KR20210069046A - 섬유-보강형 복합체 부품을 생산하기 위한 주입 장치 및 방법 - Google Patents

섬유-보강형 복합체 부품을 생산하기 위한 주입 장치 및 방법 Download PDF

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안드레아스 프람
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코베스트로 인텔렉쳐 프로퍼티 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 반응성 수지 혼합물의 진공 주입에 의해서 섬유-보강형 복합체 부품을 생산하기 위한 방법에 관한 것으로서, 반응성 수지 혼합물의 생산 단계 및 공동 내로의 주입 단계가 주입 장치 내에서 즉각적인 시간적 연속성을 가지고 실행되는 것을 특징으로 한다.

Description

섬유-보강형 복합체 부품을 생산하기 위한 주입 장치 및 방법
본 발명은 반응성 수지 혼합물의 진공-보조 주입에 의해서 섬유-보강형 복합체 구성 요소를 생산하기 위한 프로세스에 관한 것으로서, 반응성 수지 혼합물의 생산 및 공동 내로의 주입이 통합형 주입 장치에서 이루어지고 어떠한 연대적인 중단(chronological interruption)도 없이 서로 이어지는 것을 특징으로 한다.
매트릭스 재료로서의 열 경화성 플라스틱(수지) 및 보강 섬유로 이루어진 섬유-보강형 복합체 구성 요소(섬유-복합체 구성 요소)가 종종 구성 재료로서 이용되는데, 이는 이들이 가벼운 중량과 함께 큰 기계적 강도를 가지기 때문이다. 이러한 섬유-복합체 구성 요소는, 예를 들어, 수지 성분의 액체의 반응성 혼합물을 레이드 섬유 스크림(laid fiber scrim) 내로 주입하는 것, 그리고 이어서 수지를 경화하는 것(가교 결합시키는 것)에 의해서 생산된다. 이러한 섬유-복합체 구성 요소는 넓은 범위의 가능한 용도를 가지고, 예를 들어 항공기 구성에서, 자동차 구성에서, 또는 풍력 터빈의 회전자 블레이드에서 이용될 수 있다. 사용되는 수지는 일반적으로 불포화 폴리에스테르 중합체, 비닐 에스테르 중합체 및/또는 에폭시 중합체이고; 최근 몇 년간 폴리우레탄 구조를 포함하는 중합체, 그리고 또한 전술한 중합체(예를 들어, 폴리아크릴레이트-폴리우레탄 중합체)의 하이브리드(hybrid)의 많은 이용이 또한 확인되었다.
구체적으로 큰 섬유-복합체 구성 요소의 경우에, 생산은, 예로서 EP 1 310 351 A1 및 WO 2012/123280 Al에서 설명된 바와 같이, 진공-보조 주입 프로세스에 의해서 일반적으로 달성된다. 이러한 프로세스는 수지의 신속하고 균일한 분포를 달성할 수 있다. 여기에서의 다른 중요 인자는, 수지 재료에 의한 섬유의 포화가 최대화되는 것 그리고 상기 재료의 경화가 너무 빠르지 않는 것이다. 그렇지 않은 경우에, 불균일한 주입은 가스 함입 또는 레이드 섬유 스크림의 불완전한 습윤(wetting), 그리고 또한 결과적으로 균열을 초래할 수 있고, 그러한 균열은 구성 요소의 안전성을 감소시킬 수 있거나 심지어 층의 층분리를 초래할 수 있다. 구성 요소의 표면 상의 이러한 유형의 결함은 취약점을 제공할 수 있고; 이는 조기 마모에 기여할 수 있다.
WO 2012/123280 A는, 가스 함입의 방지를 위해서, ("수지 성분" 및 "더 경질인 구성 요소"로 지칭되는) 수지 혼합물을 위한 공급물의 최대화된 탈가스와 조합하여 진공 주입 프로세스를 제안한다. 이러한 목적을 위해서, WO 2012/123280 A에 의해서 제안된 장치 내의 반응성 성분의 탈가스를 위해서 진공이 저장 용기에 인가되고, 진공 주입을 위해서, 감소된 압력이 배기 장비(도 1 참조)에 의해서 주조 몰드에 인가된다.
그러나, WO 2012/123280 A에서 개시된 장치는 여전히 폴리우레탄과 같이 극도로 물-민감성인 수지의 프로세싱에 대해서 단점을 갖는다. 수지가 라인 내로 및/또는 펌프 내로 전달되는 것을 방지하기 위해서, 진공 주입 중에 주조 몰드에 인가되는 진공을 전달하기 위해서 이용되는 배기 라인은 수지를 위한 상류 멤브레인 또는 다른 유동 장벽을 항상 필요로 한다.
이러한 배기 장비는 몰드 내로 배치되는 섬유의, 그리고 공급물 하류의 밸브, 장치, 라인의, 그리고 몰드의 만족스러운 건조 및 배기를 허용하지 않는다. 도입된 섬유의 건조 및 수지를 이용한 그 후속 포화를 설명하는, 섬유-보강형 복합체 구성 요소의 생산을 위한 EP 2 886 322 A1에서 개시된 진공-보조형 주입 프로세스에 의해서도 이러한 문제는 해결되지 않는다. 결과적인 문제 - 결함 및 균열 - 는 복합체의 부적절한 탈가스로부터 초래되는 것으로 관찰될 수 있는 것과 유사하고; 물과 반응성 성분 사이의 반응은 수지 자체의 품질에 또한 영향을 미친다.
이러한 문헌에서 설명된 본 발명은, 물-민감성 반응성 수지 성분으로부터 생산되는 큰 섬유-복합체 구성 요소의 품질 결함과 관련된 종래-기술의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 위해서, 본 발명은 전술한 종래 기술에서 개시된 프로세스에 관한 이하의 변경을 제안한다:
본 발명은 섬유-보강형 복합체 구성 요소의 생산을 위한 진공-보조형 주입 프로세스를 제공하고, 여기에서 반응성 수지 혼합물은 레이드 섬유 스크림을 포함하는 공동 내로 주입되고, 그러한 프로세스는:
a. 반응성 수지 성분을 포함하는 적어도 2개의 공급물(48, 49), 공급물(48, 49)의 탈가스를 위한 배기 장비(50), 공급 라인(41, 42)에 의해서 공급물(48, 49)에 각각 부착되는 계량 유닛(44a, 44b), 및 계량 유닛(44a, 44b)으로부터의 반응성 수지 성분들을 함께 합치는 혼합 유닛(43)을 포함하는 반응-주입 장치(40)를 제공하는 단계, 및
b. 레이드 섬유 스크림(21)을 포함하는 폐쇄된 공동(10)을 제공하는 단계로서, 폐쇄된 공동이
i. 진공을 공동(10)에 인가하기에 적합한 그리고 수지를 공동(10) 내로 입력하기에 적합한 적어도 하나의 입력 도관(31)을 갖는 쉘(shell)에 의해서 둘러싸이고, 그리고
ii. 레이드 섬유 스크림(21)으로부터 수분을 제거하기 위해서 건조 가스를 공동 내로 도입하기에 적합한 그리고 주입 중에 그리고 선택적으로 건조 중에 배기를 위한 제1 진공원(34)에 의해서 진공을 인가하기에 적합한 적어도 하나의 건조 도관(32)을 가지고, 그리고
iii. 입력 라인(45)을 통해서 입력 도관(31)에서 반응-주입 장치(40)에 대한 연결을 가지며, 여기에서 이러한 입력 라인(45)은, 폐쇄될 수 있고 제2 진공원(47)에 부착되는 측방향 배출구(46)에 의해서 배기될 수 있는, 단계,
c. 제2 진공원(47)의 도움으로 공동(10) 그리고 내부에 존재하는 레이드 섬유 스크림(21), 입력 라인(45) 및 선택적으로 혼합 유닛(43)을 탈가스 및 건조하는 단계로서, 선택적으로 건조 가스(33)가 건조 도관(32)에 의해서 도입되거나 선택적으로 부가적인 배기가 제1 진공원(34)의 도움으로 발생되는, 단계,
d. 공급 라인(41, 42)을 통한 반응-주입 장치(40)의 공급물(48, 49)로부터 계량 유닛(44a, 44b) 내로의 탈가스된 반응성 성분의 입력을 통해서 주입 절차를 시작하고, 혼합 유닛(43) 내의 성분들로부터 반응성 수지 혼합물을 생산하는 단계로서, 제2 진공원(47)으로의 배출구(46)는, 상기 배출구에 반응성 수지 혼합물이 도달하기 전에, 폐쇄되는, 단계, 및
e. 선택적으로 건조 도관(32)을 통한 제1 진공원(34)의 도움을 이용한 공동(10)의 동시적인 배기와 함께, 반응성 수지 혼합물을 입력 도관(31)을 통해서 공동(10) 내로 주입하는 단계로서, 주입 중에, 공동의 진입 지점에서 측정된 진입 압력이 주변 압력보다 낮게 유지되는, 단계, 그리고
f. 공동(10) 내의 경화로 수지 혼합물의 반응을 완료하는 단계를 포함한다.
섬유-보강형 복합체 구성 요소(20)의 생산을 위한 본 발명에 따른 진공-보조 주입 프로세스는 바람직하게 진공-보조형 수지 전달 몰딩 프로세스이다.
실시예에서, 섬유-보강형 복합체 구성 요소(20)는 풍력 터빈 회전자 블레이드이고, 수지는 폴리우레탄 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 하이브리드 수지 및/또는 에폭시 수지를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 수지는 폴리우레탄-계 수지, 특히 폴리우레탄-폴리아크릴 하이브리드 수지이고, 반응성 수지 성분은, 폴리올 및 히드록시-말단 아크릴레이트 단량체 또는 히드록시-말단 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분이다.
본 발명에 따른 프로세스는 특히 풍력 터빈용 회전자 블레이드의 생산을 위해서 이용된다.
공동의 구성은 특히 이하를 제공한다: a) 내측부 공간을 경계 짓고 공동의 내측부 공간 내에서 생성되는 복합체 구성 요소의 형상을 경계 짓도록 의도된 프레임 프로파일, b) 내측부 공간의 배기를 위한 그리고 프레임 프로파일의 내측부 공간 내로의 수지의 입력을 위한 입력 도관으로서, 프레임 프로파일의 내측부 공간과 연통되는 입력 개구를 갖는, 입력 도관, c) 생산되는 복합체 구성 요소로부터 수분을 제거하기 위해서 건조 가스를 도입하기 위한 그리고 진공-주입 절차 중에 진공을 인가하기 위한 하나 이상의 건조 도관으로서, 각각의 건조 도관이 프레임 프로파일의 내측부 공간과 연통되는 도입 개구부를 갖는, 하나 이상의 건조 도관, d) 기밀(氣密) 방식으로, 프레임 프로파일, 입력 도관의 입력 개구 및 건조 도관(들)의 도입 개구, 그리고, 진공 호일과 프레임 프로파일 사이에 배열된, 프레임 프로파일의 내측부 공간 내의 수지의 보유를 위한 가스-투과성 분리부 멤브레인을 둘러싸는 진공 호일로서, 건조 도관(들)의 개구가 진공 호일과 분리부 멤브레인 사이에 배열되고, 분리부 멤브레인이 프레임 프로파일을 둘러싸는, 진공 호일. 분리부 멤브레인 대신, 수지 유동 장벽을 나타내는 적합한 부직 재료 또는 다른 직물을 또한 이용할 수 있다.
건조 가스가 주입 장치를 통해서 도입 지점으로부터 유동할 때, 건조 가스는 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에서, 수분 특히 섬유 내에 존재하는 물을 흡수하고 제거하기 전에, 분리부 멤브레인을 먼저 통과하여야 한다. 분리부 멤브레인은 여기에서 상당한 저항을 건조 가스의 유동에 제공한다. 프레임 프로파일의 내측부 공간과 관련하여, 건조 가스를 위한 도입 개구가 분리부 멤브레인의 외부에 위치되고 흡입-제거 개구가 분리부 멤브레인 내에 있기 때문에, 건조 공기는 분리부 멤브레인에 의해서 제공되는 유동 저항을 한번만 극복할 것이 요구된다. 따라서, 이미 흡수된 수분을 갖는 건조 가스가, 가장 최근에 입력되고 건조한 건조 가스와 역혼합되는 것을 또한 방지할 수 있다. 연구에 따라, 건조 가스에 대향되는, 즉 흡입-제거 개구로부터 도입 개구까지의 유동 방향에 비해서, 프레임 프로파일의 내측부 공간 내의 그리고 또한 생산되는 복합체 구성 요소의 내측부 내의 압력이 감소될 수 있다는 것을 확인하였다. 이는 물의 증발을 촉진하고, 그에 따라 건조가 더 신속하고 더 효과적으로 이루어질 수 있다. 유사한 건조 시간 및 건조 가스의 유사한 질량 유량으로, 프레임 프로파일의 내측부의 큰 정도의 건조가 유사 온도에서 달성될 수 있다. 예를 들어, 프레임 프로파일의 내측부 내에 배열되고, 생산되는 섬유-보강형 복합체 구성 요소의 부분을 형성하는 섬유를 통해서 도입되는 물인, 프레임 프로파일의 내측부 내의 물의 질량비가 비교적 작기 때문에, 이산화탄소와 같은 기체 생성물이 복합체 구성 요소 내에서 수포(vacuole)의 원인이 될 수 있게 하는, 주입 장치 내에 남아 있는 물과 입력 수지 사이의 반응이 방지되거나, 적어도 그 범위가 감소된다.
특히, 진공 및/또는 감소된 압력이 흡입-제거 개구에 인가될 때, 이러한 매우 낮은 압력이 최소 유동 저항을 통해서 프레임 프로파일의 내측부 공간에 인가될 수 있다. 건조 가스의 대향 유동 방향에서, 이러한 매우 낮은 압력이 도입 개구에서 인가된 경우에, 이러한 매우 낮은 압력은 분리부 멤브레인에서 인가될 수 있고, 그에 따라, 분리부 멤브레인으로부터 초래되는 유동 저항으로 인해서, 상응하는 높은 압력이 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에서 만연할 수 있을 것이다. 건조 가스가 분리부 멤브레인의 외측에서 입력되고 분리부 멤브레인 내의 흡입에 의해서 제거되기 때문에, 물의 증발을 촉진하는 특히 낮은 압력이 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에서 달성될 수 있고, 섬유-보강형 복합체 구성 요소 내의 수포의 위험이 그에 따라 작아질 수 있다.
단계 c에서의 탈가스 및 건조는, 배출구를 통해서 수지를 위한 입력 도관에 부착된 진공원의 도움으로 이루어진다. 탈가스 및 건조는 선택적으로 건조 도관을 통한 건조 가스의 부가적인 도입으로, 또는 진공원에 의한 건조 도관을 통한 진공의 부가적인 인가로 이루어질 수 있다.
건조를 위한 진공이 수지를 위한 입력 도관에 인가될 수 있게 하는 배출구는 바람직하게 스톱 밸브이다.
감소된 압력, 특히 진공 압력이, 입력 라인에 부착된 진공원을 통해서, 입력 도관을 경유하여 공동의 내측부 공간 내에 인가된다. 진공 압력은 특히 20 mbar 미만, 특히 바람직하게 10 mbar 미만이다. 이는 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에서 특히 낮은 압력을 제공할 수 있고, 그에 따라 물의 증발을 촉진할 수 있다.
건조 도관에 부착되는 제1 진공원, 그리고 배출구에 부착되는 제2 진공원이 동일할 수 있고; 이는, 동일한 진공 펌프가 건조 도관 및 배출구에 부착된다는 것을 의미한다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 진공원이 상이할 수 있다.
그에 따라 건조가 더 효율적인데, 이는, 유동에 대한 저항이, 구성 요소 내에서 더 큰 진공에 보다 신속하게 도달할 수 있게 하기 때문이다. 일반적으로 통상적인 바와 같이, 진공이 진공측의 멤브레인을 통해서만 인가되는 경우에, 큰 진공에 도달하는데 있어서 훨씬 더 긴 시간이 요구된다. 이러한 차이의 이유는 다음과 같다. 주변 압력에서 구성 요소 내에 존재하는 가스 부피와 함께, 발생 수증기를 구성 요소로부터 제거하기 위해서 흡입이 부가적으로 요구된다. 이러한 부피는 전체 건조 기간에 걸쳐 발생되고, 멤브레인을 통한 건조의 경우에, 구성 요소 내에서 더 높은 잔류 압력을 제공한다. 여기에서, 선택적으로 건조 가스의 도움을 받는, 배기를 통한 건조가 완료될 때까지, 수지의 입력을 지연시키는 것이 유리하다는 것을 인지하였다. 장치의 이러한 구성의 다른 장점은, 입력 라인, 그리고 선택적으로 또한 계량 유닛 및 혼합 유닛이, 마찬가지로, 스톱 밸브에 의해서 입력 도관에 측방향으로 부착된 진공원을 통해서 탈가스되고 건조된다는 것이다.
그에 따라, 반응성 수지 혼합물의 진공-보조 주입은, 바람직하게, 진공에 의해서, 섬유/레이드 섬유 스크림을 포함하는 몰드의 그리고 또한 입력 라인의 건조 및 배기 직후에 이루어진다.
반응-주입 장치는 특히 WO 2012/123280에서 설명된 실시예에서와 같이 구성될 수 있다. 본 발명에 따라, 공급물 즉, 반응성 수지 성분은 별도의 진공원을 통해서 혼합 전에 및/또는 인-라인으로 탈가스되고, 계량 유닛, 예를 들어 계량 펌프를 통해서 혼합 유닛, 예를 들어 정적 혼합기(static mixer) 내로 계량 공급된다. WO 2012/123280에서 공개된 구성과의 중요한 차이는, 혼합 유닛을 따르는 입력 라인이 스톱 밸브에 의해서 측방향으로 진공원에 연결된다는 것이고, 그러한 진공원은, 주입 절차의 시작 전에, 레이드 섬유 스크림을 갖는 공동, 입력 도관, 및 입력 라인 자체를 건조하기 위해서 이용된다.
주입 절차는, 공급물의 탈가스 및 구조물의 그리고 라인의 건조가 완료된 후에, 수지 성분을 위한 계량 유닛의 시동에 의해서 시작된다. 수지 성분은 혼합 유닛 내로 계량 공급되고, 그 내부에서 혼합된다. 입력 라인에 측방향으로 부착된 진공원은, 수지 혼합물이 스톱 밸브에 도달하기 전에, 반드시 격리되어야 하고; 예를 들어, 진공원은, 계량 유닛의 시동 전에, 스톱 밸브에 의해서 격리될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 입력 라인 내의 수지 혼합물이 이미 밸브에 거의 도달할 때까지, 스톱 밸브의 격리가 지연된다. 공동 내로의 수지 혼합물의 진입 직전까지 스톱 밸브의 격리가 지연될 수 있도록, 입력 라인 내의 스톱 밸브는 특히 유리하게 공동 내로의 입력을 위한 도관에 가능한 한 근접하여 배열된다. 입력 라인은 강성 라인 또는 가요성 관일 수 있고, 바람직하게 가요성 관일 수 있다. 이어서, 진공원은, 예를 들어, 스톱 밸브를 갖는 T-단편을 통해서 부착된다.
수지 혼합물의 계량 공급은 제어된 방식으로 이루어진다. 이를 위해서, (입력 도관에서의) 성분의 진입 지점에서의 절대 압력이 측정된다. 주입 절차의 시작에서 선택되는 양은, 예를 들어, 계량 펌프에 의해서 계량 공급될 수 있는 최대 달성 가능 양일 수 있다. 큰 구성 요소, 예를 들어 풍력 터빈 블레이드를 위한 장입 재료(charging material)의 전형적인 값은 20 kg/분이나; 특히 큰 구성 요소에서, 이러한 값은 또한 40 kg/분 또는 심지어 그 초과일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 입력 도관에서 측정된, 성분에서의 미리 선택된 최대 진입 압력에 도달하였을 때, 반응-주입 장치는, 혼합 유닛으로부터 나오는 출력량을 감소시키도록 그에 따라 진공 호일의 임의의 발생 가능한 상승을 방지하도록, 제어를 한다. 이를 위해서, 공동에서의 미리 선택된 최대 진입 압력은 주변 압력 미만, 예를 들어 주변 압력의 0.01 bar 내지 0.2 bar 미만, 바람직하게 0.88 내지 0.92 bar 절대압력이어야 한다. 형성되어야 하는 압력차의 크기는 또한, 입력 도관이 공동에 부착되는 지점에 따라 달라진다. 입력 도관이 부착되는 지점 아래에서 공동이 연장되는 경우에, 이러한 높이 차이가 반드시 고려되어야 하는데, 이는, 액체 수지의 측지 압력(geodetic pressure)이 주변 압력에 부가되고 그에 따라 허용 가능한 최대 충진 압력을 감소시키기 때문이고; 이는, 형성되는 압력 차가, 특정 경우에 심지어 0.2 bar 초과로, 크다는 것을 의미한다.
연속적으로 가변적인 방식으로 그리고 제형(formulation)과 정확하게 일치되게 출력 량을 감소시키도록, 그에 따라 공동에서의 진입 압력이 최대 진입 압력으로 일정하게 유지되도록, 반응-주입 장치가 제어를 하는 것이 바람직할 수 있다. 여기에서, 성분에서의 진입 압력이 유지되는 동안, 장입 레벨 증가와 함께, 출력량이 0에 접근할 수 있다.
프로세스의 다른 실시예에서, 입력 라인(45)은 버퍼 컨테이너(51)를 부가적으로 갖는다. 버퍼 컨테이너(51)는 예를 들어 탱크, 또는 복합체 구성 요소의 생산 후에 폐기될 수 있는 탄성 블래더일 수 있다. 버퍼 컨테이너의 부피는 예를 들어 40 내지 300 l이다. 주입 절차의 시작 전에, 상기 컨테이너가 마찬가지로 진공원(50 또는 47)에 의해서 건조되고 탈가스되는 것이 중요하다. 이러한 실시예는, 출력량이 그러한 넓은 범위에 걸쳐 제어될 수 없는 반응-주입 장치를 또한 이용할 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 경우에, 공동에서의 진입 압력은 버퍼 컨테이너로부터 출력되는 양을 제어한다.
반응-주입 장치, 입력 라인 및 공동으로 구성된 주입 장치의, 및/또는 특히 그러한 주입 장치의 도움으로, 섬유-보강형 복합체 구성 요소를 생산하기 위한 프로세스의 다른 양태가, 기재 내용이 본 발명의 일부로서 통합되는, EP 2 886 322 A1에서 설명된 바와 같이 구성될 수 있고 더 개발될 수 있다. 예를 들어, 이용되는 건조 가스는, 예를 들어 5 표준 l/분 ± 0.5 표준 l/분 이상의 부피 유량으로 입력될 수 있는, 불활성 가스, 특히 N2일 수 있다. 예를 들어 20 mbar ≤ p ≤ 100 mbar, 특히 35 mbar ≤ p ≤ 80 mbar에 의해서 규정되고 바람직하게 45 mbar ≤ p ≤ 60 mbar에 의해서 규정되는 압력(p)이 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에 형성될 수 있다. 도입 개구와 프레임 프로파일의 내측부 공간 사이의 건조 가스의 압력 손실(Δp)은 예를 들어 100 mbar ≤ Δp ≤ 900 mbar, 특히 250 mbar ≤ Δp ≤ 600 mbar 그리고 바람직하게 350 mbar ≤ Δp ≤ 450 mbar에 의해서 규정될 수 있다. 섬유의 건조 중의 프레임 프로파일의 내측부 공간 내의 온도(T)는, 건조 시간에 걸친 평균으로, 특히 20 ℃ ≤ T ≤ 90 ℃, 바람직하게 25 ℃ ≤ T ≤ 70 ℃, 더 바람직하게 30 ℃ ≤ T ≤ 50 ℃ 그리고 특히 바람직하게 T = 35 ℃ ± 3K에 의해서 규정될 수 있다. 그러한 매개변수에서, 30 분 ≤ t ≤ 240 분, 특히 60 분 ≤ t ≤ 180 분에 의해서 그리고 바람직하게 90 분 ≤ t ≤ 120 분에 의해서 규정되는, 건조 가스가 입력되는, 건조 시간(t)은 수지와 반응할 수 있는 물이 본질적으로 남지 않는 범위까지의 섬유의 건조를 달성하기에 이미 충분하다. 온도 및/또는 압력 및/또는 부피 유량이 건조 시간에 걸쳐 본질적으로 일정한 것이 바람직할 수 있으나, 여기에서 또한 원칙적으로, 건조 시간 중에, 건조 가스의 연대순으로 변경되는 온도 프로파일 및/또는 연대순으로 변경되는 압력 프로파일 및/또는 연대순으로 변경되는 부피 유량 프로파일이 가능하다. 수지는 특히 PUR로 주로 또는 완전히 이루어질 수 있다. 특히 복수의 프로파일 부품으로부터 조립할 수 있는 프레임 프로파일이 예를 들어 강으로부터, 복합체로부터 또는 중합체 포옴(polymer foam)으로부터 생산되었을 수 있다. 프레임 프로파일의 내측부 공간에서, 선택적으로 제어될 수 있는 규정된 온도를 형성하기 위해서, 프레임 프로파일이 바람직하게 열원, 예를 들어 가열 장비에 대한 열적 커플링을 가질 수 있다.
특히, 진공 호일과 분리부 멤브레인 사이에, 프레임 프로파일의 내측부 공간에 걸친 건조 가스의 분포를 위한 가스-이격 층이 배열되고; 특히 여기에서 건조 가스를 위한 도입 개구가 진공 호일과 가스-이격 층 사이에 배열된다. "브리더(breather)"로도 지칭되는 가스-이격 층의 재료의 두께, 및 건조 가스에 대한 가스-이격 층의 투과성은, 가스-이격 층 내의 건조 가스의 용이한 분포를 허용할 수 있을 정도로 충분할 수 있다. 그에 따라, 건조 가스는 프레임 프로파일의 내측부 공간을 덮는 전체 분리부-멤브레인 표면에 걸쳐 본질적으로 분포되기 시작할 수 있다. 그에 따라, 건조 가스는, 여전히 건조한 상태에 있는 동안, 상응하게 큰 면적에 걸쳐 분리부 멤브레인을 통해서 내측부 공간 내로 진입할 수 있고, 물 및/또는 수증기를 추출할 수 있다. 가스-이격 층은 건조 가스의 유동에 대한 저항에 기여할 수 있으나, 가스-이격 층의 유동 저항은 분리부 멤브레인의 유동 저항보다 상당히 낮을 수 있다. 가스-이격 층은 예를 들어 부직 재료 및/또는 임의의 다른 충분히 다공성인 개체를 통해서 구성될 수 있다.
프레임 프로파일이 진입 프로파일 및 대향 프로파일을 가지는 것이 특히 바람직하고, 진입 프로파일의 측면에는 입력 도관의 입력 개구가 배열되고, 대향 프로파일의 측면에서 건조 도관의 도입 개구가 배열된다. 건조 가스가 도입 개구를 통해서 대향 프로파일에서 입력되고 입력 도관을 통해서 흡입에 의해서 제거될 때, 건조 가스는 대향 프로파일로부터 진입 프로파일까지 전체 폭에 걸쳐서 유동되어야 하고, 그에 따라 프레임 프로파일의 내측부 공간 내의 건조 가스의 체류 시간 중에, 특히 많은 물이 건조 가스에 로딩(loading)되는 것이 이루어질 수 있다. 입력 개구 및 도입 개구가, 내측부 공간의 치수가 최대에 접근하는 프레임-프로파일 영역에 배열되는 것이 바람직할 수 있다.
입력 도관의 입력 개구 및/또는 건조 도관의 도입 개구가, 프레임 프로파일의 내측부 공간으로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 프레임-프로파일 측면에 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 건조 가스 및/또는 수지가, 예를 들어 프레임 프로파일의 상단-개방 개구를 통해서, 프레임 프로파일의 외부 측면으로부터 프레임 프로파일의 내측부 내로 유동할 수 있다. 그에 따라, 프레임 프로파일의 내측부 내로 돌출하는 입력 도관 및/또는 건조 도관에 의해서, 요구되는 복합체 구성 요소의 형상의 손상을 방지할 수 있다. 주입 장치는 또한, 프레임 프로파일의 변환에 의해서, 요구되는 복합체 구성 요소의 상이한 3-차원적인 설계들을 위해서 용이하게 변경될 수 있다.
수지를 프레임 프로파일의 내측부 공간을 따라서 분포시키기 위해서, 프레임 프로파일의 내측부 공간을 특히 본질적으로 L 형상으로 소정 범위까지 경계 짓는 수지-이격 층이 제공되는 것이 특히 바람직할 수 있고, 여기에서 특히 수지-이격 층은 건조 도관의 도입 개구를 향해서 및/또는 대향 프로파일을 향해서 개방된 형상을 갖는다. 수지-이격 층의 재료의 두께 및 수지에 대한 수지-이격 층의 투과성은, 수지-이격 층 내의 수지의 용이한 분포를 허용할 수 있을 정도로 충분할 수 있다. 특히, 수지는 프레임 프로파일의 내측부 공간의 주변부에서 수지-이격 층을 통해서 측방향으로 기부 영역 내로 측방향으로 유동할 수 있고, 그러한 기부 영역에서 수지는 내측부 공간의 전체 기부에 걸쳐 본질적으로 균일하게 분포되기 시작할 수 있다. 이어서, 후속 수지는, 아래로부터, 수지-이격 층으로부터 내측부 공간 내로 위쪽으로 점진적으로 유동할 수 있고, 수지가 분리부 멤브레인에 의해서 내측부 공간 내에서 보유될 때까지, 내측부 공간을 채운다. 내측부 공간 내에 잔류하는 공기는 수지의 상승하는 액체 표면에 의해서 용이하게 변위될 수 있고 분리부 멤브레인을 통해서 강제될 수 있다. 수지가 하나의 측면 영역을 통해서 내측부 공간의 기부 영역 내로 유동할 것만이 요구되기 때문에, 대향 프로파일의 영역 내의 대향 측면에서 수지-이격 층을 제공할 필요가 없고, 그에 따라 건조 가스는 수지-이격 층을 통해서 프레임 프로파일의 내측부 공간 내로 유동할 필요가 없다. 건조 가스의 유동에 대한 불필요한 저항이 그에 따라 방지되고, 수지-이격 층을 위한 적은 재료의 이용이 유지된다. 수지-이격 층은 예를 들어 부직 재료 및/또는 임의의 다른 충분히 다공성인 개체를 통해서 구성될 수 있다.
특히, 수지를 프레임 프로파일의 내측부 공간을 따라서 교환하기 위해서, 프레임 프로파일의 내측부 공간을 특히 본질적으로 U 형상으로 소정 범위까지 경계 짓는 천공형 호일이 제공되고, 여기에서 특히 천공형 호일은 건조 도관의 도입 개구를 향해서 및/또는 대향 프로파일을 향해서 개방된 형상을 갖는다. 천공형 호일은 특히, 내측부 공간을 향해서 대면되는 수지-이격 층의 해당 측면에 배열될 수 있다. 천공형 호일은 한편으로 내측부 공간 내로의 수지의 통과 그리고 또한 내측부 공간으로부터의 과다 수지의 방출을 허용할 수 있지만, 다른 한편으로 또한 내측부 공간으로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 천공형 호일의 해당 측면에서 입력 수지의 분포의 최대 균일성을 허용하기에 충분한 수지의 유동에 대한 저항을 제공할 수 있다. 수지가 하나의 측면 영역을 통해서 내측부 공간의 기부 영역 내로 유동할 것만이 요구되기 때문에, 대향 프로파일의 영역 내의 대향 측면에서 천공형 호일을 제공할 필요가 없고, 그에 따라 건조 가스는 천공형 호일을 통해서 프레임 프로파일의 내측부 공간 내로 유동할 필요가 없다. 건조 가스의 유동에 대한 불필요한 저항이 그에 따라 방지되고, 천공형 호일을 위한 적은 재료의 이용이 유지된다.
프레임 프로파일의 지지를 위해서, 바람직하게 특히 시트 형태의 기부 부분이 제공되고, 여기에서 특히 프레임 프로파일 및/또는 진공 호일은 기부 부분에 대한 직접적인 또는 간접적인 연결을 갖는다. 기부 부분은 발생되는 중력을 소산시킬 수 있고, 진공 호일 및/또는 분리부 멤브레인으로, 적절한 무결성(integrity)을 제공할 수 있다.
요구되는 복합체 구성 요소의 랩핑(wrapping)을 위해서, 박리 플라이(peel ply)가 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에 제공되는 것이 특히 바람직할 수 있고, 여기에서 박리 플라이는 수지의 유동을 허용하는 유동 저항을 제공하고, 박리 플라이의 유동 저항은 특히 수지-이격 층의 유동 저항보다 크고 및/또는 천공형 호일의 유동 저항보다 크다. 특히, 박리 플라이는 특히 직조 및/또는 레이드 및/또는 편직 폴리아미드 또는 폴리에스테르로 생산된다.
본 발명은 또한 주입 장치를 제공하고, 그러한 주입 장치는
a. 반응성 수지 성분을 포함하는 적어도 2개의 공급물(48, 49), 공급물(48, 49)의 탈가스를 위한 배기 장비(50), 공급 라인(41, 42)에 의해서 공급물(48, 49)에 각각 부착되는 계량 유닛(44a, 44b), 및 계량 유닛(44a, 44b)으로부터의 반응성 수지 성분들을 함께 합치는 혼합 유닛(43)을 포함하는 반응-주입 장치(40), 및
b. 레이드 섬유 스크림(21)을 포함하는 폐쇄된 공동(10)을 포함하고, 폐쇄된 공동은,
i. 진공을 공동(10)에 인가하기에 적합한 그리고 수지를 공동(10) 내로 입력하기에 적합한 적어도 하나의 입력 도관(31)을 갖는 쉘에 의해서 둘러싸이고, 그리고
ii. 레이드 섬유 스크림(21)으로부터 수분을 제거하기 위해서 건조 가스를 공동 내로 도입하기에 적합한 그리고 주입 중에 그리고 선택적으로 건조 중에 배기를 위한 제1 진공원(34)에 의해서 진공을 인가하기에 적합한 적어도 하나의 건조 도관(32)을 가지고, 그리고
iii. 입력 라인(45)을 통해서 입력 도관(31)에서 반응-주입 장치(40)에 대한 연결을 가지며, 여기에서 이러한 입력 라인(45)은, 폐쇄될 수 있고 제2 진공원(47)에 부착되는 측방향 배출구(46)에 의해서 배기될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 진공원은 동일할 수 있고; 이는 동일한 진공 펌프가 건조 도관(32)에 그리고 배출구(46)에 부착된다는 것을 의미한다.
그러한 프로세스의 구성 및 추가적인 개선이 특히 주입 장치를 참조하여 전술한 바와 같을 수 있다.
분리부 멤브레인의 외측에서 입력되고 분리부 멤브레인 내의 흡입에 의해서 제거되는 건조 가스를 선택적으로 포함하는 프로세스에 의해서, 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에서, 물의 증발을 촉진하는 특히 낮은 압력을 달성할 수 있고, 부가적으로, 프레임 프로파일의 내측부 공간 내에서, 특히 건조 가스의 교환을 통해서, 낮은 습도(및/또는 가스 수분 함량)를 발생시킬 수 있으며, 결과적으로 섬유-보강형 복합체 구성 요소 내의 수포의 위험이 낮다.
본 발명은 이하에서, 2개의 첨부 도면을 참조하여, 예로서 주입 장치의 바람직한 작용 예를 기초로 설명되고; 본 발명의 양태는 이하에서 설명되는 개별적인 특징 중 임의의 특징에 의해서 또는 조합된 상기 특징들에 의해서 나타날 수 있다.
도 1 주입 장치
반응-주입 장치(40)
수지 성분을 위한 공급물(48, 49)
공급물을 위한 배기 장비(50)
공급 라인(41, 42)
계량 유닛(44a, 44b)
혼합 유닛(43)
공동(10)
섬유-보강형 복합체 구성 요소(20)
레이드 섬유 스크림(21)
입력 도관(31)
건조 도관(32)
건조 가스(33)
제1 진공원(34)
입력 라인(45)
배출구(46)
제2 진공원(47)
도 2 버퍼 컨테이너를 갖는 주입 장치
반응-주입 장치(40)
수지 성분을 위한 공급물(48, 49)
공급물을 위한 배기 장비(50)
공급 라인(41, 42)
계량 유닛(44a, 44b)
혼합 유닛(43)
공동(10)
섬유-보강형 복합체 구성 요소(20)
레이드 섬유 스크림(21)
입력 도관(31)
건조 도관(32)
건조 가스(33)
제1 진공원(34)
입력 라인(45)
배출구(46)
제2 진공원(47)
버퍼 컨테이너(51)
본 발명에 따른 주입 장치 및 프로세스는 유리하게 대형 복합체 구성 요소의 생산을 위해서, 예를 들어 폴리우레탄 중합체, 하이브리드 중합체, 불포화 폴리에스테르 중합체, 비닐 에스테르 중합체 및/또는 에폭시 중합체를 기초로 하는 수지로 제조된 풍력 터빈용 회전자 블레이드의 생산을 위해서 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 프로세스에서 이용되는 수지는 폴리우레탄-폴리아크릴 하이브리드 수지이고, 반응성 수지 성분은, 폴리올 및 히드록시-말단 아크릴레이트 단량체 또는 히드록시-말단 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분이다.

Claims (11)

  1. 반응성 수지 혼합물이 레이드 섬유 스크림을 포함하는 공동 내로 주입되는, 섬유-보강형 복합체 구성 요소의 생산을 위한 진공-보조형 주입 방법이며,
    a. 반응성 수지 성분을 포함하는 적어도 2개의 공급물(48, 49), 공급물(48, 49)의 탈가스를 위한 배기 장비(50), 공급 라인(41, 42)에 의해서 공급물(48, 49)에 각각 부착되는 계량 유닛(44a, 44b), 및 계량 유닛(44a, 44b)으로부터의 반응성 수지 성분들을 함께 합치는 혼합 유닛(43)을 포함하는 반응-주입 장치(40)를 제공하는 단계, 및
    b. 레이드 섬유 스크림(21)을 포함하는 폐쇄된 공동(10)을 제공하는 단계,
    c. 레이드 섬유 스크림(21)을 포함하는 폐쇄된 공동(10)을 제공하는 단계로서, 폐쇄된 공동은
    i. 진공을 공동(10)에 인가하기에 적합한 그리고 수지를 공동(10) 내로 입력하기에 적합한 적어도 하나의 입력 도관(31)을 갖는 쉘에 의해서 둘러싸이고, 그리고
    ii. 레이드 섬유 스크림(21)으로부터 수분을 제거하기 위해서 건조 가스를 공동 내로 도입하기에 적합한 그리고 주입 중에 그리고 선택적으로 건조 중에 배기를 위한 제1 진공원(34)에 의해서 진공을 인가하기에 적합한 적어도 하나의 건조 도관(32)을 가지고, 그리고
    iii. 입력 라인(45)을 통해서 입력 도관(31)에서 반응-주입 장치(40)에 대한 연결을 가지며, 여기에서 이러한 입력 라인(45)은, 폐쇄될 수 있고 제2 진공원(47)에 부착되는 측방향 배출구(46)에 의해서 배기될 수 있는, 단계,
    d. 제2 진공원(47)의 도움으로 공동(10) 그리고 내부에 존재하는 레이드 섬유 스크림(21), 입력 라인(45) 및 선택적으로 계량 유닛(44a, 44b)/혼합 유닛(43)을 탈가스 및 건조하는 단계로서, 선택적으로 건조 가스(33)가 건조 도관(32)에 의해서 도입되거나 선택적으로 부가적인 배기가 제1 진공원(34)의 도움으로 발생되는, 단계,
    e. 공급 라인(41, 42)을 통한 반응-주입 장치(40)의 공급물(48, 49)로부터 계량 유닛(44a, 44b) 내로의 탈가스된 반응성 성분의 입력을 통해서 주입 절차를 시작하고, 혼합 유닛(43) 내의 성분들로부터 반응성 수지 혼합물을 생산하는 단계로서, 제2 진공원(47)으로의 배출구(46)는, 상기 배출구에 반응성 수지 혼합물이 도달하기 전에, 폐쇄되는, 단계, 및
    f. 건조 도관(32)을 통한 제1 진공원(34)의 도움을 이용한 공동(10)의 동시적인 배기와 함께, 반응성 수지 혼합물을 입력 도관(31)을 통해서 공동(10) 내로 주입하는 단계로서, 주입 중에, 공동의 진입 지점에서 측정된 진입 압력이 주변 압력보다 낮게 유지되는, 단계, 그리고
    g. 공동(10) 내의 경화로 수지 혼합물의 반응을 완료하는 단계를 포함하는, 섬유-보강형 복합체 구성 요소의 생산을 위한 진공-보조형 주입 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    진공-보조형 수지 전달 몰딩 방법인 것을 특징으로 하는 섬유-보강형 복합체 구성 요소(20)의 생산을 위한 진공-보조형 주입 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공동의 진입 지점에서 측정된, 특정 최대 진입 압력에 도달한 때, 계량 유닛(44)은, 최대 진입 압력의 준수를 보장하면서, 연속적으로 가변적인 방식으로 출력량을 감소시키도록 제어를 하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    공동의 진입 지점에서 측정된, 최대 진입 압력이 주변 압력보다 0.01 bar 내지 0.2 bar 더 낮은, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    최대 진입 압력이 0.88 내지 0.92 bar의 절대 압력인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    입력 라인(45)이 버퍼 컨테이너(51)를 또한 가지는, 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    버퍼 컨테이너(51)가 탄성 블래더인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유-보강형 복합체 구성 요소(20)가 풍력 터빈 회전자 블레이드이고, 수지는 폴리우레탄 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 하이브리드 수지 및/또는 에폭시 수지를 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    수지가 폴리우레탄-폴리아크릴 하이브리드 수지이고, 반응성 수지 성분은, 폴리올 및 히드록시-말단 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분인, 방법.
  10. 풍력 터빈용 회전자 블레이드의 생산을 위한, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 방법의 용도.
  11. 주입 장치이며:
    a. 반응성 수지 성분을 포함하는 적어도 2개의 공급물(48, 49), 공급물(48, 49)의 탈가스를 위한 배기 장비(50), 공급 라인(41, 42)에 의해서 공급물(48, 49)에 각각 부착되는 계량 유닛(44a, 44b), 및 계량 유닛(44a, 44b)으로부터의 반응성 수지 성분들을 함께 합치는 혼합 유닛(43)을 포함하는 반응-주입 장치(40), 및
    b. 레이드 섬유 스크림(21)을 포함하는 폐쇄된 공동(10)을 포함하고,
    c. 레이드 섬유 스크림(21)을 포함하는 폐쇄된 공동(10)을 제공하고, 폐쇄된 공동은
    i. 진공을 공동(10)에 인가하기에 적합한 그리고 수지를 공동(10) 내로 입력하기에 적합한 적어도 하나의 입력 도관(31)을 갖는 쉘에 의해서 둘러싸이고, 그리고
    ii. 레이드 섬유 스크림(21)으로부터 수분을 제거하기 위해서 건조 가스를 공동 내로 도입하기에 적합한 그리고 주입 중에 그리고 선택적으로 건조 중에 배기를 위한 제1 진공원(34)에 의해서 진공을 인가하기에 적합한 적어도 하나의 건조 도관(32)을 가지고, 그리고
    iii. 입력 라인(45)을 통해서 입력 도관(31)에서 반응-주입 장치(40)에 대한 연결을 가지며, 이러한 입력 라인(45)은, 폐쇄될 수 있고 제2 진공원(47)에 부착되는 측방향 배출구(46)에 의해서 배기될 수 있는, 주입 장치.
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