DK176541B1

DK176541B1 - Laminat eller en sandwich-konstruktion med formbart kernemateriale

Info

Publication number: DK176541B1
Application number: DK200501374A
Authority: DK
Inventors: Torben Krogsdal Jacobsen
Original assignee: Lm Glasfiber As
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2008-07-28
Also published as: US8178183B2; EP1937468A1; CN101277814B; US20090186185A1; WO2007048409A1; DK200501374A; EP1937468B1; CN101277814A

Description

DK 176541 B1

Laminat siler en sandwich-konstruktion med formbart kernemateriale

Opfindelsen angår et laminat eller en sandwich-konstruktion med et kerne- materiale, 5

Baggrund

Ved fremstilling af kompositemner er det ofte ønskværdigt for at opnå de ønskede strukturelle egenskaben at emnet får en vis tykkelse, dog helst uden at emnets vægt øges væsentligt. Dette kan opnås ved sandwich-konstruktioner, 10 hvor et relativt tykt og let lag kernemateriale afgrænses på begge sider af et eller flere stivere og stærkere lag. Som kernemateriale anvendes ofte polymert skum, såsom opskummet PVC, balsatræ eller et materiale med en bo-neycomb-strukfur. Disse materialer har dog flere væsentlige ulemper. Dels er de relativt dyre materialer, og dels er materialerne vanskelige at tilpasse til 15 kompositemner med mere komplicerede geometrier. Særligt krumme eller, endnu værre, dobbettkrumme flader udgør et problem. Her kan kernematerialet enten skæres til i de rette dimensioner og former, hvilket dels er en meget tids- og arbejdskrævende proces og dels medfører et betragteligt mate-riaiespiid, eller man kan lave snit fra den ene eller begge sider af kememate-20 dalet, hvorved det bedre kan tilpasses en krum overflade. Sidstnævnte medfører imidlertid, at de områder, hvor snittene åbnes og danner kiler, vil fyldes med resin under støbningen af kompositemnet, hvilket derfor i sin færdige tilstand vil udvise varierende styrke og stivhedsmæssige egenskaber hen igennem materialet 25

Fra WO 2004/087410 kendes en fiberforstærket struktur til fremstilling af kompositemner bestående af to fiberforstærkede lag på hver side af et kernelag. Kernelaget er her dannet af en mængde lange fibre på eller imellem hvilke separate legemer som for eksempel hule glaskugler fastholdes. Kerneia-30 get syes sammen med fiberlagene. Dette kernelag er mere fleksibelt end de førnævnte kernematerialer som eksempelvis balsatræ, men kemeiaget kan OK 178541 B1 2 stadig ikke tilpasses krumme eller dobbeltkrumme overflader uden at skulle skæres i passende stykker.

Formål og beskrivelse af opfindelsen 5 Det er formålet med opfindelsen at frembringe et kernemateriale til anvendelse i et laminat eller 1 en sandwich-konstruktion, således at ovennævnte problemer undgås.

Nærværende opfindelse angår således et laminat eller en sandwich-10 konstruktion af flere lag materiale og mindst et kernemateriale, hvilket kernemateriale omfatter mindst et ydre lag af et i det mindste delvist permeabeit materiale, hvilket ydre lag danner mindst et rum, hvori er placeret et fyldstof af frit bevægelige separate emner. Kernematerialet kan med lige store fordele anvendes såvel Ϊ laminater generelt som I sandwich-konstruktioner. Når 15 der i det følgende omtales laminater, skal det således forstås som også omfattende sandwich-konstruktioner, idet fyldstoffet består af frit bevægelige separate emner, opnås det fordelagtige, at kernematerialet bliver meget fleksibelt og derfor let kan tilpasses og draperes i alle slags forme, også eksempelvis krumme og dobbeltkrumme forme. Det her beskrevne kernemateriale 20 er ligeledes fordelagtigt ved at være enkelt og billigt af fremstille, ligesom det er hurtigt og meget enkelt at lægge ud i en form.

En udførselsform angår et laminat eller en sandwich-konstruktion, hvor et kernemateriale omfatter flere kanalformede mm, flere rum i et rudeformet 25 mønster eller rum i et mønster tilpasset laminatets eller sandwich- konstruktionens form. Ved at lave flere rum kan fyldstoffet styres mere præcist, og en ensartet, egal og jævn fordeling sikres selv ved udlægning af kernematerialet på skrånende overflader. Ved en jævn fordeling af fyldstoffet sikres ligeledes en jævn fordeling af resinen i det færdige laminat eller sartd-30 wich-konstruktion, hvilket har betydning for laminatets eller sandwich- konstruktionens endelige styrke. Ydermere er opfindelsen fordelagtig ved, at DK 176541 B1 3 mængden og arten af fyldstof kan styres og varieres fra rum til rum i kernematerialet, hvis egenskaber såsom styrke, stivhed, tykkelse, vægt og draper-barhed derved kan skræddersyes tit det endelige laminat eller sandwich-konstruktion. Ligeledes kan selve formen af kernematerialets ydre skrædder-5 syes til laminatets eller sandwich-konstruktionens form, således at rynker og foldninger kan undgås helt.

Yderligere en udførselsform angår et laminat eller en sandwich-konstruktion, og et kernemateriale ifølge ovenstående og omfattende rum. som i det mind-10 ste delvist ligger over hinanden. Hermed kan på enkel vis sikres en jævn fordeling af fyldstof hen igennem hele kernematerialet, idet de relativt fyldstof-fattige områder omkring sammenføjninger mellem to mm kan deles af et overlappende rum. Ligeledes er det herved muligt at bygge endog meget tykke kernematerialer op uden dog at miste dets fleksibilitet og draperbarhed.

15 I en udførselsform er kernematerialets ydre lag dannet af mindst et sammen-tøjet lag, hvilket er en enkel og let måde at danne rum på.

I en udførselsform af opfindelsen er kernematerialets mindst ene Sag i det 20 mindste delvist sammenføjet ved syning, limning eller svejsning, hviike er enkle og hurtige sammenføjningsteknikker

Det i det mindste delvist permeable materiale i kernematerialet kan være fremstillet som væv, filt og/eller fleece, hvorved sikres, at materialet er gen-25 nemtrængeligt for resinen under støbningen, samtidig med at materialet stadig er fleksibelt og let at bearbejde.

Fyldstoffet til kernematerialet omfatter ifølge opfindelsen huie glasemner eller andre hule materialer som for eksempel cpskummet plast. Disse materialer 30 er fordelagtige ved at besidde et stort volumen i forhold til deres vægt, Sige- OK 176541 B1 4 som de kan virke som forstærkning af resinen i det færdige laminat eiier sandwich-konstruktion.

Opfindelsen angår endvidere en vinge tii et vindenergianlæg, som omfatter et 5 iaminat eller sandwich-konstruktion ifølge et eiier fiere elementer af ovenstående, Fordelene hermed ligesom for de efterfølgende udførselsformer er som nævnt ovenfor.

Opfindelsen omhandler ligeledes en metode til fremstilling af et iaminat eiier 10 sandwich-konstruktion omfattende flægning af fiere lag materiale i en form, resi nti iførse I og efterfølgende hærdning, og som yderligere omfatter i et område af formen, inden resinen tilføres at udlægge et kernemateriale omfattende mindst et ydre lag af et i det mindste deivist permeabeit materiale, hvilket ydre lag danner mindst et rum, hvori er placeret et fyidstof af frit bevæge-15 lige separate emner.

En udførselsform angår en metode til fremstilling af et laminat eller sandwich-konstruktion ifølge det ovenfor beskrevne, hvor fyldstoffet i kernematerialet fikse res ved tilførsel af resin, 20

Ligeledes angår opfindelsen en metode tii fremstilling af et laminat eller sandwich-konstruktion, som yderligere omfatter trinene at danne mindst et rum af et i det mindste delvist permeabeit materiale og fylde fyldstof i rummet Fordelene hermed er som nævnt ovenfor.

25

En udførselsform angår ydermere en metode til fremstilling af et laminat eller sandwich-konstruktion, hvor dannelsen af første rum ved sammenføjning af to i det mindste delvist permeable lag, hvorefter yderligere et eller flere rum dannes i det mindste delvist liggende over de første rum ved forskudt sam-30 menfejning af et yderligere lag til det ene af de første to lag.

5 OK 176541 B1

Kort beskrivelse af tegninger i de følgende beskrives opfindelsen med henvisning til figurerne, hvor 5 figur 1 viser et kernemateriale ifølge opfindelsen med et fyldstof i kanaler dannet af to sammensyede lag, figur 2 viser en form med forskellige materialelag under fremstilling af et 10 kompositemne ved VARTM-processen (Vaccum Assisted Resin Transfer Moulding), figur 3-4 viser forskellige udførselsformer af kernematerialet med rudeforme-· de hulrum, 15 figur 5 viser et kernemateriale med varierende mængde fyldstof s hulrummene, figur 6 viser et kernemateriale opbygget af flere lag og med delvist overlap-20 pende hulrum, og figur 7 viser yderligere en udførselsform af et kernemateriale ifølge opfindelsen.

25 Beskrivelse af udførelsesformer I figur 1 er skitseret et kernemateriale 101 til brug ved fremstilling af et lami-nat eller en sandwich-konstruktion ifølge denne opfindelse, Kernematerialet består i den viste udførselsform af et ydre 110, som i dette tilfælde er dannet af to lag materiale 102, som er syet eller på anden vis sammenføjet med 30 langsgående sømme 103. I rummene 104, som her er kanalforniede, imellem de to lag 102 er placeret et fyldstof 105, som består af en mængde separate 8 o DK 176541 B1 emner 108, Eftersom emnerne er separate og kan skubbes og flyttes rundt inde imellem lagene er kernematerialet meget fleksibelt og kan meget let tilpasses og draperes i den ønskede form, samtidig med at det er let at håndtere. Fyldstoffet er her vist som små kugler af forskellige størrelser, men kan 5 ligeledes have andre former eller være irregulære. Fyldstoffet kan være fremstillet af et materiale, som ikke indgår umiddelbart i kemisk forbindelse med resinen. Vigtigt for valget af materiale og form er, at det har en stor fylde i forhold til dets vægt. Eksempler på fyldstof kan være små hule glaskugler, eller en ekspanderet eller opskummet plast såsom polystyren, polyvinylchlo-10 rid eller lignende.

Det ydre 110 omsluttende fyldstoffet 105 kan i det mest generelle tilfælde bestå af et enkelt lag materiale 102, som på en eller anden vis er sammenføje! så det danner et rum. Forskellige sammenføjningsteknikker kan tænkes 15 velegnede såsom eksempelvis syning, svejsning eller limning - såvel ved kontinuert som ikke-kontinuert sammenføjning.

I figur 2 er skitseret et tværsnit gennem en form 201, hvori et laminat skal fremstilles. I formen er først lagt nogle lag fiberforstærket materiale 202, 20 hvorefter kernematerialet 101 placeres og herover yderligere et anta! lag 202.

Hvis laminatet fremstilles ved resininjektion under vakuum - den såkaldte VARTM-proces (Vaccum Assisted Resin Transfer Moulding) - lægges nogle indløbsrør til resinen oven på de materialeiag, som skal indgå i laminatet. Herefter lukkes formen med en vakuumdug, og resinen tilføres. Kemematerl· 25 alets lag 102 omsluttende fyldstoffet 105 er helt eller delvist permeabeit for resinen, således at resinen under støbningen kan trænge igennem alle lag I laminatet og fylde alle hulrum. Fyldstoffet i kernematerialet fikseres således, når resinen hærder. I figuren er laminatets lag skitseret som de er lagt i formen, og inden vakuum er påtrykt. Påtrykningen af vakuumet vil presse lage-30 ne tæt sammen. Kernematerialets fleksibilitet forårsaget af fyldstoffet af de separate emner gør som også tidligere nævnt, at kernematerialet let kan for- DK 176541 B1 7 deles ud i en form, selv hvis denne eksempelvis har en kompliceret geometri eller dobbeltkrumme overflader. Kernematerialets lag 102 skal sorn nævnt ovenfor være helt eller delvist gennemtrængeiigt for resinen og kan eksempelvis fremstilles som en fleece, en filt eller et væv af et glas- eller kulfiber-5 materiale.

Et eksempel på et laminat fremstillet på den ovenfor beskrevne måde er en vingeskal til en vinge ti! et vindenergianiæg.

10 I figur 3 og 4 er illustreret forskellige andre udformninger af et kernemateriale 101 ti! et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge opfindelsen. I figur 3 er et eller to permeable lag 102 sammenføjet med sammenføjninger 103 på kryds og tværs i et rudeformet mønster. Hver rudeformet rum 104 er fyldt med fyldstof (ikke synligt). Et sådant mønster er fordelagtigt, idet fyldstoffet 15 herved fastholdes inden for de afgrænsede områder, som hver mde 104 ud gør, hvorved det kan sikres, at al fyldstoffet ikke eksempelvis forskubbes ned s den ene ende af kernematerialet. En tilnærmelsesvis egal og ensartet fordeling af fyldstoffet kan herved sikres på enkel vis, samtidig med at kernematerialet stadig er meget fleksibelt og draperbart Det rudeforrnede mønster kan 20 - ligesom det kanalformede i figur 1 - ligeledes fremkomme ved at fremstille et antal forskellige rum af ønsket form, hvilke derefter syes eller på anden vis sammenføjes.

1 en udførselsform er kernematerialets yderste lag 102 sammenføjet i et irre-25 gulært mønster som illustreret i figur 4. Kernematerialets størrelse og form og fordelingen af fyldstoffet kan herrned tilpasses udformningen af det endelige laminat, som kernematerialet skal indgå I. Eksempelvis kan det være fordelagtigt med små felter eller rum 104 i områder, hvor formen, som kernematerialet skal lægges ned I, har meget skrånende overflade, hvorved sikres, at 30 fyldstoffet ikke blot lægger sig i bunden af formen. Tilsvarende kan store felter 104 være tilstrækkeligt til brug ved meget flade forme. Ydermere er det DK 176541 B1 8 muligt at fremstille kernematerialet i andre former end i de tilnærmelsesvise plane lag som skitseret i figur 3 og 4. Ved at sammenføje de yderste lag til kernematerialet sådan at et mønsterfeits overside eksempelvis er større end dets underside, vil kernematerialet krumme, hvilket kan være fordelagtigt ved 5 fremstilling af tilsvarende krumme laminater. Et eksempel herpå er skitseret i figur 7. Det er ligeledes muligt at fylde forskelligt fyldstof i de forskellige rum og således på enkel vis skræddersy kernematerialets stivheds- og styrke-egenskaber til forskellige områder i laminatet.

10 Figur 5 viser et snit gennem et kernemateriale 101 til et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge opfindelsen, hvor mængden af fyldstof 105 per volumenenhed varierer her fra rum til rum 104 hen igennem kernematerialet. Herved kan opnås tilsvarende varierende tykkelse af kernematerialet i det færdige laminat.

15 i figur 6 er skitseret en udførselsform af et kernemateriale 101, som i dette tilfælde er opbygget af fire lag 102 sammenføjet på en sådan vis, at rummene 104 mellem lagene ligger helt eller delvist over hinanden. Dette opnås ved at lade sammenføjningerne 103 mellem de forskellige lag være forskudt i 20 forhold til hinanden. Der, hvor to lag sammenføjes, vil der være et relativt fyldstof-fattigt område. Dette kan imidlertid dækkes, som skitseret i figuren, af andre rum 104 med fyldstof fra det tredje lags sammenføjning med de to første. Herved sikres en mere jævn og ensartet fordeling af fyldstoffet 105 hen igennem kernematerialet. Som også vist i figuren er det ligeledes muligt at 25 regulere og styre kernematerialets tykkelse og jævnhed ved, i områder af kernematerialet, at lade to lag 102 ligge oven på hinanden uden at placere fyldstof derimellem 801 - altså lade visse rum 104 være tomme.

Endelig er i figur 7 illustreret en alternativ metode til at sammenføje to lag 30 102 til et kernemateriale ifølge opfindelsen, således at man kan opnå en me re jævn fordeling af fyldstoffet 105 hen igennem kernematerialet 101 uden DK 176541 B1 9 dog at mindske deis fleksibilitet og draperbarhed. De to iag 102 er her sammenføje! sådan, at der mellem to sammenføjninger 103 bruges mere af det ene lag end af det andet. Denne udførselsform kan således sammenlignes med et konventionelt kernemateriale af eksempelvis balsatræ, hvori der fra 5 den ene side er skåret snit eller kiler for at kunne tilpasse materialet til en krum overflade. Imidlertid vil et sådant kiieskåret materiale i en krum form få hulrum mellem kilerne, hvilket igen i et laminat medfører uønskværdige områder med megen resin. Dette undgås ved brugen af det fleksible kernemateriale ifølge opfindelsen, Idet ’kilerne' 701 {mellemrummene mellem to rum 10 104) her Ikke vil åbne sig, selv hvis materialet skal følge en krum form, fordi fyldstoffet ved at bestå af separate emner 108 kan fordele sig og fylde hele formen ud.

Et kernemateriale med et udseende Hg det viste i figur 7 kan ligeledes frem-15 stilles ved at sammenføje to lag af permeabelt materiale med tværgående vægge.

Claims

1. Et laminat eller an sandwich-konstruktion af flere lag materiale og mindst et kernemateriale kendetegnet ved at det mindst ene kernemateriale omfatter mindst et ydre lag af et s det mindste delvist permeabelt materiale! hvilket 5 ydre lag danner mindst et rum, hvori er placeret et fyldstof af frit bevægelige separate emner.

2. Et laminat eller en sandwich-konstruktion Ifølge krav 1, hvor det mindst ene kernemateriale yderligere omfatter flere kanalformede rum. 10

3. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller fiere af kravene 1~ 2, hvor det mindst ene kernemateriale yderligere omfatter flere rum i et rude-formet mønster.

4. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1- 3, hvor det mindst ene kernemateriale yderligere omfatter Here rum I et mønster tilpasset laminatets form.

5. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1-20 4, hvor det mindst ene kernemateriale yderligere omfatter rum, som i det mindste delvist ligger over hinanden.

8. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1-5, hvor det mindst ene kernemateriaies mindst ene ydre lag er dannet af 25 mindst et sammenføjet lag.

7. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1 - 8, hvor det mindst ene kernemateriales mindst ene lag er i det mindste delvist sammenføjet ved syning, limning eller svejsning. 30 DK 176541 B1 11

8. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1- 7, hvor det mindst ene kernemateriales i det mindste delvist permeable materiale er fremstillet som væv, filt og/eller fleece.

9. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1- 8, hvor det mindst ene kernemateriales fyldstof omfatter hule gfasemner.

10. Et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1- 9, hvor det mindst ene kernemateriales fyldstof omfatter opskummet plast. 10

11. En vinge til et vindenergianlæg kendetegnet ved at omfatte et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge et eller flere af kravene 1-10.

12. En metode til fremstilling af et laminat eller en sandwich-konstruktion om-15 fattende ilægning af flere lag materiale i en form, æslntilt'ørsel og efterfølgende hærdning kendetegnet ved yderligere at omfatte i et område af formen, inden resinen tilføres at udlægge et kernemateriale omfattende mindst et ydre lag af et i det mindste delvist permeabeit materiale, hvilket ydre lag danner mindst et rum, hvori er placeret et fyldstof af frit bevægelige separate emner, 20

13. En metode til fremstilling af et laminat eller en sandwich-konstruktion ifølge krav 12, hvor fyldstoffet i kernematerialet fikseres ved tilførsel af resin.

14. En metode til fremstilling af et laminat eller en sandwich-konstruktion iføi-25 ge et eller Here af kravene 12-13 yderligere omfattende trinene at danne mindst et rum af et i det mindste delvist permeabeit materiale og fylde fyldstof i rummet,

15. En metode til fremstilling af et laminat eller en sandwich-konstruktion iføi-30 ge et eller flere af kravene 12-14 yderligere omfattende dannelsen af første rum ved sammenføjninger af to i det mindste delvist permeable lag, hvorefter DK 176541 B1 12 yderligere et eller flere rum dannes i det mindste delvist liggende over de første rum ved forskudt sammenføjning af et yderligere lag til det ene af de første to lag.