用于纤维加固层压件的穿孔的真空膜 |
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申请号 | CN201410179696.9 | 申请日 | 2014-04-30 | 公开(公告)号 | CN104129082A | 公开(公告)日 | 2014-11-05 |
申请人 | 西门子公司; | 发明人 | P.基贝伦德; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及用于 纤维 加固 层压 件的穿孔的 真空 膜。本发明涉及用于 风 轮机 叶片 的复合部件(100)。所述复合部件(100)包括至少一个纤维层(101、103、105)的层叠结构(101)、以及具有第一表面(111)和第二表面(112)的膜(110),所述第二表面(112)是与所述第一表面(111)相对的表面。膜(110)被设置成使其第一表面(111)位于层叠结构(101)之上。膜(110)被穿孔有开口(113),其中,所述膜形成为使得:开口(113)对于沿着从第一表面(111)指向第二表面(112)的第一方向(114)流动的 流体 是可渗透的,并且对于沿着从第二表面(112)指向第一表面(111)的第二方向(115)流动的流体是不可渗透的。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于风轮机叶片的复合部件(100),所述复合部件(100)包括: |
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说明书全文 | 用于纤维加固层压件的穿孔的真空膜技术领域背景技术[0002] 对于风轮机、尤其是风轮机叶片来说,使用稳定且轻质的材料。具体地,复合纤维部件因合适的材料特性而被用于风轮机叶片。 [0003] 因而,用于制造例如风轮机叶片的复合部件包括形成层叠结构的多个加固纤维层。通常通过利用传递模塑过程来制造复合部件。通过利用传递模塑过程,加固纤维层在模具中层叠在彼此上。模具限定待制造的纤维部件的期望形状。在将复合层布置到模具中之后,从模具的相对侧附接另一模具,诸如气囊、真空膜或刚性模具。然后在模具和另一模具之间挤压层叠结构。在随后的步骤中,用树脂润湿和浸泡层叠结构和单独的加固纤维层。接着,在预定温度下固化经浸泡的层叠结构的加固纤维层。 [0004] 在制造复合部件期间,必须确保单独的加固纤维层被布置在正确的位置并因此在整个制造过程中具有几何形状一致性。具体地,在挤压加固纤维层并将其固定在相应模具之间之前,加固纤维层必须已经被固定。因此,应用欠压或真空,以便将加固纤维层的层叠结构浸在模具之一中。由此将加固纤维层固定到相应模具。 [0005] 为了改进层叠结构与模具的真空固定,可将致密的纤维材料层放置在复合层的层叠结构的表面上。该致密的纤维材料层具有低空气渗透率,以便在模具表面和密封纤维材料层之间建立欠压,从而将位于密封纤维材料层和模具之间的层叠结构固定到模具表面。因此,纤维材料铺层可被固定,并由此能够进一步移动,而不存在纤维铺层移位的风险。 [0007] 在一方面,期望层叠接结构的顶部纤维层(该层形成层压件的加固结构的一部分)是常规类型的并且包括良好的树脂润湿特性和相对于任何相邻结构元件(诸如,壳、梁等)的良好的层间抗剪强度。在另一方面,期望顶部纤维层具有低渗透率,从而提供良好的真空特性。倾向是,此具有低空气渗透率的顶部纤维层总体上包括相对差的树脂湿润特征和低层间抗剪强度,这通常是令人满意的。 [0008] 此外,即使顶部纤维层具有相对低的空气渗透率,也需要极其大的空气流来保持纤维铺层上的足够大的压力差,以便将层叠结构保持到模具表面上,尤其是在模制诸如上述风轮机叶片的大型零件时。 [0009] 因此,利用除致密的纤维表面材料之外的手段来固定纤维铺层可以是有利的。 发明内容[0010] 本发明的目的可以是提供用于风轮机叶片的易于制造的复合部件。 [0012] 根据本发明的第一方面,提出一种用于风轮机的复合部件。所述复合部件包括至少一个(加固)纤维层的层叠结构和膜。膜具有第一表面和第二表面,第二表面是与第一表面相对的表面。膜设置成使其第一表面位于层叠结构之上。 [0013] 膜被穿孔有开口,其中,膜形成为使得开口对于沿着从第一表面指向第二表面的第一方向流动的流体是可渗透的,并且该开口对于沿着从第二表面指向第一表面的第二方向流动的流体是不可渗透的或渗透率较低。 [0014] 根据本发明的另一方面,提出一种制造用于风轮机叶片的复合部件的方法。根据所述方法,所述膜设置成使其第一表面位于至少一个(加固)纤维层的层叠结构之上。膜被穿孔有开口,所述开口以下述方式形成,即,开口对于沿着从第一表面指向第二表面的第一方向流动的流体是可渗透的,第二表面是与第一表面相对的表面。此外,所述开口以下述方式形成,即,开口对于沿着从第二表面指向第一表面的第二方向流动的流体是不可渗透的或渗透率较低。 [0015] 层叠结构包括至少一个纤维层。纤维层可由沿一个方向或多个方向相对于彼此对齐的纤维制成。例如,层的纤维还可形成织物和预浸料坯。层叠结构的每个纤维层可由不同材料制成并且可包括不同的材料特性。例如,纤维可由碳纤维、玻璃纤维或其它加固纤维制成。此外,层叠结构可包括芯层,芯层包括可以是例如软木材料的芯材料。 [0016] 例如,流体可以是气态或液态流体,诸如空气或树脂。例如,具体地,沿第一方向流过开口的流体可以是树脂,而沿第二方向流动的流体可以是空气。 [0018] 膜可由诸如聚苯乙烯等的合成塑料材料制成。通过使膜穿孔有开口来提供膜的渗透性。所述开口以下述方式形成,即,沿着从第一表面指向第二表面的第一方向流动的流体可流过膜。此外,所述开口以下述方式形成,即,阻止沿第二方向流动的流体流过开口。 [0019] 因而,膜结合了期望的效果,即,在一方面作为第一流体的树脂可流过膜,并且在另一方面阻挡或妨碍作为第二流体的空气沿第二方向流过膜。因而,形成合适的树脂分布并同时实现通过施加欠压将复合部件良好地固定到模具上。 [0020] 通过将膜布置在层叠结构(其被布置在模具的表面上)上方,实现(几乎)封闭的空气阻挡,以便真空加强所述层叠结构。因而,通过以下述方式布置膜而可在膜和模具表面之间有效地产生欠压,即,层叠结构和膜通过欠压被固定到所述膜,直到干燥的层叠结构和干燥的膜通过配对的另一模具被固定到所述模具,以便防止层叠结构的纤维层和膜不对齐。 [0021] 然而,如果模具和层叠结构以及通过欠压固定在其上的膜在最终位置中移动,注入树脂,以便利用树脂浸泡层叠结构和膜。树脂可沿第一方向被挤压通过层叠结构和膜,从而使得膜可渗透并且树脂可流动通过层叠结构和膜,由此确保将树脂充分地供应到所有期望的层和膜。 [0022] 换言之,当流体沿第二方向流动时,膜不可渗透,并且当流体沿第一方向流动时,膜可渗透,并由此允许流体在树脂浸泡过程步骤中流过膜。因而,通过本发明,提供复合部件,尤其是用于风轮机叶片的复合部件,其中,复合部件包括膜,膜可最终形成复合部件的整体式表面层,其中,膜具有足够低的渗透率,以确保在通过树脂润湿和浸泡层叠结构之前的制造和处理期间的真空和欠压加强,并且膜可形成完成后的最终复合部件的一部分并与其一体形成。 [0023] 换言之,通过利用取决于第一和第二方向而可渗透的上述膜,能够进行以下制造过程,即,可在真空下放置相邻的两个或更多个纤维层,同时仍允许树脂流动。 [0024] 根据另一示例性实施例,复合部件还包括被布置在膜的第二表面上的具有至少一个另外的纤维层的另一层叠结构。因而,膜可以是在层叠结构和另一层叠结构之间的中间层。由此,在第一制造步骤中,膜可在施加欠压时将层叠结构固定到模具。接着,另一层叠结构可被施加到膜的第二表面。在随后步骤中,树脂可被注入通过层叠结构(沿第一方向),进一步通过膜,并进一步到达另一层叠结构。因而,可以在一个制造过程步骤中用树脂合适地润湿另一层叠结构。 [0025] 根据另一示例性实施例,膜包括可降解材料。尽管膜可以是完成的复合部件的一部分,但是可以可替代性地应用可降解材料的膜,从而使得在施加欠压之后以及在用树脂润湿和浸泡纤维层之后,膜在随后的方法步骤中降解。例如,在用树脂浸泡层叠结构和/或另一层叠结构之后,可通过启用分解剂(诸如苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等)和/或通过将可降解膜加热至预定(例如,熔化)温度以上的温度来降解所述膜。此外,膜可暴露于预定的降解光,诸如红外光等。 [0026] 根据另一示例性实施例,膜包括在围绕第二表面处的至少一个开口的弹性密封唇。根据另一示例性实施例,相应弹性密封唇形成为使得,如果施加在第一表面处的流体的第二压力低于施加在第二表面处的流体的第一压力,则相应密封唇封闭相应开口,并且如果施加在第一表面处的流体的第二压力高于施加在第二表面处的流体的第一压力,则相应密封唇打开相应开口。 [0027] 因而,通过具体围绕第二表面处的相应开口的边缘应用弹性密封唇,唇可通过作用在其上的流体(压力)而弹性变形,从而使得流体可流过或不流过开口。 [0028] 根据另一示例性实施例,开口中的至少一个具有锥形形状,其具有底部区域和锥顶端,其中,底部区域形成在第一表面处并且锥区域形成在第二表面处。相应密封唇形成在锥区域处。 [0029] 因而,通过提供锥形形状的开口,沿第一方向挤压的流体通过较大的底部区域进入开口。当沿第一方向从底部区域向锥顶端进一步移动时,开口内的流体由于减小的直径而集中在密封唇处。因而,密封唇打开,从而使得流体可流过打开的开口。如果沿第二方向挤压流体,则流体挤压在密封唇上,其中,密封唇在开口内不可弯曲,从而使得开口保持关闭。 [0030] 下面更详细地描述用于制造具有上述膜的复合部件的制造方法。 [0031] 首先,层叠结构和膜被布置到模具的模具表面上。模具表面形成要最终制造的复合部件(例如,风轮机叶片)的阴模形式。包括至少一个纤维层的层叠结构被布置到模具的表面上。在层叠结构上面布置膜。 [0032] 接着,例如通过真空泵在膜和模具之间施加欠压,从而使得膜和层叠结构被挤压在模具的表面上,由此将膜和层叠结构固定到模具表面。膜以下述方式定向,即,如果施加欠压,则没有空气或很少的空气可沿第二方向流过开口,因此当在膜和模具表面之间施加欠压时膜对于空气来说几乎是不可渗透的。 [0033] 接着,可将模具移动到期望位置。在移动模具期间,防止层叠结构和膜由于层叠结构和膜通过施加的欠压被固定到模具表面而不对齐。 [0034] 此外,可将至少一个另外的纤维层的另一层叠结构布置到膜的第二表面上。 [0035] 接着,应用另一模具,诸如模具芯和可选的气囊,从而使得层叠结构、膜和可选的另一层叠结构位于另一模具和模具之间。因而,层叠结构、另一层叠结构和膜被夹持在另一模具和模具之间,从而防止层叠结构、另一层叠结构和膜的不对齐。 [0036] 在接下来的步骤中,树脂经由压力差而沿第一方向被注入通过层叠结构的至少一个纤维层、膜并可选地通过另一层叠结构。因而,在沿第一方向注入树脂期间,膜是可渗透的,从而使得树脂流被提供通过层叠结构、膜和可选的另一层叠结构。因而,用树脂均匀地浸泡模具和另一模具之间的复合部件的所有元件,因为膜不作为树脂的阻挡件。 [0037] 可选地,在注入树脂之后或之前,膜可降解。可通过膜的物理(例如,光、加热)或化学(诸如,预定的溶剂稀释)降解来降解所述膜。 [0038] 最后,在预定温度下固化复合部件,可从完成的复合部件移除模具。 [0039] 上述复合部件可形成风轮机部件(诸如,风轮机叶片)的全部或部分。 [0040] 必须注意,已参照不同主题描述了本发明的实施例。具体地,参照设备类权利要求描述了一些实施例,而参照方法类权利要求描述了其它实施例。然而,本领域技术人员可根据以上和以下描述推断出,除非另有说明,除了属于一类主题的特征的任意结合之外,属于不同主题的特征之间的任意结合(具体地,设备类权利要求的特征和方法类权利要求的特征的结合)都被认为由本申请公开。附图说明 [0041] 本发明的以上限定方面和其它方面通过将在下文被描述的实施例的例子显而易见,并参照实施例的例子被解释。下面将参照实施例的例子更详细地描述本发明,但本发明不限于此。 [0042] 图1示出根据本发明的示例性实施例的在两个模具之间的复合部件的层结构的示意图;图2示意性地示出根据本发明的示例性实施例的处于不可渗透状态的膜;以及图3示出根据本发明的示例性实施例的处于可渗透状态的膜的示意图。 具体实施方式[0043] 附图中的图解是示意性的。应该注意,在不同附图中,相似或相同的元件具有相同的附图标记。 [0044] 图1示出用于风轮机叶片的复合部件100,其中,复合材料100包括层叠结构101、膜110和可选的另一层叠结构106。层叠结构101包括至少一个纤维层102、103、105。此外,层叠结构可以可选地包括可夹设在相应纤维层103、105之间的芯材料104。 [0045] 在图1至图3中,具体地,膜110被示意性地示出为具有大厚度,以便勾勒出具有开口113的穿孔。然而,膜110可包括纤维层102、103、105的厚度或可包括比纤维层102、103、105更小的厚度。 [0046] 膜110具有第一表面111和第二表面112,所述第二表面是与第一表面111相对的表面。膜110被设置成第一表面111位于层叠结构101上面。 [0047] 膜110被穿孔有开口113,开口113以下述方式形成,即,对于沿着从第一表面111指向第二表面112的第一方向114流动的流体(诸如树脂)来说开口113是可渗透的,并且对于沿着从第二表面112指向第一表面111的第二方向115流动的流体(诸如空气)来说开口113是不可渗透的。 [0048] 另一层叠结构106被可选地布置在膜110的第二表面112上。另一层叠结构106可包括另外的纤维层107、108。 [0049] 如从图1可知的,可包括纤维层102、103、104和例如芯材料104的层叠结构101可被布置到模具121的表面上。层叠结构101被覆盖以膜110。在此步骤中,纤维层102、103、105、107、108和膜110是干燥的并且还可相对于彼此移动。为了防止例如层叠结构101和膜110之间的不期望的相对移动,在膜110和模具121之间施加欠压,以将膜110和层叠结构101挤压并因此固定到模具121。 [0050] 为了支持在膜110和模具121之间产生欠压,膜110被对齐成使得,流体(诸如空气)不能沿着从膜110周围至模具121的内表面的第二方向115流动。因此,膜110用作流体(空气)阻挡层并且几乎是气密的。因而,实现将膜110和层叠结构101合适且临时地固定到模具121上。 [0051] 将模具121放置在期望位置处之后和/或将另一模具121放置到膜110上或另一层叠结构106上之后,复合部件100被固定在模具121和另一模具122之间。如果层叠结构101、另一层叠结构106和膜110被夹持并因此被固定在模具121和另一模具122之间,则可以开始传递模塑过程。因而,在模具121和另一模具122之间注入流体,诸如树脂。具体地,沿第一方向114从模具121开始注入树脂并使其通过层叠结构101。由于开口113对于沿第一方向114流动的树脂是可渗透的,因此树脂可流过开口113,从而利用树脂均匀地浸泡和润湿纤维层102、103、105、膜110自身和可选的另外的纤维层107、108。因而,对于沿第一方向114流动的流体(树脂),膜110不用作阻挡层。 [0052] 在利用树脂充分地浸泡层叠结构101、膜110和可选的另一层叠结构106之后,可通过向复合材料100施加固化温度(如果需要的话)来固化复合部件100。 [0053] 膜110可包括在第二表面112处围绕开口113的弹性密封唇116。如果流体沿第二方向115流动,则围绕开口113的密封唇116被挤压在一起,从而使得开口113对于流体来说是不可渗透的。如果流体沿第一方向114流动,则密封唇116弹性变形并且密封唇116的边缘弯曲分开,从而使得流体可沿第一方向114流过开口113.图2示出膜110的细节图,其中,开口113通过密封唇116来关闭并因此对于沿第二方向115流动的流体来说是不可渗透的。如从图2可知的,如果作用在膜110的第二表面112上的第一压力Pa高于作用在膜110的第一表面111上的第二压力Pb,则流体沿第二方向 115流动。当应用真空泵以从膜100和模具121之间的区域抽出空气时,产生此种情况。 [0054] 开口113形成为锥形形状。在图2中,示出了膜100和开口113的剖视图。锥形开口113具有较大的底部区域和较小的锥顶端。底部区域形成在第一表面111处,并且锥区域形成在第二表面112处。围绕相应开口113的相应密封唇116形成在锥区域处。 [0055] 在图3中,示出处于可渗透状态的膜110。开口113是打开的,因为密封唇116的边缘借助于作用在密封唇116上的流体而弯曲分开。因而,密封唇116对于沿第一方向114流动的流体是可渗透的。如从图3可知的,如果作用在膜110的第二表面112上的第一压力Pa低于作用在膜110的第一表面111上的第二压力Pb,则流体沿第一方向114流动。例如当将用于浸泡和润湿层叠结构101的树脂挤压到膜100和模具121之间的区域中时,产生此种情况。 [0056] 总之,膜110可位于层叠结构101之上,以用于形成封闭的空气阻挡件,以便提供整个层叠结构101的真空加强。在另一方面,膜110是可渗透的,以便确保合适地浸泡层叠结构101、膜110和另一层叠结构106。膜110可在其厚度上形成为部分地不一致,以便能够根据第一表面111和第二表面112之间的压力差不同地做出反应。这通过引入阀状的锥形开口113来实现。当暴露于Pa与Pb的正压力差(Pa≥Pb,如图2所示)时,膜关闭并(几乎)真空密闭。然而,当形成负压力差(Pa≤Pb,图3)时,例如在树脂注入期间,膜110打开并且流体(树脂)流可通过开口113。因而,树脂被设置在需要树脂的层叠结构101、106处。 [0057] 膜110可形成复合部件的最终结构的整体式部分。膜110可形成复合部件100的表面层,因为借助于膜110的渗透特性,膜110可用树脂来充分地润湿和浸泡。 [0058] 应该注意,术语“包括”不排除其它元件或步骤,并且“一”或“一个”不排除多个。此外,可以组合结合不同实施例来描述的元件。还应该注意,权利要求中的附图标记应该被认为不限制权利要求的范围。 |