[发明专利]包含可磁化材料的风力涡轮机叶片壳部分的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含纤维增强聚合物材料的风力涡轮机叶片壳部分或风力涡轮机叶片的制造方法、通过该方法制造的风力涡轮机叶片、以及在该方法中使用的模具部分，其中所述纤维增强聚合物材料包括聚合物基体和嵌入在该聚合物基体中的纤维增强材料。

背景技术

真空浸渍或VARTM(真空辅助树脂传递模塑)是一种通常用于制造复合结构、例如包含纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片的方法。在制造过程中，液体聚合物，也称为树脂，填充入预先插入纤维材料的模具空腔中，在模具空腔中产生真空由此引入所述聚合物。所述聚合物可为热固性塑料或热塑性塑料。通常，均匀分布的纤维铺设在第一刚性模具部分中，纤维为粗纱，即纤维带的捆、粗纱或垫的带，所述垫为单独纤维构成的毡垫或由纤维粗纱构成的机织垫。随后将常常由弹性真空袋构成的第二模具部分放置在纤维材料上面，抵靠第一模具部分密封从而形成模具空腔。通过在所述模具部分的内侧与真空袋之间的模具空腔中产生真空，通常为完全真空的80-95％，所述液体聚合物能够被引入并且填充在其中含有纤维材料的模具空腔。所谓的分配层或分配管，也称为入口通道，在所述真空袋和纤维材料之间使用，以尽可能充分且高效地获得聚合物的分布。在大多数情况下，使用的所述聚合物为聚酯或环氧树脂，以及所述纤维增强最通常基于玻璃纤维或碳纤维。

在填充模具的过程中，真空，所述真空就此而论可以理解为欠压或负压，通过模具空腔中的真空出口产生，藉此液体聚合物通过入口通道被引入到模具空腔中而填充所述模具空腔。由于负压，当流动前沿向真空通道运动时，来自入口通道的聚合物在模具空腔中分配到各个方向。因此，优化定位入口通道和真空通道对于获得模具空腔的完全填充是重要的。然而，确保聚合物在整个模具空腔内的完全分配常常是困难的，并且相应的常常会造成所谓的干斑，即纤维材料没有被树脂充分浸渍的地方。因此，干斑是纤维材料没有被浸渍和可能存在气穴的地方，其很难或者不可能通过控制真空压力和入口侧可能的过压来去除。在使用刚性模具部分和真空袋形式的弹性模具部分的真空浸渍技术中，在填充模具的过程之后通过在相应位置穿刺所述袋以及例如采用注射针头将空气抽出的手段可以修复所述干斑。液体聚合物可以任选地注射到相应位置，其同样也可以例如采用注射针头的手段来实施。这是耗时且费力的过程。在大型模具部分的情况下，工作人员必须站在真空袋上。而这是不合适的，当聚合物还没有硬化的时候特别不合适，因为这样可以造成插入的纤维材料变形从而导致结构的局部弱化，其会引发例如压曲效应。

通常复合结构包括例如一个或多个纤维增强聚合物层的纤维增强材料覆盖的芯材。芯材可用作这些层之间的间隔层而形成夹层结构，并且芯材通常由刚性、轻质材料制成以减轻复合结构的重量。为了确保所述液体树脂在浸渍过程中的有效分布，芯材可能提供有树脂分布的网络，例如借助于在芯材表面提供通道或凹槽。

由于例如风力涡轮机的叶片随着时间进展变得越来越大，现在可能超过60米长，制造这些叶片相关的浸渍时间也增加了，因为更多的纤维材料需要被浸渍聚合物。此外，因为例如叶片的大型壳部件的浸渍需要控制流动前沿来避免干斑，浸渍过程变得更加复杂，所述控制例如可能包括对入口通道和真空通道进行时间相关的控制。这增加了引入或注入聚合物所需要的时间。其结果是聚合物不得不更长时间地保持液态，通常也会导致固化时间的增加。

树脂传递模塑(RTM)是与VARTM相似的一种制造方法。在RTM中所述液体树脂不是由于模具空腔中产生的真空而被引入模具空腔中。所述液体树脂代替的是通过入口侧的过压被驱使进入模具空腔。

预浸渍成型是用预催化树脂预浸渍增强纤维的一种方法。所述树脂通常在室温下是固态或近固态。预浸料坯通过手工或机器设置到模具表面上、真空袋装、然后加热到所述树脂被允许重新流动和最终固化的温度。该方法主要的优势在于在纤维材料中所述树脂含量被预先准确地设定。所述预浸料坯使用容易且清洁，使自动化和节省劳动力成为可能。预浸料坯的劣势在于材料成本高于非浸渍的纤维。另外，芯材需要由能够承受使所述树脂重新流动所需的加工温度的材料构成。预浸渍成型可以用于RTM和VARTM工艺中。

进而，可能使用外部模具部分和模芯生产整块的中空模制品。例如在EP1310351中描述了该方法，所述方法可以很容易与RTM、VARTM和预浸渍成型结合起来。