3示意性地示出了沿着图2中的线A-A所作的剖视图。该图还示出了上、下边界线10，该边界线在丝9之间限定通道11。边界线不是实体的物理表面，因此，线可被认为是假想的。在所示的示例中，这种通道11沿纸面和垂直于纸面延伸。当如图1所示地使用透气层5时，下边界线10a表示分离箔4，上边界线10b表示用于建立气密的封罩8的挠性片6。然而，一个以上的透气层5可一个在另一个之上地设置，且边界线10中的一个或多个此时表示相邻的透气层5。当两个透气层5具有共享的边界线10时，通道11中的一些通道可由来自两个透气层5的丝9形成。
可以从上面的描述中理解，“通道”通常并不是表示具有封闭侧的细长凹腔。相反，术语“通道”用于描述流体例如空气或树脂可沿着与所谓的通道对应的路径流动。通道11通常互连以形成网格状通道11，使得在透气层5内流动的流体可例如由于摩擦和完全或部分堵住的通道11而根据局部的流阻改变流动方向。通道11如果树脂在其中可例如被堵住。
透气层5的目的是从封罩8排出空气，且例如初始位于预浸渍料1之间的空气通常首先沿与透气层5大致垂直的方向流动，然后大致沿透气层5的平面向着封罩8的出口(未示出)流动，所述出口连接到真空泵(未示出)。树脂通常沿相应的方式流动，但准确的流动图案还将会受其他因素例如树脂与透气层5的丝9之间的粘附影响。树脂的流动还受树脂的粘度影响，所述树脂的粘度又与局部温度和树脂已开始固化的程度有关。为了达到足够的空气排出，必须确保当大部分空气已经排出且透气层5由于真空和挠性层6的影响而紧压时通道还存在且具有足够的尺寸。
图4示意性地示出了透气层的一个可选示例的顶视图，其中，纤维的丝以与图2所示的图案不同的图案设置。因此，透气层5的结构、材料和厚度的实际选择可必须根据实际情况例如根据树脂的类型、预浸渍料的尺寸进行。
图5示意性地示出了透气层5的另一示例的顶视图，图6示意性地示出了沿图5中的线A-A所作的剖视图。透气层5包括未交织但例如通过胶粘接合在一起的两丝或线9。可选地，相应的图案也可通过这样一种过程获得，所述过程包括挤出成型聚合物片材，然后在材料仍处于未硬化的状态时使挤出成型的材料在辊之间或在辊与实体表面之间通过。辊和/或表面包括挤压到聚合物中以形成孔的凸出部；这些孔构成透气层5的通道。当聚合物硬化时，网格通过融接在一起的聚合物的线形成。
一种可选的制造过程可以是将融化的聚合物材料的线以图5中所示的图案喷射到表面上。在图5和6中，聚合物的线被示出为以0/90°方位设置。然而，其他相对方位在本发明的范围内也是可以的。
在上面的描述中，分离箔4和透气层5被示为放置在多层预浸渍料1之上。然而，在本发明的范围内，也可将分离箔4和一个或多个透气层5放置在多层预浸渍料1之下。这通常可与使这种层4、5位于预浸渍料1之上组合地进行，但也可仅使透气层5位于预浸渍料1之下。
关于本发明，已经发现，与使用无纺透气层5相比，具有疏松结构和重复图案的透气层5使得在复合部件的制造过程中较少的树脂流入透气层5中。这使得浪费的树脂材料更少，从而对于材料成本来说是有利的。而且，它使得具有更加可控的机械性能。还可降低预浸渍料中的树脂的量，且仍可获得可靠的制品，从而，可降低材料成本。
还发现，具有重复图案的结构更加疏松的透气层5的使用不仅使得较少的树脂转移到透气层5中，而且还使得较少的空气滞留在分离箔4下方和复合结构本身中。原因目前认为是，与具有无纺结构的透气层5的情况相比，在根据本发明的透气层5中，空气的流阻明显较低。在制造过程中空气从结构的更好的移除有利于复合部件具有更好和更可靠的机械性能。
尽管已结合特定的实施例描述了本发明，但不应认为是以任何方式局限于所提供的示例。本发明的范围通过权利要求书限定。在权利要求的情况下，术语“包括”并不排除具有其他可能的元件或步骤。而且，所提及的不定冠词(一个)不应认为排除多个。在权利要求书中根据附图中所示的元件使用附图标记也不应认为是限制本发明的范围。而且，在不同的权利要求中提及的各个特征可以有利地组合，这些特征在不同的权利要求中的引用并不排除特征的组合是不可以的和有利的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种由多层树脂预浸渍纤维制造层叠的复合部件的方法，所述方法包括以下步骤：
-将多层树脂预浸渍纤维放置在模制表面上；
-将由聚合材料形成的至少一个透气层放置在多层树脂预浸渍纤维的至少一部分上，所述透气层具有包括至少一个丝或线的结构，所述至少一个丝或线以重叠图案设置，以提供网格状的互连通道，所述通道在透气层内沿至少两个非平行的方向延伸，且具有至少与丝或线的厚度对应的横截面区域，使得至少一个丝或线在透气层中比通道占据更小的空间；
-在多层树脂预浸渍纤维和透气层上提供气密的挠性封罩；
-基本上抽空存在于封罩中的空气；以及
-加热所述多层树脂预浸渍纤维预定的时长，以使预浸渍树脂的粘度下降，从而使树脂沿与多层树脂预浸渍纤维大致垂直的方向并向着透气层流动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，透气层通过包括编织或纺织的过程制成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，透气层通过包括挤出成型的过程制成。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，它还包括通过使用至少一个辊子提供透气层的结构的至少一部分。
5.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，线或丝的厚度是至少0.1mm，例如0.1-2mm，例如0.1-1mm，例如0.2-0.3mm。
6.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，透气层在使用之前的厚度是丝或线的厚度的至少一倍，例如是丝或线的厚度的2-10倍，例如是丝或线的厚度的3-6倍。
7.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，包括使用两个或更多个透气层。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，两个或更多个透气层一个设置在另一个之上。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，透气层中的至少一个放置在多层树脂预浸渍纤维之下。
10.如权利要求7-9中任一所述的方法，其特征在于，两个或更多个透气层在材料、结构和/或厚度方面是类似的。
11.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，由无纺纤维制成的附加层放置在透气层的顶部或底下。
12.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，多层树脂预浸渍纤维被加热到的温度为至少80℃，例如100-130℃，例如110-120℃。
13.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：在加热多层树脂预浸渍纤维的时长的至少一部分中向多层树脂预浸渍纤维施加压力。
14.一种通过包括以下步骤的方法制造的风轮机叶片：
-将多层树脂预浸渍纤维放置在模制表面上；
-将至少一个透气层放置在多层树脂预浸渍纤维的至少一部分上，所述透气层具有包括至少一个丝或线的结构，所述至少一个丝或线以重叠图案设置，以提供网格状的互连通道，所述通道在透气层内沿至少两个非平行的方向延伸，且具有至少与丝或线的厚度对应的横截面区域，使得至少一个丝或线在透气层中比通道占据更小的空间；
-在多层树脂预浸渍纤维和透气层上提供气密的挠性封罩；
-基本上抽空存在于封罩中的空气；以及
-加热所述多层树脂预浸渍纤维预定的时长，以使预浸渍树脂的粘度下降，从而使树脂沿与多层树脂预浸渍纤维大致垂直的方向并向着透气层流动。
15.如权利要求14所述的风轮机叶片，其特征在于，透气层由聚合材料形成。
16.如权利要求14或15所述的风轮机叶片，其通过权利要求2-13中任一所述的方法制造。

Claims (15)

1.一种由多层树脂预浸渍纤维制造层叠的复合部件的方法，所述方法包括以下步骤：
-将多层树脂预浸渍纤维放置在模制表面上；
-将至少一个透气层放置在多层树脂预浸渍纤维的至少一部分上，所述透气层具有包括至少一个丝或线的结构，所述至少一个丝或线以重叠图案设置，以提供网格状的互连通道，所述通道在透气层内沿至少两个非平行的方向延伸，且具有至少与丝或线的厚度对应的横截面区域；
-在多层树脂预浸渍纤维和透气层上提供气密的挠性封罩；
-基本上抽空存在于封罩中的空气；以及
-加热所述多层树脂预浸渍纤维预定的时长，以使预浸渍树脂的粘度下降，从而使树脂沿与多层树脂预浸渍纤维大致垂直的方向并向着透气层流动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，透气层通过包括编织或纺织的过程制成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，透气层通过包括挤出成型的过程制成。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，它还包括通过使用至少一个辊子提供透气层的结构的至少一部分。
5.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，线或丝的厚度是至少0.1mm，例如0.1-2mm，例如0.1-1mm，例如0.2-0.3mm。
6.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，透气层在使用之前的厚度是丝或线的厚度的至少一倍，例如是丝或线的厚度的2-10倍，例如是丝或线的厚度的3-6倍。
7.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，透气层由聚合材料例如聚酰胺、聚酯或聚丙烯制成。
8.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，包括使用两个或更多个透气层。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，两个或更多个透气层一个设置在另一个之上。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，透气层中的至少一个放置在多层树脂预浸渍纤维之下。
11.如权利要求8-10中任一所述的方法，其特征在于，两个或更多个透气层是类似的。
12.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，由无纺纤维制成的附加层放置在透气层的顶部或底下。
13.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，多层树脂预浸渍纤维被加热到的温度为至少80℃，例如100-130℃，例如110-120℃。
14.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：在加热多层树脂预浸渍纤维的时长的至少一部分中向多层树脂预浸渍纤维施加压力。
15.一种通过前面权利要求中任一所述的方法制造的风轮机叶片。
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