AT510083A2 - Faserverstärktes verbundformteil - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein faserverstärktes Verbundformteil mit einer äußeren Struktur und einer inneren Struktur, wobei die äußere Struktur aus mindestens einer Schicht von faserigem Verstärkungsmaterial und einem gehärteten ersten Harzmaterial gebildet ist und die innere Struktur aus einer Vielzahl an Schichten von faserigem Verstärkungsmaterial und einem zweiten gehärteten Harzmaterial gebildet ist. Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von solch einem faserverstärkten Verbundformteil .

Faserverstärkter Kunststoff (FRP) sind aus einer mit Fasern verstärkten Polymermatrix gemachte Verbundmaterialien. Die Fasern können zum Beispiel aus Glas, Kohlenstoff, Kevlar, Aramid, Basalt (Mineral) gemacht oder organischen Ursprungs sein, wie Baumwolle, Hanf oder Flachs, während das Polymer der Matrix üblicherweise ein Epoxidharz, Vinylester, thermoplastischer oder Polyesterhitzebeständiger Kunststoff ist. FRPs werden gewöhnlich in den Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Schiffs- und Bauindustrien verwendet .

Bevor sie an die Matrix gebunden werden, werden die Fasern in Faser-Vorformen, entweder als Prepregs oder als „trockenes" faseriges Verstärkungsmaterial hergestellt.

Prepreg ist ein Fachausdruck für „vorimprägnierte" Verbundfasern. In a prepreg the fibrous reinforcement material is com-pletely or partially impregnated with a reinforcement resin material. In the context of this application, prepreg also comprises one or more fibrous reinforcement materials which are conjoined to a resin layer wherein the outer surface of the fibrous layer is dry to touch or substantially untacky.

Prepregs nehmen üblicherweise die Form eines Gewebes an oder sind unidirektional und enthalten bereits eine Menge des Matrixmaterials or resin material, welches verwendet wird, um sie zusammen und an andere Bestandteile während der Herstellung zu binden. Die Prepregs werden meistens in gekühlten Bereichen gelagert, da Aktivierung am häufigsten durch Hitze durchgeführt wird. Somit werden aus Prepregs gebaute Verbundstrukturen meistens einen Ofen oder Autoklav zum Aushärten erfordern. „Trockenes" faseriges Verstärkungsmaterial wird hauptsächlich durch Textilverarbeitungstechniken des Webens, Strickens, Flechtens und Nähens häufig in Bögen, kontinuierliche Matten oder kontinuierliche Filamente für Sprühanwendungen angefertigt. • « > * ι ···« • * ·«*· · * ···· * * * * * *··«· * * · · · * i · I · · 2 -.......... Nähen ist wohl die einfachste der vier hauptsächlichen Textilherstellungstechniken. im Wesentlichen besteht das Nähverfahren aus Einführen einer Nadel, Tragen des Nähfadens durch einen Stapel Gewebeschichten, um eine 3D-Struktur zu bilden. Bei Prepregmaterial ist Nähen normalerweise nicht notwendig, da es bereits eine Menge des Matrixmaterials enthält, welches verwendet wird, um es zusammen und an andere Bestandteile während der Herstellung zu binden. Multiaxiale Prepregs werden genäht, jedoch wird unidirektionales Prepregmaterial typischerweise nicht genäht .

Solches faserige Verstärkungsmaterial und polymere Material {oder Prepregs) werden dann durch Formgebung in ihre endgültige Form gebracht. Es gibt zwei verschiedene Hauptkategorien von Formgebungsverfahren unter Verwendung von FRP-Kunststoffen, nämlich Verbundwerkstoff-Formgebung und Nasspressen. Verbundwerkstoff-Formgebung verwendet Prepregs, also Bögen oder Stapel von Prepregs werden erhitzt oder auf verschiedenen Wegen komprimiert, um geometrische Formen zu erzeugen, Nasspressen vereinigt Faserverstärkung und die Polymermatrix während des Formgebungsverfahrens .

Natürlich gibt es weitere Kategorien von Formgebungsverfahren .

Bei Bläsen-Formgebung werden einzelne Bögen Prepregmaterial aufgelegt und zusammen mit einer ballonähnlichen Blase in eine Negativform platziert. Die Form wird geschlossen, in eine erhitzte Presse platziert und die Blase wird unter Druck gesetzt, was die Materialschichten gegen die Formwände zwingt. Das Material wird dann gehärtet und aus der heißen Form entfernt. Blasen-Formgebung ist ein geschlossenes Formgebungsverfahren mit einem relativ kurzen Härtungszyklus zwischen 15 und 60 Minuten.

Formpressen umfasst, dass eine „Vorform" oder „Charge" aus SMC, BMC oder manchmal Prepreggewebe in einen Formhohlraum platziert wird. Die Form wird geschlossen und das Material wird durch Druck und Hitze kompaktiert und gehärtet.

Autoklav/Vakuumsack-Formgebung bedeutet, dass einzelne Bögen Prepregmaterial aufgelegt und in eine offene Form gelegt werden. Das Material wird mit Trennmittelfolie, Ab- lass/Entlüftungsmaterial und einem Vakuumsack bedeckt. Ein Vakuum wird auf dem Teil gezogen und die gesamte Form kann zusätzlich in einen Autoklav platziert werden. Das Material wird mit einem kon- - 3 - tinuierlichen Vakuum gehärtet, um eingefangene Gase aus dem Laminat zu extrahieren. Dies ist ein sehr übliches Verfahren in der Luft- und Raumfahrtindustrie, da es wegen eines langen, langsamen Härtungszyklus genaue Kontrolle über das Formgebungsverfahren bietet. Diese genaue Kontrolle erzeugt die genauen geometrischen Laminatformen, die benötigt werden, um Festigkeit und Sicherheit sicherzustellen.

Dorneinhüllung ist eine weitere Möglichkeit, wobei Bögen aus Prepregmaterial um einen Stahl- oder Aluminiumdorn gewickelt werden. Das Prepregmaterial wird durch Nylon- oder Polypropylen-Klebeband kompaktiert, die Teile werden typischerweise durch Hängen in einem Ofen chargengehärtet. Nach Härten werden das Klebeband und der Dorn entfernt, was ein hohles Rohr, hergestellt aus FRP-Material hinterlässt.

Durch „Wet-Lay-up" wird faserverstärkendes Gewebe in eine offene Form platziert und dann mit dem Polymermatrixmaterial gesättigt, indem es über das Gewebe gegossen und in das Gewebe und die Form eingearbeitet wird. Die Form wird dann gelassen, so dass das Harz härten wird, üblicherweise bei Raumtemperatur, obwohl Hitze manchmal verwendet wird, um einen einwandfreien Härtungsprozess sicherzustellen. Glasfasern werden für dieses Verfahren am häufigsten verwendet, die Ergebnisse sind weit verbreitet als Fiberglas bekannt, und es wird verwendet, um gewöhnliche Produkte wie Skier, Kanus, Kajaks und Surfbretter herzustellen.

Weitere Verfahren mit eingeschränkterer Verwendung sind Glasfaserpistolen (Chopper Guns), Filamentwicklung und Pultrusi-onsverfahren. Von besonderem Interesse ist RTM & VARTM, auch Infusionstechniken genannt. Hier werden Gewebe in eine Form platziert, in welche dann leicht fließfähiges Harz injiziert wird. Im RTM (Resin Transfer Moulding) Verfahren wird das Harz typischerweise unter Druck gesetzt und in einen Hohlraum gezwungen, welcher unter Vakuum steht, während beim VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding) Verfahren Harz vollständig unter Vakuum in den Hohlraum gezogen wird. Dieses letztere Formgebungsverfahren ermöglicht genaue Toleranzen und detaillierte Formgebung, kann aber manchmal darin versagen, das Gewebe vollständig zu sättigen, was zu Schwachpunkten in der endgültigen Form führt. Liquid Resin Film Infusion (LRI) ist eine weitere Technik, welche einen Harzfilm für Infusion der Verstärkungsschichten verwendet. Der Film wird erhitzt, verflüssigt sich und durchdringt so die Fasern der * · · ·« « « · * « * * « * · * · « ·«·* ···» · » I I « 4 * * * * * · · « * · · • · · * # · * * t »# ι· - 4 -

Vers tärkungss chi chten.

Eine faserverstärkte Kunststoffkomponente ist typisch für eine dünne „Hülsen"-Konstruktion, welche manchmal innendrin mit Strukturschaum gefüllt ist, wie im Fall von Surfbrettern. Die Komponente kann eine fast beliebige Form haben, begrenzt nur durch die Komplexität und Toleranzen der Form, welche zur Herstellung der Hülse verwendet wird. Fortgeschrittene Herstellungstechniken wie Prepregs und Faser-Rovings erweitern die Anwendungen und die Zugfestigkeit, welche mit faserverstärkten Kunststoffen möglich ist.

Verwendung von FRP ist bei Entwürfen von Windkraftturbinen von besonderem Interesse, aber keineswegs darauf beschränkt.

Entwürfe von Windkraftturbinen der neuen Generation schieben die Energieerzeugung von der einzelnen Megawatthandbreite bis hoch auf 10 Megawatt und bald sogar mehr. Der allgemeine Trend dieser Entwürfe mit größerer Kapazität sind immer größere Turbinenblätter. Windturbinenblätter der gegenwärtigen Herstellung werden so groß wie 125 Meter im Durchmesser mit Prototypen im Bereich von 150 bis 200 Metern hergestellt.

Eines der wichtigsten Ziele beim Entwerfen von größeren Blattsystemen ist es, das Blattgewicht unter Kontrolle zu halten. Da Blattmasse als Kubikzahl des Turbinenradius skaliert, wird die Last aufgrund der Schwerkraft zu einem beschränkenden Entwurfsfaktor für Systeme mit größeren Blättern.

Gegenwärtige Herstellungsverfahren für Blätter in der Bandbreite von 40 bis 50 Metern beziehen verschiedene erprobte Glasfaser-Verbundherstellungstechniken ein. Einige Hersteller verwenden ein Infusionsverfahren für die Blattherstellung, andere verwenden Variationen dieser Technik, einige schließen Kohlenstoff und Holz mit Glasfaser in einer Epoxymatrix ein. Optionen schließen auch Prepreg-Glasfaser und vakuumgestütztes Resin-Transfer-Moulding ein. Im Wesentlichen sind all diese Optionen Variationen des gleichen Themas: ein glasfaserverstärkter Polymerverbundstoff, konstruiert durch verschiedene Mittel mit unterschiedlicher Komplexität. Vielleicht das größte Thema bei simplistische-ren, offenformigen Nasssystemen sind die Emissionen in Verbindung mit den flüchtigen organischen Substanzen, welche in die Atmosphäre freigesetzt werden. Vorimprägnierte Materialien und Harzinfusionstechniken vermeiden die Freisetzung von flüchtigen Substanzen, indem sie alle Umsetzungsgase enthalten. Jedoch haben ***** *«·· • * » · · * · · * »·(* *** · ·«·«· * * · * ♦ · ·* I · · - 5 -........... diese abgeschlossenen Verfahren ihre eigenen Herausforderungen, die Herstellung von dicken Laminaten, welche für Strukturbestandteile notwendig sind, wird nämlich schwieriger. Da die Vorform-Harzdurchlässigkeit die maximale Laminatdicke diktiert, ist Ausbluten erforderlich, um Hohlräume zu beseitigen und einwandfreie Harzverteilung sicherzustellen. Eine Lösung wird z.B. in W0-2008/119941 Al gezeigt, welches ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundbestandteils mit einem äußeren Oberflächenüberzug, um ein ästhetisches und schützendes Finish vorzusehen, offenbart. Eine Oberflächenschicht wird in eine Form platziert und Strukturschichten, welche strukturelle trockene Gewebeverstärkungen umfassen, werden über der Oberflächenschicht platziert. Eine Prepregschicht kann innerhalb oder angrenzend an mindestens eine Schicht aus faserigem Verstärkungsmaterial einer Oberflächenschicht vorgesehen werden. Die Prepregschicht umfasst unidirektionale Fasern in der Schicht eines dritten Harzmaterials. Die Oberflächenschicht und die mindestens eine Schicht an faserigem Verstärkungsmaterial werden auf einem Teil der Formoberfläche in einem gemeinsamen Schritt angeordnet. Die verschiedenen Harzmaterialien der Oberflächenschicht und die mindestens eine Schicht aus faserigem Verstärkungsmaterial werden mindestens teilweise gleichzeitig in einem Härtungsschritt gehärtet. Es wird angenommen, dass während der Evakuierung das trockene Gewebe einen Pfad für Luftstrom vorsieht, und sobald Hitze und Druck angewendet werden, Harz in die trockene Region fließen kann, was eine durch und durch imprägnierte Laminatstruktur ergibt.

Auf Epoxidharz basierende Verbundstoffe sind von größtem Interesse für die Windturbinenhersteller, weil sie eine Schlüsselkombination für Vorteile bei der Umwelt, der Herstellung und den Kosten gegenüber anderen Harzsystemen liefern. Epoxidharze verbessern auch die Windturbinenblatt-Verbundherstellung, indem sie kürzere Härtungszyklen, erhöhte Beständigkeit und verbessertes Oberflächenfinish erlauben. Prepreg-Arbeitsgänge verbessern ferner kostenwirksame Arbeitsgänge, indem sie Verarbeitungszyklen und daher Herstellungszeit gegenüber Wet-Lay-up-Systemen verringern. Da sich Turbinenblätter an 60 Meter und größer annähern, werden Infusionstechniken vorherrschender, da die traditionelle Harztransferformgebung-Injektionszeit verglichen mit der Harzaufbauzeit zu lang ist, was so die Laminatdicke begrenzt, Injektion zwingt Harz durch einen dickeren Schichtenstapel, was das Harz wo in der Laminatstruktur ablagert, bevor Erstarrung stattfindet. Es sind spezialisierte Epoxyharze entwickelt worden, um Lebenszeiten und Viskosität individuell anzupassen, um Harzleistung in Injektionsanwendungen abzustimmen. Kürzlich sind auch Kohlenstoff-faserverstärkte lasttragende Holme als kostenwirksame Mittel zum Verringern von Gewicht und Erhöhen von Steifheit identifiziert worden. Von der Verwendung von Kohlenstofffasern in 60 Meter Turbinenblättern wird geschätzt, dass sie eine 38% Verringerung der Gesamtblattmasse und eine 14% Kostensenkung verglichen mit einem 100% Glasfaserentwurf ergibt. Die Verwendung von Kohlenstofffasern hat den zusätzlichen Nutzen, die Dicke von Glasfaserlaminatabschnitten zu verringern, was ferner die Probleme in Verbindung mit Harzbenetzung von dicken Gelegeabschnitten anspricht. US-Patentanmeldung US-2009/008836 Al offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines zusammengefügten Faserverbundbestandteils mit zwei Regionen, die aneinander angrenzen, aber auf verschiedene Weisen konstruiert sind. Die erste Region wird aus einer Vorform hergestellt, während die zweite Region aus einem Prepreg hergestellt wird. Die beiden Regionen haben verstärkte Fasern, eingebettet in einer Polymermatrix, und ein Übergangsfilm ist zwischen ihnen angeordnet. Der Übergangsfilm ist vakuumdicht und trennt die beiden Regionen räumlich, aber geht durch ein Wärmebehandlungsverfahren dauerhafte Bindungen mit den Matrices der beiden Regionen ein. Die Patentanmeldung beansprucht den Nutzen, dass die beiden Regionen an verschiedenen Orten zu verschiedenen Zeiten hergestellt werden können. Jedoch muss angenommen werden, dass die beiden Regionen verschiedene Harze verwendeten. Aus diesem Grund wird der Übergangsfilm benötigt, welcher die Anwendung von verschiedenen Vakuumstärken auf die beiden Regionen erlaubt, was impliziert, dass auch zwei Vakuumsäcke benötigt werden. US-7419627 B2 betrifft allgemein den Bereich der Verbundstof fkonstruktion und insbesondere ein durch gemeinsam gehärtetes Harz-vakuumunterstütztes Transferformgebung-Herstellungsverfahren. GB-2351937 B offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbestandteils. Ein Teil des Bestandteils ist als Prepreg-Halbfertigprodukt vorgefertigt, während der andere Teil als Textil-Halbfertigprodukt vorgefertigt ist, welches aus Kohlenstoff, Glas- oder Aramidfasern gemacht ist und durch Nähen, Sticken, Flechten oder Weben vorgefertigt ist. Ein Harzfilm wird auf das Textilprodukt aufgebracht, welches zusammen mit dem Prepreg-Produkt in eine Härtevorrichtung platziert wird. Das Prepreg- und das Textilprodukt werden zusammen evakuiert und gehärtet.

Das oben erwähnte Dokument WO-2008/119941 Bl offenbart im Prinzip die Kombination einer Prepregschicht mit trockenen Gewebeverstärkungen, aber wie beschrieben sind diese Schichten verschachtelt und die lasttragende innere Struktur ist wenigstens teilweise aus trockenen Gewebeverstärkungen aufgebaut mit all ihren Nachteilen.

Insbesondere die Herstellung von Windturbinenblättern durch Infusionstechnologien ist mit einer Anzahl an Problemen verbunden.

Das erste Problem betrifft die vergleichbar schlechte Qualität und schlechte Reproduzierbarkeit von inneren Strukturen der durch Infusionstechnologie hergestellten Blätter. Dies führt zu vergleichbar schlechten mechanischen Eigenschaften der infundierten inneren Strukturen.

Das zweite Problem betrifft die Tatsache, dass Infusion von trockenen genähtem UD für innere Strukturen tatsächlich ein Engpass im Durchsatz von Blattherstellungsverfahren ist, welche Infusionstechnologie verwenden.

Das dritte Problem betrifft die Herstellungszeit und hohen Kosten der Blattherstellung in dem Fall, dass Herstellung zwei Verfahrensschritte einschließt (z.B, falls die innere und äußere Struktur von Blättern getrennt hergestellt werden).

Wenn zwei Herstellungsschritte bei der Herstellung von Blättern für Windturbinen verwendet werden, ist eine lange Herstellungszeit für große Teile notwendig, es sind zwei Formen statt einer notwendig, es gibt erhöhte Kapitalkosten für die extra Form und hohe Energie- und Arbeitskosten sind beteiligt.

Wenn innere Strukturen mittels Infusionstechnik hergestellt werden, sind auch die folgenden Probleme identifiziert worden:

Es gibt eine schlechte Kontrolle des Harzgehalts als inhärente Eigenschaft von Infusionstechnik, eine lange Infusionszeit, insbesondere für lange und dicke UD-Stapel von inneren Strukturen wird benötigt, es treten hohe Variationen des Harzgehalts von infundierten Teilen auf, was Abweichungen von Blätterendgewichten ergibt. Ferner gibt es geringe Kompaktion in den infundierten • · • * · «*· I * »*·* * · * · » «·«* • · · · ·« · « l 4 * - 8 -...........

Teilen wegen des geringen Vakuums an infundierten Bereichen, eine schlechte Kontrolle von Imprägnierung von Harz innerhalb der inneren Struktur, was potenziell trockene Flecken erzeugt, insbesondere innerhalb von dicken Teilen, welche visuell schwer aufzuspüren sind. Die oben erwähnten Faktoren implizieren die Anwendung von vergleichbar hohen Sicherheitsfaktoren, welche erhöhte Blattgewichte (und Materialkosten) ergeben.

Ein Gelege (Lay-up) aus trocken genähten UD-Stofflagen auf manuelle Weise (was üblicherweise angewendet wird, um infundierte innere Strukturen herzustellen) erlaubt keine Kontrolle der Spannung von Rovings, Towgarn oder Lagen. In einem Gelege mit Mehrfachlagen wird dieser Effekt unvermeidlich zu Fehlausrichtungen, Knittern und Falten, einer Verringerung von mechanischen Eigenschaften (insbesondere Kompressions- und Ermüdungsleistung) von dicken Gelegen führen, welche für die heutigen großen Struktu-ren/Blätter verwendet werden. Im speziellen Fall von Kohlenstoff-UD sind diese Probleme sogar noch kritischer.

The invention aims to obviate and/or mitigate the above described Problems and/or to provide improvements generally.

According to the invention, there is provided a moulding and a process as defined in any of one of the accompanying Claims.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des oben erwähnten Stands der Technik zu überwinden, und ein faserverstärktes Verbundformteil mit einer äußeren Struktur und einer inneren Struktur vorzusehen, wobei die äußere Struktur aus mindestens einer Schicht aus faserigem Verstärkungsmaterial und einem gehärteten ersten Harzmaterial gebildet ist und die innere Struktur aus einer Vielzahl an Schichten aus faserigem Verstärkungsmaterial und einem zweiten gehärteten Harzmaterial gebildet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Viskosität des ungehärteten ersten Harzmaterials geringer ist als die Viskosität des ungehärteten zweiten Harzmaterials, und dass in dem Verbundformteil die beiden gehärteten Harzmaterialien mindestens teilweise miteinander gemischt sind. Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Erfindung die äußere Struktur, welche normalerweise eine ästhetische und schützende Funktion vorsieht, durch Infusionstechniken unter Verwendung eines Harzes mit guter Fließfähigkeit hergestellt, und die innere, lasttragende Struktur wird aus Prepregs aufgebaut, nämlich vorzugsweise UD-Schichten, imprägniert mit dem zweiten Harz. Wegen dieses einzigartigen Aufbaus gibt es keine Notwendigkeit für Harz, in trockene Bereiche der inneren Struktur zu fließen, da es keine trockenen Bereiche in der inneren Struktur gibt, da die innere Struktur aus Prepregs aufgebaut ist. Die Verwendung von UD-Prepreg anstelle von genähtem und infundiertem UD vermeidet Faserknitter, somit ist die mechanische Leistung der inneren Struktur viel besser als im Fall von genähten und infundierten UD-Materialien. Zusätzlich und neben oder innerhalb der inneren Struktur können weitere lasttragende Elemente und/oder Knickung verhindernde Strukturen und Elemente eingeschlossen werden, z.B. aus Schaum, Holz, Leichtgewichtmetall oder Verbundstoffen gemachte Elemente.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die äußere Struktur zusätzlich ein interlaminares Fließmedium. Solch ein interlaminares Fließmedium befindet sich vorzugsweise an der unteren Seite der zu formenden ganzen Struktur und hilft dabei, eine vollständige Infusion der äußeren Struktur mit dem ersten Harzmaterial zu haben. Es kann durch eine Vielfalt an Mitteln geformt sein, z.B. eine kontinuierliche, geschnitzelt hergestellte Fasergittermatte, welche Kanäle innerhalb der Schicht(en) aus faserigem Verstärkungsmaterial vorsieht, welche die äußere Struktur bilden. Gegenstand des interlaminaren Fließmediums ist es, optimalen Fluss des Harzes (Harz mit geringer Viskosität für die äußere Struktur) in flusskritischen Bereichen vorzusehen und so einen möglichen Lufteinschluss in den trockenen Schichten von faserigem Verstärkungsmaterial der äußeren Struktur zu vermeiden und einen Austritt während der Infusion des ersten Harzes vorzusehen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des ungehärteten ersten Harzmaterials zwischen 0,14 und 0,4 Pa.s ist und die Viskosität des ungehärteten zweiten Harzmaterials zwischen 0,7-104 und 8-10b Pa.s ist, beide bei 25°C gemessen. Spezifischer variierte die anfängliche Gemischviskosität des ersten (Infusion) Harzes bei 25°C zwischen 0,14 (ultraniederviskose Harze) und 0,4 Pa.s, wobei dieses Harz sofort zu härten beginnt und nach 4 Stunden bei 25°C die Viskosität etwa 6 bis 10 Pa.s sein würde. Die Viskosität des zweiten Harzes, welches für das Prepreg verwendet wird, hängt von dem spezifischen benötigten Prepreg ab und könnte für einige Anwendungen bei 25°C von zwischen 0,7-104 und 8-103 • » · · · · · » * • · · ··»· » · fr » «« • « « « I V««« • *« fr · I fr · fr fr « - 10 -**

Pa.s variiert werden. Mit den Prepregs verwendete Harze waren M9.6F (von Hexcel, AT) mit einer Viskosität von zwischen 2,2 und 6,5-IO4, und M9.6LT (auch von Hexcel, AT) mit einer Viskosität von zwischen 0,9 und 1,9-103 Pa.s. Zum Beispiel ist es für das Infusionsharz wichtig, mit geringer Viskosität zu arbeiten, um eine vollständige Infusion zu erreichen, im Fall von Prepreg ist aus praktischer Sicht eine geringe Klebrigkeit wichtig. Diese geringe Klebrigkeit könnte unter Verwendung eines hochviskosen Harzes (M9.6LT oder vielleicht besser M19.6LT Harz, gleiche Viskosität aber geringere Reaktivität, beide von Hexcel AT) erreicht werden, oder zum Beispiel unter Verwendung eines Prepregs (M9.6F oder besser M19.6 Harz, gleiche Viskosität aber geringere Reaktivität, beide von Hexcel AT) mit etwas trockenem Vlies dazwischen, was ein gegenüber Berührung trockenes Prepreg ergibt, was das Layup leicht macht und die Luft entweichen lässt, um Gelege mit geringer Porosität zu erreichen. Ferner hat zum Beispiel M19.8 (von Hexcel AT) eine ultrahohe Viskosität (4-8-105 Pa.s) und sollte eine sogar noch geringere Reaktivität haben. Bezüglich der Interaktion zwischen Infusions- und Prepregharzen ist ein weiterer wichtiger Punkt die Kompatibilität zwischen beiden Harzen, Prepreg- und Infusionsharz. Vorzugsweise werden in beiden Fällen Epoxidharze verwendet, welche chemisch kompatibel sind. Im Fall von Prepregharz sollte ein gering reaktives Harz gewählt werden, insbesondere wenn der Härtungszyklus in der Infusionsform durchgeführt wird, um hohe Temperaturen an der Oberfläche der Form zu vermeiden.

Vorzugsweise umfasst die äußere Struktur mindestens eine Schicht aus genähtem oder gebundenem faserigen Verstärkungsmaterial. Dadurch wird gewährleistet, dass während UD-Material in der äußeren Struktur verwendet werden kann, die Fasern des faserigen Verstärkungsmaterials dennoch vor der Infusion mit dem ersten Harz sicher zusammen gehalten werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die innere Struktur aus Schichten aus ungenähtem, ungebundenem oder nicht-gewebtem faserigen Verstärkungsmaterial, gemacht aus Prepreg. Das Nutzen von Prepreg gewährleistet im Vergleich zu anderen bekannten Techniken wie Infusion unter Nutzung von genähten, gebundenen oder gewebten Geweben verbesserte mechanische Eigenschaften wegen der geraden flachen und gleichförmigen Faseranordnung, welche einzig aus der Harzfi- * · · * * # · t f * ·· I » bt « I ··«· * * * * I «*» fc * · * · · * * » · » - ii -........... xierung der Fasern erhalten wird, also ohne Notwendigkeit von Näh-, Binde- oder Webtechniken. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Verbundteile in langem Maßstab, zum Beispiel Windenergieblätter in einem Schritt und in einer Form durch Kombinieren von Prepreg- und Infusionstechnologien herzustellen. Unter Verwendung dieses Konzepts werden innere Strukturen unter Verwendung von Prepreg und äußere Strukturen unter Verwendung von Infusionstechnik hergestellt. Beide Strukturen werden in der gleichen Form hergestellt und in einem Schritt gehärtet.

Die Verwendung der Technologie der vorliegenden Erfindung, um Verbundteile in langem Maßstab herzustellen, würde unter andrem Einsparungen bei Formzeit, Energiekosten und Kapitalkosten ergeben (für den Fall, dass innere und äußere Strukturen bisher in getrennten Formen hergestellt worden sind). Verglichen mit infundierten Verbundteilen wird Infusion für die äußere Struktur kombiniert mit der Verwendung von Prepregs für die inneren Strukturen die Vorteile von Prepregmaterialien vollständig nutzen, welche umfassen: • Hervorragende Kontrolle von Harzgehalt, was zu verbesserter Konsistenz von Verbundteilgewichten führt, • Hervorragende Reproduzierbarkeit der Herstellungsverfahren von inneren Strukturen, • Konsistent hoher Qualitätsgrad der inneren, lasttragenden Strukturen, • Einführung von Kohlenstoff-UD in innere Strukturen kann leicht beim gleichen Qualitätsgrad wie mit Glas-UD durchgeführt werden, • Exklusive Verwendung von Prepregs in den inneren Strukturen wird konstanten und kontrollierten Harzgehalt und Harzverteilung sicherstellen, • Die Verwendung von Prepregs stellt sicher, dass alle Fasern imprägniert werden, • Es ergeben sich mechanische Nutzen in der inneren Struktur, welche aus den gestreckten, nicht-genähten Fasern stammen, wie sie in Prepregs verwendet werden, • Ferner ist Positionierung und Sichern der Positionierung durch die Klebrigkeit während des Aufbaus von dicken inneren Strukturen aus Gelegen sichergestellt, • Im Allgemeinen ist bessere mechanische Leistungsfähigkeit, insbesondere bezüglich Druckfestigkeit, ILS und Ermüdungs- leistung gegeben, • Es gibt die Möglichkeit, Layup von inneren UD-Schichten und Positionierung zu automatisieren, wodurch Versagensrisiken von manuellen Prozessen vermieden werden.

Beim Verwenden der Technologie der vorliegenden Erfindung ist auch keine Vorkondolisierungszeit notwendig. Die „Co-Infusion" von Prepregs, also die gleichzeitige Verwendung von Infusionstechnik für die äußere Struktur und Prepreg-Technologie für die innere Struktur insbesondere für Verbundteile in langem Maßstab, wird signifikant verringerte Infusionsprozesszeit ergeben, was zu höherem Formausstoß führt.

Durch die kombinierte Verwendung von Prepregs für die innere Struktur mit der Infusionstechnik für die äußere Struktur werden Probleme gelöst, welche insbesondere bei der Herstellung von langen Blättern für Windturbinen auftreten, wenn sowohl innere, als auch äußere Strukturen infundiert werden. Dies betrifft unter anderem die Ausrichtung von Fasern sowohl wegen Infusion der inneren Struktur, als auch wegen Nähen, was beim Verwenden von Infusionstechnik ein großes Problem ist, und minderwertigere mechanische Leistungsfähigkeit der infundierten inneren Strukturen verglichen mit denen gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt. Ferner ist es mit der vorliegenden Erfindung auch einfacher, die Exotherme zu kontrollieren, z.B. durch Verwenden von „geringexothermen" Prepregs, und daher auch die Zeit, um die gesamte Struktur herzustellen. Als Ergebnis dient die vorliegende Erfindung auch dazu, Produktivität und Qualitätskontrolle zu verbessern .

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten faserverstärkten Verbundformteils vorzusehen, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: • Platzieren von mindestens einer Schicht von faserigem Verstärkungsmaterial auf eine Formoberfläche, um mindestens einen Teil der äußeren Struktur zu bilden, • Platzieren einer Vielzahl an Prepreg-Schichten, imprägniert mit einem zweiten Harzmaterial, auf mindestens einen Teil der äußeren Struktur, um eine innere Struktur zu bilden, • Bedecken der Vielzahl an Prepreg-Schichten mit mindestens einer Schicht aus faserigem Verstärkungsmaterial, um die äußere Struktur fertigzustellen. * < 4 · ιιι· · I Μ ·* Μ » · 4 · 4 »4 44 4 »4 4444 4 4 * 4 « · 4 4 4 4 44444 4 44 4 44 4* «4 4 - 13 - • Anwenden von verringertem Druck auf die Zusammenstellung, • Infundieren eines fließfähigen ersten Harzmaterials in den

Aufbau unter verringertem Druck und • gleichzeitiges Härten des ersten und zweiten Harzmaterials.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist leicht durchzuführen und bietet den Nutzen von schneller Infusion und auch vollständiger Imprägnierung der ganzen Struktur. Das erste Harzmaterial (welches für Infusion verwendet wird) muss keine langen Wege in die innere Struktur des Formmaterials zurücklegen (wie bei Ausführungsformen des Stands der Technik), Infusion findet in der äußeren Struktur statt. Die innere Struktur besteht aus Prepregs, welche als solche bekannt sind, es ist keine zusätzliche Zufuhr eines Harzes notwendig, um eine vollständige Imprägnierung an der inneren Struktur vorzusehen. Die Prepregs werden unter Nutzung der Klebrigkeit vom Harz, um ihre Position zu sichern, aufeinander gelegt. Prepregs sind auch mehr oder weniger steifen Bögen ähnlich, die über die Klebrigkeit des Harzes, einmal positioniert, gerade Lagen- und Faserpositionierung/-ausrichtung sicherstellen, die Prepregs sind also nach Positionierung und während der Vakuumanwendung vollständig fixiert und vermeiden so Falten und Knitter in dem lasttragenden Aufbau der inneren Struktur. Da der Kern den lasttragenden Teil des ganzen Formteils bildet, ist es besonders wichtig, dass der Kern keine Fehlstellen in seiner Struktur hat. Die Harzmaterialien sollten miteinander kompatibel sein, wobei das Prepreg-Harz normalerweise ein langsames Harz ist, während das Infusionsharz schnell reagiert. Alle konventionellen Harztypen oder Kombinationen aus Harzen können verwendet werden, da sie jedoch gemischt werden, sollten sie kompatibel sein.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt des Anwenden eines interlaminaren Fließmediums während des Aufbaus der äußeren Struktur. Durch solch ein Medium wird die vollständige Infusion der äußeren Struktur gewährleistet, da es Mittel für Luft vorsieht, welche unterhalb der inneren Struktur und innerhalb der äußeren Struktur eingefangen ist, leicht und vollständig zu entweichen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt des /Inwendens von lasttragenden Kernstrukturen neben der inneren Struktur. Beim Verwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist es - 14 - «··· · · · · • · « * * · · f · · ·*· ···· * #··*· • · * · » · · · · · · ebenfalls möglich, Schaumkörper (also Körper bestehend aus leichtem Holz, Metall, Kohlenstofffasern usw.) als zusätzliche lasttragende Strukturen neben der inneren Prepreg-Struktur zuzugeben. Solche Körper werden während des Härtens Teil der inneren Struktur werden, wenn sowohl das erste, als auch das zweite Harzmaterial fließfähig werden und sich zumindest teilweise miteinander mischen (Infusionsharz wird in das Prepregharz wandern), um eine homogene Bindungsmatrix innerhalb des faserverstärkten Verbundformteils zu bilden.

Ferner wird es bevorzugt, wenn das erste und das zweite Harzmaterial gleichzeitig bei einer Temperatur von zwischen 70°C und 140°C während eines Zeitraums von zwischen 100 und 600 Minuten, insbesondere bei einer Temperatur von zwischen 80°C und 100°C und während eines Zeitraums von zwischen 120 und 480 Minuten gehärtet werden. Diese Temperaturen und Zeitintervalle ergeben wesentliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik, Härtung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist schneller und kann bei niedrigeren Temperaturen als bei konventionellen Verfahren für Infusions- oder Prepregtechnik durchgeführt werden. Der obige Härtungszyklus ist für beide Harzmaterialien kompatibel, wobei die maximale Temperatur wegen der exothermen Reaktion der Prepregs der inneren Struktur nicht das Tg der Formoberfläche überschreiten sollte.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass 80% des ersten Harzmaterials, welches für Imprägnierung der äußeren Struktur erforderlich ist, innerhalb eines Zeitraums unter 120 Minuten infundiert wird. Dies ist ebenfalls eine wesentliche Verbesserung gegenüber den Verfahren nach Stand der Technik, Imprägnierung (Infusion) der äußeren Struktur kann viel schneller als vorher durchgeführt werden.

According to another embodiment of the Invention, there is provided a fibre-reinforced composite moulding or assembly having an outer structure and an inner structure, wherein the outer structure is formed from at least one layer of fibrous reinforcing material and a first resin material, and the inner structure is formed from a plurality of layers of resin impregnated fibrous reinforcing material or prepreg comprising a second resin material, wherein the moulding or assembly is configured for processing by infusion of a flowable first resin - 15 - material into the mouding and simultaneously curing the first and the second resin material. The moulding or assembly prior to curing is infused by the first resin which flows into the fibrous reinforcing material and subsequently the first and second resin material are cured.

The fibrous reinforcing material of the outer structure may be dry (unimpregnated) or partially impregnated with resin prior to infusion. The inner structure may comprise one or more layers of a cured resin impregnated fibrous reinforcement material or cured prepreg. An important advantage of including cured resin impregnated fibrous layers is that this reduces the energy input which is required to process the moulding to eure. Also, this enables better control of the exothermic energy release during curing of the moulding which obviates the need for a eure schedule comprising multiple dwell stages during which the temperature is held constant for a period of time. This results in a faster Processing time for curing the assembly or moulding.

In a preferred embodiment, during infusion firstly the first resin material infuses the outer structure below the inner structure before the outer structure above the prepreg layers is completely impregnated. The moulding may comprise a load carrying core structure, the core structure comprising apertures to enable visual Identification of the location of the resin in the assembly.

According to a further embodiment of the invention, there is provided a process for the production of a fibre-reinforced composite moulding, comprising the following Steps: a) placing at least one layer of fibrous reinforcing material on a mould surface to form at least part of the outer structure, b) placing a plurality of prepreg layers impregnated with a second resin material on at least a part of the outer structure to form an inner structure, c) covering the plurality of prepreg layers with at least one layer of fibrous reinforcing material to finish the outer structure and to form a buildup or assembly, d) applying reduced pressure to the assembly, e) infusing, under reduced pressure, a flowable first resin material into the assembly and 16 f) simultaneously curing the first and the second resin material, wherein step e) comprises a first infusion Step and a subsequent second infusion step, in the first infusion step, the outer structure below the inner structure being infused before infusing the outer structure over the prepreg.

Prior to infusion in step e) the process may comprise the step of providing a first resin flow point and a second resin flow point in relation to the buildup, and providing a resin flow restriction between the resin flow points. The resin flow restriction may consist of a compression member which blocks the flow of resin through the outer structure in the location in which the compression member is applied. Typically, as the moulding is situated inside a flexible vacuum chamber or vacuum bag, the compression member may be formed by any member which is applied to the outer structure within the vacuum bag and which is compressed onto the outer structure upon evacuation of the moulding. This results in a local resin flow restriction. To control the flow of resin curing processing, the flow restriction may be removable.

In another embodiment, resin flow points are located in relation to the moulding. Resin flow points are points from which the resin may flow or to which the resin may flow. Resin flow points may thus be formed by evacuation or suction points which draw the resin into the moulding towards the resin flow point, or by resin supply lines which press the resin into the moulding. Preferably, the resin flow points are evacuation or suction points for drawing air and/or resin out of the moulding. The flow points may be activatable to allow the resin to flow into the assembly when desired.

In a preferred embodiment, in step e), the first resin flow point is activated to infuse one part of the assembly whilst the second resin flow point is deactivated, followed by activation of the second resin flow point to infuse the complete assembly. The first resin flow point may be deactivated, when the second resin flow point is activated. Also, the resin flow points may be activated and/or deactivated upon the resin reaching a desired location in the assembly. • * · #· * # · 3 * • 4 » · * 9 · * · · • · f * * 9 ·» · 9 · - 17 -

In another embodiment, the assembly may comprise a load carrying core structure, the core structure comprising apertures to enable visual Identification of the location of the resin in the assembly.

Die vorliegende Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele und Figuren beschrieben werden, auf welche sie jedoch nicht begrenzt werden sollte.

In Fig. 1 haben die jeweiligen Referenznummern die folgende Bedeutung: 1 Gitterstoffnetz 2 Abziehschicht 3 Schichten aus biaxialem Glasgewebe 4 Schaumstruktur 5 Schichten aus biaxialem Glasgewebe 6 Einlasskanal 7 Auslasskanal 8 Schichten aus UD-Prepreg

Figure 3 presents a diagrammatic view of a moulding according to another embodiment of the invention.

Beispiel 1

Ein Verbundteil, welches 4 Meter in der Länge und 1,9 Meter in der Breite misst, wurde aus der vorliegenden Erfindung gemäß dem folgenden Verfahren und wie schematisch in Figuren 1 und 2 gezeigt hergestellt.

Auf einen geeignet behandelten Lay-up-Tisch wurden zwei Schichten aus 800 gsm biaxialem Glasgewebe (z.B. Saertex S32EX021-00820-01270-250000) platziert, gefolgt von einer Schicht aus interlaminarem Fließmedium (z.B. Aerovac X.Fuse-CS200) von 500-600 mm Breite entlang der Mittellinie der Länge des biaxialen Gewebes. Eine weitere Schicht biaxiales Glasgewebe wurde dann über die bestehenden Schichten platziert. Mehr als ein Stück biaxiales Glasgewebe wurde für jede Schicht verwendet, um die gewünschte Breite von 1900 mm durch Erlauben einer Überlappung von 50 mm für aneinander grenzende Gewebestücke zu erreichen.

Entlang der Mittellinie der Länge der bestehenden Zusammenstellung wurden 20 Schichten unidirektionales Prepreg (z.B.

Hexply M9.6F/32%/1600+50/G) von 440 mm Breite und zwischen 4000 • I · ·· * · · · • ·· · · ♦ * · * I ***

• I » I t · I · · I • * · » · ι · ·· « - 18 - mm und 3800 mm Länge so platziert, dass der Glasvliesanteil des Prepregs nach unten zu den bestehenden Schichten von biaxialem Glasgewebe schaute. Das längste Stück Prepreg wurde zuerst platziert (z.B. 4000 mm), gefolgt von stufenweise kürzeren Längen (z.B. bis runter auf 3800 mm), so dass eine Abschrägung an beiden Enden der Länge des Prepreg-Stapels erreicht wurde.

Stumpf aneinander gelegt an beide Längsseiten dieses Prepreg-Stapels wurde Schaumkern {z.B. DIAB Inc. Divinylcell H80) mit den Maßen 550 mm in der Breite und 4000 mm in der Länge platziert und auf die gleiche Höhe wie der Prepreg-Stapel geschnitten und so, dass die Außenkanten der Kernstücke abgeschrägt wurden, wenn sie platziert wurden. Im Querschnitt gemäß Fig. 1 wird nur der Schaumkern der rechten Seite gezeigt.

Weitere drei Schichten des gleichen biaxialen Gewebes mit insgesamt 1900 mm Breite und 4000 mm Länge wurden oben über das bestehende Material platziert, um die GesamtZusammenstellung der Erfindung zu erreichen.

Die Zusammenstellung wurde dann für Infusion vorbereitet durch Aufträgen über der gesamten Zusammenstellung von einer Abziehschicht, einer perforierten Freigabefolie und Infusionsnetzes vor Platzieren des notwendigen Vakuums und Harzkanälen, gefolgt von einem geeigneten Vakuumsack, ausgestattet mit einer Vakuumöffnung und zwei Harzöffnungen. Die Harzöffnungen waren an ein Gemisch aus geringviskosem Infusionsharz und Härtungsmittel (z.B. 100 Gewichtsanteile Hexion Epikote MGS RIM 135 Harz und 30 Gewichtsanteile Hexion RIMH 137 Härtungsmittel) angeschlossen.

Luft wurde dann durch Anwenden eines Vakuums aus der Zusammenstellung evakuiert. Sobald der gewünschte Grad an Vakuum erreicht war, wurde die erste Harzöffnung geöffnet, um es dem Harz zu erlauben, bei Umgebungstemperatur in die Zusammenstellung zu infundieren. Nach 14 Minuten wurde die zweite Harzöffnung geöffnet, um weitere Infusion zu erlauben. Die Zusammenstellung war nach 22 Minuten vollständig infundiert, wonach insgesamt 35 kg Infusionsharz und Härtungsmittel verbraucht waren. Die Zusammenstellung wurde dann mit Isoliermaterial bedeckt und die Zusammenstellung wurde bei 90°C härten gelassen.

Beispiel 2

Ein weiteres Verbundteil mit den Maßen von 4 Metern Länge und 1,9 Metern Breite wurde aus der vorliegenden Erfindung gemäß - 19 - dem folgenden Verfahren hergestellt und. schematisch in Figuren 1 und 2 gezeigt.

Auf einen geeignet behandelten Lay-up-Tisch wurden zwei Schichten aus 800 gsm biaxialem Glasgewebe (z.B. Saertex S32EX021-00820-0127 0-250000) platziert, gefolgt von einer Schicht aus interlaminarem Fließmedium (z.B. Aerovac X.Fuse-CS200) von 500 mm Breite entlang der Mittellinie der Länge des biaxialen Gewebes. Eine weitere Schicht biaxiales Glasgewebe wurde dann über die bestehenden Schichten platziert. Mehr als ein Stück biaxiales Glasgewebe wurde für jede Schicht verwendet, um die gewünschte Breite von 1900 mm durch Erlauben einer Überlappung von 50 mm für aneinander grenzende Gewebestücke zu erreichen.

Entlang der Mittellinie der Länge der bestehenden Zusammenstellung wurden 20 Schichten unidirektionales Prepreg mit geringer Klebrigkeit (z.B. Hexply M9.6LT/32%/1600/G) von 440 mm Breite und zwischen 4000 mm und 3800 mm Länge platziert. Das längste Stück Prepreg wurde zuerst platziert (z.B. 4000 mm), gefolgt von stufenweise kürzeren Längen (z.B. bis runter auf 3800 mm), so dass eine Abschrägung an beiden Enden der Länge des Prepreg-Stapels erreicht wurde.

An beide Längsseiten dieses Prepreg-Stapels wurde Schaumkern (z.B. DIAB Inc. Divinylcell H80) mit den Maßen 550 mm in der Breite und 4000 mm in der Länge platziert und auf die gleiche Höhe wie der Prepreg-Stapel geschnitten und so, dass die Außenkanten der Kernstücke abgeschrägt wurden, wenn sie platziert wurden. Im Querschnitt gemäß Fig. 1 wird nur der Schaumkern der rechten Seite gezeigt.

Weitere drei Schichten des gleichen biaxialen Gewebes mit insgesamt 1900 mm Breite und 4000 mm Länge wurden oben über das bestehende Material platziert, um die Gesamtzusammenstellung der Erfindung zu erreichen.

Die Zusammenstellung wurde dann für Infusion vorbereitet durch Aufträgen über der gesamten Zusammenstellung von einer Abziehschicht, einer perforierten Freigabefolie und Infusionsnetzes vor Platzieren des notwendigen Vakuums und Harzkanälen, gefolgt von einem geeigneten Vakuumsack, ausgestattet mit einer Vakuumöffnung und zwei Harzöffnungen. Die Harzöffnungen waren an ein Gemisch aus infusionsharz mit geringer Viskosität und Härtungsmittel (z.B. 100 Gewichtsanteile Hexion Epikote MGS RIM 135 Harz und 30 Gewichtsanteile Hexion rimh 137 Härtungsmittel) ange- «+*·· · « « « • * » ···« « · «··« « # * * « ··«·· « · · · ·» · · · * · - 20 - schlossen.

Luft wurde dann durch Anwenden eines Vakuums aus der Zusammenstellung evakuiert. Sobald der gewünschte Grad an Vakuum erreicht war, wurde die erste Harzöffnung teilweise geöffnet, um es dem Harz zu erlauben, bei Umgebungstemperatur in die Zusammenstellung zu infundieren. Nach 15 Minuten wurde die zweite Harzöffnung teilweise geöffnet, um weitere Infusion zu erlauben. Nach 21 Minuten wurde die zweite Harzöffnung vollständig geöffnet und die Zusammenstellung war nach 27 Minuten vollständig infundiert und 31 kg Infusionsharz und Härtungsmittel waren verbraucht. Die Zusammenstellung wurde dann mit Isoliermaterial bedeckt und die Zusammenstellung wurde bei 90°C härten gelassen.

Ein Teil von ähnlicher Größe wie in den obigen Beispielen wurde unter Verwendung von nur LRI und Trockenfaser hergestellt und es wurde gefunden, dass es über 45 Minuten dauerte zu infundieren, wobei die sich ergebende Laminatqualität schlecht war. Versuche, die Infusionszeit zu verringern, erwiesen sich wegen der begrenzten Anzahl an Harzeinlassöffnungen, die verwendet werden konnten, als schwierig, während Versuche, die Laminatqualität durch Erhöhen der Infusionszeit zu verbessern, versagten, weil das reaktive Harzgemisch eine unannehmbar hohe Viskosität erreichte, bevor vollständige Infusion des Teils erreicht werden konnte.

Aus den obigen Beispielen wird deutlich, dass gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Nutzen gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden kann. Bei Verwendung von LRI wäre es notwendig, zwei getrennte Verfahrensschritte zu haben (einen für Layup, Infusion und Härten des dicken lasttragenden Sparrenabschnitts und einen für Layup, Infusion und Härten der Umhüllungsabschnitte mit dem gehärteten lasttragenden Sparren in situ}, was zeitaufwendig ist und extra Raum zum Lagern des lasttragenden Sparrenstapels während des Härtens notwendig macht. Gemäß den Verfahren nach Stand der Technik würde die lasttragende Struktur im Kern des Verbundteils genähtes trockenes Fasermaterial mit all den erwähnten Nachteilen einschließen, zum Beispiel mangelnde Kontrolle des Zugs von Rovings, Towgarnen oder Lagen, was zu Fehlausrichtungen, Knittern, Falten und einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften führt. Ferner ergibt die Verwendung von genähtem trocknen Fasermaterial in der lasttragenden Struktur im Kern des Verbundteils Schwierigkeiten bezüglich der Kontrolle - 21 - des Harzgehalts der lasttragenden Struktur, insbesondere bei dicken Stapeln aus trockenem Fasermaterial ist es schwierig und zeitaufwendig, vollständige Imprägnierung der lasttragenden Kernstruktur mit dem jeweiligen Harzmaterial zu erhalten. Schlechte Imprägnierung, also Bereiche von trockenen Fasern in der fertigen lasttragenden Struktur, können repariert werden, jedoch ist so eine Reparatur sowohl schwierig, als auch teuer. Schließlich wird die Infusionszeit auch lang sein, wenn dicke Stapel von trockenem Fasermaterial in der lasttragenden Kernstruktur verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nur ein Verfahrensschritt notwendig, welcher Schritt Infusion und Härten der äußeren Struktur mit Härten der inneren Prepreg-Struktur kombiniert. Die lasttragende Kernstruktur besteht aus Stapeln aus UD-Prepregmaterial ohne Nähen, wo durch relativ steifes und klebriges Prepregmaterial Fehlausrichtung, Knitter und Falten innerhalb des Stapels leicht vermieden werden können und mechanische Eigenschaften erhalten werden. Natürlich ist auch die Harzkontrolle einfach, weil es nicht notwendig ist, das Harzmaterial mit gleichmäßiger Verteilung in den Kernstapel zu bringen, im Prepreg ist das Harzmaterial bereits vorhanden und gleichmäßig verteilt. Schließlich ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch schneller bezüglich Infusionszeit, da weniger Harz erforderlich ist, welches Harz auch nur die äußere Struktur der Zusammenstellung infundieren muss, nicht die lasttragende Kernstruktur.

Figure 3 illustrates a process for the production of a fibre-reinforced composite moulding assembly 100. The moulding assembly consists of layers of dry fibrous reinforcing material 102, placed on a mould surface 110 to form at least part of the outer structure. A plurality of prepreg layers 104 impregnated with a second resin material are located on the outer structure. The prepreg layers 104 are covered with fibrous reinforcing material 102 to finish the outer structure. The assembly or buildup or moulding 100 further comprises a core material 106 which is located on either side of the prepreg layers 104. The core material 106 is largely impermeable to the resin and does not allow resin to flow through the material 106. The core material 106 comprises apertures 108 on one side of the prepreg. The core material may be formed by any suitable material such as foam or wood. » « « « · ♦ · · ♦ • t I a · - » t · · *·· *♦·* * i · · * * • ·· · · * I · 4 * · - 22 -

The assembly 100 is located inside a sealed evacuation chamber in the form of a vacuum bag 114. The moulding assembly 100 further includes a resin supply line 116 for supplying resin to the moulding, two resin flow points in the form of evacuation or suction points 118, 120 and a resin flow restriction in the form of a tape 112 which can prevent the flow of resin.

In use, a reduced pressure is applied to the assembly 100. This causes the vacuum bag to contract therefore pressing the tape 112 onto the outer structure which causes a resin flow restriction. The assembly 100 is infused, by activating the first resin flow point 118. This causes the resin to infuse the outer structure, both above the prepreg layers 104 and below the prepreg layers 104. When it is observed that the resin has flown through the apertures 108, the second resin flow point 120 is also activated which causes the resin to completely infuse the outer structure of the assembly 100. At this stage, the first resin flow point 118 may be deactivated. Once infusion is complete, the first and the second resin material are cured simultaneously. This then results in the cured moulding comprising both prepreg'materials and resin infused fibrous materials.

The moulding and process as herein described are particularly suitable for the manufacture of blades such as wind turbine blades, in particular the outer surface or Shell of the blade. In a further embodiment, there is thus provided a wind turbine and a blade manufactured by the process as described herein.

Claims (21)

1. • · * » · * · * · • * * · ·.· t · »··» • 4 t · * « · · · * • ·« · # * · · · · * - 23 - Patentansprüche: 1. Faserverstärktes Verbundforinteil mit einer äußeren Struktur und einer inneren Struktur, wobei die äußere Struktur aus mindestens einer Schicht von faserigem Verstärkungsmaterial und einem gehärteten ersten Harzmaterial gebildet ist und die innere Struktur aus einer Vielzahl an Schichten von faserigem Verstärkungsmaterial und einem zweiten gehärteten Harzmaterial gebildet ist, wobei die Viskosität des ungehärteten ersten Harzmaterials geringer ist als die Viskosität des ungehärteten zweiten Harzmaterials und worin in dem Verbundformteil die beiden gehärteten Harzmaterialien mindestens teilweise miteinander gemischt sind.
2. 2. Faserverstärktes Verbundformteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Struktur zusätzlich ein interlaminares Fließmedium umfasst.
3. 3. Faserverstärktes Verbundformteil gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des ungehärteten ersten Harzmaterials zwischen 0,14 und 0,4 Pa.s ist und die Viskosität des ungehärteten zweiten Harzmaterials zwischen 0,7·104 und 8-10b Pa.s ist, beide bei 25°C gemessen.
4. 4. Faserverstärktes Verbundformteil gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Struktur mindestens eine Schicht aus genähtem oder gebundenem faserigen Verstärkungsmaterial umfasst.
5. 5. Faserverstärktes Verbundformteil gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Struktur aus Schichten von ungenähtem, ungebundenem oder nicht-gewebtem faserigen Verstärkungsmaterial besteht, welches aus Prepreg gemacht ist.
6. 6. A fibre-reinforced composite moulding with an outer structure and an inner structure, wherein the outer structure is formed from at least one layer of fibrous reinforcing material and a first resin material, and the inner structure is formed from a p'lurality of layers of resin impregnated fibrous 4 « · I ·.· * · «««» • 4 * * » # « » • *4 4 # 4 # I t - 24 - reinforcing material or prepreg comprising a second resin material, wherein the moulding is configured for processing by infusion of a flowable first resin material into the mouding and simultaneously curing the first and the second resin material.
7. 7. The moulding of Claim 6, wherein during infusion the first resin material infuses the outer structure below the inner structure before the outer structure above the inner structure is completely infused.
8. 8. The moulding of Claim 6 or 7, wherein the moulding comprises a load carrying core structure, the core structure comprising apertures to enable visual Identification of the location of the resin in the assembly.
9. 9. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbund-forrateils gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 5, welches die folgenden Schritte umfasst: • Platzieren von mindestens einer Schicht von faserigem Verstärkungsmaterial auf eine Formoberfläche, um mindestens einen Teil der äußeren Struktur zu bilden, • Platzieren einer Vielzahl an Prepreg-Schichten, imprägniert mit einem zweiten Harzmaterial, auf mindestens einen Teil der äußeren Struktur, um eine innere Struktur zu bilden, • Bedecken der Vielzahl an Prepreg-Schichten mit mindestens einer Schicht aus faserigem Verstärkungsmaterial, um die äußere Struktur fertigzustellen, • Anwenden von verringertem Druck auf die Zusammenstellung, • Infundieren eines fließfähigen ersten Harzmaterials in den Aufbau unter verringertem Druck und • gleichzeitiges Härten des ersten und zweiten Harzmaterials.
10. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich den Schritt des Anwendens eines interlaminaren Fließmediums während des Aufbaus der äußeren Struktur umfasst.
11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich den Schritt des Anwendens von lasttragenden Kernstrukturen neben der inneren Struktur umfasst. • I II «IM MM * * ·· • V«*« ♦ · * • ι « · · . · * · * • I*· * ,««· • · * · · ** · * · - 25 -
12. 12. Verfahren gemäß einem von Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Harzmaterial gleichzeitig bei einer Temperatur von zwischen 70°C und 140°C während eines Zeitraums von zwischen 100 und 600 Minuten, insbesondere bei einer Temperatur von zwischen 80°C und 100°C während eines Zeitraums von zwischen 120 und 480 Minuten gehärtet werden.
13. 13. Verfahren gemäß einem von Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass 80% des ersten Harzmaterials, welches für die Imprägnierung der äußeren Struktur erforderlich ist, innerhalb eines Zeitraums von unter 120 Minuten infundiert wird.
14. 14. A process for the production of a fibre-reinforced composite moulding, comprising the following Steps: a) placing at least one layer of fibrous reinforcing material on a mould surface to form at least part of the outer structure, b) placing a plurality of prepreg layers impregnated with a second resin material on at least a part of the outer structure to form a inner structure, c) covering the plurality of prepreg layers with at least one layer of fibrous reinforcing material to complete the outer structure, d) applying reduced pressure to the assembly reinforcing material and layers, e) infusing, under reduced pressure, a flowable first resin material into the assemby and f) simultaneously curing the first and the second resin material, wherein step e) comprises a first infusion Step and a subsequent second infusion step, in the first infusion step, the outer structure below the inner structure is infused before the outer structure over the pregreg layers is completely infused.
15. 15. The process of Claim 14, wherein prior to infusion in step e) the process comprises the step of providing flow restriction in relation to the assembly to control the flow of the first resin. - 26 » « • * « * · · · « * ·« · »ft t · «ft «
16. 16. The process of claim 15, wherein the flow restriction is removable.
17. 17. The process of claim 15 or 16, wherein prior to infusion in Step e) the process comprises the Step of providing a first resin flow point and a second resin flow point in relation to the buildup, and providing a resin flow restriction between the resin flow points.
18. 18. The process of claim 17, wherein in Step e), the first resin flow point is activated to infuse one part of the assembly whilst the second resin flow point is deactivated, followed by activation of the second resin flow point to infuse the complete assembly.
19. 19. The process of claim 17 or 18, wherein the first resin flow point is deactivated, when the second resin flow point is activated
20. 20. The process of claim 17 to 19, wherein the resin flow points are activated and/or deactivated upon the resin reaching a desired location in the assembly.
21. 21. The process of any of Claims 14 to 20, wherein the assembly comprises a load carrying core structure, the core structure comprising apertures to enable visual Identification of the location of the resin in the assembly.