[发明专利]夹层板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及夹层板，特别是用于风力涡轮机叶片的夹层板，该夹层板包括夹芯材料以及上层板部和下层板部，其中所述上层板部及下层板部包括热塑性基质材料和加热元件。本发明还涉及包括这种夹层板风力涡轮机叶片以及制造夹层板的方法。本发明还涉及风力涡轮机叶片的修整方法和除冰方法。

背景技术

风力涡轮机转子的风力涡轮机叶片具有约40米或更长的长度，有时达到约90或100米。风力涡轮机叶片需要非常坚硬，因此通常组成包括金属或复合材料的壳结构。用于风力涡轮机叶片的这种复合材料一般由用坚固纤维（诸如玻璃纤维、碳纤维或其它纤维）加强的塑性材料构成。使用纤维加强的热塑性材料来制造的这类产品数量正日益增加。对于这些产品，可以将热塑性纤维和加强纤维的混合材料置于模具中，并通过加热模具来使其熔化。在被加热的模具中，热塑性基质材料熔化并且与加强纤维固结，以形成坚固的复合材料。然而，对于壁厚较大的大型结构或具有内部芯结构（其本身是绝热的）的结构而言，加热所述材料（尤其是夹芯结构的内部部分）几乎是不可能的，或者至少是费时耗能的。

因此，热塑性材料并不常用于具有较大壁厚或具有绝热夹芯材料（诸如软木、蜂窝元件、PVC泡沫）的产品中。代替使用热塑性材料，热固性聚合物材料（诸如聚酯、乙烯酯或环氧树脂）通常用于这类复合材料中（参见WO 2010133587 A1）。

然而，热固性复合材料具有一些缺点，诸如在循环利用那些材料时成本高，或者在不能循环利用时则会产生大量的废料积累。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种改进的用于风力涡轮机叶片的夹层板、风力涡轮机叶片本身以及改进的制造这种层压板的方法。更具体地，本发明进一步的目的是要提供一种成本敏感的、任选地能够容易地循环利用的、可靠的夹层板。另一目的是要提供风力涡轮机叶片的修整方法和除冰方法。

本发明的目的是通过根据权利要求1的夹层板、根据权利要求6的风力涡轮机叶片、根据权利要求11的制造夹层板的方法、根据权利要求14的修整方法和根据权利要求15的除冰方法来实现的。

根据本发明的夹层板包括：夹芯材料以及上层板部和下层板部，其中上层板部和/或下层板部包括热塑性基质材料和加热元件。夹芯材料特别地具有支撑结构的功能，其可以是具有上层板部和下层板部的叶片的内部芯，或者可以是构成（例如风力涡轮机叶片的）上部叶片壳或下部叶片壳的夹层板的芯层。如果叶片的长度和尺寸增加到40米或更大，则叶片通常由封闭或围住一空腔或空间的上部和下部叶片壳构成。出于稳定性的原因，可以在上部叶片壳和下部叶片壳之间设置一个或多个腹板（例如内部隔离物或稳定器元件）。

根据本发明的夹层板的加热元件包括导电纤维，其在热塑性基质材料内部构成电路。所述导电纤维可通过流过纤维的电流而被加热。由此，被加热的导电纤维可以（例如在制造过程期间）用于加热热塑性基质材料。当电流产生足够的热量以将导电纤维加热到高于热塑性基质材料熔点的温度时，热塑性基质材料熔化并且在随后的冷却过程中与导电纤维固结。

对于本发明而言，导电纤维可以是具有足够低的电阻的、能够通过流过导电纤维的电流来加热该纤维周围的材料的任意纤维或金属丝或丝线。可由引导电流通过电路的电流接触或由利用振荡磁场来感生在纤维构成的环形结构中流动的电流的感应加热机构来向纤维提供加热能量。这两种技术以及用于加热导电纤维的类似替代技术可被用来加热纤维结构。

加热元件被实现为加热围绕这些加热元件的热塑性材料，从而熔化热塑性材料。为了实现热塑性基质材料与导电纤维的固结，加热元件被布置成用于对热塑性基质材料块进行加热。因此，可以将加热元件布置在大块基质材料内的一个或多个层中，从而使得加热元件适于向热塑性基质材料提供足够的热量。为了增加热塑性基质材料中被加热区域的表面，可将每个加热元件以直线或弯曲或曲折式构形布置在热塑性基质材料层中。

加热元件优选向热塑性材料提供足够的表面区域，例如通过包括多个线圈来替代直线结构，以减少加热时间或在相同的加热时间内熔化更大量的周围的热塑性基质材料。

如果导电纤维小，则加热元件的数量将增加到在合理时间内加热热塑性基质材料块的足够的量。

在熔化和冷却过程之后，所获得的夹层板包括夹芯材料以及由固结的复合材料制成的上和下层板部，该复合材料包括热塑性基质材料和作为加强元件的导电纤维。因此，导电纤维在制造过程期间是加热元件，而在最终产品中是加强元件，因为它们为上和下层板部的热塑性材料提供了足够的强度和刚性。因此能够以成本敏感和高效的方式生产可靠的层压板。