用于稳定复合层压板的复合杆制造技术

具有多个刚性单向杆的结构增强预成型件层构造并布置用于制造载荷承受支撑结构和各种复合材料部件(例如，风力涡轮机叶片)中的加强件。各个预成型件层包括多个细长的单向强度元件或杆，这些元件或杆沿着预成型件层的纵向轴线布置在单层中。各个杆包括嵌入基体树脂内的对准排列的单向结构纤维，使得杆具有基本均匀一致的纤维分布和高度的纤维准直性。纤维的相对直线性和纤维准直性使杆和预成型件层具有高的刚度和大的抗压强度。多个杆与使得每个杆能够相对于另一杆轴向位移(例如，滑动)的联接件一起松散地附接(例如，编织)。编织)。编织)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定复合层压板的复合杆
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请按35 USC 119的规定要求2019年2月15日提交的美国临时申请62/806,169号的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]所公开主题涉及一种用于制造增强复合结构的系统和方法。特别地，本公开的主题针对用于在制造诸如运输工具(陆地或海上)、建筑/基建材料和风力叶片部件之类的复合结构中使用的多个刚性强度元件或杆的结构预成型件层。

技术介绍

[0004]已知多种用于真空辅助树脂传递模塑(VARTM)的方法和系统用于形成复合产品，该复合产品包括大型厚实的复合层压板——诸如在制造诸如风力涡轮机叶片之类的关键性结构元件、诸如地面物流车辆和运输系统之类的重负载结构、以及诸如建筑、道路和桥梁之类的基础设施部件中使用的复合层压板。这些结构通常包含使用包括单向纤维(稳定在固化的有机聚合物、陶瓷或金属基体中的玻璃、碳、芳纶或其他高度对准排列的合成长丝)的单轴及多轴材料的高负载复合层压板。这些层压板的长期强度(在静态和循环负载条件下)取决于轴向长丝的对准排列的质量。
[0005]然而，在固化过程中经常会形成变形(例如褶皱、翘曲等)，这会损害部件的结构完整性并危及部件的性能。此外，传统的复合材料制造工艺经常会将结构性叶片部件(诸如工字梁、翼梁盖和抗剪腹板)的刚度、强度和疲劳寿命限制成低于理想或最大的水平。类似地，已经证实单独使用增粘剂在防止褶皱方面几乎是无效的，而使用更高浓度的增强材料会引起层压板性能问题。此外，“玻璃纤维筛”已用作稳定材料，但它们的使用会增加净重并降低层压板性能，并且它们并非平面构造。
[0006]现有方法或装置的一些缺点包括：
[0007]·
用于组装材料的昂贵资金设备(将杆粘合到无纺纱)。
[0008]·
成品上各杆之间的间隙的间距难以/不可控制——这会对剪切变形产生负面影响。当材料必须剪切以与模具相符时，材料会从模具中抬起，进而杆会因剪切变形而通过碰撞结合。
[0009]·
控制杆张力和后续至无纺纱的层压的工业工艺致使成品纵向上排列连续变化。任何横向弯曲都会显著降低材料在没有剪切锁定(杆碰撞)的情况下与模具相符的能力。
[0010]·
用于将杆粘合到无纺纱的粘合剂降低了灌注的复合材料的层间剪切。
[0011]·
用于将杆粘合到无纺纱的粘合剂易腐烂，进而致使产品的保质期为六个月或更短。
[0012]因此，仍然需要提供用以提高强度和稳定性的增强材料以及制造复合结构(例如，风力涡轮机叶片)的有效且经济的方法和系统。

技术实现思路

[0013]所公开主题的目的和优点将在以下描述中阐明并从以下描述中变得明显，并且将通过对所公开的主题的实践而了解。所公开的主题的附加优点将通过在书面描述和其权利要求中以及从附图中特别指出的方法和系统来实现和获得。
[0014]根据本公开的一个方面，提供了一种用于形成复合结构的结构元件的系统，该复合结构包括：复合梁，其构造为沿着复合结构的至少一部分延伸；复合梁包括两个或更多个预成型件层。每个预成型件层包括：多个细长的杆，其纵向布置并相对于彼此成单层排列，每个杆设置为与至少一个相邻杆相邻并间隔开；每个杆包括固定在固化基体树脂中的多个单向、基本直的准直结构纤维，使得每个杆都是刚性的并且限定了最终的几何形状；联接件，该联接件将第一杆连接到相邻杆；每个预成型件层与一个或多个其他预成型件层堆叠；并且其中，多个堆叠的预成型件层限定了复合梁的横向宽度以及厚度。
[0015]在一些实施方式中，联接件是无粘合剂式联接件，例如机械结合件。联接件可以沿着第一杆的整个长度或其选定部分延伸。
[0016]在一些实施方式中，联接件包括沿着杆的长度分布的多个单元。这些单元可以包括平行于杆排列的侧壁，其中，单元包括一对横穿侧壁的横梁，并且第一横梁在杆的顶部上方延伸，而第二横梁在杆下方延伸。在一些实施方式中，单元的所有区段都与杆接合。
[0017]在一些实施方式中，至少一个杆可在联接件内滑动。
[0018]在一些实施方式中，侧壁的长度大于横梁的长度，并且横梁的厚度大于侧壁的厚度。
[0019]在一些实施方式中，杆由以下一者或多者制成：玻璃织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱；碳纤维织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱；石墨织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱；玄武岩织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱；和陶瓷织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱。
[0020]在一些实施方式中，相邻的杆沿着每个杆的整个长度接触，或者仅在其选定位置处接触。
[0021]在一些实施方式中，相邻的杆沿着每个杆的长度间隔开。
[0022]应当理解的是，前述概略描述和以下详细描述都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的公开主题的进一步解释。
[0023]包括有结合入并构成本说明书的一部分的附图来图示以及提供对所公开主题的方法和系统的进一步理解。附图与描述一起用于解释所公开主题的原理。
附图说明
[0024]参照附图来提供对本文所描述主题的各个方面、特征和实施方式的详细描述，其中附图简要描述如下。附图是说明性的并且不必然按比例绘制，其中为了清楚起见夸大了一些部件和特征。附图示出本主题的各个方面和特征并且可以整体地或部分地示出本主题的一个或多个实施方式或示例。
[0025]图1是联接到下面片材上的用于稳定复合层压板的复合杆的示例性实施方式的示意图。
[0026]图2是图1所示的示例性实施方式的放大视图。
[0027]图3
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3A是根据所公开主题的经编单向玻璃纤维产品的示例性实施方式。
[0028]图4是根据所公开主题的编织到前体织物中的预固化杆的示例性实施方式的截面图，该前体织物可以被堆叠和灌注以产生成品结构部件。
具体实施方式
[0029]现在将详细参照所公开主题的示例性实施方式，其示例在附图中示出。将结合对系统的详细描述来描述所公开主题的方法和相应步骤。
[0030]本公开涉及包括使用高体量(即纤维与树脂含量的比例；例如，通常>65％)的预固化纤维增强聚合物支撑元件(或“杆”)的制造工艺，其中通过将这些杆粘合成轻质无纺阔幅物而组装该预固化纤维增强聚合物支撑元件。可以将所得材料进行组装以产生恒定宽度，并且用作可以以任何任意长度卷起并分配成所需形状和长度的层。多个层可以堆叠在一起并以树脂灌注来产生高强度梁。通过改变每层的长度，可以层压成渐缩梁，该渐缩梁适用于例如现代风力涡轮机叶片设计的翼梁盖。这种杆和支撑层的示例性构造可参见美国专利8,540,491号，该专利的全部内容通过引用并入本文。
[0031]组装过程包括将大量(预定)数量的预固化杆元件柱化并随后附接至轻质无纺(例如，聚酯)纱。这个过程产生了一种其中预固化的杆被绑定到无纺层的材料形式。该材料设计为在各个杆之间具有预定的空间/间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于复合结构的结构元件，包括：复合梁，所述复合梁构造为沿着所述复合结构的至少一部分延伸；所述复合梁包括两个或更多个预成型件层，每个预成型件层包括：多个细长的杆，所述多个细长的杆纵向布置并相对于彼此成单层排列，每个杆与至少一个相邻的杆相邻并间隔开设置；每个杆包括固定在固化基体树脂中的多个单向、基本直的准直结构纤维，使得每个杆都是刚性的并且限定了成品的几何形状；联接件，所述联接件将第一杆连接到相邻杆；每个预成型件层与一个或多个其他预成型件层堆叠；以及其中，多个堆叠的预成型件层限定了所述复合梁的横向宽度和厚度。2.如权利要求1所述的结构元件，其中，所述联接件是无粘合剂的联接件。3.如权利要求1所述的结构元件，其中，所述联接件是机械结合件。4.如权利要求1所述的结构元件，其中，所述联接件沿着所述第一杆的长度延伸。5.如权利要求1所述的结构元件，其中，所述联接件包括沿着所述杆的长度分布的多个单元。6.如权利要求5所述的结构元件，其中，所述单元包括平行于所述杆排列的侧壁。7.如权利要求6所述的结构元件，其中，所述单元包括横向于所述侧壁的一对横梁。8.如权利要求7所述的结构元件，其中，第一横梁在所述杆的顶部上方延伸，并且第二横梁在所述杆的下方延伸。9.如权利要求5所述的结构元件，其中，所述单元的所有部段都与所述杆接合。10.如权利要求1所述的结构元件，其中，至少一个杆能够在所述联接件内滑动。11.如权利要求6所述的结构元件，其中，所述侧壁的长度大于所述横梁的长度，并且所述横梁的厚度大于所述侧壁的厚度。12.如权利要求1所述的结构元件，其中，杆由以下的一者或多者制成：玻璃织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱；碳纤维织物、网状物、纤维、纱线和/或粗纱；石墨织物、网状物、纤维、纱线和...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：泰普爱复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：