[发明专利]纤维增强塑料结构以及生产纤维增强塑料结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强塑料结构并且涉及生产纤维增强塑料结构的方法，其中使用了至少两个元件来构建纤维增强塑料结构的形状。

背景技术

已知例如可用纤维增强叠层件来构建风力涡轮机叶片。纤维增强叠层件可由短切原丝毡(CSM)或者编织毡(类似多轴镶嵌麻布)组成，由经线增强单向织物(performs)组成，由单一或联合的粗纱束组成，以及由诸如玻璃、凯夫拉尔、碳或麻的任何已知纤维材料组成。

可通过预制部件来对纤维增强进行补充。例如，玻璃纤维插入件、拉挤成型棒、…、等。

纤维增强甚至可结合有夹在中间的芯材料，例如轻木、泡沫材料或蜂窝状材料。

通过所谓的叠层堆中的许多层来构建风力涡轮机叶片。该结构包括堆积的塑料叠层件、预铸部件或元件，或其他纤维增强塑料结构。

下模具被用来承载主叶片结构，而上模具被用来与下模具一起封闭(或称包围)叶片的三维结构。已连接的模具被抽去空气，同时液体基质材料(如树脂)被相继注入模具中。

树脂固化，而该工艺是通过将压力和温度施加到封闭的结构而实现的。这种工艺被称为“真空辅助树脂传送方法(VARTM)”。

纤维增强塑料结构包括单一元件。这些单一元件可包括纤维增强叠层件、轻木块和/或其他预铸元件。这些单一元件需要连接起来。

为了连接，单一元件被布置成期望形状并且在胶的帮助下连接起来，胶被施加到相邻元件的接触表面。

有可能通过使用VARTM来连接单一元件，而树脂用作基质材料。还有可能使用胶来连接单一元件。

如果这些元件通过树脂或胶来连接，则所得到的结合连接仅表现出低的所谓“层间剪切强度值，ILSS值”。

如果元件的接触表面光滑的话，则情况尤其如此。

通常，所谓“剪切断口”出现在光滑表面之间，所以断口沿所得到的胶合线传播。这会削弱所得到的结构。

为了降低这种效应，已知使用包含了填料的胶。例如，使用所谓的“矿物填料”或“针状填料”。

这种类型的胶基于两组分环氧树脂或者基于聚氨酯系统。其还有可能基于添加有固化剂的不饱和聚酯。

这种基于填料的胶的一项缺点在于，其是在胶糊形状中使用的。这通常沿着胶合线产生空隙和气泡，导致形成裂缝。

通常，胶糊将导致脆弱的胶合线以及导致显示出裂缝的胶合线。

发明内容

因此，本发明的目的是提供改进的纤维增强塑料结构及其生产方法。

该目的通过权利要求1和权利要求9的特征得以解决。本发明的其他实施例是从属权利要求的目的。

根据本发明，纤维增强塑料结构包括至少两个单个元件。这些元件用于构建该结构的形状。两个相邻元件经由其接触表面通过所施加的胶或树脂连接起来。在使用胶或树脂连接这些元件之前，毡被置于接触表面之间。毡包括随机取向的短切纤维。

因此，所使用的毡即是所谓的“短切原丝毡，CSM”。

毡中纤维的随机取向防止了裂缝在连接区域中的未破裂路径中形成并传播。因此，实现了元件的牢固耐用的连接，这相比现有技术是极大的优点，现有技术中，通过使用胶糊等来连接两个表面，并且裂缝很可能在未破裂路径中形成并发展。

在优选实施例中，纤维增强塑料结构优选地用于构建风力涡轮机的叶片。

在优选实施例中，通过已知的VART方法的帮助来施加胶或树脂。

有可能在纤维增强塑料结构的元件上应用VART方法以产生单一增强的纤维增强塑料结构。

还有可能将纤维增强塑料结构的元件与风力涡轮机叶片的其他部件一起布置到模具中以对整个叶片结构应用VART方法。因此，纤维增强塑料结构的元件被整体形成在叶片夹心结构中。通过对整个叶片应用单一的VARTM工艺，这些元件被连接到一起并且还与叶片的其他使用部件连接。

在优选实施例中，毡包括由预浸的叠层件制成的纤维，所谓的“预浸件”。为此目的，玻璃纤维、碳纤维或其他可能的纤维均浸渍有环氧树脂，而该树脂被设计成在预定温度时固化。

由于本发明的缘故，获得了具有高质量的胶结合。该胶结合表现出非常高的“层间剪切强度，ILSS”。

根据本发明，所使用的毡包括具有随机取向的切断纤维。该毡浸渍有环氧树脂并且被放置在两个元件或部件之间的结合区域。因此，获得了具有改进的ILSS值的良好结合区域。

在优选实施例中，随机取向的纤维的长度从5mm直到50mm，而它们均浸渍有热固性环氧树脂。

由于本发明的缘故，还可能非常容易地控制结合区域的厚度和质量。由于预浸的CSM材料被用作毡，因此减少了沿着结合线或者结合区域内的气泡和空隙。