包括用于纤维增强复合构件的纤维材料的容器制造技术

本申请涉及一种具有腔的容器，其中所述腔具有腔压力并且包括适合于制造用于风力涡轮机叶片的一个或多个纤维增强复合构件的纤维材料，并且纤维材料的至少部分接触容器的壁的第一部分，壁的至少第一部分由柔性气密材料构成，并且腔中的未固化聚合物的总体积与腔中的纤维材料的总体积的比率小于0.3，并且容器适配成防止聚合物流入到腔中。还公开了一种用于制备这种容器的方法。还公开了一种用于将纤维材料铺设到模具中的方法。材料铺设到模具中的方法。材料铺设到模具中的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于纤维增强复合构件的纤维材料的容器


[0001]本专利技术涉及铺设（lay up）和移动例如用于在制造风力涡轮机叶片中使用的纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维材料。

技术介绍

[0002]用纤维增强复合材料制造风力涡轮机叶片的壳体是耗时的，无论制造步骤是否涉及干纤维，该干纤维之后注入有聚合物或预浸渍纤维材料。在干纤维的情况下，以便于实现期望的形状的这样一种方式在模具上执行铺设过程，该期望的形状包括沿叶片的纵向轴线的期望的横截面特性。在一些情况下，叶片可包括“主层压体”或翼梁帽（向叶片增加承载强度的局部较厚的结构）。叶片的一些区域可以包括不同纤维类型的组合，诸如包括例如玻璃纤维垫和/或碳纤维垫的非常特别的分层结构。然而，这是具有某些缺点的麻烦的过程。例如，在一些制造过程中，使用干纤维来铺设大部分的壳体，并且仅在已经完全完成铺设过程之后才执行将聚合物注入到纤维中。这可能对周转时间具有不利影响。
[0003]本专利技术的目的是提供用于在纤维增强复合构件的制造中辅助铺设干纤维材料或几乎干的纤维材料的方法。还提供了用于这种过程的容器，以及用于提供这种容器的方法。

技术实现思路

[0004]在第一方面，本专利技术提供了具有腔的容器。所述腔具有腔压力并且包括纤维材料以及可选地未固化聚合物，所述纤维材料适合于制造用于风力涡轮机叶片的一个或多个纤维增强复合构件，并且纤维材料的至少部分接触容器的壁的第一部分，所述壁的至少第一部分由柔性气密材料构成，并且腔中的未固化聚合物的总体积与腔中的纤维材料的总体积的比率小于0.3，并且容器适配成防止聚合物流入到腔中。
[0005]这种容器允许人员提供布置有某种形状和某种组合的纤维材料元件（例如纤维垫）的纤维材料铺设。铺设甚至能够在远离模具的位置中执行，在该模具中要进行实际制造纤维增强复合构件。换句话说，铺设过程中的部分铺设过程可以在不接近模具的情况下进行。随后，将包含铺设的纤维材料的容器运输到模具，其中容器容易地转移到已经如所要求的布置的模具。适配成防止聚合物流入到腔中的容器（换句话说，容器对于聚合物而言是不可渗透的）防止聚合物非故意地进入腔，直到当纤维材料要被转移到模具时。甚至少量的不想要的聚合物也能够在随后的注入过程期间例如通过在注入期间阻碍聚合物的流而潜在地引起问题。
[0006]在一些实施例中，腔压力维持在800 hPa的阈值压力以下，诸如500 hPa的阈值压力以下，诸如200 hPa的阈值压力以下，诸如100 hPa的阈值压力以下，诸如50 hPa的阈值压力以下。在一些实施例中，腔被动地密封以将压力维持在阈值压力以下。也就是说，容器不仅对液体聚合物而言是不可渗透的，而且对空气而言也是不可渗透的。在一些实施例中，阀布置在容器壁中，并且能够使用真空泵通过阀从腔中移除空气；该阀还防止空气回流到腔中。可以使用密封腔的其它等效装置来使其对于空气而言不可渗透。
[0007]作为另一示例，容器包括与腔流体连通的排空装置，腔排空装置配置成将腔中的压力维持在阈值压力以下。排空装置还可以可选地用于将压力从围绕容器的环境压力降低至低于阈值压力的压力。
[0008]在腔中使用降低的压力的优点在于，它将进一步帮助将腔中的纤维材料维持在位置中，保持纤维材料被铺设的形状。这允许容器在不干扰铺设的情况下被移动或旋转。在许多使用情况下，适配成维持腔中纤维材料的形状的阈值压力是优选的。
[0009]在一些实施例中，腔中的固化聚合物和未固化聚合物两者的总体积与腔中的纤维材料的总体积的比率小于0.3，诸如小于0.2，诸如小于0.1，诸如小于0.05。
[0010]在一些实施例中，腔没有（即，不包含）固化聚合物并且没有（即，不包含）未固化聚合物。换句话说，纤维材料是干的，并且容器不包含预制的复合构件。
[0011]在一些实施例中，腔中的未固化聚合物的总体积与腔中的纤维材料的总体积的比率小于0.2，诸如小于0.1，诸如小于0.05。在一些实施例中，腔没有（即，不包含）未固化聚合物。换句话说，纤维材料是完全干的。
[0012]纤维材料可以例如包括玻璃纤维和/或碳纤维。纤维可以例如是编织的、单向的、多向的或非编织的。除了玻璃纤维和碳纤维之外的材料也可以包括在腔中，如果需要的话作为要制造的纤维增强构件的部分。
[0013]在一些实施例中，纤维材料布置在腔中的非平面预成型件上。这允许纤维材料在纤维材料的面向预成型件的一侧具有非平面形状。在这样的实施例中，纤维材料由预成型件支撑地储存。这允许纤维材料维持预期的形状。
[0014]在一些实施例中，纤维材料包括多个纤维垫，诸如彼此重叠或部分重叠地布置在层中的纤维垫。纤维材料还可以包括一个或多个预制的纤维增强复合元件。
[0015]在一些实施例中，柔性气密材料由热塑性材料、聚酰胺、聚乙烯或尼龙材料制成。柔性气密材料可以可选地成形为膜，即相对薄的片材。备选地或附加地，柔性气密材料适合于在用于制造纤维增强复合构件的真空辅助树脂转移模制过程中用作真空装袋材料。
[0016]优选地，柔性气密材料的静摩擦系数小于0.3，诸如小于0.25，诸如小于0.2，诸如小于0.15，诸如小于0.1。静摩擦系数可以例如根据ASTM标准D 1894的方法测量。
[0017]在第二方面，本专利技术提供了用于提供包括纤维材料的容器的方法，所述纤维材料适合于诸如通过真空辅助树脂转移模制过程来制造用于风力涡轮机叶片的一个或多个纤维增强复合构件。该方法包括：
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将纤维材料布置在具有铺设表面形状的铺设表面上，并且可选地提供未固化聚合物，
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通过布置与铺设表面接触的柔性气密材料来形成腔，腔围绕布置的纤维材料和未固化聚合物，腔中的未固化聚合物的总体积与腔中的纤维材料的总体积的比率小于0.3，以及
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密封腔以便防止聚合物流入到腔中。
[0018]在一些实施例中，凭借腔中的降低的压力来维持密封，所述降低的压力使柔性气密材料抵靠铺设表面可密封地塌陷。在密封过程中也可以使用密封带。密封使得容器对聚合物而言是不可渗透的。
[0019]本领域技术人员将容易地认识到，应用于本专利技术的第一方面的实施例的考虑也可
以应用于第二方面的实施例。例如，腔中的压力可以降低到低于800 hPa的阈值压力（诸如低于500 hPa的阈值压力等）的压力。类似地，柔性气密材料可以是真空装袋材料；纤维材料可以包括玻璃纤维；等。因此，为了简洁的目的，所有这些考虑将不关于本专利技术的第二方面而重复，但是应当被认为适用于它们与第二方面兼容的范围。
[0020]在第三方面中，本专利技术提供了用于在具有模具表面的模具中铺设纤维材料的方法。该方法包括：
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提供根据第一方面的实施例的容器，
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将容器布置在模具表面上和/或在模具表面上预先布置的材料上，其中容器布置成使得容器的壁的第一部分由模具表面和/或由预先布置的材料支撑，并且纤维材料至少部分地由容器的壁的第一部分支撑，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有腔的容器（100），其中所述腔具有腔压力并且包括适合于制造用于风力涡轮机叶片的一个或多个纤维增强复合构件的纤维材料（85）以及可选地未固化聚合物，并且所述纤维材料（85）的至少部分接触所述容器的壁（61、65）的第一部分（65），所述壁的至少所述第一部分（65）由柔性气密材料（65）构成，并且所述腔中的未固化聚合物的总体积与所述腔中的所述纤维材料的总体积的比率小于0.3，并且所述容器适配成防止聚合物流入到所述腔中。2.根据权利要求1所述的容器，其中所述柔性气密材料的静摩擦系数为0.2或更低。3.根据权利要求1或2所述的容器，其中所述腔压力维持在800 hPa的阈值压力以下，诸如200 hPa的阈值压力以下。4.根据权利要求3所述的容器，其中所述腔被动地密封以将所述腔压力维持在所述阈值压力以下。5.根据权利要求3所述的容器，还包括腔排空装置（71、72），所述腔排空装置与所述腔流体连通并且配置成将所述腔压力降低到所述阈值压力以下并且将所述腔压力维持在所述阈值压力以下。6.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述腔中的未固化聚合物的总体积与所述腔中的所述纤维材料的总体积的所述比率小于0.2。7.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述腔中的未固化聚合物的总体积与所述腔中的所述纤维材料的总体积的所述比率小于0.1。8.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述腔不包含未固化聚合物。9.根据权利要求1
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7中任一项所述的容器，其中所述腔中的固化聚合物和未固化聚合物的总体积与所述腔中的所述纤维材料的总体积的比率小于0.3。10.根据权利要求1
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7中任一项所述的容器，其中所述腔中的固化聚合物和未固化聚合物的总体积与所述腔中的所述纤维材料的总体积的比率小于0.2。11.根据权利要求1
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7中任一项所述的容器，其中所述腔不包含未固化聚合物，并且不包含固化聚合物。12.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述纤维材料布置在所述腔中的非平面预成型件（62）上。13.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述纤维材料包括玻璃纤维材料和/或碳纤维材料。14.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述柔性气密材料适合于在用于制造纤维增强复合构件的真空辅助树脂转移模制过程中用作真空装袋材料。15.一种用于提供包括纤维材料的容器的方法，所述纤维材料适合于制造用于风力涡轮机叶片的一个或多个纤维增强复合构件，所述方法包括：
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将所述纤维材料（85）布置在具有铺设表面形状的铺设表面（61、62）上，并且可选地提供未固化聚合物，
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通过布置与所述铺设表面接触的柔性气密材料（65）来形成腔，所述腔围绕所述布置的纤维材料和所述未固化聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：叶片动力学有限公司，
类型：发明
国别省市：