[发明专利]制造包括钢线增强基体材料的风力涡轮机叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机叶片，包括由纤维增强聚合物材料制成的壳结构，纤维增强聚合物材料包括：聚合物基体和嵌入聚合物基体中的纤维增强材料。本发明进一步涉及制造风力涡轮机叶片壳结构部分的方法，壳结构部分由纤维增强聚合物材料制成，纤维增强聚合物材料包括：聚合物基体和嵌入聚合物基体中的纤维增强材料。

背景技术

真空灌注成型或VARTM（真空辅助树脂传递模制成型）是常用于制造复合结构（例如包括纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片）的一种方法。在制造过程中，液态聚合物（也称为树脂）被填充到模制腔中，模制腔中已经预先插入纤维材料，在模制腔中产生真空以吸入聚合物。聚合物可为热固性塑料或热塑性塑料。典型地，均匀分配的纤维被层置在第一刚性模制部分中，纤维为粗纱（即成束的纤维带）、粗纱组、或垫（其为由各单独纤维制成的毛毡垫或由纤维粗纱制成的编织垫）。第二模制部分（常常由弹性真空袋制成）随后被置于纤维材料之上，并抵靠第一模制部分密封以产生模制腔。通过在第一模制部分与真空袋之间的模制腔中产生真空，典型地为全真空的80－95％，可将液态聚合物吸入并以其中包含的纤维材料填充模制腔。所谓的分配层或分配管（也被称为入口通道）用于真空袋与纤维材料之间以获得尽可能良好和有效的聚合物分配。在大多数情况下，所采用的聚合物是聚酯或环氧树脂，而纤维增强物最常地基于玻璃纤维或碳纤维。

在填充模制部的过程中，通过模制腔中的真空出口产生真空（所述真空在此被理解为处于减压或负压状态），由此使液态聚合物通过入口通道被引入模制腔以填充所述模制腔。随着流动前锋朝向真空通道移动，来自入口通道的聚合物由于负压而在模制腔中沿各个方向散开。这样，重要的是，最优地定位入口通道和真空通道以实现模制腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个模制腔中完全分配常常是困难的，因而这常常导致所谓的干斑，即，未被树脂充分浸渍的纤维材料区域。这样，干斑是纤维材料未被浸渍且可能存在气穴的区域，其难以或不可能通过控制真空压力或入口侧处的可能超压而避免。在采用刚性模制部分和以真空袋形式的弹性模制部分的真空灌注技术中，干斑可在填充模制部的过程之后通过以下方式修补：在相应位置刺穿所述袋，例如利用注射器针吸出空气。可选地，液态聚合物可在相应位置注入，这可例如也利用注射器针进行。这是耗时且乏累的过程。在大模制部分的情况下，人员不得不站在真空袋上。这是不希望的，特别是当聚合物未硬化时，这是因为其可能使所插入纤维材料变形以及结构局部削弱，这可能导致例如曲折效应。

复合结构常常包括芯材料，芯材料被覆盖以纤维增强材料，例如一个或多个纤维增强聚合物层。芯材料可用作这些层之间的隔离部以形成夹层结构，并典型地由刚性轻质材料制成以减小复合结构重量。为了确保液态树脂在浸渍过程中的有效分配，芯材料可设置有树脂分配网络，例如通过在芯材料的表面中提供通道或槽而实现。

树脂传递模制（RTM）是一种类似于VARTM的制造方法。在RTM中，液态树脂并不是由于在模制腔中产生的真空被引入模制腔中。而是，液态树脂通过在入口侧处的过压而被迫进入模制腔中。

预浸料坯模制是以预催化树脂预浸渍增强纤维的方法。树脂在室温下典型为固态或近固态。预浸料坯通过人工或机器被布置到模制表面上，被真空袋处理，之后被加热至一定温度以允许树脂回流并最终固化。这种方法具有的主要优点是，纤维材料中的树脂含量预先被精确设定。预浸料坯的操作容易且清洁，并使自动化和省工切实可行。预浸料坯的缺点是，材料成本高于非预浸料坯纤维。进一步地，芯材料需要被制成为能够耐受允许树脂回流所需处理温度的材料。预浸料坯模制可结合RTM过程和结合VARTM过程使用。

进一步地，可通过使用外模制部分和模制芯而将中空模制部制成为单件。这样的方法例如在EP 1 310 351中描述，并可易于与RTM、VARTM和预浸料坯模制相结合。

WO03/008800描述被依次布置在周边的多个预制条。所述条由纤维复合材料（优选地为碳纤维）组成。此外，铝筛被布置在叶片壳内用于闪电保护。