CN101618606A - 制造风力涡轮机转子叶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了制造风力涡轮机转子叶片的方法。一种制造辅助有真空的物品(22)的方法。该方法包括提供半制品(26)以待浸渍树脂的步骤。该半制品具有增强纤维。将微孔膜(42)施加到半制品(26)上。微孔膜具有疏油处理。将真空薄膜(82)施加到微孔膜(42)上。将聚合树脂引入到半制品(26)。通过将真空(100)施加到半制品而将树脂注入半制品(26)。将树脂固化以形成物品(22)。

Description

制造风力涡轮机转子叶片的方法
技术领域
本发明一般地涉及制造纤维增强物品，尤其涉及通过真空辅助成型使用疏油微孔膜制造风力涡轮机转子叶片。
背景技术
由纤维增强树脂基物品制造的相对大的物品是已知的。一种这样的物品是风力涡轮机转子叶片。正花费相当大的努力开发可靠且有效的风力涡轮机转子叶片。由于尺寸原因，制造风力涡轮机转子叶片困难、昂贵且费时间。
已知的风力涡轮机转子叶片是通过将树脂注入置于具有真空的芯部附近的纤维增强层而制成。分布网丝层用于在制造期间将树脂供给芯部材料。层压板材料放置在网丝上面/下面。层压板材料包括微孔膜。已知的是树脂有时弄湿膜。这使得膜的效率变差。因此，为了用在真空辅助成型操作中，需要改良的膜。
发明内容
本发明的一个方面是制造辅助有真空的物品的方法。该方法包括提供半制品以待浸渍树脂的步骤。该半制品具有增强纤维。微孔膜(microporous membrane)施加在半制品上。微孔膜具有疏油处理。真空薄膜(vacuum film)施加在微孔膜上。聚合树脂引入到半制品。通过将真空施加到半制品该树脂被注入通过半制品。树脂被固化以形成物品。
本发明的另一个方面是制造风力涡轮机转子叶片的方法。该方法包括提供芯部的步骤。将增强表皮层(skin)施加到芯部(core)以形成叶片部件。增强表皮层具有增强纤维。微孔膜施加到增强表皮层上。微孔膜具有疏油处理。真空薄膜施加在微孔膜上。聚合树脂引入到芯部。通过对叶片部件施加真空，而将树脂注入通过芯部并且通过增强表皮层。树脂被固化以形成转子叶片。
本发明的再一个方面是制造辅助有真空的物品的方法。该方法包括提供半制品以待浸渍树脂的步骤。半制品具有增强纤维。泡沫型聚四氟乙烯微孔膜施加在半制品上。膜经过亲油处理并且抗油比率在由AATCC118测试确定的数字4到数字7的范围内。真空薄膜施加在膜上。聚合树脂引入到半制品。通过对半制品施加真空，树脂被注入通过半制品。
附图说明
当参考附图阅读下述的具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将更好地得到理解，其中：
图1为图示根据本发明一个方面制造的风力涡轮机转子叶片的透视图；
图2为分解图，其图示了图1所示的根据本发明一个方面的风力涡轮机转子叶片的一部分的制造；
图3为图1所示的组件的横断面图；
图4为图2和图3所示的层压层的放大横断面图。
部件列表
  20   转子叶片
  22   部分
  24   部分
  26   增强表皮层
  40   脱模材料
  42   膜组件
  44   膜
  46   背衬材料
  60   气运材料
  80   模子
  82   真空袋型薄膜
  100   真空接头
  102   密封条
  104   树脂注入接头
  106   树脂供给管
具体实施方式
下面详细地描述了使用疏油微孔膜制造纤维增强树脂基物品，例如风力涡轮机转子叶片的方法。疏油微孔膜在一定程度上抵抗迄今尚未知的树脂通道，而同时允许气体通过。这就允许真空相对均匀地应用到整个转子叶片，并使使用树脂具有相对低表面张力的工作条件下。疏油微孔膜也使受控流流动更易向前，并且减少由不均匀的树脂流所产生的缺陷。产品周期连同劳动时间减少，且伴随加工自耗材料的成本减少。使用疏油微孔膜提供改良的叶片质量，例如，较低的空隙量，减少的手工再加工，以及优化的增强纤维与树脂的比率。
风力涡轮机典型地包括多个相对较大的联接到轮毂的转子叶片20，其中一个在图1中示出。各叶片20置于轮毂周围以便旋转，并将来自风的动能转换成可用的能量。当风撞击叶片20时，叶片绕轮毂的轴线旋转，并且经受离心力、不同的挠矩和由于其自身重量而引起的力。
叶片20由一对半叶片(blade half)或叶片部分22和24制成。叶片部分22和24分开制造。叶片部分22和24然后通过合适的方式固定在一起以形成如图1所示的叶片20。
参考图2，叶片20的各部分22和24包括芯部(未示出)，该芯部由聚合泡沫、木材、和/或金属蜂窝状物形成。该芯部典型地包括多个凹槽以在制造期间使树脂更易流过芯部。合适的聚合泡沫示例包括但不限于PVC泡沫、聚烯烃泡沫、环氧泡沫、聚氨酯泡沫、多异氰脲酸酯(polyisocyanurate)泡沫以及它们的混合物。
叶片部分22或24包括至少一层增强表皮层26，该增强表皮层26位于芯部附近以形成半制品。各增强表皮层26由增强纤维簇构成。典型地，该簇是增强纤维的编织形簇或增强纤维的非编织形簇。增强纤维簇具有贯穿增强表皮层26的空隙，该空隙待完全用树脂填满。合适的增强纤维示例包括但不限于玻璃纤维、石墨纤维、碳化纤维、聚合纤维、陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维、洋麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维、纤维素纤维、剑麻纤维、棕纤维以及它们的混合物。
树脂被注入到增强表皮层26并且被固化。这就为叶片20的各部分22和24提供了整体性和强度。合适的树脂示例包括但不限于乙烯基酯树脂、环氧树脂、聚脂树脂和它们的混合物。注入的树脂用热和/或时间加工以提供用于叶片20的固体部分22或24。
在叶片20的一个部分22(图2和3)或24的制造期间，增强表皮层26绕芯部包覆，然后放置在模子80中。部分22的制造在下面进行了详细地描述，并且应当了解的是，其过程与部分24的过程是一样的。
脱模材料(release material)40被施加到部分22或24的增强表皮层26的外表面。脱模材料40具有分离膜(release film)和剥离层(peel ply)的形式。膜组件42施加于脱模材料和叶片20的外表面上以促进树脂注入过程。
气运(air transporter)材料60放置在膜组件42上，以在树脂注入期间通过允许空气移动以逃逸增强表皮层26内的空隙以辅助半制品脱气。气运材料60由任何合适的网或织物材料例如聚乙烯网组成。
由合适的材料例如聚酰胺组成的不具渗透性的真空袋型薄膜(vacuum bagging film)或真空薄膜(vacuum film)82放置在气运材料60上。真空接头100延伸通过真空袋型薄膜82。封条102延伸在模子和真空袋型薄膜82之间的模子80的外围周围，以防止空气和树脂的渗漏。封条102与真空接头100流通连接。
树脂注入输入接头104延伸通过真空袋型薄膜82。树脂注入接头104与基本上在模子80的纵向范围延伸的树脂供给管106流通连接。树脂供给管106置于外部增强表皮层26的邻近。
当通过真空接头100建立真空时，树脂被引入到树脂注入接头104、树脂供给管106和增强表皮层26。真空促进树脂流动并且将树脂注入到芯部和增强表皮层26。膜组件42防止树脂从增强表皮层26流走，同时允许注入的树脂使空气移动以逃逸至真空接头100。然后树脂被固化。树脂输入接头104和供给管106、气运材料60、真空袋型薄膜82、膜组件42和脱模材料40自叶片部件22移除。
在本发明的一个方面，膜组件42(图4)包括热法或粘附法层压到背衬材料46上的膜44。背衬材料46由非织物或织物聚合纤维，例如聚酯纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维和它们的混合物形成。
膜44优选地为微孔聚合物膜，该微孔聚合物膜允许气体例如空气或水汽流入或通过膜，并且是疏水性的。用作膜26的优选微孔聚合物膜包括优选地至少部分地熔结的泡沫聚四氟乙烯(ePTFE)。ePTFE膜典型地包括多个结节，这些结节通过小纤维互相连接以形成微孔点阵类型的结构，这与已知的一样。
膜44具有大约0.01微米(u)至大约10微米的平均孔径。膜44由任何合适的材料例如聚四氟乙烯、聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙酸烯聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯(polyurethane)、聚丙烯、聚乙烯、聚亚苯基砜(polyphenelene sulfone)和它们的混合物组成。
已发现，膜44可涂上疏油含氟聚合物材料，通过这种方式在不折中空气渗透性的情况下提高疏油特性。结节和小纤维的表面限定多数互相连接的孔，该孔以弯曲通道完全延伸通过膜的相对的主侧表面之间的膜44。典型地，膜44的孔隙率(即膜26的容积中空地的百分比)在大约50％和大约98％之间。疏油含氟聚合物涂层粘附到限定膜内孔的结节和小纤维。
如果限定膜44内孔的表面和膜的主侧面涂敷有疏油含氟聚合物，微孔膜16的实质改良的疏油特性可以实现。可通过任何合适的装置，例如在美国专利6228477或美国专利申请公开2004/0059717中所公开和描述的那些装置将涂层施加上。
使用疏油含氟聚合物，例如具有碳氟支链的基于丙烯酸的聚合物，以涂敷到微孔膜44减少了膜的表面能，因此更少的对抗材料(challenge material)能够弄湿复合膜并且进入孔。涂在膜44上的疏油含氟聚合物也增加了对抗材料相对于复合膜的接触角。由于被使用的树脂和硬化剂具有相对低的表面张力，膜44增加的疏油特性相当重要。
用于涂层的示例性疏油含氟聚合物是具有碳氟支链的基于丙烯酸的聚合物。已经显示特别适合而具有碳氟支链的基于丙烯酸的聚合物的一族是包含聚合物的氟的
Figure G2009101393261D00061
族(由du Pont制造)。在族中特别合适的水溶分散体是
Figure G2009101393261D00063
7040。
用于多孔背衬材料46的合适聚合材料包括例如拉伸或烧结塑料，例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺(例如尼龙)。这些材料常常在不同重量中可用，包括例如0.5oz/yd2(大约17gr/m2)、1oz/yd2(大约34gr/m2)和2oz/yd2(大约68gr/m2)。编织织物例如70丹尼尔尼龙织物平纹皱丝织品清水整理(pure finish)也可使用。另一个合适的织物是非编织纺织品，例如1.8oz/yd2共聚酯平结合的双组分非编织介质。
膜组件42是透气和疏油的。那就是，膜组件42允许气体通过它。疏油处理的增加提高了膜组件42因树脂、油或油性物质淤塞而引起的阻力。膜组件42的微孔膜44具有由AATCC118测试确定的数字4至数字7范围内的油阻止或阻力率。微孔膜44也在0.5”水列具有由ASTMD737测试确定的至少0.01CFM/ft2的空气渗透性。
虽然根据不同的特定实施例描述了本发明，本领域技术人员将意识到，本发明自具体公开的实施例延伸至其它备选实施例和/或对系统、技术和明显修改以及所公开内容的等价物的使用。本发明所公开的范围理应不由上述特定公开的实施例的限制。

Claims (8)

1.一种制造辅助有真空的物品(22)的方法，该方法包括步骤：
提供半制品(26)以待浸渍树脂，所述半制品具有增强纤维；
将微孔膜(42)施加在所述半制品(26)上，所述微孔膜具有疏油处理；
将真空薄膜(82)施加在所述微孔膜(42)上；
将聚合树脂引入所述半制品(26)；
通过将真空(100)施加到所述半制品而使树脂注入通过所述半制品(26)；以及
将所述树脂固化以形成所述物品(22)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜(42)由泡沫聚四氟乙烯制成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜(42)具有由AATCC118测试确定的数字4至数字7范围内的油阻率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜(42)上的疏油处理包括氟化丙烯酸聚合物。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜(42)包括具有平均直径在大约0.01μ至大约10μ之间的多个孔。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜(42)在一表面上具有背衬材料(44)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合树脂包括乙烯基酯树脂和环氧基树脂的至少其中之一。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜(42)具有由ASTMD737测试确定的至少0.01CFM/ft2的空气渗透性。
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