CN117136210A - 用于复合面板中由回收纤维增强聚合物材料构成的结构片 - Google Patents

Abstract

一种用于形成用于复合面板中的结构片的方法包括提供压缩模具组件的基板。方法还包括使压缩模具组件的网结构模具放置在基板的顶上。网结构模具限定具有用于网结构的期望形状的腔。此外，方法包括用回收纤维增强聚合物材料的多个碎片填充网结构模具的腔。此外，方法包括使压缩模具组件的盖板放置在网结构模具的顶上，以向网结构模具施加压力。方法还包括向盖板施加热量以加热回收纤维增强聚合物材料的多个碎片，使得回收纤维增强聚合物材料在腔内熔化。另外，方法包括允许熔化的回收纤维增强聚合物材料固化以形成结构片。

Description

用于复合面板中由回收纤维增强聚合物材料构成的结构片

相关申请的交叉引用

该申请要求享有于2021年4月2日提交的编号为63/170,113的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请通过引用以其整体结合于本文中。

技术领域

本公开内容大体上涉及复合面板，且更特别地涉及用于复合面板(诸如，转子叶片)中的由回收增强聚合物材料构成的结构片。

背景技术

风力被认为是目前可得的最清洁、最环境友好的能源中的一个，且在该方面，风力涡轮获得了增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来获取风的动能。转子叶片传送呈旋转能形式的动能，以便转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱(或如果不使用齿轮箱，直接地联接到发电机)。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可部署至公用网。

转子叶片大体上包括典型地使用模制工艺来形成的吸力侧壳和压力侧壳，其在沿叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳是相对轻量的，且具有不构造成承受在操作期间施加于转子叶片上的弯矩和其它负载的结构属性(例如，刚度、抗弯性和强度)。因此，为增加转子叶片的刚度、抗弯性和强度，主体壳典型地使用一个或多个结构构件(例如，其间构造有抗剪腹板的相反翼梁帽)来增强。

翼梁帽典型地由各种材料(包括但不限于玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物)构成。转子叶片的壳大体上通过在壳模具中堆叠纤维织物层来围绕叶片的翼梁帽构建。然后典型地用树脂将层灌注在一起。

随着转子叶片在尺寸上不断增加，常规的灌注工艺经历关于生产更大叶片(例如，超过90米的转子叶片)的挑战。此类挑战可能包括例如灌注质量问题和漫长的修理时间。

此外，现有的性能复合结构(诸如，用于风力涡轮转子叶片、赛艇和/或飞行器中的那些)典型地具有复合夹层面板的大区段作为它们设计的部分。这些面板典型地由在其间夹有芯材(诸如，泡沫、轻木或类似物)的数层纤维增强聚合物构成。例如，在风力涡轮转子叶片中，复合夹层面板可在抗剪腹板、翼梁帽、空气动力学形状的整流罩和/或构成转子叶片的空气动力学主体的面板中找到。

然而，在一些情况下，用于诸如芯材之类的制造材料的供应链可能不高效，或者可能存在短缺。特别地，输入芯板的主要(primary)生产具有相当多的废物。另外，当芯板定形为用于在最终的构件中应用的定制‘套件’时，还有另外的废物生成。然后，当用于最终的构件中时，此类芯材吸收相当大量的树脂，进一步导致相关联的废物和质量。在一些情况下，通过制造工艺所浪费的总芯材可能接近于100％，且树脂吸收可能接近于10％。

因而，本领域不断地寻求用于形成转子叶片及其构件的新的和改进的方法。因此，本公开内容涉及解决前面提到的限制的用于复合面板(诸如转子叶片和/或任何其它适合的应用)中的由回收增强聚合物材料构成的结构片。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来获悉。

在一方面，本公开内容涉及用于形成用于复合面板中的结构片的方法。方法包括提供压缩模具组件，该压缩模具组件限定具有用于网结构的期望形状的腔。压缩模具组件限定具有用于网结构的期望形状的腔。此外，方法包括用回收纤维增强聚合物材料的多个碎片填充压缩模具组件的腔。此外，方法包括向压缩模具组件施加压力和热量以加热回收纤维增强聚合物材料的多个碎片，使得回收纤维增强聚合物材料在腔内熔化。另外，方法包括允许熔化的回收纤维增强聚合物材料固化以形成结构片。

在实施例中，提供压缩模具组件可包括提供压缩模具组件的基板，以及使压缩模具组件的网结构模具放置在基板的顶上，网结构模具限定具有用于网结构的期望形状的腔。

在另一实施例中，向压缩模具组件施加压力和热量以加热回收纤维增强聚合物材料的多个碎片可包括：使压缩模具组件的盖板放置在网结构模具的顶上，以向网结构模具施加压力；以及向盖板施加热量以加热回收纤维增强聚合物材料的多个碎片，使得回收纤维增强聚合物材料在腔内熔化。

在另外的实施例中，方法还可包括将顶部蒙皮模具放置在基板的顶上。因此，在实施例中，熔化的回收纤维增强聚合物材料的至少一部分填充顶部蒙皮模具以在网结构上形成顶部蒙皮。

在备选实施例中，方法可包括在用回收纤维增强聚合物材料的多个碎片填充网结构模具的腔之前将顶部蒙皮设在基板的顶上的顶部蒙皮模具中，使得在允许熔化的回收纤维增强聚合物材料固化之后，顶部蒙皮形成到网结构上。

例如，在实施例中，将顶部蒙皮设在基板的顶上的顶部蒙皮模具中可包括使预制的顶部蒙皮放置在顶部蒙皮模具中。备选地，将顶部蒙皮设在基板的顶上的顶部蒙皮模具中可包括将树脂材料注射到顶部蒙皮模具中以形成顶部蒙皮。

在另一实施例中，回收聚合物材料可包括回收热塑性材料。此外，在实施例中，方法可包括使不同的回收聚合物材料按不同的层增加到压缩模具组件中以提供具有变化的属性的网结构。此外，在实施例中，方法可包括将一层或多层的不同材料增加到网结构的表面以改进结合性。

在另外的实施例中，网结构模具可限定形成于其中的一个或多个粘合剂通道，以用于将一个或多个粘合剂通道形成到网结构中。

在某些实施例中，网结构的期望形状可包括一个或多个渐缩端部。在特定实施例中，网结构的期望形状可包括一个或多个互锁端部。

在另一方面，本公开内容涉及形成制品(article)的方法。方法包括：(a)提供压缩模具组件的基板。方法还包括：(b)将网结构模具放置在基板的顶上，该网结构模具限定具有用于网结构的期望形状的腔。此外，方法包括：(c)用回收纤维增强聚合物材料的多个碎片填充网结构模具的腔。此外，方法包括：(d)使盖板放置在网结构模具的顶上，以向网结构模具施加压力。另外，方法包括：(e)向盖板施加热量以加热回收纤维增强聚合物材料的多个碎片，使得回收纤维增强聚合物材料在腔内熔化。因此，方法包括：(f)允许熔化的回收纤维增强聚合物材料固化以形成结构片。此外，方法包括：(g)将结构片固定到一个或多个蒙皮层以形成制品。应理解，方法还可包括本文中描述的额外步骤和/或特征中的任何。

在另一方面，本公开内容涉及用于形成用于复合面板中的结构片的套件。套件包括压缩模具组件，该压缩模具组件具有基板、用于定位在基板的顶上的网结构模具以及用于定位在网结构模具的顶上以向网结构模具施加压力的盖板。网结构模具限定具有用于形成网结构的期望形状的腔。套件还包括回收纤维增强聚合物材料的多个碎片以及加热源，该加热源用于向回收纤维增强聚合物材料的多个碎片施加热量，使得回收纤维增强聚合物材料在腔内熔化，且固化以形成结构片。应理解，套件还可包括本文中描述的额外特征中的任何。

参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合于该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且与描述一起用来解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域中普通技术人员的本发明的完整且可行(enabling)的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐述，在附图中：

图1示出根据本公开内容的风力涡轮的一个实施例的透视图；

图2示出根据本公开内容的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的透视图；

图3示出图2的模块化转子叶片的分解视图；

图4示出根据本公开内容的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的截面视图；

图5示出根据本公开内容的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的截面视图；

图6示出根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面视图；

图7示出根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面视图；

图8A-8F示出根据本公开内容的(例如使用压缩模具组件)形成制品的方法的一个实施例的工艺流程图；

图9示出根据本公开内容的用于形成制品的套件的一个实施例的分解视图；

图10示出根据本公开内容的结构片的网结构的一个实施例的透视图，特别地示出与顶部蒙皮相同材料的网结构；

图11示出根据本公开内容的结构片的网结构的一个实施例的透视图，特别地示出与顶部蒙皮不同材料的网结构；

图12示出图10的网结构和顶部蒙皮的截面视图；

图13示出图11的网结构和顶部蒙皮的截面视图；

图14A示出根据本公开内容的固定到蒙皮层以形成制品的结构片的一个实施例的透视图；

图14B示出根据本公开内容的结构片的一个实施例的截面视图，特别地示出形成到结构片的网结构中的粘合剂通道；

图15示出根据本公开内容的以90度构造布置的多个结构片的一个实施例的顶视图和透视图；

图16示出根据本公开内容的以45度直列(inline)构造布置的多个结构片的一个实施例的顶视图和透视图；

图17示出根据本公开内容的以60度直列构造布置的多个结构片的一个实施例的顶视图和透视图；

图18示出根据本公开内容的以60度交替构造布置的多个结构片的一个实施例的顶视图和透视图；

图19示出根据本公开内容的经由互锁端部固定在一起的多个结构片的一个实施例的顶视图；

图20示出根据本公开内容的两个相邻结构片的两个互锁端部的一个实施例的透视图；

图21示出根据本公开内容的固定的多个结构片的一个实施例的透视图；以及

图22示出根据本公开内容的固定的多个结构片的一个实施例的透视图，特别地示出处于堆叠构造的结构片。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例通过解释本发明而不是限制本发明的方式提供。事实上，对本领域技术人员将明显的是，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下在本发明中进行各种修改和变化。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可供另一实施例使用，以产生还另外的实施例。因此，意在使本发明覆盖如归于所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变化。

大体上，本公开内容涉及改进的‘构建块’结构或‘片’，其具有用于制造转子叶片面板中的蒙皮和网构造。在实施例中，结构片可由网结构和至少某一个蒙皮构成，该蒙皮由新的或回收的材料(诸如，回收纤维增强热塑性材料)制成。因此，网结构和蒙皮可使用压缩模具组件来压缩，且加热以将构件成形为结构片。因而，网/蒙皮可模制成期望形状以形成结构片，该结构片然后可用于数种应用(诸如，转子叶片、艇和/或飞行器)。

因此，本文中描述的方法提供现有技术中不存在的许多优点。例如，传统的夹层芯材可用本文中描述的回收热塑性材料替代，从而减少相关联的废物。例如，本文中描述的结构片中的主要材料可由回收产品(例如，转子叶片废物)制成，其减少成本和设备(factory)废物。因此，已完成的部分也是可回收的。此外，结构片允许改进工业的和精简的产品和工艺设计，其更适于更高自动化和更高吞吐量的工艺线，以用于更高效地生产转子叶片和叶片构件。更特别地，本公开内容实现用于形成制品(诸如，转子叶片构件)的模块化非灌注制造工艺，其在没有湿工艺的情况下提供更精简且更自动化的工艺。在叶片制造期间，由于它的多孔结构(例如，约四至约五kg/m²)，芯材消耗相当大量的树脂。因此，本公开内容还减少树脂使用、成本和重量。

现在参照图，图1示出根据本公开内容的风力涡轮10的一个实施例。如示出的，风力涡轮10包括塔架12，其上安装有机舱14。多个转子叶片16安装到转子毂18，转子毂18继而连接到主凸缘，该主凸缘转动主转子轴。风力涡轮功率生成和控制构件容纳在机舱14内。图1的视图仅出于说明的目的来提供，以将本发明置于示例性使用领域中。应了解，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外，本发明不限于供风力涡轮使用，而是可在使用树脂材料的任何应用中使用。此外，本文中描述的方法还可应用于制造受益于本文中描述的树脂制剂(formulation)的任何类似结构。

现在参照图2和图3，示出根据本公开内容的转子叶片16的各种视图。如示出的，示出的转子叶片16具有分段的或模块化的构造。还应理解，转子叶片16可包括本领域中现在已知的或以后开发的任何其它适合的构造。如示出的，模块化转子叶片16包括主叶片结构15和固定到主叶片结构15的至少一个叶片节段21。更特别地，如示出的，转子叶片16包括多个叶片节段21。

更特别地，如示出的，主叶片结构15可包括以下任何或组合：预成形叶片根部区段20、预成形叶片末端区段22、一个或多个连续的翼梁帽48、50、51、53、一个或多个抗剪腹板35(图6-7)、固定到叶片根部区段20的额外结构构件52，和/或转子叶片16的任何其它适合的结构构件。此外，叶片根部区段20构造成安装或以其它方式固定到转子18(图1)。另外，如图2中示出的，转子叶片16限定翼展23，翼展23等于叶片根部区段20与叶片末端区段22之间的总长度。如图2和图6中示出的，转子叶片16还限定翼弦25，翼弦25等于转子叶片16的前缘24与转子叶片16的后缘26之间的总长度。如大体上所理解的，随着转子叶片16从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22，翼弦25在长度上大体上可相对于翼展23变化。

特别地参照图2-4，具有任何适合的尺寸和/或形状的任何数量的叶片节段21或面板(本文中也称为叶片壳)大体上可沿纵向轴线27在大体上翼展方向的方向上布置在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间。因此，叶片节段21大体上用作转子叶片16的外壳体/覆盖物，且可限定基本空气动力学的轮廓(诸如，通过限定对称的或弧形的翼型件形状的截面)。

在额外的实施例中，应理解，叶片16的叶片节段部分可包括本文中描述的节段的任何组合，且不限于示出的实施例。更特别地，在某些实施例中，叶片节段21可包括以下任何或组合：压力侧节段44和/或吸力侧节段46(图2和图3)、前缘节段40和/或后缘节段42(图2-6)、无接头节段、单接头节段、多接头叶片节段、J形状的叶片节段，或类似物。

更特别地，如图4中示出的，前缘节段40可具有前压力侧表面28和前吸力侧表面30。类似地，如图5中示出的，后缘节段42中的每个可具有后压力侧表面32和后吸力侧表面34。因此，前缘节段40的前压力侧表面28和后缘节段42的后压力侧表面32大体上限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘节段40的前吸力侧表面30和后缘节段42的后吸力侧表面34大体上限定转子叶片16的吸力侧表面。另外，特别如图6中示出的，前缘节段40和后缘节段42可在压力侧接缝36和吸力侧接缝38处连结。例如，叶片节段40、42可构造成在压力侧接缝36和/或吸力侧接缝38处重叠。此外，如图2中示出的，相邻叶片节段21可构造成在接缝54处重叠。备选地，在某些实施例中，转子叶片16的各种节段可经由构造在重叠的前缘节段40和后缘节段42和/或重叠的相邻前缘节段40或后缘节段42之间的粘合剂(或机械紧固件)来固定在一起。

在特定实施例中，如图2-3和图6-7中示出的，叶片根部区段20可包括与其灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽48、50。例如，叶片根部区段20可根据2015年6月29日提交的题为“Blade Root Section for a Modular Rotor Blade and Method ofManufacturingSame(用于模块化转子叶片的叶片根部区段和其制造方法)”的编号为14/753,155的美国申请来构造，该美国申请通过引用以其整体结合于本文中。

类似地，叶片末端区段22可包括与其灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽51、53。更特别地，如示出的，翼梁帽48、50、51、53可构造成抵靠转子叶片16的叶片节段21的相反内表面接合。此外，叶片根部翼梁帽48、50可构造成与叶片末端翼梁帽51、53对准。因此，翼梁帽48、50、51、53大体上可设计成控制在风力涡轮10的操作期间在大体上翼展方向的方向(平行于转子叶片16的翼展23的方向)上作用于转子叶片16上的弯曲应力和/或其它负载。另外，翼梁帽48、50、51、53可设计成承受在风力涡轮10的操作期间发生的翼展方向的压缩。此外，翼梁帽48、50、51、53可构造成从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22或其一部分。因此，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末端区段22可经由它们相应的翼梁帽48、50、51、53连结在一起。

参照图6-7，一个或多个抗剪腹板35可构造在一个或多个翼梁帽48、50、51、53之间。更特别地，抗剪腹板35可构造成增加叶片根部区段20和/或叶片末端区段22中的刚性。此外，抗剪腹板35可构造成封闭叶片根部区段20。

另外，如图2和图3中示出的，额外结构构件52可固定到叶片根部区段20且在大体上翼展方向的方向上延伸，以便向转子叶片16提供另外的支承。例如，结构构件52可根据2015年6月29日提交的题为“Structural Component for aModularRotorBlade(用于模块化转子叶片的结构构件)”的编号为14/753,150的美国申请来构造，该美国申请通过引用以其整体结合于本文中。更特别地，结构构件52可在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间延伸任何适合的距离。因此，结构构件52构造成为转子叶片16提供额外的结构支承，且为本文中描述的各种叶片节段21提供可选的安装结构。例如，在某些实施例中，结构构件52可固定到叶片根部区段20且可延伸预定的翼展方向的距离，使得前缘节段40和/或后缘节段42可安装到其。

现在参照图8A-22，本公开内容涉及用于形成聚合物制品(诸如，本文中描述的转子叶片构件中的任何)的系统和方法。更特别地，图8A-8F示出根据本公开内容的例如使用压缩模具组件102形成制品的方法100的一个实施例的工艺流程图。图9示出根据本公开内容的用于形成制品的套件200的一个实施例的分解视图。图10-22进一步示出根据本公开内容的用于形成聚合物制品的系统和方法的其它实施例和细节。

因而，在某些实施例中，制品可包括转子叶片壳(压力侧壳、吸力侧壳、后缘节段、前缘节段等)、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末端、叶片根部或任何其它转子叶片构件。大体上，方法100在本文中描述为实施成用于制造上文描述的转子叶片构件。然而，应了解，所公开的方法100可用来制造任何其它的转子叶片构件以及任何其它制品(诸如，船舶、飞行器或类似物)。另外，虽然图8A-8F出于说明和论述的目的来描绘以特定顺序执行的步骤，但本文中描述的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文中提供的公开内容，本领域技术人员将了解，方法的各种步骤可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或调整。

如图8A和图9中示出的，方法100包括提供压缩模具组件102的基板104。如图8B和图9中示出的，可选地，方法100可包括将顶部蒙皮模具105放置在基板104的顶上。例如，如示出的，顶部蒙皮模具105限定顶部蒙皮108的形状107。因此，在实施例中，如图8C和图9中示出的，方法100可包括将顶部蒙皮108设在基板104顶上的顶部蒙皮模具105中。例如，此类蒙皮可具有I形梁构造或任何其它适合的形状以增加稳定性和抗弯性。此外，在实施例中，顶部蒙皮108可为各向同性或单向的蒙皮。

此外，如图8D和图9中示出的，方法100包括将网结构模具106放置在基板104的顶上。在此类实施例中，如示出的，网结构模具106限定具有用于形成网结构112的期望形状的腔110。因此，本文中描述的网结构112可具有任何适合的形状，且可针对制品(诸如，转子叶片16)的不同部分根据局部负载状况、强度、质量、成本等来设计成不同的形状。在实施例中，网结构112可具有蜂窝构造，以在转子叶片16的根部区段处提供各向同性的材料属性，其可通过在末端区域处与主要负载的方向对准的肋来优化。

在另外的实施例中，如图8A-8F和图9中示出的，基板104、顶部蒙皮模具105、顶部蒙皮108、网结构模具106和/或盖板116可包括其中形成的一个或多个粘合剂通道122，使得当形成网结构112时，在网结构112中形成一个或多个粘合剂通道124。

此外，如图8E和图9中示出的，方法100包括用多个纤维增强聚合物材料114的碎片填充网结构模具106的腔110，纤维增强聚合物材料114可为新材料或回收材料。例如，在实施例中，回收聚合物材料可包括回收热塑性材料，诸如，来自先前叶片制造工艺的切碎的热塑性碎屑(典型的树脂系统可为来自Arkema公司的基于PMMA的系统)。因此，在某些实施例中，由于从先前叶片制造工艺中回收的性质，回收纤维增强聚合物材料114可具有高纤维分数(FvF)，其可根据本文中使用的压缩模制技术的需要进行修改。例如，在实施例中，增加固化的MMA基树脂可能是有益的。在此类实施例中，具有减少的FvF的“干”模制化合物还可改进模制工艺且仍提供适合的机械属性。备选地，增加未固化的MMA基树脂可能是有益的。在此类实施例中，“湿”模制化合物可减少FvF或便于引入另外的干填充物或结构增强物，比如连续的干纤维。在还另外的实施例中，可增加另外的MMA基树脂和/或发泡/成核剂以减小模制部分的密度，同时保留对于它的应用来说适合的机械属性。在额外的实施例中，还另外的热塑性材料等可增加到回收纤维增强聚合物材料114来改进材料与其它化学物质的相容性，以改进特定的属性(诸如，结合、UV稳定性等)和/或受益于所结合材料的特定的属性。

预制或拉挤部分还可在制造结构片118之前实施到回收纤维增强聚合物材料114中。在此类实施例中，回收纤维增强聚合物材料114的制剂可调节为适合且与各种插入物相容的。此类插入物可为例如预固化复合部分、技术热塑性模制物(例如，线、固定物)、预固化层压物、拉挤物(单向增强物)和/或金属或合金构件。

应理解，回收热塑性材料可包括任何适合的热塑性材料，包括半晶态热塑性材料和非晶态热塑性材料两者。另外，此类回收的热塑性材料大体上用纤维材料增强。在另外的实施例中，纤维材料可包括相对长的纤维，诸如大于约10毫米(mm)，更优选地约15mm，且还更优选地约20mm。

示例性半晶热塑性材料大体上可包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物、丁烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或缩醛。更特别地，示例性半晶态热塑性材料可包括聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚丙烯、聚(苯硫醚)、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮，或任何其它适合的半晶态热塑性材料。

如本文中描述的非晶态热塑性材料大体上包含在性质上可逆的塑性材料或聚合物。例如，非晶态热塑性材料典型地在加热到某一温度时变得柔性或可模制，且在冷却时返回到较刚性的状态。一些示例性非晶态热塑性材料大体上可包括但不限于苯乙烯、乙烯基、纤维素、聚酯、丙烯酸树脂、聚砜和/或酰亚胺。更特别地，示例性非晶态热塑性材料可包括聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、PETG、聚碳酸酯、聚(醋酸乙烯酯)、非晶态聚酰胺、聚(氯乙烯)(PVC)、聚(偏二氯乙烯)、聚氨酯或任何其它适合的非晶态热塑性材料。此类可灌注热塑性材料还可铸造、复合、挤出或拉挤，且可包括增强纤维以产生适合用于模制或3D打印工艺的粒料或与任何其它适合的热塑性材料混合组合使用。

另外，本文中提供的某些热塑性树脂(诸如，PMMA和聚酰胺)例如可经由VARTM灌注或本领域中已知的其它适合的灌注方法浸渍到结构织物中。可灌注的基于PMMA的树脂系统的一个示例可为在此类实施例中，可灌注的热塑性材料可作为树脂和催化剂的低粘度混合物灌注到织物/纤维材料中。

现在参照图8F和图9，方法100包括使盖板116放置在网结构模具106的顶上以向网结构模具106施加压力。在某些实施例中，由于回收纤维增强聚合物材料114的潜在高纤维负载，本文中使用的模制技术(例如，压制、注射或其组合)可对纤维定向具有期望的影响，以便主要受益于压缩、剪切、拉伸和/或其它属性。

另外，如图8F中示出的，方法100还可包括例如经由加热源125向盖板116施加热量以加热多个回收纤维增强聚合物材料114的碎片，使得回收纤维增强聚合物材料114在腔110内熔化。因此，方法100还包括允许熔化的回收纤维增强聚合物材料114固化以形成结构片118。因此，在固化之后，方法100还可包括将结构片118固定到一个或多个蒙皮层以形成制品。

可参照图10-14来进一步理解用于形成制品的系统和方法。在特定实施例中，如图10-13中示出的，提供本文中描述的顶部蒙皮108的不同实施例。更特别地，图10和图12示出由相同材料形成的网结构112和顶部蒙皮层108。在此类实施例中，例如，在将顶部蒙皮模具105放置在基板104顶上之后，熔化的回收纤维增强聚合物材料114的至少一部分填充顶部蒙皮模具105以在网结构112上形成顶部蒙皮108。备选地，图11和图13示出由不同材料形成的网结构112和顶部蒙皮108。例如，在此类实施例中，将顶部蒙皮108设在基板104顶上的顶部蒙皮模具105中可包括使预制的顶部蒙皮(例如，如图9中示出的)放置在顶部蒙皮模具105中。在还另外的实施例中，将顶部蒙皮108设在基板104顶上的顶部蒙皮模具105中可包括将树脂材料注射到顶部蒙皮模具105中以形成顶部蒙皮108。

现在参照图14A，结构片118(其可包括网结构112和顶部蒙皮108两者)然后可与一个或多个蒙皮层120相邻放置且固定到一个或多个蒙皮层120，以用于进一步形成制品。在例如其中蒙皮层120用来形成转子叶片面板的某些实施例中，蒙皮层120可为弯曲的。此外，结构片118可使用任何适合的手段(诸如，经由粘合剂结合或焊接)来结合到蒙皮层120。更特别地，在实施例中，粘合剂结合可包括手动结合、自动分配(例如，带铺设)和/或点结合。在此类实施例中，可使用压敏粘合剂。更特别地，还提供本文中描述的粘合剂通道122、124以辅助粘合剂结合工艺。例如，如图14B中示出的且特别经由箭头128示出，可通过形成的粘合剂通道124提供粘合剂，且粘合剂可流过通道124且在网结构112和蒙皮层120之间流出网结构112的底部。因而，结构片118可容易固定到蒙皮层120。在另外的实施例中，焊接可包括热焊接、溶剂焊接、水泥焊接、搅拌摩擦焊接、热塑焊接或类似物。

在还另外的实施例中，蒙皮层120可为干纤维，使得对纤维的机械锁定可有助于树脂中的剪切负载弱点。在额外的实施例中，结构片118还可在放置在最终的叶片壳中之前预组装。这将取决于数个因素，诸如，精度、工艺速度和/或设备流程/对模具的取用等。

在某些实施例中，本文中描述的蒙皮层120可由具有富含树脂的表面或具有PMMA膜的/>树脂构成。还另一实施例可包括具有聚碳酸酯膜的基于/>的蒙皮。特别地，在实施例中，/>可与PETG和/或其它热塑性聚酯(诸如，PET、PBT等)组合使用。在此类实施例中，可对这些组合进行定制和/或改进以防止/>侵害某些膜(其形成已完成制品的部分)。

在另外的实施例中，蒙皮层120的材料可选择为使得材料可回收。在此类实施例中，额外的聚合物树脂制剂以及工艺废料可通过研磨材料并将研磨的材料重新复合为可模制为新零件(诸如，新的网结构112)的粒料来回收。例如，在一个实施例中，回收的粒料可用于随后的网形成、注射模制中，或挤出为其它零件以用于其它应用中。另外，可向网结构112增加发泡剂以用于减小其密度。

一旦结构片118形成，它们可进一步处理以包括结合表面，如果需要，该结合表面可通过剥离层板的去除、表面磨蚀等来做准备。此外，在某些实施例中，本文中描述的结构片118可制造为可与其它结构片连结(例如，通过机械或者化学的方法)的相对小的件或构件。例如，在实施例中，结构片118可形成为使得操作者可容易将片118在制造设施处从一个位置运送和操纵到另一个。在一个实施例中，例如，结构片118在一个尺度上可在约200mm至约300mm的范围内。在其中蒙皮层120用来形成转子叶片面板且因此弯曲的还另外的实施例中，结构片118的小尺寸允许片118以可适应蒙皮层120弯曲的方式布置。在此类实施例中，在结构片118具有此类小尺度的情况下，蒙皮层120的弯曲可吸收于粘合剂层内。

此外，在实施例中，结构片118可按计划布置放置到叶片蒙皮壳中且通过粘合剂保持就位。在此类实施例中，粘合剂可在放置之前施加到壳体或片118，或者它可在片放置之后注射到接口中(通过整体的粘合剂通道124)。另外，在某些实施例中，所使用的粘合剂可具有非常快的固化时间(即，大约几秒)。此外，本文中描述的粘合剂可化学催化/固化或者用热量和/或紫外光引发。

现在参照图15-18，示出本文中描述的结构片118的不同实施例。图15示出以90度构造布置的多个结构片118。图16示出以45度直列构造布置的多个结构片118。图17示出以60度直列构造布置的多个结构片118。图18示出以60度交替构造布置的多个结构片118。还另外的构造也在本公开内容的精神和范围内。

现在参照图19-21，且如先前提到的，单独结构片118的网结构112可形成有任何适合的几何形状。例如，在转子叶片16的典型区域中，结构片118中的大部分可为标准的尺度和图案。然而，在某些实施例中，设计可能需要每个区域的前缘和后缘具有渐缩的在高度上的减小。更特别地，如图21中示出的，结构片118的几何形状可包括一个或多个渐缩端部130，即，以有助于负载通过结构片118转换到一个或多个蒙皮层120。

此外，如图19和图20中示出的，网结构112的期望形状可包括一个或多个互锁端部126。更特别地，在实施例中，如果期望，每个片118可用具有某一旋转灵活性的互锁接头/重叠接头来连接到它的邻近片。因此，在此类实施例中，结构片118可布置在蒙皮层120上，且容易固定在一起以向在形成的面板提供任何期望的强度、抗弯性等。

在额外的实施例中，如图22中示出的，网结构112中的一个或多个还可堆叠以实现结构片118的期望高度，其中过渡元件用于高度和用于网密度。在此类实施例中，结构片可布置成使得总体结构具有变化的高度(即，在如示出的中心处或在任何其它适合的位置中，高度更大)。此外，如示出的，堆叠结构的不同的层还可具有渐缩端部130。另外，设计还可需要在转子叶片16的翼展方向/径向方向上的高度上的调节。此类修改可通过使结构片118在不同的翼展方向的区中具有定制高度或者通过使每个结构片118由数个较小高度的片组成且该数量在径向区之间根据需要所改变来实现。

除了本文中描述的模制技术之外，由类似的热塑性材料、相容的热固性材料和/或玻璃/碳纤维增强物制成的预制和/或预固化的插入件还可局部定位在网结构模具106中，使得当应用上文描述的压力和温度的组合时，产生与回收纤维增强聚合物材料114的牢固连接。

此外，在备选实施例中，可首先熔化回收纤维增强聚合物材料114，使得使用例如注射螺杆将熔化的回收纤维增强聚合物材料114注射到网结构模具106中。在此类实施例中，纤维可在网结构模具106内定向，从而为构件提供期望的各向异性的属性。在又另一实施例中，还可使用注射模制和压制模制的组合。

当在压制模制中使用未固化的材料时，可发生收缩。然而，在此类实施例中，可控制该收缩。在实施例中，例如，收缩部分可保留在网结构模具106的一侧上，其中，由于收缩，相反侧为空隙或腔。在该局部腔中且在模制周期结束之前，富含树脂的层或者具有特定属性(例如，粘合性、环境稳定性、形貌等)的类似的化学物质或其它类型的化学物质可注射并原位凝固。该富含树脂的层可在再加热到高温时用作粘合剂，或者为基部以便于粘合至其它基材。

该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域中的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (42)

1.一种用于形成用于复合面板中的结构片的方法，所述方法包括：

提供压缩模具组件，所述压缩模具组件限定具有用于网结构的期望形状的腔；

用回收纤维增强聚合物材料的多个碎片填充所述压缩模具组件的腔；

向所述压缩模具组件施加压力和热量以加热回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片，使得所述回收纤维增强聚合物材料在所述腔内熔化；以及

允许熔化的回收纤维增强聚合物材料固化以形成所述结构片。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述压缩模具组件还包括：

提供所述压缩模具组件的基板；以及

使所述压缩模具组件的网结构模具放置在所述基板的顶上，所述网结构模具限定具有用于所述网结构的期望形状的腔。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，向所述压缩模具组件施加压力和热量以加热回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片还包括：

使所述压缩模具组件的盖板放置在所述网结构模具的顶上，以向所述网结构模具施加压力；以及

向所述盖板施加热量以加热回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片，使得所述回收纤维增强聚合物材料在所述腔内熔化。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括将顶部蒙皮模具放置在所述基板的顶上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述熔化的回收纤维增强聚合物材料的至少一部分填充所述顶部蒙皮模具以在所述网结构上形成顶部蒙皮。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括在用回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片填充所述网结构模具的腔之前将顶部蒙皮设在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中，使得在允许所述熔化的回收纤维增强聚合物材料固化之后，所述顶部蒙皮形成到所述网结构上。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述顶部蒙皮设在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中还包括使预制的顶部蒙皮放置在所述顶部蒙皮模具中。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述顶部蒙皮设在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中还包括将树脂材料注射到所述顶部蒙皮模具中以形成所述顶部蒙皮。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，回收聚合物材料包括回收热塑性材料。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括使不同的回收聚合物材料按不同的层增加到所述压缩模具组件中以提供具有变化的属性的网结构。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括将一层或多层的不同材料增加到所述网结构的表面以改进结合性。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述网结构模具进一步限定形成于其中的一个或多个粘合剂通道，以用于将一个或多个粘合剂通道形成到所述网结构中。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网结构的期望形状包括一个或多个渐缩端部。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网结构的期望形状包括一个或多个互锁端部。

15.一种形成制品的方法，所述方法包括：

(a)提供压缩模具组件的基板；

(b)将网结构模具放置在所述基板的顶上，所述网结构模具限定具有用于网结构的期望形状的腔；

(c)用回收纤维增强聚合物材料的多个碎片填充所述网结构模具的腔；

(d)使盖板放置在所述网结构模具的顶上，以向所述网结构模具施加压力；

(e)向所述盖板施加热量以加热回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片，使得所述回收纤维增强聚合物材料在所述腔内熔化；

(f)允许熔化的回收纤维增强聚合物材料固化以形成结构片；以及

(g)将所述结构片固定到一个或多个蒙皮层以形成所述制品。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括将顶部蒙皮模具放置在所述基板的顶上。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述熔化的回收纤维增强聚合物材料的至少一部分填充所述顶部蒙皮模具以在所述网结构上形成顶部蒙皮。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括在用回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片填充所述网结构模具的腔之前将顶部蒙皮设在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中，使得在允许所述熔化的回收纤维增强聚合物材料固化之后，所述顶部蒙皮形成到所述网结构上。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述顶部蒙皮设在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中还包括使预制的顶部蒙皮放置在所述顶部蒙皮模具中。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述顶部蒙皮设在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中还包括将树脂材料注射到所述顶部蒙皮模具中以形成所述顶部蒙皮。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，回收聚合物材料包括回收热塑性材料。

22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述网结构的期望形状包括一个或多个渐缩端部。

23.根据权利要求15所述的方法，还包括重复步骤(a)到(f)以形成多个结构片。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括将所述多个结构片布置到所述一个或多个蒙皮层上以形成所述制品。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述多个结构片中的每个包括一个或多个互锁端部。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括固定所述多个结构片中的相邻结构片的一个或多个互锁端部。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述网结构模具进一步限定形成于其中的一个或多个粘合剂通道，以用于将一个或多个粘合剂通道形成到所述多个结构片中的每个中。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，将所述结构片固定到所述一个或多个蒙皮层以形成所述制品还包括通过在所述多个结构片中的每个中形成的所述一个或多个粘合剂通道注射粘合剂，使得所述粘合剂在所述结构片中的每个与所述一个或多个蒙皮层之间流过所述一个或多个粘合剂通道且在固化时将所述结构片中的每个固定到所述一个或多个蒙皮层。

29.根据权利要求15所述的方法，其中，所述制品包括转子叶片壳、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末端或叶片根部中的至少一者。

30.根据权利要求15所述的方法，还包括使不同的回收聚合物材料按不同的层增加到所述压缩模具组件中以提供具有变化的属性的网结构。

31.根据权利要求15所述的方法，还包括将一层或多层的不同材料增加到所述网结构的表面以改进结合性。

32.一种用于形成用于复合面板中的结构片的套件，所述套件包括：

压缩模具组件，所述压缩模具组件包括基板、用于定位在所述基板的顶上的网结构模具以及用于定位在所述网结构模具的顶上以向所述网结构模具施加压力的盖板，所述网结构模具限定具有用于形成网结构的期望形状的腔；

回收纤维增强聚合物材料的多个碎片；以及

加热源，所述加热源用于向所述盖板施加热量以加热回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片，使得所述回收纤维增强聚合物材料在所述腔内熔化，且固化以形成结构片。

33.根据权利要求32所述的套件，还包括用于定位在所述基板的顶上的顶部蒙皮模具。

34.根据权利要求33所述的套件，其中，熔化的回收纤维增强聚合物材料的至少一部分填充所述顶部蒙皮模具以在所述网结构上形成顶部蒙皮。

35.根据权利要求33所述的套件，还包括在用回收纤维增强聚合物材料的所述多个碎片填充所述网结构模具的腔之前使顶部蒙皮在所述基板的顶上的所述顶部蒙皮模具中，使得所述顶部蒙皮形成到所述网结构上。

36.根据权利要求35所述的套件，其中，所述顶部蒙皮是预制的。

37.根据权利要求35所述的套件，其中，通过将树脂材料注射到所述顶部蒙皮模具中来在所述顶部蒙皮模具中形成所述顶部蒙皮。

38.根据权利要求32所述的套件，其中，回收聚合物材料包括回收热塑性材料。

39.根据权利要求32所述的套件，其中，所述网结构模具进一步限定形成于其中的一个或多个粘合剂通道，以用于将一个或多个粘合剂通道形成到所述网结构中。

40.根据权利要求32所述的套件，其中，所述网结构的期望形状包括一个或多个渐缩端部。

41.根据权利要求32所述的套件，其中，所述网结构的期望形状包括一个或多个互锁端部。

42.根据权利要求32所述的套件，还包括发泡剂，所述发泡剂用于减小所述网结构的密度。