[发明专利]制造长形复合结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造诸如风力涡轮机叶片的壳体半部或风力涡轮机叶片之类的长形复合结构的方法，所述复合结构具有纵向轴线、包括单独的纵向复合结构区段并且由加强聚合物材料形成，所述加强聚合物材料包括聚合物基体和嵌入在聚合物基体中的纤维材料。

背景技术

通常，由纤维加强聚合物制成的大的长形复合结构在模具中被制造成壳体部分，其中该结构的第一侧和第二侧被单独地制造并且然后被组装。因此，风力涡轮机叶片通常在模具中被制造成壳体部分，其中压力侧和抽吸侧分别被单独地制造。然后，两个叶片半部通常通过内部法兰部被胶结在一起。

可以通过多种方式来制造大的复合结构。真空注入或VARTM（真空辅助树脂转移模制）是通常用于制造诸如包括纤维加强基体材料的风力涡轮机叶片之类的复合结构的一种方法。在制造过程期间，液体聚合物（也称为树脂）被填充到模腔中，也称为纤维叠层的纤维材料之前已经被插入到该模腔中并且在模腔中产生真空，由此将聚合物吸入。聚合物可以是热固性塑料或热塑性塑料。一般地，均匀分布的纤维在第一刚性模具部分中被分层，其中纤维是粗纱，即成束的纤维带、带状的粗纱、或垫子，垫子是各个纤维制成的毛毡垫或由纤维粗纱制成的编织垫。随后，通常由弹性且柔性的聚合物薄片制成的第二模具部分（也称为真空袋）被放置到纤维材料上方并且对第一模具部分密封，以产生模腔。通过在第一模具部分与真空袋之间的模腔中产生真空（一般为完全真空的80%-95%），能够将液体聚合物吸入并且利用其中所含的纤维材料来填充模腔。所谓的分布层或分布管（也称为入口通道）在真空袋与纤维材料之间使用，以获得聚合物的尽可能合理且高效的分布。在大多数情况下，所应用的聚合物为聚酯或环氧树脂，并且纤维加强件通常基于玻璃纤维或碳纤维。然而，诸如天然纤维或钢纤维之类的其它类型的纤维也可以使用。

在填充模具的过程期间，通过模腔中的真空出口产生真空，关于这一点，所述真空应当理解为压力不足或负压，由此将液体聚合物通过入口通道吸入到模腔中，以填充所述模腔。当前面的流体朝向真空通道移动时，聚合物由于所述负压而从入口通道沿各个方向分散到模腔中。

通常，复合结构包括被诸如一个或多个纤维加强的聚合物层之类的纤维加强材料覆盖的芯材料。芯材料能够用作这些层之间的间隔物，以形成夹层结构，并且芯材料一般由刚性轻质材料制成，以减轻复合结构的重量。为了确保注入过程期间液体树脂的高效分布，芯材料可以设置有树脂分布网络，例如通过在芯材料的表面中设置通道或槽来实现。

另一种制造复合结构的方法是与VARTM类似的树脂转移模制（RTM）。在RTM中，液体聚合物并不由于在模腔中产生的真空而被吸入到模腔中。相反，液体树脂通过入口侧的过压而被强迫进入模腔中。

第三种用于制造复合结构的方法是预浸模制。预浸模制是加强纤维被预先注入预催化的树脂的方法。一般地，树脂在室温下是固态的或几乎固态的。预浸物通过人工或机器布置到模具表面（真空袋）上，并且被加热到允许树脂再次流动并最终固化的温度。该方法的主要优点在于，纤维材料中的树脂含量被预先精确地设定。预浸物用起来容易且清洁，并且自动化和劳力节省很明显。预浸的缺点是材料成本比非注入纤维要高。另外，芯材料需要由能够耐受使树脂再次流动所需的处理温度的材料制成。预浸模制与RTM工艺和VARTM工艺都可以结合使用。

另外，可以通过使用外部模具部件和模芯制造一件式的中空复合结构。这种方法在例如EP 1 310 351中进行了描述并且可以与RTM、VARTM和预浸模制容易地结合。

诸如风力涡轮机叶片之类的某些复合结构近年来变得越来越长，并且当今制造出了长度大于60m的叶片。由于用于诸如风力涡轮机叶片之类的大的复合结构的生产设施通常不是靠近结构的使用地点设置，所以结构需要从生产地点运送到使用地点。这种大的结构的运送通常存在问题，因为在其从生产设置到使用地点的路程中的至少一部分中通常都是在道路上运送的。因此，需要叶片可以被更容易地运送。

因此，已经提出了将风力涡轮机叶片分成两个或更多个单独的叶片区段，然后在风力涡轮机工厂位置组装叶片。因此，可以在较小的模具中制造单独的叶片区段，并且运送叶片区段比运送叶片的问题要小。在EP 1 584 817 A1中描述了这种叶片的示例。然而，在单独的模具中生产单独的叶片区段可能在获得叶片区段之间的完美配合以及从而将叶片区段组装成风力涡轮机叶片方面产生问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的制造组装复合结构的方法以及提供通过所述方法获得的复合结构和复合结构区段，其克服或减轻了现有技术的一些缺点或者提供了有用的替代方案。