CN103402742A - 用于风轮机叶片的层压预制件 - Google Patents
用于风轮机叶片的层压预制件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103402742A CN103402742A CN2011800690209A CN201180069020A CN103402742A CN 103402742 A CN103402742 A CN 103402742A CN 2011800690209 A CN2011800690209 A CN 2011800690209A CN 201180069020 A CN201180069020 A CN 201180069020A CN 103402742 A CN103402742 A CN 103402742A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- prefabricated component
- preg
- lamination
- lamination prefabricated
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 110
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 82
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 53
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 13
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 13
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B29D99/0025—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
- B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure
- B29C70/547—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure using channels or porous distribution layers incorporated in or associated with the product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
- B29C70/465—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating by melting a solid material, e.g. sheets, powders of fibres
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
- F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24058—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in respective layers or components in angular relation
- Y10T428/24124—Fibers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
公开了一种层压预制件(1),其具有在相应的边缘部分(4)之间延伸的顶侧(2)和后侧(3),所述层压预制件包括在所述层压预制件(1)的长度方向上延伸的多层纤维束(5),所述纤维束被树脂至少部分地固定。所述层压预制件(1)位于第一预浸渍或半浸渍层(6a)与第二预浸渍或半浸渍层(6b)之间,所述第一预浸渍或半浸渍层及所述第二预浸渍或半浸渍层包括相对于所述长度方向沿着倾斜方向延伸的纤维,并且在所述后侧(3)设置有沿着所述长度方向延伸的至少一个分布通道(7)。还公开了制造这种层压预制件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于风轮机叶片的层压预制件,该层压预制件包括纤维和固定树脂,用于加强复合结构。本发明还涉及一种制造这种预制件的方法。
背景技术
诸如风轮机叶片之类的复合结构通常包括由嵌入在树脂中的纤维制成的多个片材层。这些半成品组件可以被称为预制件。
传统上,这种预制件是通过从树脂中的环形纤维材料片切割出片材层并将它们成层地相互堆叠而制成的以形成复合结构。然后通过将该复合结构的层间截留的所有空气(通常通过施加真空)去除而将复合结构压实。在该压实过程中,可以将附加树脂引入或注入该结构中而将其中的任何空隙填满以加强该结构。
截留在预制件中的空气会降低成品预制件的强度,因而是不期望的。
WO2009/077582公开了一种制备包括由树脂固定的若干纤维束层的预制件的方法。为了从预制件将截留的空气去除,建议了包封步骤,从而允许将空气从包封体移除以将截留的空气抽出。为了便于去除截留的空气,可以以非连续方式分布树脂层。
WO2004/078442公开了一种制造预压实预制件的方法,该预制件包括树脂和多层以纤维束排布的定向纤维。
预制件是包括纤维和未固化或仅部分固化的树脂的复合材料。纤维优选设置成定向纤维层,所述定向纤维类似于例如单纤维、纤维束、纤维束浸渍件或预浸渍件。
预压实在这里是指一种过程,借助该过程将预制件内的气体移除而制造低孔隙率预制件。预压实涉及树脂的重新分布以及任选的纤维重新分布。此外,预压实可能涉及树脂的受限固化。由于会产生致密预制件(以下称为预压实预制件),因此预压实是特别有用的。尤其是由于良好的再现性、低孔隙率、高均质性、高强度、预压实预制件的塑性成形能力、与其它预制件和/或其它结构连接的能力、自动化适应性以及贮藏寿命长而不会过早固化,因此预压实预制件和由预压实预制件制备的复合件将会深受青睐。
本发明提供了一种方便去除预压实过程中的截留空气的改进技术。本发明提供了一种用于降低预压实预浸渍件的形成过程中产生的层内空隙的改进技术。层内空隙在这里是指可能出现在预浸渍结构内部的空隙。
发明内容
本发明涉及一种用于风轮机叶片的预压实层压预制件,该层压预制件具有在相应的边缘部分之间延伸的顶侧和后侧,所述层压预制件包括在所述层压预制件的长度方向上延伸的多层连续纤维束,所述纤维束由至少一个非连续树脂层至少部分地固定,其中所述多层连续纤维束定位在第一预浸渍或半浸渍层与第二预浸渍或半浸渍层之间,所述第一预浸渍或半浸渍层及所述第二预浸渍或半浸渍层包括相对于所述长度方向沿着倾斜方向延伸的纤维,并且在所述后侧设置有沿着所述长度方向延伸的至少一个分布通道。所述第一预浸渍或半浸渍层及所述第二预浸渍或半浸渍层可以是包封所述层压预制件的包封体的一部分。
纤维相对于所述长度方向沿着倾斜方向延伸将形成横穿所述层压预制件的真空路径。此外,通过非连续树脂层形成的开放结构提供了在竖直方向上穿过材料的气体逃逸路径。在这些路径由于材料中的局部变化而在局部区域中被阻塞的情况下,所述分布通道能够围绕该局部堵塞在层压件的长度方向上转移气体。空气从层压件的排空是穿过层压件来进行的,在固化过程开始时该层压件是允许将空气排空的多孔结构。在固化过程期间,孔隙率逐渐降低,使得在固化过程结束时,层压件形成了孔隙率低(合适的是低至0.5%以下)的基本致密结构。在该固化过程中,逐渐降低的孔隙率将导致穿过层压件去除空气的能力降低。换言之,布置分布通道是为了将排空流从该层压预制件的具有较低空气去除能力的区域重新分布到具有较高空气去除能力的另一个区域。局部空气去除能力将很大程度上取决于在所关注的区域中固化过程进行到什么程度。由此,本发明的层压预制件允许截留在结构中的空气以非常高效的方式去除。
此外,通过在层压件的长度方向上与纤维束平行地布置分布通道,可以在不弯曲或拉伸纤维束中的连续纤维的情况下形成该通道。在通道横向于纤维束的延伸方向延伸的情况下,将通道压印在层压件中会使单纤维卷曲。在通过施加热而使层压件固化之后,连续结构的卷曲性能将保持不变。这将以不期望的方式增加层压件的弹性。另一方面,在分布通道和纤维束沿着长度方向延伸的情况下,压印通道不会使纤维束中的连续纤维弯曲或卷曲,这致使层压件获得期望的刚性。
所述分布通道被成形为能够经由所设置的所述至少一个分布通道将排空流从所述层压预制件的具有较低空气去除能力的第一区域重新分布到具有较高空气去除能力的第二区域。空气去除能力可能会沿着层压预制件的长度延伸方向变化。一般来说,预浸渍件是具有长度延伸并具有宽度的基本二维结构。长度通常长于宽度。长度延伸和宽度都明显大于结构的厚度。可以在与层压件的宽度对应的间隔上评估去除能力的变化。在均具有与预层压件的宽度对应的长度延伸的两个相邻区域中,固化过程的最初和固化过程期间平均去除能力都可能明显变化。层压件的空气去除能力将取决于形成层压件的层的初始孔隙率和固化过程进行的程度。重新分布通道能够将流动从第一区域重新分布到第二区域以避免形成任何明显的气穴。在固化过程中,层压件受到非常低的绝对压力,以驱使空气从层压件排空。在固化过程中,排空通道由于层压件所处的低绝对压力,排空通道也会塌缩。可能期望的是维持重新分布能力,该能力与层压件中剩余的空气量成比例。由于这个原因,设置具有变化横截面面积的重新分布通道会是合适的,从而使得通道的塌缩可逐渐地发生。实现这个目的的一个方式是在层压件中提供不同横截面面积的重新分布通道。
举例来说,所述层压件可包括通道,该通道可以设置为直径为15mm的单个半球形通道或者设置为由专利WO2004/078442中描述的工艺提供的沿着碳纤维/环氧树脂预制件的整个长度的多个小通道(半径1至6mm)。
在另一个示例中,可以布置大型、中型和小型分布通道的分布。举例来说,可以与横截面面积对应于4mm直径的中型通道和横截面面积对应于1mm直径对应的小型通道一起设置横截面面积对应于10mm直径的大通道。
典型地,这些预制件的厚度在6至20mm之间。该预制件可以由多层纤维束形成,有时具有双轴织物或碳素纸/薄纱(veil)的中间层。设置树脂层是为了使得能够固定层压件中的纤维。此外,半浸渍或预浸渍形式的双轴织物设置在纤维束和树脂层的上方和下方,以形成组件用的完整层压件。在提供预制件的过程中,执行排空步骤,以将空气从该结构去除并将纤维束层粘附至双轴织物。
利用这些材料制成的层压结构可能非常长,例如长达40至80m,但是具有狭窄宽度,例如小于1m。在这些组件当中,双轴织物将形成足够成功地横跨部件(即横跨狭窄尺寸)的真空路径。沿着竖直方向的真空路径将通过以非连续方式布置树脂层来提供,也就是说通过将树脂层布置有开放区域来提供。然而,由于有时材料中的局部变化,所述路径可能在局部区域中被堵塞,在这种情况下,具有能够“围绕”该局部堵塞转移的附加纵向真空路径是有利的。这允许其它具有较高透气率的区域将其真空传递到否则将具有较低真空水平的局部堵塞区域。
优选地,预浸渍或半浸渍包封体是双轴预浸渍件,例如600至1200gsm、正负45度的双轴E玻璃半浸渍或预浸渍件。另选地,该包封体可以是600至1200gsm单向E玻璃预浸渍或半浸渍件。在形成根据本发明的期望类型的真空路径方面,这些材料具有优异特性。
在本发明的优选实施方式中,所述预制件布置在模具中,其中所述预制件1的后侧面向该模具。
本发明的层压预制件特别适合于用在风轮机叶片中。
本发明还涉及一种用于制备层压预制件的方法,该层压预制件具有在相应边缘部分之间延伸的顶侧和后侧,所述预制件包括至少部分被树脂固定的至少两层纤维束,该方法包括:
将纤维束形成的第一纤维层分布到第一树脂层上,所述纤维束沿着所述层压预制件的长度方向延伸;
设置至少一个非连续的加强树脂材料层;
将第一纤维层和至少一个非连续的加强树脂材料层定位在第一预浸渍或半浸渍层与第二预浸渍或半浸渍层之间,所述第一预浸渍或半浸渍层及所述第二预浸渍或半浸渍层包括相对于所述层压预制件的所述长度方向沿着倾斜方向延伸的纤维;以及
在所述层压预制件的所述后侧设置至少一个分布通道,所述分布通道沿着所述长度方向延伸。
在另一个步骤中,本发明的方法进一步包括从预制件去除空气。由此,使得包含在该预制件中的截留空气量最少。结果,增大了成品预制件的强度。
通过所述分布通道进行将空气从所述预制件的具有较低透气率的第一区域重新分布到具有较高透气率的第二区域。
可选地,该方法包括将纤维束形成的再一个层分布在第二树脂层上的步骤,所述纤维束沿着所述层压预制件的长度方向延伸。各个纤维层可以包括沿着、横跨或倾斜于层压件的长度方向延伸的再循环通道。优选地,这些内部通道也沿着层压件的长度方向延伸。然而,重新分布的主要部分应该优选位于层压预浸渍件的后侧。这可以通过在后侧形成横截面显著大于层压件中的内部通道的任何重新分布通道来实现。所述层压件的后侧是该层压件的在排空之前靠在模具表面上的那一侧。
所述树脂可以通过以非连续树脂图案浸渍层压件或浸渍各连续纤维层而提供,或者通过将穿孔的或部分敞开的树脂片粘结至一层或多层连续纤维束而提供。
可选地,所述方法包括以下步骤:向增强材料的内表面施加树脂,使与所述第一和/或第二预浸渍或半浸渍包封体接触的接触表面保持干燥。干燥表面是指基本没有树脂的表面。
可以通过设置具有三维结构的树脂片来设置内部重新分布通道。内部重新分布通道可以帮助设置在层压件的后侧的分布通道沿着层压件的长度延伸方向再次分布气体以便减少在层压件中气穴的产生。在这种情况下,树脂片应该具有在构建预制件时承载下一纤维层的结构刚度。
另选地,可以通过在背板(slab)中的碳层之间添加也能充当排空通道的一个或多个例如双轴玻璃纤维片(或其它合适的片材)而提供内部分布通道。
总之,对于本发明的目的来说,重要的是将分布通道设置在后侧,沿着所述长度方向延伸,位于后侧的分布通道可以用作具有低透气率的区域和具有较高透气率的区域之间的重新分布的主要部分。
在再一布置中,本发明的方法进一步包括所述预制件的固化。在半刚性层压预制件的情况下,该步骤提供由于施加热时通道的塌缩而移除即将制成的层压预制件中的分布通道的可能性。
附图说明
图1示出了根据本发明的预制件的示意图。
图2示出了在根据本发明的预制件中所包含的分布通道的几何形状的示例。
图3示出了预制件的示意性剖视图。
具体实施方式
参照图1,本发明涉及一种预压实的层压预制件1,该层压预制件1具有在相应的边缘部分4之间延伸的顶侧2和后侧3。
该层压预制件1包括在所述层压预制件1的长度方向上延伸的多层纤维束5。
根据预制件的最终用途,可以使用不同类型的纤维,诸如玻璃纤维、碳纤维、合成纤维、生物纤维、矿物纤维和金属纤维。为了增强承受相当大的应力的大型复合结构,诸如风轮机叶片横梁,碳纤维是优选的,因为它们比例如玻璃纤维更坚固。该预制件包括成纤维束的纤维,纤维束是由大量单纤维构成的纤维捆,即,由单向纤维构成的纤维捆。
每个纤维束均可包括以公知方式(例如制造绳子的方法等)加捻的纤维,或者可以包括以笔直的非加捻样式并排布置的纤维。纤维束可以只包含纤维,或者其可以包含纤维和用于粘合纤维的粘合剂。该粘合剂可以包括例如与纤维束固定树脂类似的树脂。
该预制件可以包括相同类型的纤维束。另选地,不同层的纤维束可以包含不同类型的纤维束,例如一层纤维束可以由碳纤维束制成,而另一层纤维束可以由玻璃纤维束制成。
纤维束彼此基本平行地排布,并且通过树脂至少部分地固定至彼此。
树脂可以是有机聚合物液体树脂,该有机聚合物液体树脂在转换成其最终使用状态时凝固而变成固体。举例来说,树脂可以是环氧基树脂或者是聚酯基树脂,不过也可以采用其它树脂类型。此外,可以采用一种或多种不同树脂类型。然而,如果使用不同类型的树脂,可能有利的是使用同族树脂以确保它们之间的相容性。树脂可以通过浸渍提供或通过设置粘结到一层或多层纤维束的单独树脂层来提供。
预压实预制件的过程可能涉及受限固化。另选地,预压实过程将不涉及任何显著的固化作用。受限固化可能涉及释放出树脂完全固化所释放能量的高达50%。然而,优选的是,固化程度限于允许预制件塑性变形的程度。允许预压实预制件塑性变形的固化程度尤其取决于正确树脂以及纤维类型和纤维含量。一般来说,优选的是该受限固化涉及小于树脂完全固化所释放能量的大约20%,而更优选的是该受限固化涉及完全固化所释放能量的3%至15%。
一般来说,预压实过程应该降低预制件的孔隙率,然而,优选的是所得到的预压实预制件的孔隙率按体积计算小于5%,优选按体积计算小于2%,更优选按体积计算小于1%。在一些情况下,甚至1%的孔隙率也可能会大大降低复合物的特性。在这些情况下,将认识到,该方法可以以大大低于1%的孔隙率制造预压实预制件并且该预压实预制件可以以大大低于1%的孔隙率制造。例如,对于在环氧树脂中具有60%碳纤维的复合件来说,实现了按体积计算大约0.2%的再现孔隙率。孔隙率的降低可能是例如由于与预压实过程相关地将预制件暴露于压力和/或真空的缘故。
预压实预制件的孔隙率不能直接确定,因为密度是未知的并且在全部材料中密度可能会有变化。因而,应该在材料微观结构样品上通过光学方法确定孔隙率。从未固化预压实预制件制备材料微观结构样品的要求是非常高的,由于该材料既包括非常软的元素(即,树脂)又包括非常硬的元素(即,纤维)。因此,为了确定可再现的结果,在材料微观结构制备之前必须将预制件固化。该固化应该是无压力的,以便确保孔隙率不受该过程影响。
预制件根据其用途可以包括任意数量的纤维束层和树脂层。纤维束含有大量平行的单纤维,典型地从几百根纤维到几千根纤维。
预制件的特性由于树脂层的透气率有变化而会沿着长度延伸方向变化。
纤维束层位于第一预浸渍或半浸渍层6a与第二预浸渍或半浸渍层6b之间,该第一和第二预浸渍或半浸渍层包括相对于纤维束延伸所沿的长度方向沿着倾斜方向延伸的纤维。在所示的实施方式中,第一层6a和第二层6b是包封层压预制件的包封体6的一部分。包封体6优选是以相对于长度方向典型地以正负45度延伸的双轴预浸渍或半浸渍件。其它的相对于长度方向以正负30度倾斜或正交也是可行的。
“预浸渍件”是指含有完全浸透的纤维/纤维丝的预浸渍纤维,而半浸渍件是部分浸渍材料,通常纤维捆未被浸渍。浸透程度可以从几乎为零(纤维位于干树脂膜顶上)变化到其中树脂在纤维周围流动而在两侧呈现湿表面但是纤维捆(纱线、丝束等)本身并未被浸透的材料。后者目前更典型是在风能中使用的材料。
可以在预制件1的顶侧2上施加释放膜9。该释放膜在结构预浸渍件和用来抽空空气并材料压实材料的真空消耗件之间提供屏障。释放膜优选为层压件提供清洁粗糙的表面。该释放膜容易从该层压件分离。
包封在预浸渍包封体中的层压预制件通常被放置在模具8内部,其中预制件1的后侧3面对模具8。
在预制件1的后侧3设置有至少一个沿着层压预制件的长度方向延伸的分布通道7。因而,分布通道7位于预制件的面对模具8的那一侧。在下文中,当以单数形式提到“分布通道”时,应该将其理解为也包括使用两个或更多个分布通道的情况。
该纵向延伸的分布通道7用来沿着预制件1的长度延伸方向重新分布空气。具体地,分布通道7被布置成将排空流从层压预制件的具有较低透气率的区域重新分布到层压预制件的具有较高透气率的区域。
根据预制件的用途可在预制件中包括一个或多个分布通道。如果包括一个单分布通道,其可以采取直径例如为1至15mm的半球形通道形式。也可以设想其它几何形状,诸如高顶礼帽截面、正方形、矩形、三角形或欧米茄形。另选地,如果包括若干个分布通道,则它们可以采取直径为3至10mm优选为3至6mm的半球形通道形式。分布通道通常沿着预制件的整个长度分布。与垂直于纤维布置的分布通道相比,使用纵向分布通道,即,使用沿着与纤维相同方向布置的通道是有利的。其原因在于如果纤维必须成形为与分布通道相同的几何形状则纤维可能会被损坏。
参照图2,示出了可能的通道几何形状的示例。几何形状A示出了若干个分布通道的示例,而几何形状B示出了一个单分布通道的示例。
预浸渍或半浸渍包封体的纤维提供了通向层压预制件的边缘部分4还通向分布通道7的排空通道。由此,方便将截留的空气从预制件去除。
预制件通常具有6至25mm优选6至20mm的厚度。可以与由例如双轴织物或碳素纸/薄纱制成的中间层一起使用多个预制件。在任一情况下,预浸渍或半浸渍包封体都包封层压预制件。
本发明的预制件可以不固化或仅部分固化。这允许将预制件弯曲成形以装配在将要加强的复合结构中。可以将固定树脂选择成使得在相关存储条件下甚至在未固化状态下其粘性都足以维持预制件的整体性。
优选地,该层压预制件在室温下是半刚性的,从而维持通道几何形状。在该实施方式中,分布通道具有塌缩并“消失”在层压件中的能力,例如当多个预制件被所施加的真空吸附在一起时和/或当在预制件的固化过程中被加热时。通过使分布通道塌缩,实现了预制件之间的更良好且更坚固的连接,由此提高结构的强度。
在本发明的用于制备层压预制件1的方法中,通常将模具8设置为用于在其上制备预制件的工作表面。然后,可以设置任意数量的纤维束层和树脂层,只要层的数量使得预制件适合于具体用途即可。
为了确保纤维束保持沿层压预制件的长度方向,在分布纤维束层之前分布树脂层,因为树脂会固定纤维束而防止各纤维束相对于其它纤维束运动。
分布树脂的步骤可有利地通过使用喷嘴装置自动地或部分自动地执行,这是因为树脂可能含有在与分布树脂的人员接触时造成刺激或有害的成分。
在下一个步骤中,将所有层包封在包括预浸渍或半浸渍材料的包封体中,所述材料包括相对于层压预制件1的长度方向沿倾斜方向延伸的纤维。
例如可以通过用罩覆盖工作表面而包封这些层,使得该工作表面的至少一部分形成层包封体的一部分。
分布通道7可以通过压印预制件或在适当成形的基板上制备预制件而通过在预制件上进行后期成形来制备。此外,可以通过以如下方式分布纤维束来提供分布通道,即在两个横向相邻的纤维束之间以一定距离存在横向距离,其中如此设置的间隙将形成分布通道。为了避免位于该间隙顶部的纤维束掉落而填充该间隙,适当的非连续树脂层可以充当防止分布通道立即塌缩的屏障。最终,分布通道可以作为树脂材料中存在的纵向通路而形成在树脂中。
截留空气可以例如通过使用外部真空通道10施加真空而从包封体去除。
在去除空气之后,可以对预制件进行加热以至少部分地将树脂固化。当加热这些层时,可以将工作表面移动到加热器,使得这些层在仍然布置在工作表面上时被加热。另选地,可以将预制件移动到可对预制件进行加热的另一个表面。
在该加热步骤中,分布通道可以塌缩并“消失”在层压件内,这取决于层压预制件的刚性。
在图3中,示出了预制件的示意性剖视图的示例,表明了组件的顺序的一个实施例。在真实预制件中,层间距离将小得多,并且树脂和粘结剂通常将被部分地吸收到纤维层内。以纤维束5布置的定向纤维形成的层设置有位于其间的粘结剂12。粘结剂可以替换为附加的树脂层。还示出了两层树脂11。树脂11在这里分布为相对于纤维束5成角度地(这里是大致正交的)多条线。因而,树脂以非连续层的方式分布,以允许气体与纤维束的方向正交地从预制件逸出。非连续的树脂层是指允许气体沿穿过层压件的竖直方向即层压件的厚度方向逸出的树脂层。树脂可以以穿孔的单独片材提供或通过以一定图案施加树脂提供,所述图案例如相对于层压件的长度方向以倾斜方向或横向延伸的珠串。这些珠串可以以双轴方式布置。待预压实的预制件具有至少一个非连续的树脂层,通过该非连续树脂层可在预压实过程中去除气体。因而,无需在树脂层的平面中或纤维层的平面中将气体从预制件去除。这极大地减小了运输距离并降低了在预压实预制件内具有截留气体的危险。
用于确保在预压实过程中可从预制件连续地去除气体的方法的一个实施例涉及逐渐启动预压实过程,该逐渐启动或者是从预制件的中心开始朝向表面移动或者是从侧面或边缘开始并移动穿过该预制件。例如,这可以通过仅从反应表面加热来实现,因而从预制件的与该反应表面接触的侧面逐渐启动;或者这可以通过受控的微波加热而实现,因而从预制件的内部逐渐启动并朝向表面移动。
可以将树脂施加为条带图案或点状图案,或者施加为确保树脂层形成非连续开放表面的其它成形元素。在图3中,树脂设置在两层纤维束之间。当使用这种定位时这是优选的树脂定位。然而,也可以将树脂设置成仅与一层纤维束接触,即设置在预制件的顶部或底部处。
Claims (13)
1.一种用于风轮机叶片的预压实层压预制件,该层压预制件具有在相应的边缘部分之间延伸的顶侧和后侧,所述层压预制件包括在所述层压预制件的长度方向上延伸的多层连续纤维束,所述纤维束由至少一个非连续树脂层至少部分地固定,其中所述多层连续纤维束定位在第一预浸渍或半浸渍层与第二预浸渍或半浸渍层之间,所述第一预浸渍或半浸渍层及所述第二预浸渍或半浸渍层包括相对于所述长度方向沿着倾斜方向延伸的纤维,并且在所述后侧设置有沿着所述长度方向延伸的至少一个分布通道。
2.根据权利要求1所述的层压预制件,其中,所述分布通道被布置成将排空流从所述层压预制件的具有较低透气率的第一区域重新分布到具有较高透气率的第二区域。
3.根据权利要求1或2所述的层压预制件,其中,所述预浸渍或半浸渍包封体是双轴预浸渍件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的层压预制件,其中,所述层压预制件被布置在模具中,其中所述层压预制件的所述后侧面向该模具。
5.一种风轮机叶片,该风轮机叶片包括根据权利要求1至4中任一项所述的层压预制件。
6.一种用于制备层压预制件的方法,该层压预制件具有在相应的边缘部分之间延伸的顶侧和后侧,所述层压预制件包括由树脂至少部分地固定的多层纤维束,该方法包括:
分布纤维束形成的第一纤维层,所述纤维束沿着所述层压预制件的长度方向延伸;
设置至少一个非连续树脂材料层;
将这些纤维束层定位在第一预浸渍或半浸渍层与第二预浸渍或半浸渍层之间,所述第一预浸渍或半浸渍层及所述第二预浸渍或半浸渍层包括相对于所述层压预制件的所述长度方向沿着倾斜方向延伸的纤维;以及
在所述层压预制件的所述后侧设置至少一个分布通道,所述分布通道沿着所述长度方向延伸。
7.根据权利要求6所述的方法,该方法进一步包括从所述层压预制件去除空气的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的方法,该方法进一步包括提供模具的步骤,在该模具上制备所述层压预制件。
9.根据权利要求6至8所述的方法,该方法进一步包括借助于所设置的所述至少一个分布通道将空气从所述层压预制件的具有较低透气率的第一区域重新分布到具有较高透气率的第二区域的步骤。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法,该方法进一步包括将纤维束形成的再一个层分布在第二树脂层上的步骤,所述纤维束沿着所述层压预制件的长度方向延伸。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法,该方法进一步包括以下步骤:向增强材料的内表面施加树脂,使所述纤维束层的与所述第一预浸渍或半浸渍层和/或所述第二预浸渍或半浸渍层接触的至少一个接触表面保持干燥。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法,其中,所述预浸渍或半浸渍包封体为双轴预浸渍件。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的方法,该方法进一步包括固化所述层压预制件的步骤。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201161429939P | 2011-01-05 | 2011-01-05 | |
DKPA201170003 | 2011-01-05 | ||
DKPA201170003 | 2011-01-05 | ||
US61/429,939 | 2011-01-05 | ||
PCT/DK2011/050463 WO2012092927A1 (en) | 2011-01-05 | 2011-12-06 | Laminate pre-form for a wind turbine blade |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103402742A true CN103402742A (zh) | 2013-11-20 |
CN103402742B CN103402742B (zh) | 2015-10-07 |
Family
ID=45372175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201180069020.9A Active CN103402742B (zh) | 2011-01-05 | 2011-12-06 | 用于风轮机叶片的层压预制件 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9579861B2 (zh) |
EP (1) | EP2661357B1 (zh) |
CN (1) | CN103402742B (zh) |
DK (1) | DK2661357T3 (zh) |
ES (1) | ES2572479T3 (zh) |
WO (1) | WO2012092927A1 (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103963315A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-06 | 上海飞机制造有限公司 | 一种复合材料的预浸料/树脂传递模塑共固化工艺方法 |
CN107627625A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 深圳光启高等理工研究院 | 复合材料制件的阴模成型方法 |
CN111716765A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-09-29 | 中材科技风电叶片股份有限公司 | 预制件、预制件模具、风电叶片以及风电叶片的制造方法 |
CN113891793A (zh) * | 2019-04-24 | 2022-01-04 | 阿里斯复合材料有限公司 | 纤维束批量预成型的方法和系统 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150360426A1 (en) * | 2013-02-26 | 2015-12-17 | Hexcel Holding Gmbh | Manufacture of a moulded part |
EP2976216A2 (en) * | 2013-03-22 | 2016-01-27 | Hexcel Holding GmbH | Improvements in or relating to fibre reinforced composites |
GB2520083A (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-13 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine blades |
DE102015007801A1 (de) * | 2015-06-19 | 2016-12-22 | Senvion Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils eines Rotorblattes einer Windenergieanlage |
US10337490B2 (en) | 2015-06-29 | 2019-07-02 | General Electric Company | Structural component for a modular rotor blade |
US9897065B2 (en) | 2015-06-29 | 2018-02-20 | General Electric Company | Modular wind turbine rotor blades and methods of assembling same |
US10077758B2 (en) * | 2015-06-30 | 2018-09-18 | General Electric Company | Corrugated pre-cured laminate plates for use within wind turbine rotor blades |
US20180345604A1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-12-06 | Arris Composites Llc | Aligned fiber reinforced molding |
US20200114596A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Arris Composites Inc. | Preform Charges And Fixtures Therefor |
EP3966446A4 (en) * | 2019-05-10 | 2023-02-08 | Blade Dynamics Limited | METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING A WIND TURBINE BLADE |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1164201A (zh) * | 1994-11-22 | 1997-11-05 | 陶氏联合技术复合制品有限公司 | 低树脂量定向纤维带 |
EP1145841A1 (en) * | 1998-10-12 | 2001-10-17 | Nitto Boseki Co., Ltd. | Reinforcing fiber base for composite material |
WO2004078442A1 (en) * | 2003-03-06 | 2004-09-16 | Vestas Wind Systems A/S | Pre-consolidated pre-form and method of pre-consolidating pre-forms |
CN1759002A (zh) * | 2003-03-06 | 2006-04-12 | 维斯塔斯风力系统公司 | 元件之间的连接 |
CN1915649A (zh) * | 2005-08-17 | 2007-02-21 | 通用电气公司 | 可用于制造转子叶片圆柱盖的一种制造连续层压片的方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101462316A (zh) | 2007-12-19 | 2009-06-24 | 维斯塔斯风力系统有限公司 | 预成型件的制备方法 |
WO2009133143A1 (en) | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Vestas Wind Systems A/S | A consolidated composite pre-from |
-
2011
- 2011-12-06 EP EP11799071.3A patent/EP2661357B1/en active Active
- 2011-12-06 US US13/978,328 patent/US9579861B2/en active Active
- 2011-12-06 ES ES11799071T patent/ES2572479T3/es active Active
- 2011-12-06 WO PCT/DK2011/050463 patent/WO2012092927A1/en active Application Filing
- 2011-12-06 CN CN201180069020.9A patent/CN103402742B/zh active Active
- 2011-12-06 DK DK11799071.3T patent/DK2661357T3/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1164201A (zh) * | 1994-11-22 | 1997-11-05 | 陶氏联合技术复合制品有限公司 | 低树脂量定向纤维带 |
EP1145841A1 (en) * | 1998-10-12 | 2001-10-17 | Nitto Boseki Co., Ltd. | Reinforcing fiber base for composite material |
WO2004078442A1 (en) * | 2003-03-06 | 2004-09-16 | Vestas Wind Systems A/S | Pre-consolidated pre-form and method of pre-consolidating pre-forms |
CN1759002A (zh) * | 2003-03-06 | 2006-04-12 | 维斯塔斯风力系统公司 | 元件之间的连接 |
CN1915649A (zh) * | 2005-08-17 | 2007-02-21 | 通用电气公司 | 可用于制造转子叶片圆柱盖的一种制造连续层压片的方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103963315A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-06 | 上海飞机制造有限公司 | 一种复合材料的预浸料/树脂传递模塑共固化工艺方法 |
CN107627625A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 深圳光启高等理工研究院 | 复合材料制件的阴模成型方法 |
CN113891793A (zh) * | 2019-04-24 | 2022-01-04 | 阿里斯复合材料有限公司 | 纤维束批量预成型的方法和系统 |
CN111716765A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-09-29 | 中材科技风电叶片股份有限公司 | 预制件、预制件模具、风电叶片以及风电叶片的制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2572479T3 (es) | 2016-05-31 |
EP2661357A1 (en) | 2013-11-13 |
CN103402742B (zh) | 2015-10-07 |
US9579861B2 (en) | 2017-02-28 |
WO2012092927A1 (en) | 2012-07-12 |
DK2661357T3 (en) | 2016-05-30 |
EP2661357B1 (en) | 2016-02-24 |
US20140003955A1 (en) | 2014-01-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103402742B (zh) | 用于风轮机叶片的层压预制件 | |
CN105848860B (zh) | 风轮机叶片 | |
DK2922690T3 (en) | Wind turbine blades and methods for making them | |
EP1990178B1 (en) | Method for producing a wind turbine rotor blade | |
EP2160287B1 (en) | A method for producing a composite structure and a composite structure | |
EP2326475B1 (en) | A method of manufacturing a wind turbine blade comprising steel wire reinforced matrix material | |
US8986487B2 (en) | Consolidated composite pre-form | |
CN103249543A (zh) | 风轮机叶片的制造方法和风轮机叶片 | |
WO2009003476A1 (en) | Method of using a formable core block for a resin impregnation process | |
CN102325646A (zh) | 通过嵌入预固化纤维增强树脂层制造风轮机叶片的方法 | |
US9073273B2 (en) | Method of manufacturing an oblong shell part and such shell part | |
KR102510311B1 (ko) | 복합 구조물의 제조 방법 | |
CN109311252A (zh) | 制造风力涡轮机叶片的方法 | |
CN107405839B (zh) | 复合制品和方法 | |
JP2004188965A (ja) | 繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置 | |
CZ2010336A3 (cs) | Kompozitový díl a zpusob jeho výroby |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |