夹层板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及夹层板及其制造方法。具体地，提供了一种用于风力涡轮机叶片的夹层板，包括夹芯材料（6）以及上层板部（4）和下层板部（5），其中所述上层板部（4）和所述下层板部（5）包括热塑性基质材料（11）和加热元件，其中所述加热元件是在所述热塑性基质材料（11）的内部构成电路的导电纤维（3）。本发明专利技术还提供了一种包括这种夹层板（10）的风力涡轮机叶片（100）以及制造这种夹层板（10）的方法。本发明专利技术还提供了一种风力涡轮机叶片（100）的修整方法和除冰方法。

【技术实现步骤摘要】
夹层板及其制造方法
本专利技术涉及夹层板，特别是用于风力涡轮机叶片的夹层板，该夹层板包括夹芯材料以及上层板部和下层板部，其中所述上层板部及下层板部包括热塑性基质材料和加热元件。本专利技术还涉及包括这种夹层板风力涡轮机叶片以及制造夹层板的方法。本专利技术还涉及风力涡轮机叶片的修整方法和除冰方法。
技术介绍
风力涡轮机转子的风力涡轮机叶片具有约40米或更长的长度，有时达到约90或100米。风力涡轮机叶片需要非常坚硬，因此通常组成包括金属或复合材料的壳结构。用于风力涡轮机叶片的这种复合材料一般由用坚固纤维（诸如玻璃纤维、碳纤维或其它纤维）加强的塑性材料构成。使用纤维加强的热塑性材料来制造的这类产品数量正日益增加。对于这些产品，可以将热塑性纤维和加强纤维的混合材料置于模具中，并通过加热模具来使其熔化。在被加热的模具中，热塑性基质材料熔化并且与加强纤维固结，以形成坚固的复合材料。然而，对于壁厚较大的大型结构或具有内部芯结构（其本身是绝热的）的结构而言，加热所述材料（尤其是夹芯结构的内部部分）几乎是不可能的，或者至少是费时耗能的。因此，热塑性材料并不常用于具有较大壁厚或具有绝热夹芯材料（诸如软木、蜂窝元件、PVC泡沫）的产品中。代替使用热塑性材料，热固性聚合物材料（诸如聚酯、乙烯酯或环氧树脂）通常用于这类复合材料中（参见WO2010133587A1）。然而，热固性复合材料具有一些缺点，诸如在循环利用那些材料时成本高，或者在不能循环利用时则会产生大量的废料积累。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是要提供一种改进的用于风力涡轮机叶片的夹层板、风力涡轮机叶片本身以及改进的制造这种层压板的方法。更具体地，本专利技术进一步的目的是要提供一种成本敏感的、任选地能够容易地循环利用的、可靠的夹层板。另一目的是要提供风力涡轮机叶片的修整方法和除冰方法。本专利技术的目的是通过根据权利要求1的夹层板、根据权利要求6的风力涡轮机叶片、根据权利要求11的制造夹层板的方法、根据权利要求14的修整方法和根据权利要求15的除冰方法来实现的。根据本专利技术的夹层板包括：夹芯材料以及上层板部和下层板部，其中上层板部和/或下层板部包括热塑性基质材料和加热元件。夹芯材料特别地具有支撑结构的功能，其可以是具有上层板部和下层板部的叶片的内部芯，或者可以是构成（例如风力涡轮机叶片的）上部叶片壳或下部叶片壳的夹层板的芯层。如果叶片的长度和尺寸增加到40米或更大，则叶片通常由封闭或围住一空腔或空间的上部和下部叶片壳构成。出于稳定性的原因，可以在上部叶片壳和下部叶片壳之间设置一个或多个腹板（例如内部隔离物或稳定器元件）。根据本专利技术的夹层板的加热元件包括导电纤维，其在热塑性基质材料内部构成电路。所述导电纤维可通过流过纤维的电流而被加热。由此，被加热的导电纤维可以（例如在制造过程期间）用于加热热塑性基质材料。当电流产生足够的热量以将导电纤维加热到高于热塑性基质材料熔点的温度时，热塑性基质材料熔化并且在随后的冷却过程中与导电纤维固结。对于本专利技术而言，导电纤维可以是具有足够低的电阻的、能够通过流过导电纤维的电流来加热该纤维周围的材料的任意纤维或金属丝或丝线。可由引导电流通过电路的电流接触或由利用振荡磁场来感生在纤维构成的环形结构中流动的电流的感应加热机构来向纤维提供加热能量。这两种技术以及用于加热导电纤维的类似替代技术可被用来加热纤维结构。加热元件被实现为加热围绕这些加热元件的热塑性材料，从而熔化热塑性材料。为了实现热塑性基质材料与导电纤维的固结，加热元件被布置成用于对热塑性基质材料块进行加热。因此，可以将加热元件布置在大块基质材料内的一个或多个层中，从而使得加热元件适于向热塑性基质材料提供足够的热量。为了增加热塑性基质材料中被加热区域的表面，可将每个加热元件以直线或弯曲或曲折式构形布置在热塑性基质材料层中。加热元件优选向热塑性材料提供足够的表面区域，例如通过包括多个线圈来替代直线结构，以减少加热时间或在相同的加热时间内熔化更大量的周围的热塑性基质材料。如果导电纤维小，则加热元件的数量将增加到在合理时间内加热热塑性基质材料块的足够的量。在熔化和冷却过程之后，所获得的夹层板包括夹芯材料以及由固结的复合材料制成的上和下层板部，该复合材料包括热塑性基质材料和作为加强元件的导电纤维。因此，导电纤维在制造过程期间是加热元件，而在最终产品中是加强元件，因为它们为上和下层板部的热塑性材料提供了足够的强度和刚性。因此能够以成本敏感和高效的方式生产可靠的层压板。一旦热塑性材料再次熔化，夹层板就变得易于循环利用。导电纤维或任意额外的加热器（例如外部加热器）可用于熔化热塑性材料并将其分成一个分离的部分，而芯材料和任意其它非热塑性材料保留在另一部分中。因而，夹层板容易生产、具有很大的强度和刚性并且能够容易地循环利用。本专利技术的另一方面是由上文所述的夹层板制成的风力涡轮机叶片，因为该夹层板具有改进的特性，诸如夹层板材料的强度和刚度提高以及可循环利用的能力提高。本专利技术的另一方面是一种改进的制造这种夹层板的方法。所述方法包括以下步骤：a)提供夹芯材料，b)将热塑性基质材料和多个导电纤维的混合物布置作为夹芯材料上侧和/或下侧的上层板部和/或下层板部，以及c)向所述多个导电纤维供应电流，以将导电纤维加热到高于热塑性基质材料熔点的温度。如果在模具中制造叶片，则将在模具中布置（这里是指放置或施加）热塑性基质材料和多个导电纤维的第一混合物作为下层板部，随后布置夹芯材料。一旦设置完夹芯材料，就将热塑性基质材料和多个导电纤维的第二混合物布置在夹芯材料上作为芯支撑结构的上层板部。这可以在连续步骤中完成或者例如通过将纤维混合物缠绕在夹芯材料周围而在一个步骤中在夹芯材料两侧完成。类似地，可以将上层板部放入模具中，随后再放置夹芯材料和下层板部。包括热塑性基质材料和导电纤维的上和下层板部或层可以在被布置于模具中或夹芯材料上之前被制备成所谓的“套件”（例如编织好或制备好的席垫），或者可以被纤维挨纤维地放置到模具中或夹芯材料上。如果基质材料包括颗粒状或粉末状材料或具有不同的形式（例如为网的形式），则可以将导电纤维以特殊的结构或构造布置在基质材料中。导电纤维基本上位于热塑性基质材料内部，从而使得热塑性材料完全覆盖或包围导电纤维。为了防止短路，导电材料彼此适当地分隔开并且完全被非导电材料（诸如热塑性基质材料）围绕。在下一步骤中，向在热塑性基质材料内部构成电路的导电纤维供应电流，以对其进行加热。流过导电纤维的电流量和供应电流的时间取决于待熔化的层板层的厚度和热塑性基质材料的熔点。为了向夹层板提供足够的强度，内部加热元件（即导电纤维）产生的热量必须足以将热塑性基质材料结合到夹芯材料的表面。为了提供适当的夹层板设计（（例如在风力涡轮机的叶片设计中），可以通过对在模具中由热塑性基质材料和导电纤维制成的下和上层板部施压来支持热熔化过程。这还可允许形成特定设计的表面，例如平滑表面。此外，可以加热模具，以便支持热塑性材料（尤其是在夹层板外表面部分的热塑性材料中）的熔化。由于热塑性基质材料主要是在内部（即利用导电纤维）被加热，因而与仅由模具利用外部加热的公知方法相比，改进了熔化过程。尤其地，根据本专利技术的过程可以降低熔化时间和/或熔化温度，因为可以避免由夹芯材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种夹层板（10），包括夹芯材料（6）以及上层板部（4）和下层板部（5），其中，所述上层板部（4）和所述下层板部（5）包括热塑性基质材料（11）和加热元件，其特征在于，所述加热元件是在所述热塑性基质材料（11）的内部构成电路的导电纤维（3）。

【技术特征摘要】
2011.12.22 EP 11195242.01.一种夹层板（10），包括夹芯材料（6）以及上层板部（4）和下层板部（5），其中，所述上层板部（4）和所述下层板部（5）包括热塑性基质材料（11）和加热元件，其特征在于，所述加热元件是在所述热塑性基质材料（11）的内部构成电路的导电纤维（3）。2.根据权利要求1所述的夹层板，其中，所述夹芯材料（6）包括泡沫聚合物和/或蜂窝结构和/或木结构。3.根据权利要求1所述的夹层板，其中，所述导电纤维（3）包括碳纤维和/或金属纤维和/或覆盖有导电层的玻璃或塑料纤维。4.根据权利要求1-3之一所述的夹层板，其中，所述热塑性基质材料（11）包括加强材料（2）。5.根据权利要求1-3之一所述的夹层板，其中，所述夹芯材料（6）包括突入到所述上层板部（4）和所述下层板部（5）中的多个导电通道（7）。6.一种风力涡轮机叶片（100），包括根据前述权利要求之一所述的夹层板。7.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，包括由腹板（600）任选地连接的上部叶片壳（500）和下部叶片壳（400），其特征在于，所述上部叶片壳（500）和/或下部叶片壳（400）由所述夹层板（10）组成。8.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，其中，所述导电纤维（40，50；200，300）沿基本上直线方向沿从叶片根部（20）到叶片梢端（30）的基本上纵向方向布置在所述夹层板的热塑性基质材料中。9.根据权利要求6至8之一所述的风力涡轮机叶片，其中，多个所述电路由在上部叶片壳（500）中从所述叶片根部延伸到叶片（100）的梢端并且在所述下部叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：E格罗夫尼尔森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：