预成型件和制备所述预成型件的方法技术

本发明专利技术提供了一种预成型件和制备预成型件的方法。所述预成型件包含树脂和至少两层定向纤维束。所述预成型件包含纤维束（取代传统的预浸料坯）以增强在随后处理期间树脂和／或纤维的重新布置，以及提供了更大的自由度、降低了价格和／或减少了浪费。所述预成型件被三维地形成以增强与另一些预成型件或其他结构的连接和／或增强所述预成型件成为最终三维形状的定型。制备预成型件的方法涉及在纤维层之间提供粘合剂并且提供与至少一个纤维层相接触的树脂。所述树脂最好被提供在连续层中以便于沿垂直于树脂层方向的气体的至少部分地去除。所述预成型件适用于制备复合结构，例如用于风轮机叶片的梁的制备。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
预成型件和制备所述预成型件的方法
本专利技术涉及纤维增强复合材料。具体地，本专利技术涉及包括树脂和若干层纤维束的半成品。
技术介绍
在现有技术中包含树脂和纤维的预成型件是公知的。美国专利6,139,942披露了一种具有部分浸渍纤维和非浸渍纤维的堆叠的预成型件。所述堆叠的层可在固结之前滑动并且因此难于处理。建议使用斜交帘布层避免这个问题，然而，这种处理是冗长乏味的并且可能会在固结期间对于所述堆叠的形状带来不期望的限制。EP-0 475 883专利还披露了一种具有多个定向纤维层的预成型件。然而，所述预成型件要求灌注树脂以便于进行固结，这是耗时的并且在一定程度上限制了固结期间纤维和树脂的重新排列。WO 02/090089披露了一种在其他连续树脂层中具有排气结构的模塑材料。所述排气结构被设计得允许在树脂的平面中和/或增强材料的平面中的处理期间气体从模塑材料中被去除。当模塑材料的水平投影增加时，由于在处理期间增加了堵塞的危险因此从模塑材料中去除气体变成为更不安全的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种预成型件，所述预成型件可用于增强复合材料的制造，并且所述预成型件提供了良好的再生产性、低孔隙率和良好的物理特性。本专利技术的另一个目的是提供一种用于预先固结包含树脂的部分固结的预成型件的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种预成型件和适合于自动化处理的制造预成型件的方法。-->通过附图、优选实施例和权利要求中所描述和解释的本专利技术可实现上述以及更多目的。预成型件是包括纤维和(除非另外指明)未固结树脂的复合材料。所述纤维最好以定向纤维层的方式提供，例如像音根纤维、纤维束、纤维束-浸料、预浸料坯。音根纤维、纤维束、纤维束-浸料具有优越于预浸料坯的优点，这是由于音根纤维不易于受限制因此在随后的处理期间可更容易重新排列。此外，音根纤维、纤维束、纤维束-浸料优越于预浸料坯之处在于，它们可以更大的自由度提供在预成型件中，价格降低了并且废料量也可降低。本专利技术提供了包括树脂和至少两层定向纤维束的预成型件，然而，使用预成型件或本专利技术所涉及的方法的优点将随着定向纤维束的层数量的增加而增加。因此，预成型件最好包括至少三层定向纤维束。在本专利技术的保护范围内可使用较高数量的层，例如4、5、8、10、15、20、50、100或更多层。除纤维和树脂以外，本专利技术所涉及的预成型件例如可包括一种或多种填料(例如，便宜的惰性物料)和/或溶剂和/或稀释液和/或流变剂和/或粘性调节剂。定向纤维层是纤维束或与预浸料坯相反的束-浸料，由于这提供了更高的设计自由度并且将考虑预成型件的随后处理(例如，预先固结或固结)期间纤维的更低粘性和流动性。而且，用音根纤维、纤维束、纤维束-浸料制备的预成型件优越于用预浸料坯制备的预成型件之处在于，制造成本降低了并且通常也降低了废料量。纤维束是大量音根纤维的束，例如1000、10000或100000纤维的纤维束。纤维束-浸料是至少局部浸渍的纤维束。因此可得出这样一个理论，即，复合材料的强度尤其取决于纤维与粘结材料(即，固结的树脂)之间的界面的强度。当纤维的刚度增加时，对于界面强度的敏感性也增加了。孔隙的存在可弱化界面但是孔隙的实际作用例如取决于所述孔的位置和尺寸。通常来说，孔越大并且孔数量越大就越不好。另一个方面是纤维的润湿。当纤维直径减小时在获得纤维的良好润湿性方面的难度就增加了。本专利技术的程序和-->产品对于包含薄刚性纤维(例如类似于碳纤维)的预成型件来说是尤为有利的，然而，当使用其他类型的纤维作为增强件时这些程序和产品也优越于现有技术，所述其他类型的纤维例如为玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、合成纤维(例如，丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或者PBO纤维等)、生物纤维(例如，大麻纤维、黄麻纤维、纤维素纤维等)、矿物纤维(例如，RockwoolTM等)、金属纤维(例如，钢、铝、黄铜、铜等)或硼纤维。传统上来说，在固结之前和固结期间封闭在预成型件中的气体通常是沿纤维的的方向，即，在树脂层的平面中被去除的。因此，结构越大，气体所要行进以从结构中释放的距离就越长。因此气体被截留在固结结构内的危险就随着结构的尺寸而增加了。明显的是，当增强件是单向纤维时伴随截留的气体出现的问题是尤为显著的。可推测出的是，这是由于纤维的非常紧密的包装而导致的，非常紧密的包装可出现在由单向纤维增强的复合材料的一些区域中。然而，与截留的气体相关的问题也可存在于其他类型的纤维定向中，例如，双轴向定向或任意定向，因此本专利技术的专利技术理念的优点是适合于任何类型的纤维定向，即使当使用单向纤维定向时优点是最大的。“气体”一词在这里指的是被截留的大气空气以及与制备工艺相关的气体产物、副产物和原材料。纤维可为不止一种类型的纤维的混合物。例如，可使用玻璃纤维和碳纤维的组合，但是文中提及的两种或多种纤维类型的任何组合都是可行的。所述混合物可为同类的，在独立纤维层中具有不同的浓度，或者在任何纤维层中具有不同粘度的纤维。纤维的混合可是有利的，由于这打开了材料特性的修整，例如，从组合的应力/成本观点方面，或者可提供尤其适合于连接于其他材料的预成型件。然而，在优选实施例中，纤维主要(或排他性地)为碳纤维。“碳纤维”一词在这里指的是主要成分为碳的纤维。因此，通过该定义碳纤维包括具有石墨的纤维、无定形碳或碳毫微管。因此，本定义包括例如通过聚丙烯腈方法和基于间距的方法所生产的碳纤-->维。“纤维”一词在这里指的是具有大于10纵横比(长度/等效直径)的微粒。“等效直径”一词在这里指的是具有与微粒的横截面面积相同面积的圆的直径。然而，在一个优选实施例中，纤维为连续纤维，即，基本从预成型件的一个边缘发展到另一个边缘的纤维。所述树脂可为热塑性树脂或热固性树脂，然而最好使用热固性树脂，原因是化学和热稳定性以及处理的容易性。更好的是，所述树脂为环氧基树脂或聚酯基树脂，最好为环氧基树脂。所述树脂可包括不止一种树脂系统。使用不止一种树脂系统以便于在可优化随后处理步骤的树脂的特性方面可是有利的，例如在固结程序的粘性和定时/控制方面可是有利的。这些系统可基于相同的树脂类型或不基于相同的树脂类型，然而，所述系统最好基于相同的树脂类型，例如类似为两种或多种环氧基系统。在另一个优选实施例中，树脂类型不同但是树脂是相容的。本专利技术所涉及的方法适合于自动化处理。例如，可有利地由自动机械分配定向纤维束、粘合剂和树脂的层。由通过粘合剂至少部分固定的纤维推进所述自动化，这将防止或至少大大减少定向纤维束层中的干扰。当粘合剂仅涂覆于预成型件的水平投影的选定区域时，与将树脂分布在整个水平投影上相比较节省了时间。树脂系统可包含这样的成分，当与裸露皮肤相接触时，如果摄入或吸入的话，所述成分可能是刺激性或有害的。因此极为期望避免直接接触。由于本专利技术所涉及的产品和程序尤为适合于自动化，因此本专利技术所涉及的产品和程序对于工作环境带来了显著的改进。附图说明图1示出了预成型件的示意性横截面图。图2示出了预成型件中的优选几何水平投影和纤维定向的示意图。图3示出了树脂层的优选结构的示意图。图4示出了粘合剂的优选结构的示意图。-->图5示出了具有锥形部分的预成型件的示例。图6示出了制备树脂的优选方法的示意图。图7示出了用具有基本相同尺寸的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预成型件，包括纤维和至少两层定向纤维束，最好至少三层定向纤维束。

【技术特征摘要】
1.一种预成型件，包括纤维和至少两层定向纤维束，最好至少三层定向纤维束。2.依照权利要求1所述的预成型件，其特征在于，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、合成纤维(例如，丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或者PBO纤维等)、生物纤维(例如，大麻纤维、黄麻纤维、纤维素纤维等)、矿物纤维(例如，RockwoolTM等)、金属纤维(例如，钢、铝、黄铜、铜等)或硼纤维。3.依照权利要求1到2所述的预成型件，其特征在于，所述纤维为连续纤维。4.依照权利要求1到3任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述树脂主要是热固性树脂。5.依照权利要求4所述的预成型件，其特征在于，所述树脂主要是环氧基树脂或聚酯基树脂。6.依照权利要求4所述的预成型件，其特征在于，所述树脂包含两种树脂系统，最好为两种环氧基系统。7.依照权利要求1到6任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的水平投影基本为矩形。8.依照权利要求1到6任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的水平投影基本为梯形，最好具有基本相同的角度(α、β)。9.依照权利要求7到8任意一项所述的预成型件，其特征在于，平行侧之间的距离至少为任意一个平行侧的长度的3倍，最好为大于任意一个平行侧的长度的5倍。10.依照权利要求1到9任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的水平投影基本为四边形或三角形。11.依照权利要求1到10任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述纤维被基本地单向地定向。12.依照权利要求1到10任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述纤维基本被垂直于预成型件的一个边缘定向。13.依照权利要求1到10任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述纤维基本被平行于预成型件的一个边缘定向。14.依照权利要求1到13任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述纤维被定向以便于加固在使用期间将经受较高应力的最终元件的区域。15.依照权利要求1到14任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述纤维的定向在所有层中基本是相同的。16.依照权利要求1到14任意一项所述的预成型件，其特征在于，第一层中的纤维定向不同于第二层中的纤维定向。17.依照权利要求1到16任意一项所述的预成型件，包括至少三层纤维。18.依照权利要求17所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的一部分被形成为三维的以减小所述预成型件与相邻结构之间的界面应力。19.依照权利要求18所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的所述部分是锥形的。20.依照权利要求17所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的一部分被形成为三维的以便于增强所述预成型件的定型。21.依照权利要求20所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件的所述部分是锥形的。22.依照权利要求1到21任意一项所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件包括碳纤维，并且所述预成型件被增强以便于所述预成型件与包含第二类型纤维与树脂的复合部件之间的连接，所述第二类型纤维最好从以下组中选择出来：玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、合成纤维(例如，丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或者PBO纤维等)、生物纤维(例如，大麻纤维、黄麻纤维、纤维素纤维等)、矿物纤维(例如，RockwoolTM等)、金属纤维(例如，钢、铝、黄铜、铜等)或硼纤维。23.依照权利要求22所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件朝向所述复合部件的一部分具有第二类型纤维，并且所述第二类型纤维延伸得超过所述预成型件。24.依照权利要求22所述的预成型件，其特征在于，所述预成型件朝向所述复合部件的一部分具有在富有(或排他地包含)碳纤维的层之间交错的富有(或排他地包含)第二类型纤维的层，并且所述第二类型纤维延伸得超过所述预成型件。25.依照权利要求24所述的预成型件，其特征在于，交错的覆盖距离大于富有(或排他地包含)碳纤维的层与富有(或排他地包含)第二类型纤维的层之间的界面应力的末端条件的范围，交错的覆盖距离最好大于富有(或排他地包含)碳纤维的层与富有(或排他地包含)第二类型纤维的层之间的界面应力的末端条件的范围的2倍。26.依照权利要求24到25所述的预成型件，其特征在于，富有在富有碳纤维的层之间交错的第二类型纤维的层端部之间的距离被大于富有碳纤维的层与富有第二类型纤维的层之间的界面应力的末端条件的范围的距离隔开，富有第二类型纤维的层端部之间的距离最好大于富有(或排他地包含)碳纤维的层与富有(或排他地包含)第二类型纤维的层之间的界面应力的末端条件的范围的2倍。27.用于制备预成型件的方法，包括以下步骤：提供定向纤维束的层；在所述纤维层之间提供粘合剂以便于至少部分地固定所述纤维；提供与纤维束的至少一层相接触的树脂。28.依照权利要求27所述的方法，其特征在于，所述树脂被提供在两层纤维束之间。29.依照权利要求27所述的方法，其特征在于，所述粘合剂包含树脂成分的至少一种，最好所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A贝克，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]