[发明专利]纤维增强层压件和制造方法及其加强板和风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明描述了在纤维增强层压件中使用的加强板、包括这样的加强板的纤维增强层压件和风力涡轮机叶片以及制造纤维增强层压件的方法。

背景技术

可以使用诸如闭式压模铸造技术（其中能够模制整个叶片）的技术来制造风力涡轮机叶片。例如，玻璃纤维毡能够被用于在适当成形的模具中构建部件层，并且毡层被树脂粘结并在模具中固化从而得到纤维增强聚合物或玻璃增强塑料，这通常被简称为“纤维玻璃”。这样的方法被描述于EP 1 310 351 A1。

由这种闭式压模铸造技术制备的部件层可以由数十至数百层强化毡构成，例如通过用树脂浸渍纤维毡或层而被结合在一起的玻璃纤维毡或层。可替代地，纤维增强层压结构可以被用作部件层以便增强铸造零件的强度和刚度。

纤维增强部件层的结构特征通常由层压结构的每层中的纤维的量、类型和取向来控制。通常，部件层的刚度和强度取决于沿纵向纤维方向产生的负载。因此，传统设计的纤维增强部件层假定最终部件层的纤维将在最终部件中具有与被置于模具中时相同的取向。不过，在一些情况下，在制造过程期间在纤维层中会形成褶皱、折叠或结节。在这样的情况下，褶皱、折叠或结节中的纤维不再具有理想取向，并且会导致纤维增强部件层的严重过载。

会因为许多原因而形成褶皱、折叠或结节。在固化期间纤维增强部件层的热膨胀会超过模具的热膨胀，在这种情况下在基体材料（通常是热塑性或热固性材料）充分固化从而保持纤维处于理想取向之前纤维增强部件层会处于压缩压力之下。在纤维增强部件层下方的不均匀结构或在其上构建纤维增强部件层的表面内的起伏会促进褶皱、折叠或结节的形成。

试图防止纤维增强部件层内的褶皱通常包括一种或更多种公知技术的结合。例如，纤维增强部件层的厚度被保持在特定限制之下以便最小化放热热量的生成。模具和在其上形成纤维增强部件层的其他表面必须保持高品质。必须在严格控制的温度梯度下进行固化以便最小化热膨胀的差异。不过，这些额外的努力增加了制造的总成本。

避免纤维层内的褶皱的另一方法在于在纤维层之间包括加强板。加强板选自比纤维更具刚度的材料。当被置于例如纤维玻璃毡构成的层之间时，加强板防止在纤维毡层内形成褶皱、折叠或结节，因为纤维毡被加强板保持成大致平坦。

通常使用的加强板是树脂材料的预固化实心板、多孔、网状或任意其他的可渗透树脂的板，例如木材或金属制成的箔。

在US2005/0048260 A1中，公开了一种用于制造包括金属箔和多个纤维层板的层压复合体的方法。该方法包括穿孔于金属箔板、按预定次序和取向以面对面关系将多孔金属箔板堆叠在多个纤维层板内、以及将树脂灌注到堆叠的板和层板内以便树脂流动通过金属箔板内的穿孔并散布在多个纤维层板之间从而形成层压复合体。代替多孔金属箔，可以将多个薄金属箔条用作金属复合元件，其被设置在纤维层板之间以便在树脂灌注和硬化之后形成具有理想刚度的层压纤维金属复合结构。因而，金属箔条被用于使得树脂可以流动通过箔条之间的空间以便浸湿层压结构内的纤维层板。

在WO 2004/071761 A1中，公开了由铝合金形成的至少两个板构成的层压件，其间放置了中间层从而包含至少两组连续的相互平行的纤维。在树脂硬化期间中间层被连接到金属板。不过，这种层压件不能根据树脂灌注技术被制备并且因而导致了复杂且昂贵的层压件。

在WO 95/20479 A1中，公开了一种制造具有多个单向取向的层的复合层压件的方法，其中所述单向取向的层例如是由单向取向的纤维强化的基体材料层。至少一个内金属层，例如不形成层压件的外表面的金属层，与其他层设置在一起以便得到平衡且对称的层压件。

在EP 2113373 A1中，公开了一种制造增强层压件的方法，该层压件包括纤维材料板。在纤维增强层压件中，制备沿第一横向方向比沿第二横向方向的刚度大且沿第一横向方向比构成层压件的其他层的刚度大的层。根据这篇文献，通过如下的纤维材料板实现了这种层的特定特征，其中该纤维材料板被部分浸渍有树脂并被预固化以使得固化的树脂形成沿这个板的第一横向方向延伸的间隔条。

类似于上面的现有技术所描述的板和层的刚硬或刚性板的缺点会在于，层不能在圆角或弯曲主体之上被成形。

不过，如果不考虑在制造期间采取的防护措施而在纤维增强部件层内形成褶皱、折叠或结节，则通常需要维修或抛弃所述层，因为由于褶皱、折叠或结节导致的刚度和/或强度的损失通常会超出现实的安全余量或容差。

发明内容