CN102123852A - 固结复合预制件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于增强复合结构体的固结复合预制件，所述预制件包含纤维和粘合剂，所述预制件为具有上主表面和下主表面的片状结构，并且所述预制件在所述主表面中的至少一个的至少一部分上设置有凹部。

Description

固结复合预制件

技术领域

本发明涉及用于增强复合结构体的预固结预制件，所述预制件包含纤维和粘合剂。本发明也涉及制造预制件的方法、制造增强复合结构体的方法、风轮机叶片和包括风轮机叶片的风力涡轮发电机。

背景技术

诸如风轮机叶片等复合结构体包括多个由嵌埋在树脂中的纤维构成的片材层。这些片材传统上由环状片材切割然后相互层叠由此形成复合结构体。然后通过除去该结构体的各层之间捕集的任何空气来固结该复合结构体，通常是通过施加真空来进行。在该固结过程中，可以将另外的树脂引入或灌注到该结构体中以填充其中的任何空隙，从而增强结构体。

WO 2006/082479涉及用于制造风轮机叶片壳体部件的环状固化复合片材。将固化的片材切割成各元件，将这些元件重叠堆放在模具中，其中将树脂引入各元件之间并固化由此使各元件相互结合。这些部件可具有便于将树脂引入相邻元件之间的表面纹理。

EP 1754589涉及连续固化层压体，在制造过程中，该层压体设置有用于使固化性材料在灌注过程中移入堆叠布置的连续层压体的各层之间的通道。

US 2006/0175731涉及在两个相邻复合部件之间制备更为可靠的连接以制造风轮机叶片和用于该叶片的翼梁的方法。该方法涉及使用除气层，这使气体可在除气层的平面内沿许多全面的方向输送。所述除气层包含树脂并在固结过程中变形以形成基本上不含捕集气体的空隙的连接。

这些文献的目的在于由堆叠的片材构造更大的结构体。这样的构造存在的问题是空气陷于结构体中，造成弱化带，降低了结构体的总体强度。本发明提供了易于除去该捕集的空气的改进的技术。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于增强复合结构体的固结复合预制件；所述预制件包含纤维和粘合剂；所述预制件为具有上主表面和下主表面的片状结构；所述预制件在所述主表面中的至少一个的至少一部分上设置有凹部。

由于本发明的预制件在所述主表面中的至少一个的至少一部分上设置有凹部，在制造增强复合结构体过程中，捕集在所述表面的所述部分与另一表面之间的空气能够通过所述凹部逸出，所述凹部与其他表面一同形成通道。而且，预制件的过量的粘合剂可通过通道离开，灌注的粘合剂也可通过通道进入。使复合结构体中捕集的空气的量最小化具有重要的意义，因为结构体中由该捕集的空气形成的空隙可能使结构体明显弱化。

固结本发明的预制件(也称为板材)，意味着复合预制件的不同成分，例如纤维和树脂，结合成为单一部件。

由于本发明的预制件具有片状结构，因此其具有两个主表面：一个上主表面(即上侧)和一个下主表面(即下侧)。而且，由于本发明的预制件具有片状结构，因此在空间的全部三个维度上受到限制，因而其主表面中的每一个均具有由外边界界定的区域。所述边界可以由所述片状结构的纵向和横向边缘界定。该预制件因而不具有环状结构。不使用随后要被切割成更小的片以装入复合结构体中的环状结构的优点在于不会产生废弃的片材。当使用环状片材时，将其切割成具有所希望的大小和形状的更小部分时通常不能用完所有的片材；在多数情况中将产生需要丢弃的剩余物，从而增大了制造成本。

本发明的预制件可以是未固化的，或仅部分固化。这使得预制件可弯曲和成形以装入其应增强的复合结构体中。可以将粘合剂选择为使得在相关的存储条件下其具有高至足以维持即使处于未固化状态的预制件的完整性的粘度。

本发明的预制件可以是预浸渍制品，即，所述预制件浸渍有粘合剂。因此，不必在后期，例如预制件作为其一部分的最终的复合结构体的固结过程中将另外的粘合剂引入预制件。

如上所述，本发明的预制件的凹部便于从预制件和预制件所施加到的表面之间的界面除去空气。为了使该除去更为有效，所述凹部可至少从预制件的纵向中心线至所述预制件的外边缘，优选纵向边缘延伸。这样，空气可以由界面向周围介质传输，通常进入预制件作为其一部分的复合结构体的两个复合层之间的空间，或排放结构中。通过延伸至或穿过纵向中心线的凹部，即使是位于中心线附近的界面中的空气也可由界面传输。

即使延伸至或穿过纵向中心线的凹部易于使位于预制件和预制件所施加到的表面之间的界面中的预制件纵向中心线附近的空气进行传输，为了将位于中心线附近的界面中的空气传输出该界面，凹部几乎延伸至中心线而并未完全到达中心线或穿过中心线就已足够。例如根据树脂的粘度，凹部到达中心线的例如10cm、5cm或2cm内则足以使界面空气能够从中心线向外边缘传输。类似地，凹部到达例如预制件的外边缘的10cm、5cm或2cm内就足以使界面空气能够向预制件的周围传输。为了使空气能够由中心线传输而凹部必须达到的与中心线或边缘的接近程度也取决于预制件表面的大小。因此，凹部延伸至中心线与外边缘之间的距离的至少三分之二，优选四分之三，更优选五分之四，可能就足够。

当凹部由预制件的纵向中心线至少横向延伸至纵向边缘时，空气可采取离开界面的可能的最短路线。如果凹部由中心线延伸至预制件的两个纵向边缘，则该凹部有效地由预制件的一个纵向边缘延伸至其另一个纵向边缘。不过，为了使空气能够从预制件和另一表面之间的界面传输，通道以相对于中心线为一定角度延伸就足够。因此，至少一个，可能全部的凹部可以以相对于所述预制件的纵向中心线为30°～90°的角度延伸，更有利的为50°～90°或70°～90°。

所述凹部可以是直的或弯曲的。为了使空气更易于传输，优选的是一个、一部分或全部的凹部是直的。

当然，根据预制件的预期用途还可以使用其他的凹部模式/延伸。例如，如果它们应当从预制件和表面之间的界面除去空气，其中所述界面位于预制件的纵向边缘处的部分，则可优选具有沿基本上纵向方向延伸的通道。

所述凹部可以为足以使捕集的空气通过该凹部除去的任何尺寸。举例来说，所述凹部可具有0.5mm～2mm的深度。

所述凹部优选为在预制件的边缘处比在预制件的中心线处更宽。优选的是，凹部随着与中心线的距离的增大而连续扩大，在预制件的边缘处达到最宽。这使得气体可通过随着更接近预制件的边缘而扩大的凹部形成的通道传输。通常通过对复合结构体施加真空而除去复合结构体中的两个复合片材之间的界面中的空气。通过所述结构体向外移动的气泡因此会随着压力的降低而沿着该路线膨胀。

纤维可具有丝束、纱线或绳股形式。根据预制件的最终用途可以使用不同种类的纤维，例如玻璃纤维、碳纤维、合成纤维、生物纤维、矿物纤维和金属纤维等。为增强如风轮机叶片翼梁等经受重大应力的大型复合结构体，优选碳纤维，这是因为碳纤维比例如玻璃纤维等更坚固。

所述粘合剂优选是如热固性树脂等热固性粘合剂，以使粘合剂可通过施加热而以可控的方式固化。根据所用的粘合剂体系，固化也可以通过例如微波、X射线、紫外光或任何其他辐射引发。所述粘合剂可以是热固性环氧树脂。该树脂具有潜伏性，使得固化可在任何所希望的时候通过将该树脂加热至一定温度之上即可进行，但不含在低于所述一定温度时固化的树脂。环氧树脂在固化时还提供极强的粘合并且不含溶剂。

所述凹部可通过任何手段引入本发明的预制件中，例如通过压印、例如用粘合剂在预制件表面上印刷、雕刻、腐蚀、侵蚀、模切等，从而在预制件的表面上形成凹部模式。压印可以极为简单，尤其是预制件未固化的时候，通过将冲头降至预制件的表面上然后加压即可。压印可以在固结预制件的过程中进行，也可以在后期进行，但是要在将预制件封入复合结构体之前进行。压印等候的原因是如果在制造预制件时仍未精确决定要如何使用预制件以及如何与其他元件结合。

所述凹部可以设置在所述主表面中的至少一个的至少一部分上，这表示所述凹部可以布置在本发明的预制件的整个主表面上，或局限于仅仅本发明的预制件的要与其他预制件重叠的部分上。那些其他的预制件可以与本发明相一致。因为重叠通常仅涉及预制件的末端部分，即，预制件的那些位于该预制件的横向边缘的部分，或预制件的在该预制件的纵向边缘处的部分，因此在多数情况中只要在主要的预制件表面的那些部分中的一个或多个上设置凹部就已足够。这样做的优点在于简化了预制件的制造，因为只需提供较少的凹部。还应当注意，如果两个本发明的预制件彼此重叠放置，则所述预制件中仅有一个需要在与另一个预制件的界面中的表面上设置凹部，从而在所述界面中形成通道。不过，也可以在两个预制件上设置凹部。

本发明的预制件可包括纤维与粘合剂的交替层，也如以下关于制造用于形成层压结构体的预制件的方法所讨论的。因此，所述预制件可包括粘合剂的第一层，随后是位于所述粘合剂的第一层之上的第一纤维层，随后是位于所述第一纤维层之上的粘合剂的第二层，随后是第二纤维层，等等。根据所希望的预制件的厚度，所述预制件可包括任何数目的层。优选的是，所述预制件包括至少两个纤维层，更优选至少三个纤维层，其间具有粘合剂的层。所述预制件的厚度可为约1mm～约20mm，更优选为4mm～15mm，进而更优选5mm～10mm。

所述预制件可以为矩形以简化其制造，不过根据所述预制件的预期用途，如渐缩或梯形等其他的几何形状也可以是有利的。为制造风轮机叶片翼梁，预制件可以在其纵向上渐缩从而适合风轮机叶片的形状。在该渐缩形状的情况中，预制件的纵向边缘不会相互平行。

根据本发明的另一方面，提供一种制造预制件的方法，所述方法包括：设置粘合剂层；在所述粘合剂层上设置纤维或纤维束的纤维层以制造纤维和粘合剂的片状预制件，所述预制件具有上主表面和下主表面；和在所述主表面中的至少一个的至少一部分上设置凹部。

根据本发明的方法，通过例如在平坦工作面上设置粘合剂层，随后在所述粘合剂层上设置纤维或纤维束来制造预制件。纤维或纤维束可排列为相互平行以与粘合剂一同形成单向复合材料。不过，在一些实施方式中，取决于预制件的预期用途以及如何使预制件适于耐受应力，纤维或纤维束可以双向排列，例如，形成网状，其中纵向纤维/纤维束和横向纤维/纤维束相互垂直排列，或无定向排列，例如以随机的方式，或根据预制件的预期性质以任何其他方式排列。可以将纤维或纤维束切割为任何所希望的长度，只要将它们布置在粘合剂层上即可。在一些情况中，还可以方便地使用切段纤维、人造短纤维或切段丝束，以代替沿着整个预制件延伸的纤维/丝束/纱线/绳股。

由于制得的预制件具有片状结构，因此其是以在空间的全部三个维度上受限的方式制得。因而制得的预制件不为环状。将粘合剂层设置为区域由外边界限定的层。

所述预制件的粘合剂可以是未固化的，或仅部分固化。

根据所希望的预制件的厚度可以加入另外的粘合剂和/或纤维的层。根据取决于预制件的预期用途的预制件的理想厚度，预制件可包括任意数量的纤维或纤维束以及粘合剂的层。由此可使预制件具有约1mm以上的厚度。

预制件可由相同类型的纤维或纤维束制备。作为选择，纤维或纤维束的一层可由例如碳纤维制成，而另一层可由例如玻璃纤维制成。

为了使预制件作为配件更具有刚性且更易于控制，并且为了除去空气以避免最终的复合结构体弱化，如上所述，优选使预制件固结。这可以例如通过包封预制件然后将包封物中的空气抽空来实现。本发明的预制件因而实质上提供了使最终复合结构体中捕集的空气最小化的改进方式，原因是在固结预制件时首先从预制件除去了空气。在使本发明的预制件已经成为其一部分的复合结构体固结的过程中，要除去的空气的量因而减少，尤其是在该结构体的希望增强所述结构体的部分中，所述部分是这样的部分：其中由捕集的空气所造成的空隙因为它们会使结构体弱化而很可能是最不希望的。

正如以上关于本发明的预制件所述的，在固结预制件的过程中可以设置凹部，通过同时进行数个步骤而使得预制件的制造更为有效。

也如以上关于本发明的预制件所述的，凹部可以利用压印技术设置。

以上关于本发明的预制件的讨论在适用部分中也与预制件的制造方法相关。引用该讨论。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制造增强复合结构体的方法，所述方法包括：设置包含纤维和粘合剂的第一增强预制件；设置在重叠区至少部分重叠所述第一预制件的包含纤维和粘合剂的第二增强预制件，其中所述第一预制件和第二预制件中的至少一个包含凹部，这些凹部在所述重叠区中的所述第一预制件和第二预制件之间的界面中形成通道；施加真空以固结所述结构体，使得所述重叠区中的所述第一预制件和第二预制件之间捕集的空气能够通过所述通道由所述重叠区排出。

在制造诸如风轮机叶片的翼梁等复合结构体时，一般将数层复合片材放置在彼此的顶部以形成较大的复合结构体。在一些情况中，片材围绕心轴卷绕数圈。根据复合结构体的预期用途，理想的是在预期所述结构体需要耐受大量应变或应力的某些位置处增强该结构体。在一些情况中，可理想地增强整个结构体。

通过包含具有比复合结构体的其他层更高的结构强度的复合层，可以实现所述增强。例如，如果复合结构体通过玻璃纤维复合物层构造，则可通过一个或数个碳纤维复合物层增强该结构体。为了实现该增强，可以使用预制件以在复合结构体中形成增强复合层。所述预制件可依据上述关于本发明的其他方面的讨论。

在一些情况中，单个预制件不足以增强复合结构体，尤其是如果该结构体如在例如可能有40m长的风轮机叶片翼梁的情况中这样大。于是，使用了多个预制件。为了使多个预制件连续增强复合结构体的较大部分，预制件例如可以沿预制件的纵向彼此重叠放置。

预制件设置有凹部，使得在预制件之间彼此重叠的地方形成通道，从而使预制件之间捕集的任何空气的至少一部分可在固结该结构体的过程中通过所述通道逸出。极为重要的是能够除去两个预制件之间的重叠区所捕集的空气，因为这部分空气否则会弱化复合结构体，而且将在正希望用预制件进行增强的位置弱化该结构体。因而极为重要的是尽可能多地除去两个重叠的预制件之间所捕集的任何空气，从而获得所述预制件之间的牢固连接，并由此获得所希望的复合结构体的增强。

对复合结构体施加真空以固结所述结构体时，通过存在于两个预制件之间的界面中的通道有利于将空气从两个预制件之间的重叠区除去。形成通道的凹部可整合在重叠的预制件中的一个或两个的主表面中。

在一些情况中，使用两个重叠的预制件来增强复合结构体可能是不够的。于是在固结复合结构体之前使用更多的预制件，这些预制件与一个或多个先前使用的预制件重叠。因而，由重叠的预制件所覆盖的组合区域在纵向上无限扩张(即，预制件在其末端部分的横向边缘处重叠)，或在横向上无限扩张(即在纬度方向上，预制件在其纵向边缘重叠)。

所希望的重叠区域的大小取决于对增强的要求，是在覆盖的区域的大小和连接的强度之间的平衡。而且，预制件的材料往往比复合结构体的其余部分的材料更为昂贵，因而并不希望使用比覆盖区域所必需的还多的预制件。

如果希望该位置处的结构强度高于由单层预制件所能得到的结构强度，当然也可以将两个以上预制件放置在彼此的顶部，完全或几乎完全地相互覆盖。

心轴可用于制造复合结构体，例如在制造风轮机叶片翼梁时。在该情况中，将第一增强预制件放置在所述心轴上，要么直接放置在心轴上，要么在心轴与预制件之间具有一层或多层复合片材。随后将第二预制件放置在心轴上，与第一预制件相重叠。

如果复合结构体在固结前未完全被粘合剂饱和，则利用固结过程中施加的真空可以将另外的粘合剂灌注到该结构体中，例如，通过真空泵，将粘合剂吸到该结构体中。在该情况中，两个重叠的预制件之间的界面中的通道通过引导粘合剂而有利于将粘合剂灌注到该结构体中。通道因而可具有双重功能，引导空气至该结构体之外和引导粘合剂进入该结构体中。

另一方面，如果结构体或结构体的一部分在固结之前已经由粘合剂饱和，例如，如果结构体或至少预制件预先浸渍过，则取而代之的是，粘合剂可与任何捕集的空气一同通过两个重叠的预制件之间的界面中的通道流出该结构体。

可以使所述通道在固结的过程中，可能是在固结结束时崩塌，从而使任何捕集的空气首先有时间经通道逸出。通道的崩塌可如下实现，例如，通过在预制件被所施加的真空吸到一起时施加的力，和/或通过固结时加热该结构体以降低粘合剂的粘度，由此使预制件改变其表面结构，可能还结合施加的真空的效果。通过使通道崩塌，获得了预制件之间的更好且更坚固的连接，由此改善了复合结构体的强度。

不过，在一些情况中可能理想的是并不使通道崩塌，例如，如果担心并非所有的捕集空气均有时间逸出，或者实际上可能无法使通道崩塌。在这样的情况中，优选的是用粘合剂填充通道以使重叠的预制件之间的界面中不存在空隙，或至少使空隙体积最小化。

在固结的过程中可以加热该结构体。如上所述这可有利于通道的崩塌，但也可能更普遍的是促进结构的固结。

如果使用如热固性环氧树脂等热固性粘合剂，则可以加热该结构体以固化粘合剂，使得复合结构体更刚性，更硬且更坚固。为了使固化过程足够快以用于工业生产，优选加热该结构体到至少100℃，更优选到至少115℃。然而，应当理解适宜的温度取决于使用何种热固性粘合剂，因为不同的粘合剂在不同的温度以不同的速度固化。

在一些情况中，理想的是首先组合两个以上预制件，然后将组合的预制件用于更大的复合结构体，例如将组合的预制件放置在如上所述的心轴上。可选的是，可以将组合的预制件一起固结，从重叠的预制件之间形成的界面中除去空气，然后将它们容纳在复合结构体中。组合并固结的预制件甚至可以被固化，形成组合的坚硬的增强部分，然后将它们容纳在复合结构体中。如果预浸渍或未预浸渍的预制件要包含在将在复合结构体固结过程中被注入/灌注粘合剂的复合结构体中，则可以方便地将组合的预制件固化。

因此，根据本发明的另一个方面，提供一种组合预制件以制造增强复合结构体的方法，所述方法包括：设置包含纤维和粘合剂的第一增强预制件；设置在重叠区至少部分重叠所述第一预制件的包含纤维和粘合剂的第二增强预制件以提供组合的预制件，其中所述第一预制件和第二预制件中的至少一个包含凹部，这些凹部在所述重叠区中的所述第一预制件和第二预制件之间的界面中形成通道；施加真空以固结所述组合的预制件，使得所述重叠区中的所述第一预制件和第二预制件之间捕集的空气能够通过所述通道由所述重叠区导出。

以上关于本发明的预制件和本发明的预制件的制造方法的讨论在适用部分中也与制造增强复合结构体的方法和组合预制件以制造增强复合结构体的方法相关。引用这些讨论。

根据本发明的其他方面，提供了根据以上讨论的本发明的制造增强复合结构体的方法所制造的风轮机叶片，和包括上述讨论的本发明的固结预制件的风轮机叶片，以及包括任何该风轮机叶片的风力涡轮发电机。

用于风力涡轮发电机的风轮机叶片的制造是制造复合材料结构体的技术的主要应用。叶片是较大的结构体，例如40m长，需要耐受很高的应力同时仍需要尽可能的轻。风力涡轮发电机的制造因此是可以采用以上讨论的本发明的技术得到良好的结果的应用的一个优秀实例。

尽管风轮机的制造是本发明的应用的一个优选领域，但本发明也适用于涉及复合材料的其他领域，本领域的技术人员易于领悟到这一点。

附图说明

将参照附图以非限制性实例的方式描述本发明，其中

图1是工作表面上的本发明的预制件的截面示意图。

图2是标准风轮机叶片的截面示意图。

图3是两个重叠的本发明的预制件的示意性侧视图。

图4是具有第一实施方式的凹部模式的本发明的预制件的局部顶面示意图。

图5是具有第二实施方式的凹部模式的本发明的预制件的局部顶面示意图。

具体实施方式

此处使用的术语凹部可作为下凹结构形成在本发明的预制件的主表面中，例如通过压印、雕刻、腐蚀、侵蚀、模切等形成在表面中，或者作为凸纹或隆起之间的空隙，施加至预制件的表面，在所述表面的顶部形成三维结构，例如通过使用如粘合剂等印刷在预制件的表面上等。所述凹部可以是直的，弯曲的，或具有任何其他的几何形状；所述凹部在其纵向和横向上可具有恒定的或变化的深度；所述凹部可以彼此隔开或相互连接。所述凹部甚至可以大部分相互连接，仅仅是间歇地简单相互隔开，例如如上所述凹部是通过将隆起施加至预制件的表面而形成时。

本申请中使用的术语通道通常是由第一预制件表面中的凹部和如第二预制件表面等第二表面形成的结构，所述第二表面覆盖两个相互重叠的表面之间的界面中的所述凹部。因此，通道可以被形成为使界面中捕集的气体经所述通道运动至沿着两个重叠的预制件的边缘形成的通道的出口处。表面的凹部可以相互隔开，也可以互相连接。在一个实施方式中，这样提供通道结构：在预制件的表面上形成多个隆起或突出物，然后将该预制件表面施加至另一个预制件的表面，在表面之间的界面中形成通道。于是，形成了下述结构体，其中任何捕集的空气可在任意数量的方向上运动，由此该结构体可被视为大量相互连接的通道。

使预制件固结是指预制件的不同成分，如纤维和粘合剂，经固结成为单一的复合单元。例如通过将预制件的所有层/成分包封在包封物中然后从包封物中除去空气可有助于固结过程，由此可除去预制件中的捕集空气。从结构强度的观点看，对预制件进行真空固结是有利的，因为捕集的空气会降低完成的预制件的强度，因而最终降低使用所述预制件的最后的复合结构体的强度。而且，升高的温度可有助于固结，降低了粘合剂的粘度并有利于从预制件除去空气。如果粘合剂是热固性的，在一些实施方式中在预制件固结过程中可以使所述粘合剂部分固化。在后的包含固结预制件的复合结构体的固结类似于预制件的固结，但在该在后固结之后，可使粘合剂完全固化。

预浸渍制品是预浸渍的复合材料，即，在预浸渍制品的最终使用之前用粘合剂浸渍纤维。浸渍可进行至达到饱和。

此处使用的术语心轴是其上构建复合结构体的结构。所述心轴例如可以是上面放置或卷绕有纤维和粘合剂的层的长棒或长管。随后在完成诸如风轮机叶片翼梁等复合结构体之前移除该心轴。

在本申请中“压印”是指通过施加压力形成凹部。优选的是，使用冲头挤压到预制件的主表面中从而在表面中形成凹部或通道的模式。通过使预制件的粘合剂不固化而由此具有延展性，这样有利于该过程。

所述粘合剂可以是任何能够使纤维或纤维束相互粘接，由此稳定预制件的粘合剂。所述粘合剂例如可以是树脂，胶粘剂，如聚氨酯类胶粘剂或单组分或双组分胶粘剂，或任何其他胶粘剂。所述粘合剂可以是固化性树脂，需要时例如通过对预制件施加热量而使预制件具有刚性，只要树脂是热固性树脂即可。所述树脂可以是有机聚合物液体，该液体在转化成为其最终使用状态时变成固体。作为一个实例，所述树脂可以是环氧类树脂或聚酯类树脂，不过也可以使用其他的树脂类型。此外，制备预制件时可以使用一种或多种不同类型的粘合剂。例如，可将一种粘合剂用于使纤维层的丝束/纱线/绳股相互粘结，而可将与其不同的粘合剂用于使不同的纤维层彼此粘结，形成层压体。而在使用不同类型的粘合剂时，有利的是使用仅为一族的粘合剂以确保粘合剂之间的相容性。

本发明的预制件根据其预期用途可具有任何大小和形状。不过，考虑到实际生产和处理的原因，预制件优选不长于30m，不宽于5m，不厚于20mm。而且从处理的观点考虑时，所述预制件优选不薄于1mm，因为否则预制件可能太不结实。预制件的长度优选为约5m～约20m，预制件的宽度优选为约0.1m～约3m。本发明的预制件的边缘优选基本上垂直于预制件的主表面。具体而言，所述边缘相对于预制件的主表面优选为80°～100°的角。

本发明的预制件的纤维或丝束/纱线/绳股可以是单向性的，相互平行，由此预制件适于耐受主要在一个方向上的应力。预制件在纤维或丝束/纱线/绳股的方向上将比在垂直于该方向的方向上更坚固。纤维或丝束/纱线/绳股的方向通常也就是预制件的纵向。根据预制件的预期用途，其他的纤维/丝束/纱线/绳股构造可能是理想的，例如双向性或无定向性，或任何其他的构造。

下面参照附图讨论优选的实施方式。

图1显示了位于工作台2顶部上的预制件1的横截面，在工作台2上已经制得了预制件1。预制件1包括多个层3和4，其中底层是粘合剂的层3，在其顶部上平行的纤维束形成了纤维层4。另一粘合剂层3和另一纤维层4也包含在图1的预制件1中。

图2是标准风轮机叶片11的横截面。叶片11包括风翼(wind foil)12和翼梁(也称为梁)13。风翼12具有的主要功能是提供所希望的叶片11的形状以使叶片11作为其一部分的风轮机的效率最优，而翼梁13是叶片11的骨架，确保叶片11坚固到足以耐受由其自身的大尺寸以及风所施加至叶片11上的应力。如果翼梁13不良，则叶片11将断裂。翼梁13优选是中空的，以降低叶片11的重量，而且可具有矩形截面。

图3显示了如何将两个本发明的预制件21和22放置在心轴表面24上而在重叠区相互重叠以形成搭接头。预制件21和22可直接放置在心轴上，或表面24可由心轴和位于其上的一层或多层复合片材形成。将第一预制件21放置在表面24上，之后将第二预制件22放置在表面24上，使其与第一预制件21重叠，由此在重叠区域中在预制件21和22之间形成界面23。在所述预制件的纵向和/或横向边缘处可形成搭接头。

图4显示了本发明的预制件31的凹部模式的第一实施方式。平行的横向凹部32从预制件31的一个纵向边缘沿直线延伸至预制件31的对侧的纵向边缘，垂直穿过预制件31的中心线33。

图5显示了本发明的预制件41的凹部模式的第二实施方式。平行的横向凹部42从预制件41的一个纵向边缘延伸至预制件41的对侧的纵向边缘，垂直穿过预制件41的中心线43。再者，凹部42以基本上直线的方式在预制件41的两个纵向边缘之间延伸，不过，在本发明的该实施方式中，凹部42由中心线43向预制件41的纵向边缘逐渐地变宽，以至凹部42在所述边缘处最宽，在所述中心线43处最窄。

实施例

实施例1-预浸渍预制件的制造

使第一层的热固性树脂分布在工作台上。树脂已经被加热以降低其粘度并使其粘性更好，但并未加热到足以引发固化反应。使该层15m长。使所述层渐缩，使其在一端为1.5m宽，另一端为0.5m。使第一层的基本上平行的碳纤维束分布在树脂层顶部上，并切割丝束以对应树脂层的形状和延伸，由此使得沿树脂层中心线放置的丝束比更接近于预制件的纵向边缘处放置的那些丝束更长。由于树脂具有粘性，丝束固定于树脂层。随后将第二层树脂施加于丝束顶部之上，之后施加第二层丝束。施加更多的层直至获得所希望的厚度。

将树脂和纤维束的层包封在真空袋中，然后将空气吸出以使预制件固结。在固结过程中，稍微加热预制件以促进固结，而不使树脂固化。

在固结过程中，将冲头按压到预制件上以在预制件的主表面的部分中压印约1mm深的凹部。所述凹部由预制件的一个纵向边缘延伸至另一个纵向边缘，并在所述边缘处达到最宽，在预制件的纵向中心线处达到最窄。

使固结的预制件冷却，由此增大树脂粘度，使预制件稳定。将固结的预浸渍预制件储存以备稍后用于复合结构体。

实施例2-非预浸渍预制件的制造

如实施例1制造预制件，不过使用较少的树脂，不使预制件被树脂饱和，使得可在后续阶段灌注树脂。将温热的树脂滴落或印刷在预制件顶部上从而在预制件的表面上形成凹部模式，由此生成凹部。

实施例3-增强的风轮机叶片翼梁的制造

围绕棒状心轴卷绕基本上为环状的玻璃纤维复合片材。在玻璃纤维卷之间放置浸渍有环氧树脂的单向性碳纤维的预制件。

在心轴的顶部上沿心轴的纵向放置第一预制件，使得嵌埋在预制件中的纤维束沿心轴的纵向排列。所述预制件具有压印在其顶部主表面的末端部分上的凹部。

在心轴的顶部上沿心轴的纵向放置第二预制件，使其重叠第一预制件的末端部分，使得压印在第一预制件上的凹部在两个预制件之间的界面中形成通道。可选的是，可以按照与第二预制件重叠第一预制件相同的方式将第三预制件放置为与第二预制件重叠放置。

围绕心轴卷绕玻璃纤维复合片材的层，覆盖预制件并形成复合结构体，即翼梁。

将所述复合结构体包封在真空袋中，并在真空泵的辅助下使其固结。固结过程中，将空气吸出复合结构体。具体而言，两个预制件之间的重叠区中捕集的空气经通道除去，然后也从片材的不同层之间离开所述结构体。在固结过程中，将结构体加热至低于树脂的固化温度，以使树脂粘度较低，从而有利于固结和除去空气。

固结之后，或在固结的后期，预制件之间的通道因树脂的粘度降低所致而崩塌。

固结后，将温度升至120℃以固化树脂，使翼梁变硬以备用于风轮机。

实施例4-在容纳于较大结构体之前组合两个预制件

在工作面上放置第一预制件。该预制件在其顶部主表面的末端部分压印有凹部。

放置第二预制件重叠第一预制件的末端部分，以使第一预制件上压印的凹部在两个预制件之间的界面中形成通道。可选的是，可以按照与第二预制件重叠第一预制件相同的方式，将第三预制件放置为与第二预制件重叠。重叠的预制件可以可选地为弯曲的，或者以其他方式成形，以适合装入意图容纳预制件的较大的复合结构体中。可选的是，成形可以在固化预制件之前的后续阶段中进行。

将重叠的预制件包封在真空袋中并使其固结，通过所述界面中的通道除去预制件之间的界面中捕集的空气。

将固结的重叠预制件于120℃固化，之后，例如根据以上的实施例3，或根据树脂灌注固结方法，可以将组合的预制件作为较大的复合结构体的一部分。

Claims (27)

1.一种用于增强复合结构体的固结复合预制件，

所述预制件包含纤维和粘合剂；

所述预制件为具有上主表面和下主表面的片状结构；而且

所述预制件在所述主表面中的至少一个的至少一部分上设置有凹部，

其中，至少一个所述凹部至少在所述预制件的纵向中心线与纵向边缘之间延伸。

2.如权利要求1所述的预制件，其中，所述粘合剂未固化。

3.如权利要求1所述的预制件，其中，所述粘合剂部分固化。

4.如权利要求1～3中任一项所述的预制件，其中，所述预制件包含至少两个纤维层，所述纤维层通过粘合剂层隔开。

5.如权利要求1～4中任一项所述的预制件，其中，所述纤维浸渍有粘合剂。

6.如权利要求1～5中任一项所述的预制件，其中，全部的所述凹部至少在所述预制件的纵向中心线与纵向边缘之间延伸。

7.如权利要求1～6中任一项所述的预制件，至少一个、优选全部的所述凹部以相对于所述预制件的纵向中心线为30°～90°，优选为50°～90°，更优选为70°～90°的角度延伸。

8.如权利要求1～7中任一项所述的预制件，至少一个所述凹部在所述预制件的边缘处比在所述预制件的中心线处更宽。

9.如权利要求1～8中任一项所述的预制件，其中，所述纤维包括碳纤维。

10.如权利要求1～9中任一项所述的预制件，其中，所述粘合剂是热固性树脂，优选为环氧树脂。

11.如权利要求1～10中任一项所述的预制件，其中，所述凹部已通过压印引入。

12.如权利要求1～11中任一项所述的预制件，其中，所述预制件只在所述预制件的至少一个边缘部分设置有凹部。

13.如权利要求1～12中任一项所述的预制件，其中，所述预制件具有渐缩形状。

14.一种制造预制件的方法，所述方法包括：

设置粘合剂层；

在所述粘合剂层上设置纤维或纤维束的纤维层以制造纤维和粘合剂的片状预制件，所述预制件具有上主表面和下主表面；和

在所述主表面中的至少一个的至少一部分上设置凹部，

其中，至少一个所述凹部至少在所述预制件的纵向中心线与纵向边缘之间延伸。

15.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括固结所述预制件。

16.如权利要求15所述的方法，其中，在所述固结过程中设置所述凹部。

17.如权利要求14～16中任一项所述的方法，其中，通过压印技术设置所述凹部。

18.一种制造增强复合结构体的方法，所述方法包括：

设置包含纤维和粘合剂的第一增强预制件；

设置第二增强预制件，所述第二增强预制件包含纤维和粘合剂，在重叠区至少部分重叠所述第一预制件，其中，所述第一预制件和第二预制件中的至少一个包含凹部，这些凹部在所述重叠区中的所述第一预制件和第二预制件之间的界面中形成通道，其中至少一个所述凹部至少在所述预制件的纵向中心线与纵向边缘之间延伸；和

施加真空以固结所述结构体，使得所述重叠区中的所述第一预制件和第二预制件之间捕集的空气能够通过所述通道由所述重叠区排出。

19.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括在固结所述结构体之前设置另外的预制件，以形成更多的包括通道的重叠区。

20.如权利要求18～19中任一项所述的方法，其中，所述第一增强预制件与另外的纤维一同布置在心轴上以形成复合层压体。

21.如权利要求18～20中任一项所述的方法，其中，将粘合剂灌注到所述结构体中。

22.如权利要求18～21中任一项所述的方法，其中，所述通道布置为在所述固结过程中崩塌。

23.如权利要求18～22中任一项所述的方法，其中，在所述固结过程中加热所述结构体。

24.如权利要求18～23中任一项所述的方法，其中，在固结之后所述结构体的粘合剂以高温进行固化，优选为至少在100℃进行固化。

25.一种由权利要求18～24中任一项所述的方法制造的风轮机叶片。

26.一种包括权利要求1～13中任一项所述的固结预制件的风轮机叶片。

27.一种包括权利要求25～26中任一项所述的叶片的风力涡轮发电机。

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