CN101549562A - 真空辅助树脂转移模制的模具和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空辅助树脂转移模制的模具和方法。该模具包括：至少第一模具部分和第二模具部分，第一模具部分限定层压结构的负型腔，结构稳定并且形成层压结构的纤维加强层的支承件，并且第二模具部分可连接到第一模具部分上以便闭合模具并且与第一模具部分一起限定可以被排空的封闭空间；其中至少一个流动管用于引导液体聚合物，流动管形成为第一模具部分内的凹口和/或第二模具部分内的凹口，该流动管朝着封闭空间开口并沿着第一模具部分和/或第二模具部分的周边的一个区段延伸。

Description

真空辅助树脂转移模制的模具和方法
技术领域
本发明涉及一种用于特别是风力涡轮机转子叶片的纤维层压结构的真空辅助树脂转移模制的模具，并且涉及一种用于真空辅助转移模制的方法。
背景技术
大型结构的真空辅助树脂转移模制(VARTM)现在涉及包括导管以便将树脂分布到模制结构中。因此在EP1310351B1、WO2006/058540A1、WO2006/058541A1以及WO2007/038930A1中披露多个实例。
EP1310351B1描述一种用于包括下部模具部分、上部模具部分和芯体的风力涡轮机转子叶片的模具。为了形成层压的转子叶片，纤维加强层在下部模具部分内分层，并且芯体放置在该层上。在下部模具之上伸出的层区段接着围绕芯体卷绕，以便在芯体中部重叠，并且接着上部模具部分设置在这些层顶部上。在层堆摞的导前边缘形成时，流动管结合到纤维加强层堆摞内，以便将树脂分配到该层。在固化树脂之后，此流动管将是层压风力涡轮机转子叶片的一部分。
WO 2006/058540A1披露一种通过半渗透薄膜的真空灌注方法。在此方法中，模具具有模具空腔，其中放置纤维插入件，纤维插入件包括多个纤维层以及分布层。与纤维层相比，分布层允许流体聚合物较高速度流动。入口通道定位在纤维插入件顶部。在模具通过真空袋闭合之后，液体聚合物经由入口通道引导到分布层。
WO2006/058541A1描述一种用于通过真空灌注来制造纤维合成物模制件的方法和设备。在此方法中，提供具有模具空腔的模具、与模具空腔连通的多个入口通道以及具有液体聚合物的聚合物源。多个真空通道与模具空腔和真空源连通。在填充所述模具过程中，纤维材料插入模具空腔，并且在真空通道以及在模具空腔内产生减小的压力，结果是液体聚合物经由入口通道从聚合物源抽吸到模具空腔。一个或多个入口通道也可与真空源连通，和/或一个或多个真空通道也可与聚合物源连通。
WO2007/038930A1描述一种制造纤维加强产品的方法。在此方法中，加强纤维的一个或多个层被放置在模具空腔内。该层被覆盖树脂分布构件，通过管形成的多个树脂入口放置在树脂分布构件上。树脂分布构件可在形成层压件之后去除。作为选择，树脂分布构件和入口可以保留为层压件的一部分。如果树脂分布系统(即入口管和/或树脂分布层)保留在层压结构内，它增加了重量，而没有提供显著的结构优点。另一方面，如果树脂分布层从层压结构中去除，由于分布层设置在最终结构的表面区域的大部分上，这是一个仔细的过程。
发明内容
因此本发明的第一目的在于提供一种制造纤维加强层压结构的有利装置。本发明的第二目的在于提供一种用于纤维加强层压结构的真空辅助树脂转移模制的有利方法。
第一目的通过如权利要求1所述的纤维加强层压结构的真空辅助树脂转移模制来解决。第二目的通过如权利要求9所述的真空辅助树脂转移模制的方法来解决。从属权利要求包括本发明的其它变型。
按照本发明，提供一种用于纤维加强层压结构的真空辅助树脂转移模制的模具。模具包括至少第一模具部分和第二模具部分，其中第一模具部分限定层压结构的负型腔(nagtive impression)，并且结构稳定，形成层压结构的纤维加强层的支承件。第二模具部分连接到第一模具部分上以便闭合模具并且与第一模具部分一起限定可以排空的封闭空间。按照本发明，用于引导液体聚合物的至少一个流动管形成为第一模具部分和/或第二模具部分内的凹口。凹口朝着封闭空间开放，并且沿着第一模具部分和/或第二模具部分的周边的一个区段延伸。
在本发明模具中，流动管定位在最终纤维加强层压结构的实际容积外部，但是该容积的一部分将被排空。在形成纤维加强层压结构时，流动管保持没有任何材料，直到开始注射树脂为止。因此，在树脂注射开始时，树脂可从入口孔口自由运行经过流动管，流动管经由入口孔口连接到树脂储槽上。在流动管填充树脂时，开始树脂流入层压结构的纤维和芯体材料的较为缓慢的过程。一旦树脂开始固化，模具被取出，作为流动管内树脂的剩余部分的剩余树脂可通过机械装置去除。通过使用作为模具一部分而不是模制结构一部分的流动管，可以减小层压结构的层堆摞的堆摞时间、重量、成本和复杂性。
第一模具部分可特别地限定具有细长形状的层压结构的负型腔，细长形状具有导前边缘和拖尾边缘。在这种情况下，第一流动管在导前边缘形成的位置处可存在于第一模具部分和/或第二模具部分内。另外，第二流动管在拖尾边缘形成的位置处可存在于第一模具部分和/或第二模具部分内。第一和第二流动管可以将树脂从导前边缘以及从拖尾边缘引入模具内的层堆摞的纤维和芯体材料。使用第一和第二流动管可以减小灌注时间，使得使用更廉价，可以快速固化树脂。流体前部接着基本上是平行于导前边缘和拖尾边缘的两个或多或少的直线。在与不平行导前和拖尾边缘的组合中，这确保流体前部以对称的受控方式接合，由此减小截留空气的危险。
具有细长形状的层压结构特别是层压的风力涡轮机的转子叶片。
在本发明模具的第一应用中，第二模具部分也是结构稳定的。这有助于防止最终层压结构的褶皱。此外，在此应用中，第一凹口可形成在第一模具部分内，并且第二凹口可形成在第二模具部分内。第一凹口和第二凹口可接着定位在各自第一和第二模具部分内，使其开口侧的各部分在模具闭合时相互对准。换言之，在模具闭合时，第一凹口和第二凹口一起形成引入纤维和芯体材料堆摞的流体聚合物的流动管。
类似于第一模具部分，第二模具部分也可限定层压结构的负型腔。那么除了第一和第二模具部分之外提供模具芯体。模具芯体的外尺寸小于第一和第二模具部分的内尺寸。模具芯体可任选地通过可膨胀构件围绕。通过使用限定层压结构的负型腔的第一和第二模具部分和模具芯体，整个闭合结构可以在一个模制过程中形成。例如，如果风力涡轮机转子叶片形成层压结构，转子叶片的整个壳体可在一个模制过程中形成。由于纤维层可设置尺寸，使其可围绕芯体卷绕以便在上部模具部分的中心处重叠，这克服了转子叶片的拖尾边缘和导前边缘处的胶合点的需要。在形成层压结构时，可膨胀构件可用来将加强和芯体层的堆摞压在第一和第二模具部分上。膨胀可膨胀构件可通过排空一侧上的第一和第二模具部分和另一侧上的芯体之间的空间来自动完成。如果可膨胀构件具有去往压力储槽的内压力或流动连接，例如模具芯体内部，膨胀将通过排空芯体和第一和第二模具部分之间的空间来实现。
在本发明模具的第二应用中，第二模具部分是真空袋。在这种情况下，至少一个流动管形成为第一模具部分内的凹口。通过使用真空袋，模具芯体变得不需要，与第一种应用相比，使得模具部分的数量可以减小。但是，形成其中层堆摞的纤维和芯体层的层压结构的两端重叠以便形成例如风力涡轮机转子叶片的闭合壳体的层压结构是不可能的，使得胶合点将是需要的。
用于纤维加强的层压结构的真空辅助树脂转移模制的本发明方法使用本发明模具。在该方法中，至少一个流动管保持没有任何材料，直到树脂通过注射装置注射为止。树脂接着在至少一个流动管内从入口孔口流到模具的远端。在树脂固化时，模具部分被去除，并且至少一个流动管内的剩余树脂可以被机械去除。
如果具有至少两个流动管，树脂储槽可连接到至少两个流动管上，其方式是树脂同时注射到至少两个流动管内。
附图说明
结合附图，本发明的其它特征、性能和优点将从实施例的以下描述种得以清楚。
图1表示本发明模具的第一实施例；
图2表示图1的细节；
图3以顶视图表示图2的细节；
图4表示本发明模具的第二实施例；
图5-9表示制造纤维加强层压风力涡轮机转子叶片的本发明模具的第三实施例及其使用。
具体实施方式
本发明模具的第一实施例在图1中表示。附图表示用于纤维加强层压风力涡轮机转子叶片的壳体部分的模具。通过模具形成的壳体部分形成随后的转子叶片的压力侧，即表示成在风力涡轮机的操作中朝着风力来向的一侧。类似的模具(未示出)将用于形成抽吸侧壳体部分。风力涡轮机转子叶片接着经由胶合点通过将压力侧壳体和抽吸侧壳体结合在一起来形成。
图1所示的模具1包括由刚性和大致稳定的材料形成的第一模具部分2。模具部分2包括限定风力涡轮机转子叶片的压力侧壳体部分的负型腔的内表面4。模具部分2的表面4可以设置在模制过程之后使得压力侧壳体部分从模具取出的适当脱模剂。
模具1还包括可以压力紧密方式固定在模具部分2的边缘8、10上的真空袋6。真空袋6和模具部分2一起限定经由适当放置的真空通道(附图未示出)排空的封闭空间。
刚性模制部分2装备有在排空封闭空间之后形成流动管的凹口14、16。流动管14、16可设置防止真空袋6抽吸到流动管14、16内的间隔元件18。间隔元件18可在分别以截面图和顶视图表示流动管14的放大视图的图2和3中看到。
为了真空辅助树脂转移模制作为纤维加强层压结构风力涡轮机转子叶片，层堆摞12放置在模具部分2内。接着，构成当前实施例的第二模具部分的真空袋6气密固定在模具部分2的边缘8、10上，并且模具部分2和真空袋6之间的封闭空间被排空。这造成真空袋6通过模具1外部的空气压力压靠在层堆摞12上。接着，液体聚合物引入通过凹口14、16形成的流动管，从中它流到层堆摞12。液体聚合物的储槽连接到两个流动管上，使其可同时注射到两个流动管14、16。在流动管变得充满液体聚合物时，开始液体聚合物流入层堆摞12的较为缓慢的过程。树脂的流体前部基本上是平行于将被形成的壳体部分的导前和拖尾边缘的两个或多或少直线的组合。在与不平行导前和拖尾边缘组合时，这确保流体前部以对称的受控的方式接合，由此减小空气截留的危险。
在层堆摞12通过液体聚合物完全浸湿时，液体聚合物通过使用热量或紫外线来固化。在当前情况下，可使用热量，热量可通过例如通过结合在模具部分2内的加热细丝来实现的热量转移系统20来施加。在树脂固化之后，模具将再次被去除，在壳体部分的导前和拖尾边缘处留下多余流体聚合物。这种多余的聚合物接着通过机械装置来去除。
当前实施例中的层堆摞可包括纤维加强材料的一个或多个层，在该层上设置由例如轻木或PVC泡沫形成的芯体材料。
虽然图1的模具部分2实现为单个模具部分，它也可通过结合在一起以便形成模具部分2的多个模具元件实现。
本发明模具的第二实施例将参考图4来描述。模具21包括都由结构稳定、刚性材料形成的第一模具部分2和第二模具部分22。第一模具部分2大致与第一实施例的模具部分2相对应，并且此后不再描述。此外，图4中的第一模具部分2以及层堆摞12的元件表示与图1相同的参考标号。
第二实施例不同于第一实施例之处在于使用第二结构稳定、刚性模具部分22，而不是真空袋6来封闭模具以便形成可以排空的封闭空间。第二模具部分22包括限定风力涡轮机的转子叶片的压力侧壳体的正型腔(positive impression)的表面23以及可以将第一模具部分2和第二模具部分22气密结合在一起的边缘24、26，使得封闭空间在两个模具部分之间形成。类似于第一模具部分2的表面4，第二模具部分22的表面23可设置适当的脱模剂，从而简化最终壳体部分从模具拆卸。第二模具部分22还包括第一凹口28和第二凹口30，第一凹口28和第二凹口30设置尺寸并定位在第二模具部分22内，使其开口侧对准第一模具部分2的凹口14、16，以便形成用于液体聚合物的流动管。另外，第二模具部分22装备有一个或多个适当定位的真空管32以便排空第一和第二模具部分2、22之间的封闭空间。
壳体部分的真空辅助树脂转移模制的过程大致与第一实施例相同，并且因此不再次描述。
本发明模具的第三实施例及其使用将参考图5-9描述。
除了模具部分边缘110内没有在形成风力涡轮机转子叶片的拖尾边缘处定位的凹口16之外，图5表示与第一和第二实施例的第一模具部分相对应的按照第三实施例的模具101的第一模具部分。第三实施例的第一模具部分102的其它部分与第一和第二实施例的模具部分2的各自部分相对应，并且因此不再次描述。模具部分102的与模具部分2相对应的元件相对于模具部分2所使用的参考标号以增加100的方式标示。
层堆摞112形成在第一模具部分102(见图6)内，其方式是首先将纤维加强材料的一个或多个层放置在模具内，接着将芯体材料放置在这些层的顶部上，并且再次将纤维加强材料的一个或多个层放置在芯体材料的顶部。纤维加强材料层设置尺寸，使其端部区段122、124在模具部分102的边缘108、110上伸出。在风力涡轮机转子叶片形成的边缘110处，特殊芯体部分126放置在纤维加强材料层的顶部上。为了有助于液体聚合物在模制过程中分布，层堆摞可装备有延伸经过合层堆摞的转移通道128、130。
在下一个步骤，如图7所示，模具芯体132设置在层堆摞112上。在当前实施例中，模具芯体132包括第一和第二模具芯体部分134、136，剪切幅材138设置在两者之间。剪切幅材可包括具有与第一模具部分102内的层堆摞112相同的层结构的层堆摞。在真空辅助树脂转移模制过程中，剪切幅材将牢固结合在风力涡轮机转子叶片的壳体上，以便增加其稳定性。虽然只有一个剪切幅材138存在于所示的实施例，也可具有两个或多个剪切幅材。
模具芯体部分134、136由例如木材的结构稳定材料形成。此外，结构稳定材料可通过例如泡沫橡胶的柔性构件围绕。另外，每个芯体部分134、136通过柔性薄膜围绕，其外表面可通过适当脱模剂处理。在闭合模具之后，在模具部分和模具芯体之间的空间排空时，始终存在于模具芯体部分134、136的结构稳定材料和柔性薄膜之间的空气压力将造成薄膜膨胀，使得围绕模具芯体部分134、136的层堆摞压靠各自模具部分。
在下一个步骤，如图8所示，顶部纤维加强层(即层堆摞112的芯体材料顶部的那些层)围绕模具芯体128卷绕，使得层的两端重叠。接着，芯体材料放置在这些层的顶部上，并且接着层堆摞112的下部纤维加强层(即堆摞的芯体材料之下的那些层)围绕芯体材料卷绕以便形成层堆摞140，由此在其端部区段内重叠。以此方式，风力涡轮机转子叶片的整个壳体可以单个层压结构的形式制造，而在转子叶片的导前和拖尾边缘处不需要胶合点。
在最后步骤，如图9所示，模具101的第二模具部分142设置在层堆摞140的顶部上。第二模具部分142包括边缘144、146，第二模具部分142通过边缘144、146与第一模具部分102气密结合。适当的真空通道(未示出)可用于排空模具部分102、142之间封闭的空间。第二模具部分还包括第一凹口148和第二凹口150。第一凹口148的位置及其尺寸被选择成在两个模具部分结合在一起时使得凹口148的开口侧对准第一模具部分102的凹口114的开口侧。因此，第一模具部分102的凹口114和第二模具部分142的凹口148一起在将要形成的风力涡轮机转子叶片的导前边缘处形成用于液体聚合物的流动管，该管朝着模具部分之间封闭的空间开口。另外，第二模具部分142的凹口150形成用于液体聚合物的另一流动管，该管定位在将要形成的风力涡轮机转子叶片的拖尾边缘处。
在排空模具部分102、142之间的封闭空间之后，液体聚合物注射到流动管内，接着流入层堆摞112、140和剪切幅材138。在层堆摞112、140和剪切幅材138通过液体聚合物完全浸湿之后，液体聚合物经由存在于第一和第二模具部分102、142内的热量转移系统120、152施加热量来固化。类似于其它实施例，热量转移系统可以结合到模具部分102、142内的加热细丝的形式来实现。在液体聚合物固化时，模具部分102、142和模具芯体部分134、136被去除。在从风力涡轮机转子叶片去除模具之后，剩余聚合物材料保留在风力涡轮机转子叶片的导前边缘和拖尾边缘。这种剩余的聚合物材料接着被机械去除。
本发明的模具可以通过使用真空辅助树脂转移模制过程形成纤维加强层压结构，而不在最终结构中留下流动管。此外，与去除现有技术模制过程的流动管相比，去除剩余树脂材料更加容易，并不用太仔细。

Claims (11)

1.一种用于纤维加强层压结构的真空辅助树脂转移模制的模具(1、21、101)，包括：
至少第一模具部分(2、102)和第二模具部分(6、22、142)，第一模具部分(2、102)限定层压结构的负型腔、结构稳定并且形成层压结构的纤维加强层(12、122)的支承件，并且第二模具部分(6、22、142)可连接到第一模具部分(2、102)上以便闭合模具并且与第一模具部分(2、102)一起限定可以被排空的封闭空间；
其特征在于：
至少一个流动管(14、16、28、30、114、148、150)，用于引导液体聚合物，流动管(14、16、28、30、114、148、150)形成为第一模具部分(2、102)内的凹口(14、16、114)和/或第二模具部分(22、142)内的凹口(28、30、148、150)，该流动管朝着封闭空间开口并沿着第一模具部分(2、102)和/或第二模具部分(22、142)的周边的一个区段延伸。
2.如权利要求1所述的模具(1、21、102)，其特征在于：
第一模具部分(2、102)限定具有细长形状的层压结构的负型腔，该形状具有导前边缘和拖尾边缘；
第一流动管(14、28、114)在形成导前边缘的位置处存在于第一模具部分(2、102)和/或第二模具部分(22、142)内；以及
第二流动管(16、30、150)在形成拖尾边缘的位置处存在于第一模具部分(2、102)和/或第二模具部分(22、142)内。
3.如权利要求2所述的模具(1、21、101)，其特征在于：
第一模具部分(2、102)限定层压的风力涡轮机转子叶片的负型腔。
4.如上述权利要求任一项所述的模具(21、101)，其特征在于：
第二模具部分(22、142)是结构稳定的模具部分。
5.如权利要求4所述的模具(21、101)，其特征在于：
第一凹口(14、16、114)形成在第一模具部分(2、102)内；
第二凹口(28、30、148)形成在第二模具部分(22、142)内；以及
第一凹口(14、16、114)和第二凹口(28、30、148)定位在各自第一和第二模具部分内，在模具(2、102)闭合时，其开口侧的各部分相互对准。
6.如权利要求4或5所述的模具(101)，其特征在于：
第二模具部分(142)还限定层压结构的负型腔；
提供至少一个模具芯体(134、136)，其外尺寸小于第一和第二模具部分(102、142)的内尺寸。
7.如权利要求6所述的模具(101)，其特征在于：
模具芯体(134、136)通过可膨胀构件围绕。
8.如权利要求1-3任一项所述的模具(1)，其特征在于：
至少一个流动管形成为第一模具部分(2)内的凹口(14、16)；以及
第二模具部分是真空袋(6)。
9.一种使用如权利要求1-8任一项所述的模具的纤维加强层压结构的真空辅助树脂转移模制的方法，其特征在于：
至少一个流动管(14、16、28、30、114、148、150)保持没有任何材料，直到树脂通过注射装置注射为止，并且树脂在至少一个流动管(14、16、28、30、114、148、150)内从入口孔口运行到模具的远端。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：
树脂储槽连接到至少一个流动管(14、16、28、30、114、148、150)上，其方式是树脂被同时注射到至少两个流动管(14、16、28、30、114、148、150)。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于：
模具部分(2、6、22、102、142)在树脂设置时去除，并且至少一个流动管(14、16、28、30、114、148、150)内的剩余树脂通过机械装置去除。
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