CN101124079B - 通过真空导入生产纤维复合模型制品的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

通过真空导入生产纤维复合模型制品的设备和方法，采用一种模型，它有模腔、一组与模腔连通和与液态聚合物的聚合物源(7)连通的入口通道(3、21、22)、一组与模腔和真空源(10)连通的真空通道(2)，其中在充装所述模型的过程之前将纤维材料(14)装入到模腔中，和在真空通道(2)中产生负压从而在模腔中产生负压，结果将液态聚合物从聚合物源(7)通过入口通道(3、21、22)抽入到模腔中。一个或多个入口通道(3、21、22)也可与真空源连通，和/或一个或多个真空通道(2)也可与聚合物源(7)连通。

Description

通过真空导入生产纤维复合模型制品的方法和设备
技术领域
本发明涉及生产纤维复合模型制品的方法和通过真空导入生产扁长纤维复合模型制品的设备。
因此，本发明涉及通过VARTM(真空辅助树脂传送模塑法)生产纤维复合模型制品的一种方法和一种设备，其中将液态聚合物，也称为树脂，充装到模腔中，那里预先已经装入纤维材料，在模腔中产生真空从而引入该聚合物。常常在入口侧产生微小的正压以便改善聚合物的充装。
真空导入是一种用于模制纤维复合模型制品的方法，其中在一个模型部件上使均匀分布的纤维成层，所述纤维是粗纱，即成束的纤维带、粗纱带或织物、它们或者是各种纤维制成的毡状织物或者是纤维粗纱制成的编织织物。第2模型部件常是由弹性真空袋制成的，并顺序地放在纤维材料的上面。通过在模型部件的内侧和真空袋之间的模腔中产生真空，一般为总的真空度的80到90％，可将液态聚合物抽入和充装到已经装有纤维材料的模腔中。使用在真空袋和纤维材料之间所谓的分布层或分布管，也称为入口通道，以便获得尽可能坚实和有效的聚合物分布。在大多数情况下，所加的聚合物是聚酯或环氧树脂，和纤维加强物大多数是玻璃纤维或碳纤维。
在充装模型的过程中，通过真空通道在模腔中产生真空，所述真空在这种情况下应理解为负压，从而通过入口通道将液态聚合物抽入到模腔中以便充满所述模腔。当流动面流向真空通道时聚合物从入口通道散布到模腔中。因此最佳地定位入口通道和真空通道是很重要的以便获得模腔的完全充满。但是，要保证聚合物完整地分布到整个模腔中是很困难的，所以常造成所谓的干点，即没有充分浸渍树脂的纤维材料区。所以干点是没有浸渍的纤维材料区，和那里可以有气泡，通过控制在入口侧的真空压力和可能是超大气压很难或者不可能除去它们。与真空导入相关，采取实心模型部件和真空袋形式的弹性模型部件，在充装模型的过程之后可以修理各干点，例如在各个位置通过刺穿外衣和用注射器针抽出空气。可选择地可在各个位置注射液态聚合物，这也可以例如用注射针来做。这是费时和累人的方法。在大型模型部件的情况下，工作人员必须站在真空袋上，这是不希望的，特别当聚合物还没有固化时更不希望这样，因为这可能造成装入的纤维材料变形从而造成该结构局部变弱，以及无意识地引起真空袋穿孔。
背景技术
专利DE 19922850公开了生产纤维复合模型制品的一种设备。该设备包括一个模型部件，其中在模型表面下沿着设备的纵向伸展各通道，和各通道通过孔或纵向的缝与所述表面连接。与真空源和树脂源连通的一组阀门部件分别设置在各通道的每一端。每个第2通道与真空源连通，和每个第2通道与树脂源连通，和随着时间变化给定各阀门部件，在浸渍过程中可以控制树脂的流动面。
专利申请EP-A-1555104，它等价于WO 2004/033176，描述了树脂压铸的一种方法，其特征在于将纤维材料放置在模型中，其中在纤维材料的第1表面上放置用于分布聚合物的第1分布介质，和将第2分布介质设置在纤维材料的其他表面上。第1分布介质有流动阻力，它低于第2分布介质的流动阻力。在浸渍过程中，通过真空通道经过第2分布介质排空空气，同时液态聚合物被供给第1分布介质。按照特定的实施例(表示在图4中)该模型首先用真空通道排空，之后通过许多入口通道供给聚合物到纤维材料的底部。因为纤维材料可能相对较厚，要把聚合物供给到纤维材料的顶部可能是成问题的。因此，可以在浸渍过程的末端通过关闭第1阀和打开第2阀将一个真空通道连接到聚合物源，从而通过一个真空通道将聚合物供给到纤维材料的顶部。所以可以将聚合物供给到纤维材料的顶部。此外，可使在纤维材料顶部的空气泡朝其他真空通道移动。
发明内容
本发明的目的是提供避免这些缺点的一种方法和设备。利用按照本发明的方法，通过在充装模型过程中周期地中断一个或多个入口通道与聚合物源的连接，和将所述入口通道连接到真空源，从而将模腔中的液态聚合物抽入到所述入口通道的方向内，和/或通过在充装模型过程中周期地中断一个或多个入口通道与真空源的连接，和将所述真空通道连接到聚合物源，从而将液态聚合物通过所述真空通道抽入到模腔中，达到了这个目的。通常真空通道和入口通道仅有一个功能，如真空通道将空气抽出模腔，和入口通道引导液态聚合物到模腔中。按照本发明周期地允许入口通道或真空通道具有相反的功能可获得更大的灵活性。例如，如果已经产生的干点在入口通道附近，在所述入口通道中可以产生真空，从而在相应入口通道的方向内围绕干点抽入聚合物和将干点压入到相同的方向因而浸渍该区域。由于有随着与真空通道距离增加而增大的压力降，要除去离真空通道有很大距离的干点可能很困难。在模腔和它的包裹物之间的泄漏，例如由于穿孔的真空袋，也会造成压力降从而增加留有干点的风险。按照本发明代替仅通过真空通道抽出空气而是可选地通过入口通道抽出空气，使产生强有力的局部真空的可能性大为增加。
按照一个实施例，由实心模型部件和弹性的真空袋组成模腔。本发明特别适合这种类型的模型，如使用有特殊泄漏风险的真空袋。
按照一个有利的实施例，对着真空袋设置入口通道和/或真空通道。
按照一个优选的实施例，入口通道和/或真空通道的形状如扁长(oblong)中空的异形体，它的内部通过在异形体纵向伸展的一条或多条窄缝与模腔的内部连通。
按照一个特别有利的实施例，在一个或多个扁长中空异形体中的窄缝由允许空气但不允许聚合物渗透的半渗透膜复盖，并且仅部分固定在异形体上。例如，可以将膜固定在缝的一侧但在缝的另一侧不固定。结果，该异形体获得“止回阀”的功能，由于当异形体作为入口通道应用时允许排出液态聚合物，这是因为所述膜的一侧受压离开异形体，或者因为异形体受压离开膜从而在膜和异形体一侧之间产生开口。当异形体用作真空通道时，异形体内部的负压抽吸膜从而使它紧靠在所述异形体上，从而仅允许空气通过半渗透膜的微孔进入到异形体的内部。以这种方式防止聚合物被抽出模腔。
按照一个实施例，生产的物体是扁长的(oblong)壳体件，其中扁长的异形体基本平行于壳体件的纵向伸展，充装模型的过程由一组入口通道与真空源连通开始。结果造成从模腔中迅速排出空气，被抽入到模腔内的聚合物的流动面朝入口异形体移动，当流动面到达所述异形体时因为所述异形体接着连接到聚合物源，中断各个异形体的真空连接。结果，因为在流动面附近保证强有力的真空，同时在流动面附近保证聚合物的供料，达到特别快速和有效地充装该模型。
按照某个实施例，充装模型的过程由一个或多个中心设置的入口异形体与聚合物源连通开始，使流动面从聚合物源沿壳体件的纵向移动。这样获得特别快速和有效的模型充装。
按照一个实施例，物体是风动透平机的半个叶片壳体或者是整个叶片壳体。
按照本发明的设备包括有模腔的模型、液态聚合物的聚合物源、一组入口通道，它们连接到模腔和通过阀门部件连接到聚合物源、真空源、一组真空通道，它们连接到模腔和通过阀门部件连接到真空源，其特征在于一个或多个入口通道通过阀门部件也被连接到真空源，和/或一个或多个真空通道通过阀门部件也被连接到聚合物源。
附图说明
下面参考附图中表示的实施例详细解释本发明，附图有：
图1是沿图2的1-1线穿过半个叶片壳体的生产模型的剖面图，
图2是实行按照本发明方法的设备的示意图，
图3表示在图2中表示的设备中所包括的阀体，
图4是通过入口异形体的剖面图，异形体在与真空源连通的状态，和
图5是通过图3中表示的异形体的剖面图，异形体在与聚合物源连通的状态。
具体实施方式
图1是通过真空导入生产风动透平机叶片(blade of a windturbine)的半个叶片壳体的模型的剖面图和表示一个实心模型部件1其上侧与完成的半个叶片壳体的外上侧相匹配。例如是玻璃纤维或碳纤维的纤维插入物14被放置在模型部件1的内上侧。在纤维插入物14的上面放置可撕下层(tear-off layer)15，它可以是网状或穿孔的薄膜，而在可撕下层15上面设置分布网或流动层16。在分布网/流动层16的上面设置一组Ω形的入口异形体3、21、22，所述的异形体包括朝向分布网16的纵向窄缝。在它的上面放置气密的真空袋13。在模型的边缘处，装设穿孔的真空管2形式的真空通道。按照现有的技术，真空管2与真空源连通，而入口异形体3、21、22与有液态聚合物的聚合物源连通。在真空通道2中的真空使实心模型部件(solidmould part)1和真空袋13之间的模腔产生真空，从而将聚合物通过入口异形体3、21、22抽入或吸入向下到分布网16并沿着所述分布网16通过可撕下层15，从而使聚合物扩散和浸渍纤维插入物14。在完成真空袋13的养护(curing)之后，借助可撕下层15可拆下入口异形体3和分布网16。
按照本发明使入口异形体3、21、22和真空通道2不限制在上述的功能，如在充装模型期间可使所述一个或多个入口异形体周期地与真空源连通而不是与聚合物源连通，和可使真空通道2与聚合物源连通而不是与真空源连通。这样充装模型的过程开始于仅有中间一个入口异形体22与聚合物源连通，而其余并列的入口异形体21、3和真空通道2都与真空源连通。所以流入的聚合物从中间入口异形体22朝最靠近的两个入口异形体21扩散。当流动面到达后者时，中断它们与真空源的连接，和将它们连接到聚合物源。接着，流动面朝下一个入口异形体3等移动。所以由真空袋13可能存在的任何无意识的穿孔造成的压力降和/或因真空而被压缩在一起的纤维插入物中或者在分布网中的很大的空气阻力都不能削弱加在流动面附近的强有力的真空。通过将一个入口异形体与真空源相连从而使聚合物的流动方向逆转还可以除去可能的干点。
图2表示按照本发明设备的示意图。模型1有对应于半个叶片壳体的外形。每个真空通道2和每个入口异形体3、21、22通过模型入口4与阀门部件5连通，该阀门部件依次与聚合物源7和真空源10两者连通。
图3表示一个阀门部件5的示意图。可以看到，该阀门部件是一个双位三通阀部件。在图3中表示的位置，模型入口4与聚合物源7连通。如果将阀门部件5给定在它的第2位置，模型入口4与真空源10相连。当然，阀门部件5也可以做成例如有三个位置的阀，在中间位置与聚合物源7和真空源10都不通。无需说明也可以采用其他类型的阀门部件，因为最重要的是模型入口4可以与聚合物源7和真空源10两者分别连通。
图4和5表示按照特定的实施例入口异形体3的剖面图。在剖面图中入口异形体3是Ω形，因它包括圆筒形的壁和两个折叶部件11、12。在两个折叶部伯11、12之间沿着异形体3的纵向伸展的窄缝8将异形体3的内部6连接到模腔。用从一个折叶部件11伸展到第2折叶部件12的半渗透的膜9复盖窄缝8。膜9半渗透的意思是它允许空气但不允许液态聚合物渗透。膜9仅在折叶部件11的一端固定到异形体3和从而使它有与异形体3一起构成的瓣阀或止回阀的作用。当入口异形体3与真空源10连通时，负压抽吸膜9，从而使它紧贴在第2折叶部件12和阻止液态聚合物通过。当入口异形体3与聚合物源7连通时，如在图5中所示，模腔中的负压抽吸半渗透的膜9离开第2折叶部件12，从而使液态聚合物可从异形体3的内部流入到模腔中。如果由于模腔中的纤维材料使膜9不能向内朝所述模腔移动，和如果在入口异形体内部6产生少许的正压，那么异形体3提起真空袋13，从而允许液态聚合物通过在异形体的折叶部件12和膜9之间产生的缝流入到模腔中。
在图1表示的实施例中，入口异形体3、21、22的形状象Ω形的异形体，而真空通道的形状如穿孔的管子。但是，入口通道3、21、22的形状如穿孔的管子。但是，入口通道3、21、22的形状也可以象穿孔的管子就象真空通道2的形状也可以象Ω形异形管。如果采用穿孔的管子，可选地可用在管内伸展的螺旋形支杆部件加强这些管子以便防止由于真空吸塌该管。

Claims (9)

1.生产纤维复合模型制品的方法，该纤维复合模型制品为扁长壳体部件形式，该方法通过采用一种模型的真空导入，该模型具有模腔、多个与模腔和有液态聚合物的聚合物源(7)连通的入口通道(3、21、22)、多个与模腔和真空源(10)连通的真空通道(2)、其中在充装所述模型的过程之前将纤维材料(14)插入到模腔中，在充装模型的过程期间在真空通道(2)中产生负压从而在模腔中产生负压，结果将液态聚合物从聚合物源(7)通过入口通道(3、21、22)抽入到模腔中，其中入口通道(3、21、22)和真空通道(2)是扁长的和基本平行于壳体部件的纵向伸展，其特征在于充装模型的过程始于将一个或多个中心设置的入口通道(3、21、22)连接到聚合物源(7)，和将一个或多个并列的入口通道(3、21、22)连接到真空源(10)，抽入模腔的聚合物流动面从中心设置的入口通道(3、21、22)朝并列的入口通道(3、21、22)移动，当流动面到达并列入口通道时，因为所述并列入口通道接着连接到聚合物源(7)，中断并列入口通道(3、21、22)的真空连接。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于入口通道(3、21、22)通过模型入口(4)与阀门部件(5)连通，该阀门部件(5)依次与聚合物源(7)和真空源(10)两者连通。
3.按照前述权利要求1-2中一个所述的方法，其中由实心模型部件(1)和弹性真空袋(13)限定模腔。
4.按照权利要求3所述的方法，其中将入口通道(3、21、22)和/或真空通道(2)顶着真空袋(13)设置。
5.按照前述权利要求1-2中一个所述的方法，其中入口通道(3、21、22)和/或真空通道(2)的形状如扁长中空的异形体，它们的内部(6)与模腔内部通过沿异形体纵向伸展的一个或多个缝(8)连通。
6.按照权利要求5所述的方法，其中用允许空气但不允许液态聚合物渗透的半渗透的膜(9)覆盖一个或多个扁长中空异形体中的缝(8)，该膜仅部分固定到异形体。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于生产的物体是风动透平机叶片的半个叶片壳体。
8.通过真空导入生产扁长纤维复合模型制品的设备，所述设备包括有模腔的模型、液态聚合物的聚合物源(7)、多个入口通道(3、21、22)，它们连接到模腔和通过阀门部件(5)连接到聚合物源(7)、真空源(10)、多个真空通道(2)，它们连接到模腔和通过阀门部件(5)连接到真空源(10)，其中入口通道(3、21、22)和真空通道(2)在模型的纵向上基本互相平行，其特征在于一个或多个入口通道(3、21、22)每个通过单一阀门部件(5)与真空源(10)和聚合物源(7)两者连接，和其中一个或多个真空通道(2)每个通过单一阀门部件(5)与聚合物源(7)和真空源(10)两者连接，和其中将真空源(10)和聚合物源(7)通过阀门部件(5)连接到入口通道(3、21、22)和真空通道(2)的相同端。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于使至少其中一个阀门部件(5)在两个位置之间变化，在一个位置它将通道连接在真空源(10)和中断与聚合物源(7)的连接，而在另一位置它将所述通道连接在聚合物源(7)和中断与真空源(10)的连接。
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