CN110691689B - 拉挤型条带 - Google Patents

Abstract

公开了一种由加强材料制成的拉挤型条带(50)，该拉挤型条带(50)与一个或更多个类似条带(50)堆叠以形成风力涡轮机叶片的翼梁帽。拉挤型条带包括：芯体(56)，芯体包括设置在树脂基体(60)中的纤维(58)；以及牺牲层(52)，牺牲层至少部分地覆盖芯体(56)的一个或更多个表面。牺牲层(52)是限定条带的被粘物表面(62A)的树脂层。一种用于制造这种条带(50)的拉挤处理包括：沿处理方向将树脂涂覆加强纤维(58)拖拽通过拉挤模具(80)，以形成条带(50)的芯体(56)；并且将另一树脂(53)施加至芯体(56)的一个或更多个表面，以形成限定条带(50)的被粘物表面(62A)的牺牲树脂层(52)。

Description

拉挤型条带

技术领域

本发明涉及拉挤型条带(pultruded strip)，诸如在风力涡轮机叶片的加强部件中使用的那些拉挤型条带，并且涉及制造这种条带的方法和设备。在本发明的特定实施方式中，多个拉挤型条带被用于形成风力涡轮机叶片的翼梁帽(spar cap)。

背景技术

拉挤型条带通常包含诸如碳纤维的结构纤维，该结构纤维沿着条带的长度延伸并悬浮在诸如树脂的基体材料中。拉挤型条带具有很高的抗拉强度，因此具有很高的承载能力。这样的条带可以彼此堆叠并且粘接在一起以形成具有适于加固风力涡轮机叶片的结构特性的层压组件，例如作为翼梁帽。

为了形成翼梁帽，例如，可以使用诸如树脂的粘合剂将拉挤型条带的叠层粘接在一起。可以使用树脂灌注处理，其中在堆叠条带之间灌注液态树脂。这些条带的横截面通常可以是矩形的，并且具有粘接至叠层中的相邻条带的相似被粘物表面的上被粘物表面以及下被粘物表面。

拉挤(pultrusion)处理通常导致条带具有非常光滑的玻璃状被粘物表面。然而，很难将这种光滑的表面粘接在一起，这是因为树脂往往不能很好地粘附至这些光滑表面。而且，当将条带堆叠时，几乎没有空间使树脂渗透到相邻条带的相对光滑表面之间。因此，在将条带粘接在一起之前，可以例如通过轻微磨蚀来使被粘物表面活化。然而，磨蚀的问题在于，它往往会损坏条带表面处的加强纤维。

一种替代方法是形成拉挤型条带，在条带的表面具有完整剥离层。在堆叠条带之前，从该条带去除剥离层(peel ply)。当去除剥离层时，所得到的条带具有粗糙的表面。然而，剥离层带来额外挑战。例如，在拉挤处理期间，剥离层可能会钩挂在拉挤模具中，并且一旦将剥离层去除，还会对纤维造成损坏。这也增加了拉挤处理的成本。

在该背景下，本发明的目的是减轻或克服上述问题中的一些或所有。

发明内容

根据本发明，提供了一种拉挤处理，所述拉挤处理用于制造拉挤型条带，所述拉挤型条带适于与一个或更多个类似条带堆叠以形成风力涡轮机叶片的翼梁帽。所述处理包括：沿处理方向将树脂涂覆加强纤维拖拽通过拉挤模具，以形成所述条带的芯体；并且将另一树脂施加至所述芯体的一个或更多个表面，以形成限定所述条带的被粘物表面的牺牲树脂层。

所述拉挤处理还可以包括：从所述牺牲层去除树脂以活化所述被粘物表面。可以使用任何合适技术从所述牺牲层去除树脂。合适技术包括：磨蚀、喷砂处理以及高能表面处理。所述被粘物表面的活化至少在微观或分子水平导致粗糙表面。在实施方式中，可以在所述拉挤处理的稍后阶段和/或单独位置处执行所述被粘物表面的活化。例如，可以紧接在彼此粘接之前活化所述条带，以避免污染所述被粘物表面。

所述方法优选地包括以下步骤：在从所述牺牲层去除固化树脂之前固化所述另一树脂。

所述方法可以包括以下步骤：在与所述拉挤模具成一直线设置的活化台处从所述牺牲层去除固化树脂。另选地，可以在稍后时间，即，在完成所述拉挤处理之后的单独处理中，从所述牺牲层去除所述固化树脂。

根据上述实施方式中的任一实施方式的拉挤处理还可以包括：在施加所述另一树脂之前，至少部分地固化所述条带的所述芯体中的树脂。

所述方法可以包括以下步骤：同时完全固化所述芯体中的所述树脂和所述牺牲树脂。固化炉可以与所述拉挤模具成一直线设置。另选地或者另外，所述拉挤模具可以被配置成部分地或完全地固化所述树脂。

所述拉挤模具优选具有大致矩形横截面。因此，所述树脂涂覆纤维可以通过所述模具成形以形成具有大致矩形横截面的芯体。

根据上述实施方式中的任一实施方式的拉挤处理可以包括：沿处理方向在所述拉挤模具的下游施加另一树脂。可以使用任何合适技术来施加所述另一树脂。例如，可以通过将所述条带的芯体拖拽通过包含所述另一树脂的浴槽来施加所述另一树脂。可以使用辊将所述另一树脂施加至所述芯体，或者可以将所述另一树脂喷涂到所述芯体上。

所述方法可以包括以下步骤：将所述另一树脂施加至所述芯体的彼此相反的第一表面和第二表面。

所述方法可以包括以下步骤：施加所述另一树脂，使得所述另一树脂大致覆盖所述条带的芯体。

所述方法可以包括以下步骤：将具有所施加的另一树脂的所述芯体拖拽通过另一拉挤模具，以将所述条带形成为最终横截面形状。因此，所述拉挤设备可以包括在处理方向上间隔开的第一拉挤模具和第二拉挤模具。所述方法可以包括以下步骤：在所述第一拉挤模具与第二拉挤模具之间的位置将所述另一树脂施加至所述芯体。

作为具有所述第一拉挤模具和第二拉挤模具的替代方式，可以使用单个模具来执行所述处理。因此，所述方法可以包括以下步骤：在所述拉挤模具内施加所述另一树脂。

根据上面所提及的实施方式中的任一实施方式的拉挤处理还可以包括：在所述模具的第一部分中使所述条带的芯体成形，并且在所述模具第二部分中使所述芯体和牺牲层成形，其中，所述方法包括以下步骤：在所述模具的所述第一部分与所述模具的所述第二部分之间向所述模具内的芯体施加所述另一树脂。

所述模具的所述第一部分可以包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面间隔开垂直于所述处理方向的第一距离。所述模具的所述第二部分可以包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面间隔开垂直于所述处理方向的第二距离。所述第二距离可以大于所述第一距离。所述第一表面与第二表面之间的距离可以限定所述条带的厚度。因此，由所述模具的所述第二部分成形的所述条带(包括牺牲层)的厚度大于由所述模具的所述第一部分成形的所述芯体的厚度。

而且根据本发明，提供了一种由加强材料制成的拉挤型条带，该拉挤型条带与一个或更多个类似条带堆叠以形成风力涡轮机叶片的翼梁帽。所述拉挤型条带包括：芯体，所述芯体包括设置在树脂基体中的纤维；以及牺牲层，所述牺牲层至少部分地覆盖所述芯体的一个或更多个表面。所述牺牲层是限定所述条带的被粘物表面的树脂层。

所述牺牲层可以具有活化的被粘物表面，所述活化的被粘物表面通过从所牺牲层去除树脂而形成。

可以通过任何合适方式(例如磨蚀、喷砂处理或高能表面处理)来去除所述树脂。

所述牺牲层可以基本上没有纤维。例如，所述牺牲层可以具有小于10％(例如小于2％或0％)的纤维体积分数。

所述牺牲层的厚度可以在0.1mm至2mm的范围内，优选地在0.1mm至1mm的范围内，并且最优选地在0.1mm至0.5mm的范围内。

所述牺牲层的树脂可以与所述芯体的树脂相同或不同。可以将任何合适的树脂用于所述芯体和牺牲层两者的树脂。对于所述芯体中的树脂，环氧树脂是特别优选的。所述牺牲层可以由比所述芯体中的所述树脂更便宜的树脂来形成。例如，所述牺牲层可以由乙烯基酯树脂形成。

所述牺牲树脂层可以包括与所述芯体中的所述树脂不同的树脂。

所述牺牲层可以设置在所述芯体的彼此相反的第一表面和第二表面上。

所述牺牲层可以大致覆盖所述条带的所述芯体。

所述条带的横截面优选为大致矩形的。所述条带沿其长度优选具有大致恒定横截面。所述芯体的横截面优选为大致矩形的。所述芯体沿其长度优选具有大致恒定横截面。

所述条带优选具有在1mm至10mm的范围内(例如，在3mm至7mm的范围内)或者大约5mm的厚度和在5cm至30cm的范围内(例如，10cm至20cm的范围内)的宽度。

所述被粘物表面是所述条带的外表面。所述被粘物表面优选为大致平坦的。所述被粘物表面优选地由所述条带的长度尺寸和宽度尺寸来限定。当按叠层设置所述条带时，可以将所述被粘物表面粘接至相邻条带的类似表面。由于从所述牺牲树脂层部分地去除树脂，所述被粘物表面可以是粗糙的(在微观或分子水平)。所述纤维可以是任何合适的纤维，例如碳纤维和/或玻璃纤维。然而，碳纤维是优选的。所述纤维优选为单向纤维，但可以使用与拉挤相容的其它合适纤维。例如，所述纤维可以采用非编织或编织织物的形式。

在本发明的实施方式中，风力涡轮机叶片的翼梁帽包括被集成到一起的拉挤型条带的叠层。每个条带可以是如关于上面的实施方式中的任一实施方式所描述的拉挤型条带和/或根据上面的实施方式中的任一实施方式的处理制成的拉挤型条带。

所述翼梁帽的每个条带的被粘物表面可以通过诸如固化树脂的粘合剂粘接至所述叠层中的相邻条带的被粘物表面。

在另一实施方式中，一种风力涡轮机叶片包括如在上面的实施方式中描述的翼梁帽。

附图说明

下面参照附图，通过非限制性示例的方式对本发明以及进一步相关背景进行描述，其中：

图1A是已知拉挤处理的示意图；

图1B示出了现有技术的拉挤型条带的横截面；

图2A示出了包括剥离层的拉挤型条带；

图2B示出了去除了剥离层的两个拉挤型条带；

图3A示出了根据本发明的实施方式的包括牺牲层的拉挤型条带的横截面；

图3B(i)示出了图3A所示的条带的一部分的放大部分；

图3B(ii)示出了图3B(i)所示的条带的在去除牺牲层的一部分之后的同一部分；

图3C是根据本发明的实施方式的包括粘接条带的叠层的翼梁帽的示意性横截面图；

图4示出了根据本发明的实施方式的改进拉挤处理；

图5示出了根据本发明的实施方式的改进拉挤模具；

图6是例示根据本发明的实施方式的处理的流程图；以及

图7示出了根据本发明的具有翼梁帽的风力涡轮机叶片的横截面图。

具体实施方式

图1A例示了用于制造拉挤型条带12的现有技术拉挤处理10。在处理10中，将碳纤维14从至少一个连续卷轴16中拉出。通过保持纤维14中的张力的辊20将纤维14引导通过供应的液态树脂18(例如树脂浴槽)。然后将树脂浸渍纤维22拉动通过模具24，该模具将材料形成为条带12的最终期望横截面形状。然后，例如通过在敞口腔室中加热来固化树脂18或者通过采用被加热模具(随着将条带12传递通过该被加热模具来使树脂固化)来固化树脂18。

图1B是通过上面关于图1A描述的已知处理10形成的拉挤型条带12的示意性横截面图。条带12包括多根碳纤维14，碳纤维14贯穿条带12的横截面沿着条带12的长度延伸。纤维14悬浮在固化树脂18中，固化树脂包围纤维14并将它们保持在一起以形成条带12的轮廓形状。

拉挤型条带12具有大体矩形横截面形状，该大体矩形横截面形状具有宽度40和厚度42，其中，宽度40大于厚度42。条带12还具有垂直于宽度40和厚度42方向延伸的长度(未示出)。长度大于宽度40。拉挤型条带12沿其整个长度具有大致恒定横截面形状。

拉挤型条带12包括沿着条带12的宽度40和长度延伸的两个相反主表面44a、44b。每个主表面44a、44b用作被粘物表面，用于在将多个条带堆叠并粘接在一起以形成层压结构(诸如风力涡轮机叶片的翼梁帽)时粘接至类似条带的被粘物表面。

拉挤型条带12(如图1B所示的或者通过图1A所示的处理制成的)趋于具有非常光滑且平坦的外表面。形成被粘物表面44a、44b的光滑外表面可能导致层压结构中的相邻粘接条带12之间的不良粘接形成。如果相邻条带12未适当地粘接在一起，则存在发生层离的风险，这可能导致层压板(例如使用中的翼梁帽)失效。

为了改善条带12之间的粘接，在粘接之前需要将被粘物表面“活化”，以便优化该被粘物表面的化学特性和机械特性。使被粘物表面活化可能涉及例如通过表面粗糙化来改变表面形貌，以在被粘物表面之间提供改善的粘接。

使被粘物表面活化的一种可能方法是通过表面的磨蚀。然而，已经发现，将拉挤型条带12的表面磨蚀会对条带12的外表面处或附近的纤维14造成损坏。损坏的纤维可能会降低条带的结构完整性，从而可能会损害最终复合结构的结构完整性。

参照图2A，另一种可能的活化技术是使用可以形成到拉挤型条带12上的剥离层26，并且可以将该剥离层去除以形成如图2B所示的粗糙表面32。这样的剥离层26通常由具有用于形成足够粗糙表面32所需的表面形貌的编织织物(诸如聚酰胺)制成。在拉挤处理期间，将剥离层26与纤维14以及树脂18一起拖拽通过模具24。随着树脂被固化，剥离层26被固化到条带12的表面上，并且随后剥离层可以被去除以产生粗糙表面32。

然而，剥离层26在其施加和去除方面都存在挑战。例如，当将剥离层26张紧地保持在条带12的顶部上时，该剥离层在其边缘处趋于折叠或起皱，这在条带12的表面上产生波纹。剥离层可能在波纹周围的区域中造成条带12中的纤维偏离，这损害了条带12的机械特性。而且，剥离层26在拉挤处理中使用的机构(例如模具)中可能会发生钩挂。因此，使用比条带12更窄的剥离层26，使得该剥离层不会延伸至表面的纵向边缘28。

如图2A所示，该较窄的剥离层26可以被定位成使得剥离层26的边缘与条带12的纵向边缘28间隔开。因此，条带12的外周区域30不被剥离层26覆盖，如图2A所示。该外周区域30与剥离层表面27齐平，使得当去除该剥离层26时，该外周区域30位于粗糙表面32上方，如图2B所示。

外周区域30中缺少剥离层26意味着外周区域30不被粗糙化，因此不被活化或优化用于粘接。当将条带12被堆叠时，相邻条带12的外周区域30彼此接触。相邻附接条带12的外周区域30的彼此相对光滑表面意味着在条带12的外周区域30之间可能发生不良粘接，这可能导致层离。此外，条带12的边缘处的间距的一致性在该处理中是难以重复的，从而通常导致条带12之间的外周区域30的尺寸发生变化，并因此导致条带12之间的粘接不一致。

剥离层26的使用还增加了在去除剥离层26之后剥离层26的残留物可能粘在条带上的风险，这可能污染并损害条带12之间的粘接。剥离层26的使用也显著增加了拉挤处理的成本。

图3A是根据本发明的实施方式的拉挤型条带50的示意性横截面图。如下将更详细讨论的，条带50与上述条带12相似，但是还包括牺牲层52，该牺牲层可以被活化(例如通过磨蚀)而不损坏条带50中的纤维14。

在该示例中，拉挤型条带50具有大体矩形横截面形状，该大体矩形横截面具有宽度w和厚度t，其中，宽度w大于厚度t。条带50还具有垂直于宽度w和厚度t方向(例如，垂直于图3A所示页面的平面)延伸的长度l(未示出)。该长度大于宽度w。拉挤型条带50沿其整个长度具有大致恒定横截面形状。

条带50具有芯体56，该芯体56包括设置在硬化基体材料60(例如，固化树脂)中的多根纤维58(例如，碳纤维)。该基体60包围纤维58并将它们保持在一起以形成芯体56的轮廓形状。该芯体56具有第一主表面54a和第二主表面54b，该第一主表面和第二主表面在图3A所示的条带50的取向上分别是芯体56的上表面和下表面。条带50还包括两个牺牲层52，在芯体56的相反主表面54a、54b上各有一个牺牲层。在该示例中，条带50具有圆形或倒角纵向边缘46。

应当清楚，在该示例中，条带50的芯体56大体上对应于参照图1B通过背景技术描述的整个条带12。

在特定实施方式中，条带50的厚度t在1mm至10mm的范围内，例如在3mm至7mm的范围内或者大约5mm。条带50的宽度w例如可以在10cm至20cm的范围内。条带50的长度l可以是几十米。当将条带50用于形成风力涡轮机叶片的翼梁帽时，对于最大叶片中的一些叶片，条带的长度可以超过50米或者超过80米。另选地，条带50的长度l可以短得多，以使将多个条带50首尾相连地放置来形成具有期望长度的翼梁帽。

将芯体56中的纤维58紧密地堆积在一起，以在芯体56内提供所要求的纤维体积分数。在一些实施方式中，芯体56可以具有至少50％(例如，至少60％或70％)的纤维体积分数。基体60可以包括诸如环氧树脂的树脂材料。

形成牺牲层52的材料可以包括诸如乙烯基酯或环氧树脂的树脂材料53。牺牲层52可以包括与用于形成条带50的芯体56的基体60大致相同的树脂或者可以不同。在牺牲层52包括与基体60不同的材料的实施方式中，牺牲层52可以与芯体56的基体60在化学上相容，以使可以在它们之间形成有效粘接。

在实施方式中，形成条带50的芯体56的基体60包括环氧树脂，而牺牲层52包括乙烯基酯树脂，该乙烯基酯树脂与基体60的环氧树脂在化学上相容，以使可以在它们之间产生有效粘接。将环氧树脂用于基体60可以提供条带50的最佳结构特性，而与具有由环氧树脂制成的牺牲层52的条带相比，将通常比环氧树脂更便宜的乙烯基酯用于牺牲层52可以降低条带50的成本。

将牺牲层52定位在芯体56的彼此相反的主表面54a、54b中的每个主表面上，使得它们皆大致上延伸条带50的整个宽度和长度。牺牲层52因此延伸并覆盖条带50的主表面54a、54b以及圆形边缘46的至少一部分。两个牺牲层52中的每个牺牲层跨条带50的长度和宽度具有大致均匀的宽度和厚度。在该示例中，两个牺牲层52也具有大致相同的厚度。

在其它实施方式中，不是形成两个不同的层52，而是整个芯体56可以被牺牲层覆盖。

牺牲层52限定条带50的被粘物表面62a、62b。当生产条带50时，这些被粘物表面62a、62b最初可能是光滑的并且具有类似玻璃的光洁度。背景技术已经说明，这种光滑的表面对于在堆叠的条带之间形成牢固粘接不是最佳的。

为了提供导致条带50之间的牢固粘接的最佳被粘物表面62a、62b，可以通过去除牺牲层52的至少一部分来活化该牺牲层52。例如，可以对牺牲层52的被粘物表面62a、62b进行磨蚀以从这些表面去除树脂。牺牲层52的活化用于使被粘物表面62a、62b变粗糙(至少在微观或分子水平)。有利地，当对牺牲层52被活化时，芯体56不受影响，因此不会对条带50中的纤维58造成损坏。而且，可以在条带50的整个外表面上对牺牲层52进行磨蚀，因此避免了与剥离层相关联的条带的边缘不被活化的上述问题。

图3B示出了图3A所示的条带50的在牺牲层52的活化之前(i)和之后(ii)的放大部分。参照图3B(i)，在活化之前，牺牲层52具有厚度T₁。在这个阶段，由牺牲层52限定的被粘物表面62a可以具有光滑的玻璃状光洁度(finish)。

下面参照图3B(ii)，在牺牲层52的活化之后，例如在通过磨蚀被粘物表面62a以从牺牲层52去除一些树脂之后，牺牲层52具有厚度T₂。在活化之后，被粘物表面62a可以具有更粗糙的表面(至少在微观水平)。

在活化期间去除的牺牲层52的厚度在图3B中被指示为T₃。牺牲层52在活化之后的厚度T₂对应于牺牲层52在活化之前的厚度T₁减去已经去除的厚度T₃(即，T₂＝T₁-T₃)。从图3B和图3C的比较可以看出，牺牲层52的活化导致牺牲层的厚度减小(因此，T₂＜T₁)。

在实施方式中，在活化之前，牺牲层52的厚度T₁可以小于2mm，例如不到1mm厚或者不到0.5mm厚。优选地，牺牲层52在活化之前的厚度T₁在0.1mm至0.5mm的范围内，例如0.2mm。可以在活化期间去除牺牲层52的任何合适厚度T₃。为了避免损坏芯体56中的纤维58，优选不去除整个牺牲层52(因此，T₃应小于T₁)。牺牲层52在活化之后的厚度T₂例如可以在0.1mm与1mm之间。在牺牲层52具有大约0.2mm的初始厚度T₁的实施方式中，牺牲层52的厚度T₂在对该牺牲层进行活化之后可以是大约0.1mm。在要求更大公差等级的实施方式中，例如在使用人工活化方法时，牺牲层52的初始厚度T₁可以是大约2mm，而在活化之后，牺牲层的厚度T₂可以是大约1mm。

因此，在将条带50结合到层压复合材料(例如，翼梁帽或风力涡轮机叶片)中之前，预期从条带50至少部分地去除牺牲层52(例如，通过磨蚀或其它合适技术)。

下面参照图3C，该图3C(示意性地)示出了根据本发明的实施方式的多个拉挤型条带50，这些拉挤型条带按叠层63设置并粘接在一起以形成用于风力涡轮机叶片的翼梁帽64。在该示例中，每个条带50对应于在对牺牲层52进行活化(举例来说，如图3B(ii)所示)之后参照图3A示出并描述的条带。因此，已经例如通过磨蚀或其它技术去除了每个条带50的牺牲层52的一部分，以形成活化的被粘物表面62a、62b。

将堆叠的条带50用粘合剂66(在这种情况下，诸如环氧树脂的树脂)粘接在一起。条带50按叠层63设置，它们各自的被粘物表面62a、62b为彼此相对的关系。可以将粘合剂66直接地或者经由诸如树脂灌注处理的另一技术施加至条带50的被粘物表面62a、62b。在灌注处理中，将液态树脂供应至叠层63，并且将树脂灌注在条带50的相对被粘物表面62a、62b之间。

牺牲层52的活化在条带50的被粘物表面62a、62b处暴露更多树脂，并导致粘接粘合剂66与堆叠条带50的相邻被粘物表面62a、62b之间的紧密分子级接触。一旦被固化，粘合剂66就因此在条带50之间形成牢固粘接，这防止层离。

应当清楚，图3C不是按比例绘制的，实际上，牺牲层52以及条带50之间的空间比它们在图中呈现的要小。为避免疑惑，本文中呈现的其它附图也不是按比例绘制的。

图3C中所示的翼梁帽64可以与风力涡轮机叶片一起原位形成，例如通过将活化的拉挤型条带50与其它叶片材料一起堆叠在风力涡轮机叶片铸模中并利用树脂灌注整个叠层来形成。另选地，可以将翼梁帽64形成为单独组件，并且可以随后结合到风力涡轮机叶片接头处。

图4示出了根据本发明的用于制造拉挤型条带50的示例性设备70。设备70包括碳纤维58的多个环形卷轴72以及拖拽装置(未示出)，该拖拽装置沿处理方向81从卷轴72中拉出纤维58。通过张力辊76将纤维58引导到包含液态树脂的浴槽74中，用于以与上面关于图1描述的方式相同的方式形成基体60。然后将树脂浸渍纤维78拉动通过模具80。模具80的横截面控制通过拉挤处理形成的条带芯体56的横截面。模具80可以包括模制芯体56b的主表面54a、54b的下模制表面和上模制表面。在实施方式中，模具80可以是矩形的，以形成具有矩形横截面的拉挤型芯体56。

还可以将模具80加热以便部分地固化基体材料60。另外地或另选地，然后可以将形成芯体56的纤维58和基体60两者引导到用于进行部分固化的烤炉中，例如，引导到与拉挤模具80成一直线的烤炉中。

芯体56以期望设计形状和纤维数从模具80中出来。从这一点开始，将牺牲层52添加至芯体56。

在第一模具80之后，芯体56可能不被完全固化而是可能被部分固化。然后在施加台82处施加牺牲层52。在图4的实施方式中，包含另一树脂的第二树脂浴槽82位于所述模具的下游，以用于施加牺牲层52。第二树脂浴槽82可以与包含用于基体60的树脂的第一树脂浴槽74相似。然后，可以将第二模具84定位在第二树脂浴槽82的下游，以使条带50成形。在实施方式中，第二浴槽82可以与第一模具80的输出端相隔适当距离和/或处于第一模具下面，以允许将芯体56弯曲到第二浴槽82中。

若需要，在将牺牲层52施加至拉挤型条带50的主表面54a、54b的情况下，可以随后将该拉挤型条带50移动至固化炉，在该固化炉中，将拉挤型条带50进一步加热以完全固化条带50，从而将牺牲层52粘接至芯体56的主表面54a、54b。固化炉可以形成拉挤设备的一部分，例如，固化炉可以与拉挤模具成一直线地设置，或者可以与拉挤模具成一体。一旦芯体56中的树脂以及牺牲层52被固化，条带50就可以对应于图3A所示的条带50。

如刚刚描述的，芯体56未完全被固化而是在进入第二树脂浴槽82之前被部分固化。通过仅部分地固化基体60，而不是完全固化基体60，在基体60与牺牲层52之间可以实现更好的粘接。然而，芯体56也可以在进入第二树脂浴槽82之前被完全固化。

可以将用于条带50的表面处理的活化台85定位在固化炉(若存在的话)的下游。所使用的确切活化方法将取决于条带50的表面特性以及所使用的粘合剂。

一种特定活化技术是使用磨蚀材料来使条带50的表面粗糙化，以去除不需要的层并产生粗糙表面纹理。这种机械磨蚀将去除薄弱边界层。它还将改变牺牲层52的被粘物表面62a、62b的表面形貌，从而在微米级增加条带50的可粘接表面积。而且，机械磨蚀可以增强粘合剂66(如图3C所示)“润湿”被粘物表面62a、62b的能力，即，在粘合剂66容易且完全覆盖这些表面62a、62b时。

在实施方式中，可以使用金刚砂纸或其它磨蚀材料来磨蚀条带50。利用磨料获得的被粘物表面62a、62b的所得形貌可以通过修改砂粒粒度或者根据磨料在表面62a、62b上的时间和/或压力来进行控制，例如通过与表面62a、62b的人工打磨相对的自动化活化来进行控制。

通过表面粗糙化进行活化的另一种方法是对表面62a、62b进行喷砂处理，例如进行喷砂、冰冻冲击(cryoblast)或苏打喷射(sodablast)。使用的喷粒类型、粒度、喷射压力、曝光时间、喷射角度以及喷嘴与被粘物表面62a、62b之间的距离可以根据所需的表面光洁度而改变。

另选地或者另外地，可以使用高能表面预处理来活化条带50的被粘物表面62a、62b。例如，火焰、电晕放电以及等离子体(FCDP)和准分子激光。这样的过程可能导致被粘物表面62a、62b的表面纹理发生变化。

条带50的牺牲层52的活化可以作为拉挤处理的延伸而与拉挤处理协调地进行。另选地，可以在拉挤处理的稍后阶段和/或单独位置处对条带50进行活化。在特定实施方式中，可以恰好在将条带50彼此粘接之前对这些条带进行活化。例如，在粘接条带50之前的不到12小时或不到6小时可以对条带进行活化，以避免污染被粘物表面62a、62b。

可以将拉挤型条带50切割成具有为形成翼梁帽或其它细长加强结构所需的长度的单个细长条带。条带50的切割可以在对牺牲层52进行活化之前或之后执行。切割可以与拉挤处理协调地执行，或者可以在单独位置处执行。例如，可以将条带50组装成大卷，以在远离拉挤处理的位置处进行切割和/或活化。

应当清楚，不需要使用如上所述的树脂浴槽82来施加牺牲层52。作为代替，可以在第一模具80的下游通过(例如)辊来施加牺牲层52，该辊可以给出所施加的树脂53的准确厚度。然后，牺牲层52可以在不经过第二模具84的情况下固化。在实施方式中，施加台包括两个辊系统，一个辊系统设置在拉挤型芯体56的上方，一个辊系统设置在拉挤型芯体56的下方。该辊系统储存牺牲层52，并且将材料53分别施加至拉挤型芯体56的相反主表面54a、54b(上表面和下表面)。

在另选实施方式中，施加台包括树脂喷雾器。例如，两个树脂喷雾器可以被设置成使这两个喷雾器中的一个喷雾器处于拉挤型芯体56的上方而另一个喷雾器处于拉挤型芯体56的下方，或者是允许将牺牲层52均匀地喷射到芯体56的主表面54a、54b上的任何其它布置。

在其它实施方式中，该施加台可以与芯体拉挤模具成一体。图5示出了根据本发明的实施方式的结合有施加台的拉挤模具86的横截面图。位于树脂浴槽下游的模具86包括在模具入口90与模具出口92之间延伸的上表面88a和下表面88b(在该示例中由板限定)。

模具86的第一部分94使树脂浸渍纤维78成形以形成条带50的芯体56。在第一部分94中，上表面88a和下表面88b彼此间隔开第一距离95，该第一距离与处理方向垂直并且大致等于芯体56的期望厚度。模具86的第二部分96使包括牺牲层52的整个条带50成形。在第二部分96中，上表面88a和下表面88b形成彼此间隔开也垂直于处理方向的第二距离97的彼此相对的表面。在对牺牲层52进行活化之前，第二距离97大于第一距离95并且大致等于最终条带50的期望厚度t(参见图3A)。

将树脂入口端口98设置在模具86的第一部分94与第二部分96之间，以便在纤维入口90的下游将牺牲层52施加至条带50。模具86还包括在第一部分94与树脂入口端口98之间延伸的过渡部分91，在该过渡部分中，上板88a与下板88b之间的间距从第一距离95逐渐增加至第二距离97。

这样，树脂浸渍纤维78在入口90处进入模具86，并且在第一部分94中成形并部分或完全固化以形成芯体56。从树脂入口98将附加树脂53施加至芯体56，并且在第二部分96中使牺牲层52成形并部分或完全固化到芯体56中，以使在出口92处生成如上面关于图3A描述的具有牺牲层52的条带50。

可以将模具86加热，以使形成芯体56的基体60的树脂在到达牺牲树脂入口端口98时至少部分被固化。以这种方式部分固化基体60可以改善芯体56的机械特性，并因此改善所得到的条带50的机械特性。例如，部分固化可以帮助确保芯体56在施加牺牲层52期间保持必需的纤维密度。通过仅部分地固化基体60，而不是完全固化基体60，在基体60与牺牲层52之间可以实现更好的粘接。

对拉挤处理的上述改进使得条带50具有包含结构纤维58的芯体56以及处于芯体56的外表面上的牺牲层52，这使得能够在不损坏芯体56的纤维58的情况下执行条带50的后续表面活化。活化可以导致具有粗糙表面(至少在微观或分子水平)的条带，从而改善了条带的粘接特性。

图6示出了根据本发明的实施方式的用于制造条带50的处理的流程图。该处理包括多个阶段102、104、106、108、110、112，在这些阶段期间形成根据本发明的条带50。

在阶段102，将诸如上述实施方式所述的碳纤维的干纤维58与适于形成将纤维保持在一起的基体的材料(诸如树脂)组合在一起。

然后，在阶段104，使纤维和基体材料例如在模具中成形，以形成期望芯体轮廓。

在阶段106，可以通过加热至少部分固化芯体。芯体56可以例如通过设置被加热模具而在该模具中被部分固化，或者可以在位于模具下游的固化炉中被固化。

在阶段108，将另一材料添加到芯体的至少一个主表面以形成适于后续活化的牺牲层。该另一材料在施加台处被添加，该施加台可以是第二树脂浴槽、辊、喷雾嘴，或者可以与第一模具成一体，如关于上面的实施方式中的任一实施方式所述的。

在阶段110，然后使条带完全固化，以便将牺牲层52粘接至基体材料60，从而形成可以被有效活化而不会损坏芯体纤维的条带50。这可以涉及将条带50引导通过设置在拉挤模具下游的固化炉，或者可以将拉挤模具加热或以其它方式配置成固化基体材料60。

在阶段112，使条带50在活化台处被活化，以便改善条带50的粘接特性。活化可以涉及通过上述方法中的任一种方法来去除牺牲层52的至少一些。活化台可以与拉挤模具成一直线设置。

在活化之后，接着将条带50切割成多个较小条带，以使可以将多个较小条带彼此粘接来形成风力涡轮机的加强结构。条带50可以在对其进行活化之前或之后被切割。条带50可以按卷组装，以在另一位置进行切割。

通常，该处理包括将纤维拉动通过与上述阶段中的每个阶段有关的多个台。基体材料被添加、成形并且至少部分被固化以形成芯体。牺牲层被添加并被固化到芯体上以形成根据本发明的条带50。

因此，本发明提供了一种可以被活化以改善其粘接特性的条带以及一种制造这种条带的处理。由于可以仅在牺牲层上执行活化，因此活化设备不需要与包含结构纤维的芯体相接触。这样，可以使条带在其整个主表面上被活化而不会损坏条带中的结构纤维，从而克服了与如上所述的现有拉挤型条带相关联的问题。

尽管上述实施方式包括碳纤维，但应当清楚，可以将任何加强纤维结合到芯体以提供该芯体所需的结构特性。

而且，应当清楚，条带或芯体可以具有关于上面的实施方式示出或描述的那些形状和尺寸的另选形状和尺寸。例如，条带可以包括或者可以不包括圆形纵向边缘，或者可以具有弯曲横截面轮廓，从而允许堆叠多个条带，如上所述。这样，可以根据翼梁帽或其它承载部件所需的几何形状来使用其它模具形状。

根据施加方法，本发明的牺牲层可以仅设置在条带的主表面中的一个主表面上、设置在条带的两个主表面上或者可以完全包围条带。

例如，牺牲层的厚度可以通过指定模具的设计来进行调整，并且可以被选择成适应表面活化方法，该方法随后可以被用来磨蚀该牺牲层并提供所需的表面纹理。而且，要用于牺牲层的树脂的类型可以被选择为比拉挤型部件的主芯体中的树脂更便宜。

牺牲层52可以包括诸如在上面的实施方式中所讨论的那些树脂材料，使得牺牲层52可能具有很少或者没有对条带50的承载特性。牺牲层52基本上没有诸如芯体56的连续碳纤维58的连续结构纤维，但是(若需要的话)可以包括在施加到芯体56之前可以添加至该牺牲层52的其它纤维或添加剂。在实施方式中，牺牲层52具有小于5％的纤维体积分数。例如，在优选实施方式中，牺牲层的纤维体积分数为0％。

在本发明的拉挤处理中可以使用许多树脂类型，包括但不限于乙烯基酯树脂和环氧树脂。该处理可以包括使用与在初始拉挤中用于形成基体的树脂材料不同的树脂材料来形成牺牲层。例如，可以将环氧树脂用于基体材料以提供条带的最佳结构特性，而可以将乙烯基酯用于牺牲层以降低条带的成本。应当清楚，还可以使用诸如替代树脂的替代材料。

条带可以基本上完全由树脂和纤维形成，然而根据条带的所需特性，可以存在其它添加剂。

可以通过如上所述堆叠条带50并在铸模工具中执行树脂灌注处理来制造翼梁帽或其它细长加强结构。然后可以将所得到的翼梁帽或其它细长加强结构集成到风力涡轮机叶片中。在其它实施方式中，这些条带可以与叶片的其它结构组件一起直接堆叠在用于叶片半部(blade half)的铸模中，并且可以将树脂灌注处理施加至整个叶片半部，以使同时将翼梁帽形成并集成到叶片半部中。

图7是具有多个翼梁帽224、226、228、230的风力涡轮机转子叶片200的横截面图。叶片200具有外部壳体222，该外部壳体由两个半壳体214、216制成。壳体214、216由玻璃纤维加强塑料(GRP)模制而成。外部壳体222的一部分具有夹心板构造，并且包括由轻质泡沫材料(例如，聚氨酯)制成的叶片芯体，该叶片芯体夹在内部GRP层或“蒙皮”与外部GRP层或“蒙皮”之间。

叶片包括设置在外部壳体222的夹心板区域之间的第一对翼梁帽224、226以及第二对翼梁帽228、230。每对翼梁帽中的一个翼梁帽与迎风外壳成一体，而每对翼梁帽中的另一翼梁帽与背风壳体成一体。各对翼梁帽中的翼梁帽224、226、228、230彼此相对并且沿着叶片200的长度纵向延伸。第一纵向延伸抗剪腹板232桥接第一对翼梁帽224、226，第二纵向延伸抗剪腹板234桥接第二对翼梁帽228、230。抗剪腹板232、234与翼梁帽224、226、228、230结合形成一对I型梁结构，该I型梁结构将载荷有效地从旋转叶片200传递至风力涡轮机(未示出)的轮毂。翼梁帽224、226、228、230具体传递拉伸弯曲载荷和压缩弯曲载荷，而抗剪腹板232、234传递叶片200中的剪应力。

每个翼梁帽224、226、228、230具有大致矩形横截面，并且由如上所述的拉挤型条带50的叠层构成。所述叠层中的条带50的数量取决于条带50的厚度和壳体所需的厚度，但是通常在所述叠层中可以有四个到十二个条带50。

图7所示的风力涡轮机叶片200使用树脂灌注(RI)处理制成，从而将壳体的各种层压层放置在铸模腔中，并向该铸模腔施加真空。然后，将树脂引入铸模中，真空压力使树脂在层压材料层上和周围流动，并灌注到各个层之间的间隙中。为了完成该处理，树脂灌注接头被固化以硬化所述树脂，并将各个层压层粘接在一起以形成叶片200。

因此，本发明不限于上述示例性实施方式，并且在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，许多其它变型例和修改例对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (16)

1.一种拉挤处理，所述拉挤处理用于制造拉挤型条带，所述拉挤型条带适于与一个或更多个类似条带堆叠以形成风力涡轮机叶片的翼梁帽，所述拉挤处理包括：

沿处理方向将树脂涂覆加强纤维拖拽通过拉挤模具，以形成所述条带的芯体；

将另一树脂施加至所述芯体的一个或更多个表面，以形成限定所述条带的被粘物表面的牺牲层；以及

从所述牺牲层去除树脂以活化所述被粘物表面。

2.根据权利要求1所述的拉挤处理，所述拉挤处理还包括：在施加所述另一树脂之前至少部分地固化所述条带的所述芯体中的所述树脂。

3.根据权利要求1或2所述的拉挤处理，所述拉挤处理包括：沿所述处理方向在所述拉挤模具的下游施加所述另一树脂。

4.根据权利要求1或2所述的拉挤处理，其中，所述方法包括以下步骤：将具有所施加的另一树脂的所述芯体拖拽通过另一拉挤模具，以将所述条带形成为最终横截面形状。

5.根据权利要求1或2所述的拉挤处理，所述拉挤处理还包括：在所述模具的第一部分中对所述条带的所述芯体进行成形，并且在所述模具的第二部分中对所述芯体和牺牲层进行成形，其中，所述方法包括以下步骤：在所述模具的所述第一部分与所述第二部分之间向所述模具内的所述芯体施加所述另一树脂。

6.一种由加强材料制成的拉挤型条带，所述拉挤型条带与一个或更多个类似条带堆叠以形成风力涡轮机叶片的翼梁帽，所述拉挤型条带包括：

芯体，所述芯体包括设置在树脂基体内的纤维；以及

牺牲层，所述牺牲层至少部分地覆盖所述芯体的一个或更多个表面，

其中，所述牺牲层是限定所述条带的被粘物表面的树脂层，并且

其中，所述牺牲层具有活化的被粘物表面，所述活化的被粘物表面通过从牺牲层去除树脂而形成。

7.根据权利要求6所述的拉挤型条带，其中，所述牺牲层基本上没有纤维。

8.根据权利要求6或7所述的拉挤型条带，其中，所述牺牲层的厚度在0.1 mm至2 mm的范围内。

9.根据权利要求6或7所述的拉挤型条带，其中，所述牺牲层的厚度在0.1 mm至1 mm的范围内。

10.根据权利要求6或7所述的拉挤型条带，其中，所述牺牲层的厚度在0.1 mm至0.5 mm的范围内。

11.根据权利要求6或7所述的拉挤型条带，其中，所述牺牲层包括与所述芯体中的所述树脂不同的树脂。

12.根据权利要求6或7所述的拉挤型条带，其中，所述牺牲层设置在所述芯体的彼此相反的第一表面和第二表面上。

13.一种风力涡轮机叶片的翼梁帽，所述翼梁帽包括被集成到一起的拉挤型条带的叠层，其中，每个条带是根据权利要求6至12中的任一项所述的拉挤型条带或者是根据权利要求1至5中的任一项所述的处理制成的拉挤型条带。

14.根据权利要求13所述的翼梁帽，其中，每个条带的被粘物表面通过粘合剂粘接至所述叠层中的相邻条带的被粘物表面。

15.根据权利要求13所述的翼梁帽，其中，每个条带的被粘物表面通过固化树脂粘接至所述叠层中的相邻条带的被粘物表面。

16.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括根据权利要求14所述的翼梁帽。

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