CN102015264B - 用于检测真空辅助树脂传递模塑成型处理中的泄漏的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于通过真空辅助树脂传递模塑成型制造包括纤维加强材料的复合结构的方法。所述纤维材料被注入以液体树脂，并且所述方法包括以下步骤：a)提供包括刚性模具部分和第二模具部分的成形结构，b)将纤维材料放置在所述刚性模具部分中，c)将所述第二模具部分与所述刚性模具部分密封以形成模具腔，d)将未固化的流体树脂源连接于至少一个与所述模具腔连通的树脂入口，e)连接与所述模具腔连通的至少一个真空出口，f)通过所述至少一个真空出口将所述成形结构的内部排空，g)通过所述至少一个树脂入口将未固化的树脂从未固化的树脂源供给到所述模具腔，从而用树脂填充所述模具腔，以及h)固化树脂，以形成所述复合结构。在所述步骤f)的排空过程期间，测量通过所述至少一个真空出口的气流水平。

Description

用于检测真空辅助树脂传递模塑成型处理中的泄漏的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过真空辅助树脂传递模塑成型制造包括纤维加强材料的复合结构的方法，其中纤维材料被注入以液体树脂，其中所述方法包括以下步骤：a)提供包括刚性模具部分和第二模具部分的成形结构，b)将纤维材料放置在刚性模具部分中，c)将第二模具部分与刚性模具部分密封以形成模具腔，d)将未固化的流体树脂源连接于至少一个与模具腔连通的树脂入口，e)连接与模具腔连通的至少一个真空出口，f)通过所述至少一个真空出口将成形结构的内部排空，g)通过所述至少一个树脂入口将未固化的树脂从未固化的树脂源供给到模具腔，从而用树脂填充模具腔，以及h)固化树脂，以形成复合结构。

本发明还涉及一种用于检测在真空辅助树脂传递模塑成型处理期间空气泄漏的装置，该装置包括具有内部的密封容器、第一入口以及第一出口，其中第一入口和第一出口设置成能够与密封容器的内部连通，并且其中第一出口连接于真空源。

因此，本发明涉及一种用于通过VARTM(真空辅助树脂传递模塑成型)制造纤维复合结构的方法和装置，其中液体聚合物(也称作树脂)被填充到模具腔中，纤维材料已经在先插入到模具腔中，并且在模具腔中产生真空，从而吸入聚合物。聚合物可以是热固性塑料或热塑性塑料。

背景技术

真空注入或VARTM是用于模塑成型纤维复合模具的工艺，其中均匀分布的纤维在第一模具部分中被分层，所述纤维是粗砂，即成束的纤维带，成带的粗砂或垫，其或者是由单独的纤维制成的毡垫，或者是由纤维粗砂制成的织物垫。通常由弹性真空袋制成的第二模具部分随后被放置在纤维材料上方。通过在模具腔内在第一模具部分的内侧和真空袋之间产生真空，一般为80％至95％的完全真空，液体聚合物能够被吸入，并且能够利用其中所含的纤维材料填充模具腔。所谓的分布层或分布管(也称为入口通道)在真空袋和纤维材料之间使用，以获得尽可能稳固和高效的聚合物分布。在大多数情况下，所应用的聚合物是聚酯、乙烯基酯或环氧，并且纤维加强最通常的是基于玻璃纤维或碳纤维，但是也可以是塑料纤维、植物纤维或金属纤维。

在填充模具的过程期间，经由模具腔中的真空出口产生真空(该处的所述真空理解为低压或负压)，由此将液体聚合物经由入口通道吸入到模具腔中，以填充所述模具腔。随着前方的流动朝真空通道移动，聚合物由于负压在模具腔中从入口通道沿所有方向扩散。因此，重要的是最优地定位入口通道和真空通道，以获得模具腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个模具腔中的完全分布通常是困难的，因此这通常导致所谓的干点，即纤维材料未充分注有树脂的区域。因此，干点是纤维材料未注入以及存在气穴的区域，气穴难以或者不可能通过控制真空压力或者入口侧可能的过压来去除。关于真空注入，使用真空袋形式的弹性模具部分和刚性模具部分，能够例如在通过在相应的位置刺破真空袋以及通过例如借助于注射器针头吸出空气来填充模具的过程之后对干点进行修复。液体聚合物能够可选地注入在相应的位置中，这也可以例如通过注射器针头来完成。这是耗时且麻烦的过程。在大的模具部分的情况下，人需要站立在真空袋上。这是不理想的，特别是在聚合物没有变硬时，因为这可能导致插入的纤维材料中的变形，并因此导致结构的局部弱化，这可能例如引起弯曲效应(buckling effect)。

另外，第一模具部分和真空袋之间和/或真空袋本身中的密封的泄漏导致有效地排空模具腔或有效地利用树脂填充模具腔的问题，因而也是上述干点的原因。即使非常小的孔也能导致这些问题，并且由于纤维复合结构(例如风力涡轮叶片)当今可能具有大于60米的长度和数百平方米的表面面积，所以找到这些泄漏是非常耗时的，因而延长了层压结构的总制造时间。

US 2007/057413描述了一种树脂注入装置和系统。该系统使用密封的外盖内部，并且通过保持内部的真空以及观察在4至6分钟的观察时间内是否发生压降来测量泄漏。因此，在已经排空内部之后观察泄漏。

US 3,818,752描述了一种用于检测封闭腔室中的泄漏的复杂系统。通过向封闭腔室和基准腔室施加负压以使这两个腔室压力平衡而检测泄漏。流量限制阀连接在这两个腔室之间，并且流量传感器并联地跨过流量限制阀连接。流量传感器测得的流量指示封闭腔室中的泄漏。

没有现有技术中的系统能够应用于在VARTM工艺的排空过程期间检测泄漏。

发明内容

本发明的目的是获得一种新的方法和装置，其克服或改进了现有技术的至少一个缺点，或者提供可用的替代方案。

根据本发明，这是通过一种上述技术的方法而实现的，其中在排空过程的步骤f)期间测量通过所述至少一个真空出口的气流水平。因此，能够通过测量气流的量来检测空气泄漏。优选地，还在步骤g)期间对真空出口提供抽吸作用(即真空)，至少直至树脂前的流动到达所述真空出口。

根据本发明的第一实施方式，第二模具部分是真空袋。但是，第二模具部分也可以是另一柔性材料，其可适于与刚性模具部分密封。

根据优选的实施方式，还在步骤f)期间测量压力水平。因此，能够基于通过真空出口的气流和模具腔的真空水平二者来判定空气泄漏。

根据有利的实施方式，一旦压力水平降到真空阈值以下且气流水平降到气流阈值水平以下便开始步骤g)。因此，确保了压力水平对于填充过程是合适的，并且不存在空气泄漏，从而确保了树脂填充过程的最佳条件。

根据另一个有利的实施方式，模具腔包括多个单独的模具腔部分，每个部分均设有单独的真空出口，并且其中对通过每个真空出口的气流水平进行测量。因此，能够对单独的模具腔部分中的一个识别空气泄漏的位置，例如，如果给定的模具腔部分的气流水平超过给定的阈值水平。

根据本发明的一个实施方式，每个单独的模具腔部分覆盖复合结构的10至100平方米之间的第一表面区域，可替代地，为15至75平方米之间，或者可替代地为20至50平方米之间。也就是说，完成的复合结构的面向刚性模具部分的表面应当位于这些区段中的一个内。

根据本发明的另一个实施方式，成形结构具有带第一侧和第二侧的横向方向和纵向方向。因此，模具腔可以通过沿成形结构的第一侧和/或第二侧设置多个真空出口而在纵向方向和/或横向方向上划分为若干个单独的模具腔部分。优选地，这些真空出口沿着成形结构基本均匀地分布。这些真空出口也可以设置在成形结构的端部。

本发明的目的还通过一种上述类型的装置而实现，其中该装置还包括用于测量气流的流量传感器，该传感器设置成能够测量通过密封容器的内部的气流量，该密封容器也称作器皿。因此，本发明的目的还通过这种装置而实现，该装置可以使用在上述方法中。所述密封容器或器皿用作用于收集来自填充过程的过量树脂的溢流容器。

根据该装置的有利实施方式，流量传感器连接于第一入口。然而，流量传感器也可以连接于第一出口。

根据另一个有利的实施方式，所述装置还包括用于测量压力水平的压力转换器。因此，相应的模具腔部分的真空水平能够同时被测量。

根据又一个有利的实施方式，所述装置还包括用于测量密封容器中的树脂水平的树脂水平传感器。因此，能够在VARTM过程期间测量溢出或收集的树脂的量，从而能够控制完成的复合结构中的树脂的量或重量。

在根据本发明的装置的一个实施方式中，容器包括具有开口的容器部件和密封于该开口的可拆卸盖。所述盖能够例如经由密封环和紧固夹密封于所述容器部件。因此，所述盖能够从容器中移除，并且已经收集在容器中的树脂能够随后倾倒处以便处理。

根据有利的实施方式，第一入口和/或第一出口和/或压力转换器通过所述盖连接于容器。因此，所有的传感器、入口以及出口能够共同从所述容器部件移除，从而使得从所述容器部件清空树脂变得更容易。

所述装置还可包含附加的入口，从而能够在VARTM过程期间连接于附加的真空出口。所述装置还可包含附加的出口。另外，诸如压缩机或真空泵的单个真空源可以连接于多于一个装置。

本发明的目的还通过使用上述用于真空辅助树脂传递模塑成型工艺的装置而实现。另外，该目的是通过一种用于真空辅助树脂传递模塑成型的系统而实现的，该系统包括刚性模具部分、用于密封该刚性模具部分的柔性模具部分、以及多个上述装置。

附图说明

以下参照附图所示的实施方式详细描述本发明，其中：

图1示出了用于制造风力涡轮叶片壳部件的模具；

图2示出了穿过用于制造叶片壳部件的模具的剖视图；

图3示出了用于在VARTM工艺中使用的根据本发明的密封容器；以及

图4示出了穿过根据本发明的密封容器的剖视图。

具体实施方式

图1示出了从上方看到的固体模具部分1。模具部分1具有与叶片壳部件2的外表面相反的模塑表面。叶片壳部件2具有前边缘3和后边缘4。模具部分1包括第一侧缘5和第二侧缘6。叶片壳部件2通过VARTM工艺制造，其中纤维插件或另一种纤维材料布置在模具腔中。模具腔经由根据本发明的多个装置30排空，每个装置30均包括第一入口14、第一出口16、密封容器31以及真空源18。通过使装置30绕模具腔均匀地分布，每个装置有效地排空整个模具腔的单独部分。因此，模具腔被分成多个单独的模具腔部分8-13，这些模具腔部分能够单独地监测。

图2示出了穿过通过真空注入制造用于风力涡轮的叶片的叶片壳部件的模具的剖视图，并示出了固体或刚性模具部分1，模具部分1的顶侧与完成的叶片壳半部的外部顶侧配合。例如玻璃纤维或碳纤维的纤维插件24放置在固体模具部分1的内部顶侧上。该层也可以是包括芯材(例如发泡聚合物或轻质木材)的被纤维层覆盖的夹层结构，并还可包括纵向延伸的加强部分，称作主薄层(main laminate)，例如在本申请人的WO 06/058540中所描述。

撕开层25或剥开板层放置在纤维插件24上方，其可以是网状的或穿孔薄膜，并且分布网或流动层26放置在撕开层25上方。多个Ω形入口轮廓体21、22、27放置在分布网/流动层26上方，所述轮廓体包括面向分布网26的纵向槽。在其上方放置有气密真空袋23。在模具的凸缘处，设有穿孔真空管20形式的真空通道。

真空管20与根据本发明的装置30连通，并且入口轮廓体21、22、27利用液体聚合物与聚合物源连通。真空通道20中的真空在形成于固体模具部分1和真空袋23之间的模具腔中产生真空，从而聚合物在扩散并注入纤维插件24时，经过入口轮廓体21、22、27被向下拉入或吸入分布网26中，并沿着所述分布网26经过撕开层25。在完成固化后，通过撕开层25移除真空袋23、入口轮廓体和分布网26。

图3示出了根据本发明的装置30的一部分的示意图，以立体图示出。装置30包括密封容器31，容器31则包括容器部件32和密封于容器部件32的盖34。图4示出了密封容器31的横截面，其中为了清楚起见，去掉了图3中所示的一些部件。盖34可以例如经由密封环54和紧固夹密封于容器部件32。

第一入口管36通过盖34连接，使得入口管36能够与密封容器31的内部58连通。另外，第一出口管40通过盖34连接，使得出口管40能够与密封容器31的内部58连通。入口管36连接于模具腔，并且出口管40连接于真空源或压缩机18。气体质量流量传感器38连接于入口管36，以测量通过容器31的内部58的气流量。另外，诸如膜压力转换器的压力转换器42通过盖34连接。因此，还能够检测真空水平，即密封容器31的内部58的压力和模具腔或各个模具腔部分8-13的真空水平。

如果确定对于给定的装置，气流量超过预定的阈值(对于给定的真空水平)，那么操作人员便知道模具腔中存在泄漏。如果仅仅单个装置识别出这种泄漏，则能够得出泄漏存在于相应的模具腔部分8-13中的结论。如果多于一个装置识别出泄漏，则确定泄漏可能位于相应的模具腔部分8-13之间的边界周围。通过使用流量传感器，VARTM工艺的操作人员能够比本领域已知的其他系统快得多地识别泄漏和这种泄漏的位置。另外，这种泄漏最常发生在刚性模具部分1和真空袋23之间的密封处，即在叶片壳部件2的前边缘3或后边缘4附近，或者在模具部分1的第一侧缘5或第二侧缘6附近。这些知识还能够加速识别这种泄漏的过程。

另外，盖34可包括用于测量树脂56的水平并因此测量容器部件32内的树脂的体积的水平转换器。因此，操作人员能够通过从供给到模具腔的树脂的量中减去密封容器31的内部58中树脂的量来容易地计算注入复合结构的树脂的量或重量。因此，更容易控制完成的复合结构的重量并在复合结构固化之前确定何时停止填充过程。

流量传感器38、压力转换器42以及水平转换器44分别经由线46、48、50连接于连接器52，连接器52可以例如连接于计算机，该计算机用于分别监测气流量、真空水平以及溢入到密封容器31中的树脂的量。所述传感器或转换器可以例如是4-20mA的电路。

已经参照优选实施方式描述了本发明。然而，本发明的范围不限于所示的实施方式，并且可以在不偏离本发明范围的情况下进行改动和变型。

附图标记列表

1     模具部分

2     风力涡轮叶片壳部件

3     前边缘

4     后边缘

5     第一缘

6     第二缘

8-13  模具腔部分

14    第一入口

16    第一出口

18    真空源/压缩机

20    真空通道

21    树脂入口通道/真空通道

22    树脂入口通道/真空通道

23    真空袋

24    纤维材料

25    撕开层/剥开板层

26    分布网

27    树脂入口通道/真空通道

28        固体模具部分

30        装置

31        密封容器

32        容器部件

34        盖

36        入口管

38        质量流量传感器

40        出口管

42        压力转换器

44        树脂水平传感器/转换器

46，48，50线

52        输出/连接器

54        密封环

Claims (12)

1.一种用于通过真空辅助树脂传递模塑成型制造包括纤维加强材料的复合结构的方法，其中纤维材料被注入以液体树脂，所述方法包括以下步骤：

a)提供包括刚性模具部分和第二模具部分的成形结构，

b)将纤维材料放置在所述刚性模具部分中，

c)将所述第二模具部分与所述刚性模具部分密封以形成模具腔，

d)将未固化的流体树脂源连接于至少一个与所述模具腔连通的树脂入口，

e)连接与所述模具腔连通的至少一个真空出口，

f)通过用于检测空气泄漏的装置通过所述至少一个真空出口将所述成形结构的内部排空，所述装置包括呈用于收集来自填充过程的过量树脂的溢流容器形式的密封容器，所述密封容器设有内部、第一入口及第一出口；其中所述第一入口和所述第一出口布置成以便能够与所述密封容器的内部连通，且其中所述第一出口连接至真空源，

g)通过所述至少一个树脂入口将未固化的树脂从未固化的树脂源供给到所述模具腔，从而用树脂填充所述模具腔，以及

h)固化树脂，以形成所述复合结构，

其特征在于，通过使用流量传感器在所述步骤f)的排空过程期间测量通过所述至少一个真空出口的气流水平，所述流量传感器连接至所述密封容器的所述第一入口或所述出口，且其中压力水平在步骤f)期间测得，且其中所述模具腔包括多个单独的模具腔部分，每个均设有连接至用于检测空气泄漏的单独的装置的单独的真空出口，且其中测量通过各个真空出口的气流水平。

2.如权利要求1所述的用于制造复合结构的方法，其中，所述第二模具部分是真空袋。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，一旦所述压力水平降到真空阈值以下并且所述气流水平降到气流阈值水平以下便开始所述步骤g)。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，每个单独的模具腔部分覆盖所述复合结构的10至100平方米的第一表面区域。

5.如权利要求4所述的方法，其中，每个单独的模具腔部分覆盖所述复合结构的15至75平方米之间的第一表面区域。

6.如权利要求4所述的方法，其中，每个单独的模具腔部分覆盖所述复合结构的20至50平方米之间的第一表面区域。

7.一种用于在真空辅助树脂传递模塑成型过程期间检测空气泄漏的装置，所述装置包括呈用于收集来自填充过程的过量树脂的溢流容器形式的密封容器(30)，所述密封容器(30)设有内部、第一入口(14)以及第一出口(16)，其中所述第一入口(14)以及第一出口(16)设置成能够与所述密封容器(30)的内部连通，并且其中所述第一出口(16)连接于真空源(18)，其特征在于，所述装置还包括用于测量空气流量的流量传感器(38)，所述流量传感器(38)设置成能够测量通过所述密封容器(30)的内部的气流量，且其中，所述流量传感器连接于所述第一入口，且其中，所述装置还包括用于测量压力水平的压力转换器(42)。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述装置还包括用于测量所述密封容器中的树脂水平的树脂水平传感器(44)。

9.如权利要求7或8所述的装置，其中，所述容器包括具有开口的容器部件和密封于所述开口的可拆卸盖。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述第一入口和/或第一出口和/或压力转换器通过所述盖连接于所述容器。

11.如权利要求7-10中任一项所述的装置在真空辅助树脂传递模塑成型过程中的使用。

12.一种用于真空辅助树脂传递模塑成型的系统，包括刚性模具部分；用于密封所述刚性模具部分且形成模具腔的柔性模具部分；其中所述模具腔分成多个模具腔部分，每个均连接至根据权利要求7-10中任一项所述的装置。