NO338668B1 - Fremgangsmåte for avkutting av laminatlag, f. eks. et glassfiber - eller karbonfiberlaminatlag i bladet til en vindturbin - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for avkutting av laminatlag for bruk i en fiberforsterket laminatgjenstand innbefattende et antall kombinerte laminatlag. Videre vedrører oppfinnelsen et laminatlag for bruk i en fiberforsterket laminatgjenstand innbefattende et antall kombinerte laminatlag. Til slutt vedrører oppfinnelsen også en fiberforsterket laminatgjenstand i form av bladet til en vindturbin, hvor bladet til vindturbinen innbefatter et antall kombinerte laminatlag.

Laminater blir benyttet for et bredt mangfold av ulike gjenstander, hvor en laminatgjenstand utgjøres av et antall kombinerte laminatlag.

Et eksempel på en gjenstand utgjort av laminatlag er en glassfibergjenstand, hvor typisk et antall laminatlag i form av glassfiberduker er anordnet oppe på hverandre, og hvor antall laminatlag avhenger av de ønskede egenskaper for laminatgjenstanden. I forbindelse med glassfibergjenstander blir harpiks benyttet for å holde lagene sammen. Harpiksen kan påføres manuelt på laminatlagene ved hjelp av RTM (harpiks overføringsstøping) VARTM (vakuumassistert harpiks overføringsstøping) eller en hvilken som helst annen egnet fremgangsmåte. Alternativt kan harpiksen bli påført laminatlagene før legging av lagene (Prepreg). I det tilfelle at det er ønskelig å ha en gjenstand som varierer i tykkelse og endres fra tykk til tynnere, avsmalnes antallet laminatlag gradvis over en viss lengde. Avsmalningen finner sted for å unngå at hakk synes tydelig og for å redusere sprang i stivheten gjennom laminatet, hvis effekter ellers ville redusere styrken til laminatet.

Det er imidlertid et problem ved slik avsmalning at et avsmalnet lag kan løsne fra det underliggende laget i form av en delaminering. Videre kan luftlommer dannes mellom avsmalningen og et overliggende laminatlag som igjen kan føre til rynking av laminatet. Både delamineringen og luftlommene bidrar til en svekning av styrken til laminatgjenstanden. Videre, ved anvendelse av f.eks. VARTM-fremgangsmåten, kan områder rike på harpiks dannes grunnet det faktum at langs kanten av laminatlaget blir en kanal dannet som, under injeksjon av harpiks, kan virke som en uønsket harpiksfordelingskanal. Disse områdene rike på harpiks er uønsket siden den eksoterme varmen under herdingen kan negativt påvirke herdingsprosessen og laminatet. I et worst-case scenario kan herdespenningsbrudd oppstå i slike harpiksrike områder under herdingen av harpiksen.

EP 1 050 396 beskriver en fremgangsmåte for konstruksjon av laminatgjenstander, og publikasjonen viser blant annet en laminatgjenstand som varierer i tykkelse, hvor variasjonen i tykkelsen oppnås ved at antallet lag i laminatgjenstanden er avsmalnet. Imidlertid oppviser den ikke noen løsning på problemet med delaminering og dannelse av luftlommer og harpiksrike områder.

JP 0810528 beskriver en rørformet gjenstand utgjort av fiberforsterkede laminatlag. For å redusere faren for delaminering er røret skråskåret langs en kant i en ende. Her blir gjenstanden skråskåret etter konstruksjon av gjenstanden med laminatlag, som kan involvere delaminering mellom lagene i det skråskårne området. Publikasjonen beskriver ikke noen løsning på problemet med delaminering i forbindelse med variasjonen i tykkelse og dannelsen av luftlommer og områder rike på harpiks.

WO 03/068494 Al beskriver et laminat omfattende minst en serie med metallag og fiberforsterkede plastlag som er forbundet til hverandre, minst to forskjellige serier er tilveiebragt, disse seriene inkluderer en overgang, og minst ett av de indre lagene opphører ved overgangen og alle de andre lagene er kontinuerlige.

WO 03/078833 Al beskriver et vindturbinblad av fiberforsterkede polymerer. Bladet er delt i en indre endedel inkludert bladroten og laget hovedsakelig av fiberglassforsterket polymer, og en ytre endedel inkludert bladtuppen og laget hovedsakelig av karbonfiberforsterket polymer.

Det er således et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en løsning på det ovennevnte problemet.

Dette blir oppnådd ved hjelp av en fremgangsmåte for avkutting av laminatlag før bruk i et fiberforsterket laminatgjenstand innbefattende et antall kombinerte laminatlag, hvor - i det minste langs en seksjon av den minst ene kanten til laminatlaget - et avsmalnende kutt blir utført gjennom tykkelsen til laminatlaget, som dermed gradvis reduserer tykkelsen til laminatlaget. En fiberforsterket laminatgjenstand er generelt konstruert ved vikling eller legging av duker med materialer oppe på hverandre. I tilfelle prosessfremgangsmåter vedrøres hvor tørrlaminatlag blir lagt opp, vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte hvor kutting blir utført i laminatlag som enda ikke er impregnert. Imidlertid kan oppfinnelsen også benyttes for preimpregnerte duker kjent gjennom navnet Prepreg. Det er et vanlig trekk hos alle varianter (enten eller prepreg) at avsmalningskuttet finner sted på ikke-herdede fibermaterialer. Siden ikke bare antallet laminatlag, men også tykkelsen til de individuelle laminatlag, blir redusert gradvis, oppnås en laminatgjenstand hvor både områder rike på harpiks, luftlommer og faren for delaminering blir redusert dramatisk, og styrken til den ferdige gjenstand blir øket.

I henhold til en utførelsesform blir laminatlaget kuttet avsmalnende gjennom tykkelsen, slik at kuttet danner en spiss vinkel i forhold til et underliggende laminatlag i et laminatgjenstand; og i en utførelsesform blir laminatlaget kuttet av avsmalnende i en konkav kurve. Ifølge nok en annen utførelsesform blir laminatlaget kuttet av i en konveks kurve. Formen til kuttets kurve kan bli bestemt blant annet på grunnlag av stivhetsbetingelsene i laminatlaget og spenninger på laminatlaget. Tester har vist at et avsmalende kutt med en spiss vinkel og/eller et kutt som blir kuttet i en konkav eller konveks kurve utgjør en fordelaktig kurveform, hvor faren for delaminering, områder rike på harpiks og luftlommer blir redusert vesentlig. Kutteprosedyren kan enten finne sted på tvers og/eller på langs av laminatlagene.

I henhold til en utførelsesform er laminatlaget et fiberlag, f. eks. glassfiber, karbonfiber eller andre typer fiber for plastkompositter. Fiberlaget eller duken kan bestå av for eksempel korte, kuttede fibere (kuttede), av fiberer lagt hovedsakelig i en retning (ensrettede), eller av fibere lagt biaksialt i to retninger i en eller annen vinkel i forhold til hverandre; imidlertid kan i den utførelsesformen fiberlaget også være vevet, ikke-vevet eller sydd materiale. Den benyttes spesielt på slike laminatlag hvor problemet med delaminering er stort, og hvor derfor en spesielt effektiv løsning av problemet oppnås ved hjelp av et avsmalnende kutt i henhold til oppfinnelsen.

I en laboratorieoppstilling for utøvelse av oppfinnelsen blir laminatlagene kuttet av bruk av en skreddersydd anordning som kutter med en fingerkuttingteknikk som er kjent blant annet fra en kvegklipper eller en ordinær hårklipper. Som det er, har det blitt funnet å fungere godt til den foreliggende oppfinnelse at en fullstendig ordinær håndholdt hårklipper kan kutte av lagene på en spesielt beleilig måte og muliggjør en svært nøyaktig kontroll over kuttekurven. Imidlertid kreves helt innlysende en industriell anordning for avkutting av laminatlag i henhold til oppfinnelsen. En slik anordning kan utgjøres av elementer fra for eksempel teppeindustrien, hvor en egnet kuttefremgangsmåte/innretning blir benyttet for kutting av mønstre i løkke- og/eller i kuttede tepper.

Videre vedrører oppfinnelsen en laminatlag for bruk i et fiberforsterket laminatgjenstand innbefattende et antall kombinerte laminatlag, hvor laminatlaget langs minst sin ene kant blir kuttet av avsmalnende ned gjennom tykkelsen, som dermed reduserer tykkelsen til laminatlaget.

Videre vedrører oppfinnelsen en fiberforsterket laminatgjenstand i form av bladet til en vindturbin, hvor bladet til vindturbinen innbefatter et antall kombinerte laminatlag, hvor laminatlaget, langs en seksjon av minst sin ene kant, blir kuttet av avsmalnende ned gjennom tykkelsen, slik at tykkelsen til laminatlaget blir redusert.

I det etterfølgende vil oppfinnelsen blir beskrevet mer detaljert ved hjelp av figurer sin viser utførelseseksempler av oppfinnelsen: Figur ler et tverrsnittsriss av en laminatgjenstand strukturert fra laminatlag i henhold til kjent teknikk; Figur 2 er et tverrsnittsriss av en laminatgjenstand strukturert fra laminatlag i henhold til kjent teknikk, hvor delaminering har oppstått som en følge av avsmalningen; Figur 3 er et tverrsnittsriss av et laminatlag i henhold til oppfinnelsen; Figur 4 er et tverrsnittsriss av laminatlag i henhold til oppfinnelsen med ulikt avsmalnende og avtrappede kutt; Figur 5 er et tverrsnittsriss av en del av en laminatgjenstand strukturert fra laminatlag i henhold til oppfinnelsen; Figur 6 er et tverrsnittsriss av en del av en laminatgjenstand strukturert fra laminatlag i henhold til oppfinnelsen, på hvilken det har blitt påført et toppbelegg; Figur 7 er et tverrsnittsriss av en seksjon av en laminatgjenstand strukturert fra laminatlag i henhold til oppfinnelsen, som oppviser et eksempel på en indre avsmalning; Figur 8 er et tverrsnittsriss av en seksjon av en laminatgjenstand strukturert fra laminatlag i henhold til oppfinnelsen, hvor laminatlagene er kuttet av avsmalnende som en konveks kurve; Figur 9A-9C er tverrsnittsriss av seksjoner av laminatgjenstander, hvor det avsmalnende kuttede laminatlaget fordelaktig kan bli benyttet i forbindelse med skjøting til en annen gjenstand, f.eks. i forbindelse med reparasjon; Figur 10 er et tverrsnittsriss av en laminatgjenstand, hvor det avsmalende kuttede laminatlaget blir benyttet i forbindelse med skjøter mellom laminatlag; Figur 11 viser en laminatgjenstand i form av bladet til en vindturbin på hvilken det er trukket et avsmalnende hovedlaminat, Figur 1 er et tverrsnittsriss av en del av en kjent laminatgjenstand 101 innbefattende et antall kombinerte laminatlag 103, hvor laminatgjenstanden er gjort tynnere ved hjelp av en endring i antallet laminatlag 103.1 figur 1 innbefatter laminatgjenstanden 101 innledningsvis seks laminatlag 103, og antallet laminatlag 103 blir gradvis avsmalnet til tre laminatlag 103, slik at tykkelsen til laminatgjenstanden 101 blir halvert. Avsmalningen finner sted gradvis, dvs. for å unngå at hakk vises tydelig, som ville føre til en svekning av laminatgjenstandens styrke, men den kan også skje for å minimalisere vekten av laminatet i områder hvor belastningen på laminatgjenstanden ikke er så høy. Figur 1 viser også et øvre lag 105 og de harpiksrike områder og luftlommer 107 som dannes mellom det øvre laget 105 og de underliggende lag grunnet avsmalningen som igjen kan føre til rynking av laminatoverflaten. For å unngå disse luftlommene kreves et overskudd av harpiks, i det tilfelle som gjelder glassfiberlaminat, som for eksempel blir vakuuminjisert under det øvre laget 105 for å holde laminatlagene 103 sammen. Et ytterligere problem forbundet med det tidligere kjente laminatgjenstanden er at et avsmalnende lag kan løsne fra det underliggende laget i form av en delaminering. Både delamineringsproblemet, de harpiksrike områder og luftlommene bidrar til en svekning av laminatgjenstandens styrke, og bidrar videre til å gjøre tilvirkning av laminatgjenstandene for eksempel ved hjelp av vakuumprosesser, slik som VARTM og lignende, vanskeligere. Figur 2 er et tverrsnittsriss av et ferdig laminat (201) i henhold til kjent teknikk, hvor en delaminering (203) i forbindelse den avtrappede avsmalningen (205) er vist. Figur 3 viser et tverrsnitt langs en del av et laminatlag. Her er, i henhold til oppfinnelsen, og i den ene enden 303 langs en seksjon av kanten av laminatlaget 301, et avsmalnende kutt utført ned gjennom tykkelsen av laminatlaget 302. Dermed blir tykkelsen 302 til laminatlaget gradvis redusert. Ved å oppnå slik avsmalnende avkutting

av laminatlaget, hvor ikke bare antallet laminatlag, men også tykkelsen til de individuelle laminatlag blir redusert, kan det gi laminatlag som kan bli benyttet i en laminatgjenstand i hvilken både problemene med områder rike på harpiks, problemene med luftlommer og med delaminering blir redusert vesentlig.

Et avsmalnende kutt skal ikke fortolkes til bare å innbefatte en lineær avkutting vist i figur 3; i stedet innbefatter det et hvilket som helst kutt hvor tykkelsen til laminatlaget blir kuttet av slik at tykkelsen blir redusert gradvis eller avtrappet. Eksempler på alternativt kutt er vist i figurene 4A-4M, som for alle kuttene viser hvordan tykkelsen til laminatlaget blir kuttet av med ulike former for kurver. En form for kurve for avkuttingen kan bli bestemt for eksempel på grunnlag av stivhetsbetingelsene i laminatlaget og spenningene på laminatlaget. Figur 5 er et tverrsnittsriss av en del av en laminatgjenstand 501 i henhold til oppfinnelsen innbefattende et antall kombinerte lamin atlag 503 i henhold til oppfinnelsen, hvor laminatgjenstanden er gjort tynnere ved hjelp av en endring i antallet laminatlag 503. Innledningsvis har laminatgjenstanden 501 seks laminatlag 503, og antallet laminatlag 503 blir avsmalnet gradvis til tre laminatlag 503, hvorved tykkelsen til laminatgjenstanden 501 blir halvert. I tillegg til den en reduksjon i antallet laminatlag blir tykkelsen til de individuelle laminatlag 503 også redusert ved hjelp av et avsmalnende kutt av laminatlaget utført som vist i figur 3 i stedet for den brå avkuttingen av laminatlaget vist i figur 1.1 eksemplet vist i figur 5 ble laminatlagene kuttet avsmalnende for å danne en spiss vinkel 505 i forhold til et underliggende lag. Figur 6 er et tverrsnittsriss av en del av laminatgjenstand tilsvarende laminatgjenstanden vist i figur 5, oppe på hvilken den er påført et øvre lag 601. Grunnet det avsmalnende kuttingen av laminatlagene blir forekomsten av luftlommer og område 603 som er rike på harpiks som dannes mellom det øvre laget 601 og de underliggende lag minimalisert. Figur 7 er et tverrsnittsriss av en seksjon av en laminatgjenstand 701 med innvendige kuttede laminatlag 703 som, slik det vil fremgå, er kutt anordnet mellom gjennomgående laminatlag 705. Det vil fremgå av figuren at ved hjelp av denne varianten av oppfinnelsen blir også områder rike på harpiks og luftlommer unngått. Figur 8 er et tverrsnittsriss av en seksjon av en laminatgjenstand 801 i henhold til oppfinnelsen innbefattende et antall kombinerte laminatlag 803 i henhold til oppfinnelsen. I tillegg til å redusere antallet laminatlag 803 er tykkelsen 805 til det individuelle laminatlaget også redusert ved at laminatlagene er kuttet i en konveks kurve. Figurene 9A-9C viser tverrsnittsriss av deler av laminatgjenstander, hvor det avsmalnende kuttede laminatlaget fordelaktig kan bli benyttet i forbindelse med skjøting til en annen gjenstand, for eksempel i forbindelse med reparasjonsprosedyrer. Tidligere kjent teknikk er vist i figur 9A; hvor det er ønskelig å kombinere en første seksjon 901 med laminatet 903 innbefattende et antall laminatlag 905. Igjen kan de brå kuttene i laminatlagene medføre delaminering og, i tilfellet med et øvre lag, kan områder rike på harpiks så vel som luftlommer også følge. Når kutting av lagene blir utført avsmalnende som vist i figur 9B eller 9C blir slike problemer eliminert. Figur 10 er et tverrsnittsriss av en del av en laminatgjenstand 1001, hvor det avsmalnendne kuttede laminatlaget fordelaktig kan bli benyttet i forbindelse med materialoverganger. Slike overganger kan være tilveiebrakt med det formål å endre materialet eller bare for å fortsette et laminatlag 1003 med et annet laminatlag 1005. Ved avkutting av laminatlagene 1003 og 1005 på en avsmalnende måte før sammenstilling derav, oppnås en større limoverflate mellom lagene, og videre blir også faren for at laminatlagene delamineres i skjøtene redusert, hvor faren ville ha vært høyere dersom laminatlagene hadde vært kuttet av brått og ikke kuttet av avsmalnende eller avtrappet. Figur 11 viser en laminatgjenstand i form av en glassfiberblad 1101 for en vindturbin. Bladet 1101 for vindturbinen er konstruert av glassfiberlaminatlag i henhold til oppfinnelsen, slik at et blad med øket styrke oppnås, hvor luftlommer er minimalisert og faren for delaminering av glassfiberlaminatgjenstanden er minimalisert. Figur 11 viser en del av laminatlaget til bladet vist som i lengderetning forløpende paneler, også kalt hovedlaminatet 1102 for bladet, med tverrettede linjer 1103 som indikerer avsmalning i henhold til oppfinnelsen.

Hvis et laminatlag i form av glassfiber eller karbonfiber vedrøres, kan avkuttingsprosessen som sådan bli utført ved hjelp av en anordning som kutter ved bruk av en fingerkuttingsteknikk som for eksempel er kjent fra en hårklipper. En slik anordning kan være konstruert av elementer fra for eksempel teppeindustrien, hvor en egnet kuttefremgangsmåte/anordning blir benyttet for kutting av mønstre i løkke og/eller kuttede tepper. Alternative kuttemetoder kan, som vist i figurene 12 og 13, bestå for eksempel i at i forbindelse med kuttingen av lagene 1201 ved hjelp av kutteenheten 1203 freser eller kutter man gjennom lagene, slik at et avsmalnende kutt blir oppnådd ved bruk av den prosessen. I figurene blir lagene 1201 kuttet av ved hjelp av en roterende kutteenhet 1203 som har en avsmalnende profil som dermed kutter av laminatlaget 1201 slik at det avsmalner. Profilen til kutteenheten 1203, som vist i figurene, kan avsmalne til en eller begge sider, og dermed oppnå et avsmalnet kutt av to laminatlag i en kutteprosess. I en utførelsesform blir lagene kuttet av gradvis over tre centimeter.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for kutting av laminatlag (301) for bruk i en fiberforsterket laminatgjenstand innbefattende et antall kombinerte laminatlag (301),karakterisert vedat langs en seksjon av den minst ene kanten til laminatlaget, blir et avsmalnende kutt (303) utført gjennom tykkelsen (302) av laminatlaget slik at tykkelsen til laminatlaget blir redusert.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat laminatlaget blir kuttet av avsmalnende, slik at kuttet vil danne en spiss vinkel i forhold til et underliggende laminatlag i en fiberforsterket laminatgjenstand.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat laminatlaget blir kuttet av i en konkav kurve.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat laminatlaget blir kuttet av i en konveks kurve.

5. Fremgangsmåte i henhold til kravene 1-4,karakterisertv e d at laminatlaget er et fiberlag, for eksempel glassfiber eller karbonfiber.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5,karakterisert vedat laminatlaget blir kuttet av ved bruk av en fingerkutter.

7. Laminatlag for bruk i et fiberforsterket laminatgjenstand innbefattende en antall kombinerte laminatlag,karakterisert vedat laminatlaget (301), langs en seksjon av den minst ene kanten (303), blir kuttet av avsmalnende gjennom tykkelsen (302) av laminatlaget, slik at tykkelsen til laminatlaget blir redusert.

8. Fiberforsterket laminatgjenstand i form av bladet til en vindturbin, hvor bladet til vindturbinen innbefatter at antall kombinerte laminatlag,karakterisert vedat langs minst en seksjon av den minst ene kanten, blir laminatlaget kuttet av avsmalnende gjennom tykkelsen av laminatlaget, slik at tykkelsen til laminatlaget blir redusert.