[发明专利]用于真空辅助树脂传递模塑工艺的树脂流动构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于真空辅助树脂传递模塑工艺（VARTM）的树脂流动增强构件，其包括腔，该腔具有作为树脂入口的第一开口和可连接到真空泵的第二开口。本发明还涉及包括纤维叠层和至少一个根据本发明的树脂流动增强构件的纤维加强塑性层叠件，以及涉及通过利用根据本发明的树脂流动增强构件制备的纤维加强塑性复合材料。此外，本发明涉及一种真空辅助树脂传递模塑工艺，用于将树脂从根据本发明的树脂流动增强构件注入纤维叠层中。纤维加强复合材料和真空辅助树脂传递工艺尤其适于制造各种技术产品，诸如汽车零件、飞机零件、储存罐、风力涡轮机叶片等。

背景技术

用于风力涡轮机转子的风力涡轮机叶片目前具有约40米或更大（有时约为90或100米）的长度。风力涡轮机叶片需要很坚固，因此通常构成包括金属或复合材料的壳结构。对于复合材料，汽车或飞机的零件需要满足类似的物理要求。这类复合材料一般由通过纤维（诸如玻璃纤维、碳纤维或其它纤维）加强的塑性材料组成。越来越多的这类产品是通过真空辅助树脂传递模塑工艺制造的。

在VARTM中，一堆纤维或者一纤维叠层放置在模具中。该模具被第二模具部分闭合，或者将塑性衬套放在模具之上。通过与模具的一个开口连接的真空泵为填有纤维的中空模具结构施加真空。然后将树脂从树脂容器（可以是树脂混合设施）灌输到纤维叠层中。所提供的树脂填满纤维之间的空间并且最终在模具中固化。以此方式，制造出具有特定形状的刚性加强复合结构。树脂通过分布在模具表面上的入口孔流入模具腔中。在常规的VARTM工艺中，模具内表面中或核芯材料表面中的树脂流动槽用于允许树脂更快流动到模具系统的特定区域。对模具表面中和核芯材料表面中的额外的树脂槽的使用改进了树脂从层叠件两侧到纤维叠层中的渗透，从而得到了对整个纤维叠层的快速浸湿。然而，额外的树脂槽会消耗额外的树脂量，这使得制造的复合零件更重且更昂贵。

替代性地，现有技术中已知，在塑性套管（例如真空膜或真空箔材）和待被树脂浸湿的纤维叠层之间放置特殊的树脂流动增强构件，也被称作流动薄片（例如填充有纤维的管或薄片构件）。当树脂被吸入模具腔中时，它快速流过树脂流动增强构件，然而纤维材料较为密集，对树脂流具有较大的阻力。部分地受真空产生的力以及部分地受毛细力的作用，树脂分布到纤维材料中。当树脂流过一区域时，运动中树脂的最前区域被称作树脂流动锋面（flow front）。

在进行VARTM工艺期间，最高真空出现在树脂流动锋面填充有空气的空间中。在树脂流动锋面之后，静态真空下降。由于静态压力差，树脂快速流过树脂流动增强构件，大体上穿过待被浸湿的纤维材料。因此，不能确保对模具内所有纤维进行正确的浸湿，尤其是在具有大的厚度和/或长度的纤维叠层中。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供改进的树脂流动增强构件、纤维加强塑性层叠件、纤维加强塑性复合材料以及用于将树脂从树脂流动增强构件注入纤维叠层中的改进的真空辅助树脂传递模塑工艺。

本发明的目的由根据本发明的树脂流动增强构件、纤维加强塑性层叠件、纤维加强塑性复合材料以及用于将树脂从树脂流动增强构件注入纤维叠层中的改进的真空辅助树脂传递模塑工艺来实现。

根据本发明的树脂流动增强构件适于用于真空辅助树脂传递模塑工艺。树脂流动增强构件包括腔，该腔具有可以与VARTM设备的树脂入口连接的第一开口和可以与VARTM设备的真空泵连接的第二开口。所述构件的腔用作穿过构件的树脂流动路径。两个开口可以布置在腔的相反端，以使得树脂从树脂进入开口、第一开口直接流到第二开口。树脂流动增强构件一般具有下述功能，即，通过提供树脂流动的腔并且使得树脂沿垂直方向渗透到与所述构件相邻布置的纤维叠层中，来确保或改进树脂从树脂入口到第二开口的传输。

树脂流动增强构件可以具有大体管状或薄片状结构，该结构具有由真空膜或真空箔材制成的第一上表面和第二下表面，该第二下表面具有例如开口，该开口用于使树脂在所述构件中与树脂流动方向垂直地流入纤维叠层中，或者该第二下表面是一种材料，树脂可以通过该材料渗透到位于其下的纤维叠层中。替代性地，树脂流动增强构件的两个相对表面可以适于使得树脂在任一表面处侵入毗邻的纤维叠层中。如果树脂流动增强构件被用在纤维叠层中（这表示其用作保留在纤维叠层内的中间层），则可以使用该替代方式。