用于纖維加固層壓件的穿孔的真空膜的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于纖維加固層壓件的穿孔的真空膜。本發明涉及用于風輪機葉片的復合部件（100）。所述復合部件（100）包括至少一個纖維層（101、103、105）的層疊結構（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）是與所述第一表面（111）相對的表面。膜（110）被設置成使其第一表面（111）位于層疊結構（101）之上。膜（110）被穿孔有開口（113），其中，所述膜形成為使得：開口（113）對于沿著從第一表面（111）指向第二表面（112）的第一方向（114）流動的流體是可滲透的，并且對于沿著從第二表面（112）指向第一表面（111）的第二方向（115）流動的流體是不可滲透的。
【專利說明】用于纖維加固層壓件的穿孔的真空膜

【技術領域】
[0001]本發明涉及用于風輪機葉片的復合部件和制造用于風輪機葉片的復合部件的方法。

【背景技術】
[0002]對于風輪機、尤其是風輪機葉片來說，使用穩定且輕質的材料。具體地，復合纖維部件因合適的材料特性而被用于風輪機葉片。
[0003]因而，用于制造例如風輪機葉片的復合部件包括形成層疊結構的多個加固纖維層。通常通過利用傳遞模塑過程來制造復合部件。通過利用傳遞模塑過程，加固纖維層在模具中層疊在彼此上。模具限定待制造的纖維部件的期望形狀。在將復合層布置到模具中之后，從模具的相對側附接另一模具，諸如氣囊、真空膜或剛性模具。然后在模具和另一模具之間擠壓層疊結構。在隨后的步驟中，用樹脂潤濕和浸泡層疊結構和單獨的加固纖維層。接著，在預定溫度下固化經浸泡的層疊結構的加固纖維層。
[0004]在制造復合部件期間，必須確保單獨的加固纖維層被布置在正確的位置并因此在整個制造過程中具有幾何形狀一致性。具體地，在擠壓加固纖維層并將其固定在相應模具之間之前，加固纖維層必須已經被固定。因此，應用欠壓或真空，以便將加固纖維層的層疊結構浸在模具之一中。由此將加固纖維層固定到相應模具。
[0005]為了改進層疊結構與模具的真空固定，可將致密的纖維材料層放置在復合層的層疊結構的表面上。該致密的纖維材料層具有低空氣滲透率，以便在模具表面和密封纖維材料層之間建立欠壓，從而將位于密封纖維材料層和模具之間的層疊結構固定到模具表面。因此，纖維材料鋪層可被固定，并由此能夠進一步移動，而不存在纖維鋪層移位的風險。
[0006]EP2123431B1公開了在模具的內表面處應用真空分布層。真空分布層連接到真空泵，從而使得真空泵可以通過真空分布層將空氣抽出層疊結構。
[0007]在一方面，期望層疊接結構的頂部纖維層(該層形成層壓件的加固結構的一部分)是常規類型的并且包括良好的樹脂潤濕特性和相對于任何相鄰結構元件(諸如，殼、梁等)的良好的層間抗剪強度。在另一方面，期望頂部纖維層具有低滲透率，從而提供良好的真空特性。傾向是，此具有低空氣滲透率的頂部纖維層總體上包括相對差的樹脂濕潤特征和低層間抗剪強度，這通常是令人滿意的。
[0008]此外，即使頂部纖維層具有相對低的空氣滲透率，也需要極其大的空氣流來保持纖維鋪層上的足夠大的壓力差，以便將層疊結構保持到模具表面上，尤其是在模制諸如上述風輪機葉片的大型零件時。
[0009]因此，利用除致密的纖維表面材料之外的手段來固定纖維鋪層可以是有利的。


【發明內容】

[0010]本發明的目的可以是提供用于風輪機葉片的易于制造的復合部件。
[0011]此目的可由根據獨立權利要求的用于風輪機葉片的復合部件和制造用于風輪機葉片的復合部件的方法來達到。
[0012]根據本發明的第一方面，提出一種用于風輪機的復合部件。所述復合部件包括至少一個(加固)纖維層的層疊結構和膜。膜具有第一表面和第二表面，第二表面是與第一表面相對的表面。膜設置成使其第一表面位于層疊結構之上。
[0013]膜被穿孔有開口，其中，膜形成為使得開口對于沿著從第一表面指向第二表面的第一方向流動的流體是可滲透的，并且該開口對于沿著從第二表面指向第一表面的第二方向流動的流體是不可滲透的或滲透率較低。
[0014]根據本發明的另一方面，提出一種制造用于風輪機葉片的復合部件的方法。根據所述方法，所述膜設置成使其第一表面位于至少一個(加固)纖維層的層疊結構之上。膜被穿孔有開口，所述開口以下述方式形成，即，開口對于沿著從第一表面指向第二表面的第一方向流動的流體是可滲透的，第二表面是與第一表面相對的表面。此外，所述開口以下述方式形成，即，開口對于沿著從第二表面指向第一表面的第二方向流動的流體是不可滲透的或滲透率較低。
[0015]層疊結構包括至少一個纖維層。纖維層可由沿一個方向或多個方向相對于彼此對齊的纖維制成。例如，層的纖維還可形成織物和預浸料坯。層疊結構的每個纖維層可由不同材料制成并且可包括不同的材料特性。例如，纖維可由碳纖維、玻璃纖維或其它加固纖維制成。此外，層疊結構可包括芯層，芯層包括可以是例如軟木材料的芯材料。
[0016]例如，流體可以是氣態或液態流體，諸如空氣或樹脂。例如，具體地，沿第一方向流過開口的流體可以是樹脂，而沿第二方向流動的流體可以是空氣。
[0017]樹脂可以是例如，但不限于，不飽和聚酯或環氧樹脂。樹脂可包括例如以下成分，例如苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或稀釋劑。
[0018]膜可由諸如聚苯乙烯等的合成塑料材料制成。通過使膜穿孔有開口來提供膜的滲透性。所述開口以下述方式形成，即，沿著從第一表面指向第二表面的第一方向流動的流體可流過膜。此外，所述開口以下述方式形成，即，阻止沿第二方向流動的流體流過開口。
[0019]因而，膜結合了期望的效果，S卩，在一方面作為第一流體的樹脂可流過膜，并且在另一方面阻擋或妨礙作為第二流體的空氣沿第二方向流過膜。因而，形成合適的樹脂分布并同時實現通過施加欠壓將復合部件良好地固定到模具上。
[0020]通過將膜布置在層疊結構(其被布置在模具的表面上)上方，實現(幾乎)封閉的空氣阻擋，以便真空加強所述層疊結構。因而，通過以下述方式布置膜而可在膜和模具表面之間有效地產生欠壓，即，層疊結構和膜通過欠壓被固定到所述膜，直到干燥的層疊結構和干燥的膜通過配對的另一模具被固定到所述模具，以便防止層疊結構的纖維層和膜不對齊。
[0021]然而，如果模具和層疊結構以及通過欠壓固定在其上的膜在最終位置中移動，注入樹脂，以便利用樹脂浸泡層疊結構和膜。樹脂可沿第一方向被擠壓通過層疊結構和膜，從而使得膜可滲透并且樹脂可流動通過層疊結構和膜，由此確保將樹脂充分地供應到所有期望的層和膜。
[0022]換言之，當流體沿第二方向流動時，膜不可滲透，并且當流體沿第一方向流動時，膜可滲透，并由此允許流體在樹脂浸泡過程步驟中流過膜。因而，通過本發明，提供復合部件，尤其是用于風輪機葉片的復合部件，其中，復合部件包括膜，膜可最終形成復合部件的整體式表面層，其中，膜具有足夠低的滲透率，以確保在通過樹脂潤濕和浸泡層疊結構之前的制造和處理期間的真空和欠壓加強，并且膜可形成完成后的最終復合部件的一部分并與其一體形成。
[0023]換言之，通過利用取決于第一和第二方向而可滲透的上述膜，能夠進行以下制造過程，即，可在真空下放置相鄰的兩個或更多個纖維層，同時仍允許樹脂流動。
[0024]根據另一示例性實施例，復合部件還包括被布置在膜的第二表面上的具有至少一個另外的纖維層的另一層疊結構。因而，膜可以是在層疊結構和另一層疊結構之間的中間層。由此，在第一制造步驟中，膜可在施加欠壓時將層疊結構固定到模具。接著，另一層疊結構可被施加到膜的第二表面。在隨后步驟中，樹脂可被注入通過層疊結構(沿第一方向)，進一步通過膜，并進一步到達另一層疊結構。因而，可以在一個制造過程步驟中用樹脂合適地潤濕另一層疊結構。
[0025]根據另一示例性實施例，膜包括可降解材料。盡管膜可以是完成的復合部件的一部分，但是可以可替代性地應用可降解材料的膜，從而使得在施加欠壓之后以及在用樹脂潤濕和浸泡纖維層之后，膜在隨后的方法步驟中降解。例如，在用樹脂浸泡層疊結構和/或另一層疊結構之后，可通過啟用分解劑(諸如苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等)和/或通過將可降解膜加熱至預定(例如，熔化)溫度以上的溫度來降解所述膜。此外，膜可暴露于預定的降解光，諸如紅外光等。
[0026]根據另一示例性實施例，膜包括在圍繞第二表面處的至少一個開口的彈性密封唇。根據另一示例性實施例，相應彈性密封唇形成為使得，如果施加在第一表面處的流體的第二壓力低于施加在第二表面處的流體的第一壓力，則相應密封唇封閉相應開口，并且如果施加在第一表面處的流體的第二壓力高于施加在第二表面處的流體的第一壓力，則相應密封唇打開相應開口。
[0027]因而，通過具體圍繞第二表面處的相應開口的邊緣應用彈性密封唇，唇可通過作用在其上的流體(壓力)而彈性變形，從而使得流體可流過或不流過開口。
[0028]根據另一示例性實施例，開口中的至少一個具有錐形形狀，其具有底部區域和錐頂端，其中，底部區域形成在第一表面處并且錐區域形成在第二表面處。相應密封唇形成在錐區域處。
[0029]因而，通過提供錐形形狀的開口，沿第一方向擠壓的流體通過較大的底部區域進入開口。當沿第一方向從底部區域向錐頂端進一步移動時，開口內的流體由于減小的直徑而集中在密封唇處。因而，密封唇打開，從而使得流體可流過打開的開口。如果沿第二方向擠壓流體，則流體擠壓在密封唇上，其中，密封唇在開口內不可彎曲，從而使得開口保持關閉。
[0030]下面更詳細地描述用于制造具有上述膜的復合部件的制造方法。
[0031]首先，層疊結構和膜被布置到模具的模具表面上。模具表面形成要最終制造的復合部件(例如，風輪機葉片)的陰模形式。包括至少一個纖維層的層疊結構被布置到模具的表面上。在層疊結構上面布置膜。
[0032]接著，例如通過真空泵在膜和模具之間施加欠壓，從而使得膜和層疊結構被擠壓在模具的表面上，由此將膜和層疊結構固定到模具表面。膜以下述方式定向，即，如果施加欠壓，則沒有空氣或很少的空氣可沿第二方向流過開口，因此當在膜和模具表面之間施加欠壓時膜對于空氣來說幾乎是不可滲透的。
[0033]接著，可將模具移動到期望位置。在移動模具期間，防止層疊結構和膜由于層疊結構和膜通過施加的欠壓被固定到模具表面而不對齊。
[0034]此外，可將至少一個另外的纖維層的另一層疊結構布置到膜的第二表面上。
[0035]接著，應用另一模具，諸如模具芯和可選的氣囊，從而使得層疊結構、膜和可選的另一層疊結構位于另一模具和模具之間。因而，層疊結構、另一層疊結構和膜被夾持在另一模具和模具之間，從而防止層疊結構、另一層疊結構和膜的不對齊。
[0036]在接下來的步驟中，樹脂經由壓力差而沿第一方向被注入通過層疊結構的至少一個纖維層、膜并可選地通過另一層疊結構。因而，在沿第一方向注入樹脂期間，膜是可滲透的，從而使得樹脂流被提供通過層疊結構、膜和可選的另一層疊結構。因而，用樹脂均勻地浸泡模具和另一模具之間的復合部件的所有元件，因為膜不作為樹脂的阻擋件。
[0037]可選地，在注入樹脂之后或之前，膜可降解。可通過膜的物理(例如，光、加熱)或化學(諸如，預定的溶劑稀釋)降解來降解所述膜。
[0038]最后，在預定溫度下固化復合部件，可從完成的復合部件移除模具。
[0039]上述復合部件可形成風輪機部件(諸如，風輪機葉片)的全部或部分。
[0040]必須注意，已參照不同主題描述了本發明的實施例。具體地，參照設備類權利要求描述了一些實施例，而參照方法類權利要求描述了其它實施例。然而，本領域技術人員可根據以上和以下描述推斷出，除非另有說明，除了屬于一類主題的特征的任意結合之外，屬于不同主題的特征之間的任意結合(具體地，設備類權利要求的特征和方法類權利要求的特征的結合)都被認為由本申請公開。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]本發明的以上限定方面和其它方面通過將在下文被描述的實施例的例子顯而易見，并參照實施例的例子被解釋。下面將參照實施例的例子更詳細地描述本發明，但本發明不限于此。
[0042]圖1示出根據本發明的示例性實施例的在兩個模具之間的復合部件的層結構的示意圖；
圖2示意性地示出根據本發明的示例性實施例的處于不可滲透狀態的膜；以及圖3示出根據本發明的示例性實施例的處于可滲透狀態的膜的示意圖。

【具體實施方式】
[0043]附圖中的圖解是示意性的。應該注意，在不同附圖中，相似或相同的元件具有相同的附圖標記。
[0044]圖1示出用于風輪機葉片的復合部件100，其中，復合材料100包括層疊結構101、膜110和可選的另一層疊結構106。層疊結構101包括至少一個纖維層102、103、105。此夕卜，層疊結構可以可選地包括可夾設在相應纖維層103、105之間的芯材料104。
[0045]在圖1至圖3中，具體地，膜110被示意性地示出為具有大厚度，以便勾勒出具有開口 113的穿孔。然而，膜110可包括纖維層102、103、105的厚度或可包括比纖維層102、103、105更小的厚度。
[0046]膜110具有第一表面111和第二表面112,所述第二表面是與第一表面111相對的表面。膜110被設置成第一表面111位于層疊結構101上面。
[0047]膜110被穿孔有開口 113，開口 113以下述方式形成，S卩，對于沿著從第一表面111指向第二表面112的第一方向114流動的流體(諸如樹脂)來說開口 113是可滲透的，并且對于沿著從第二表面112指向第一表面111的第二方向115流動的流體(諸如空氣)來說開口 113是不可滲透的。
[0048]另一層疊結構106被可選地布置在膜110的第二表面112上。另一層疊結構106可包括另外的纖維層107、108。
[0049]如從圖1可知的，可包括纖維層102、103、104和例如芯材料104的層疊結構101可被布置到模具121的表面上。層疊結構101被覆蓋以膜110。在此步驟中，纖維層102、103、105、107、108和膜110是干燥的并且還可相對于彼此移動。為了防止例如層疊結構101和膜110之間的不期望的相對移動，在膜110和模具121之間施加欠壓，以將膜110和層疊結構101擠壓并因此固定到模具121。
[0050]為了支持在膜110和模具121之間產生欠壓，膜110被對齊成使得，流體(諸如空氣)不能沿著從膜I1周圍至模具121的內表面的第二方向115流動。因此，膜110用作流體(空氣)阻擋層并且幾乎是氣密的。因而，實現將膜110和層疊結構101合適且臨時地固定到模具121上。
[0051]將模具121放置在期望位置處之后和/或將另一模具121放置到膜110上或另一層疊結構106上之后，復合部件100被固定在模具121和另一模具122之間。如果層疊結構101、另一層疊結構106和膜110被夾持并因此被固定在模具121和另一模具122之間，則可以開始傳遞模塑過程。因而，在模具121和另一模具122之間注入流體，諸如樹脂。具體地，沿第一方向114從模具121開始注入樹脂并使其通過層疊結構101。由于開口 113對于沿第一方向114流動的樹脂是可滲透的，因此樹脂可流過開口 113，從而利用樹脂均勻地浸泡和潤濕纖維層102、103、105、膜110自身和可選的另外的纖維層107、108。因而，對于沿第一方向114流動的流體(樹脂)，膜110不用作阻擋層。
[0052]在利用樹脂充分地浸泡層疊結構101、膜110和可選的另一層疊結構106之后,可通過向復合材料100施加固化溫度(如果需要的話)來固化復合部件100。
[0053]膜110可包括在第二表面112處圍繞開口 113的彈性密封唇116。如果流體沿第二方向115流動，則圍繞開口 113的密封唇116被擠壓在一起，從而使得開口 113對于流體來說是不可滲透的。如果流體沿第一方向114流動，則密封唇116彈性變形并且密封唇116的邊緣彎曲分開，從而使得流體可沿第一方向114流過開口 113.圖2示出膜110的細節圖，其中，開口 113通過密封唇116來關閉并因此對于沿第二方向115流動的流體來說是不可滲透的。如從圖2可知的，如果作用在膜110的第二表面112上的第一壓力Pa高于作用在膜110的第一表面111上的第二壓力Pb，則流體沿第二方向115流動。當應用真空泵以從膜100和模具121之間的區域抽出空氣時，產生此種情況。
[0054]開口 113形成為錐形形狀。在圖2中，示出了膜100和開口 113的剖視圖。錐形開口 113具有較大的底部區域和較小的錐頂端。底部區域形成在第一表面111處，并且錐區域形成在第二表面112處。圍繞相應開口 113的相應密封唇116形成在錐區域處。
[0055]在圖3中，示出處于可滲透狀態的膜110。開口 113是打開的，因為密封唇116的邊緣借助于作用在密封唇116上的流體而彎曲分開。因而,密封唇116對于沿第一方向114流動的流體是可滲透的。如從圖3可知的，如果作用在膜110的第二表面112上的第一壓力Pa低于作用在膜110的第一表面111上的第二壓力Pb，則流體沿第一方向114流動。例如當將用于浸泡和潤濕層疊結構101的樹脂擠壓到膜100和模具121之間的區域中時，產生此種情況。
[0056]總之，膜110可位于層疊結構101之上，以用于形成封閉的空氣阻擋件，以便提供整個層疊結構101的真空加強。在另一方面，膜110是可滲透的，以便確保合適地浸泡層疊結構101、膜110和另一層疊結構106。膜110可在其厚度上形成為部分地不一致，以便能夠根據第一表面111和第二表面112之間的壓力差不同地做出反應。這通過引入閥狀的錐形開口 113來實現。當暴露于Pa與Pb的正壓力差(Pa彡Pb，如圖2所示)時，膜關閉并(幾乎)真空密閉。然而，當形成負壓力差(Pa ( Pb，圖3)時，例如在樹脂注入期間，膜110打開并且流體(樹脂)流可通過開口 113。因而，樹脂被設置在需要樹脂的層疊結構101、106處。
[0057]膜110可形成復合部件的最終結構的整體式部分。膜110可形成復合部件100的表面層，因為借助于膜110的滲透特性，膜110可用樹脂來充分地潤濕和浸泡。
[0058]應該注意，術語“包括”不排除其它元件或步驟，并且“一”或“一個”不排除多個。此外，可以組合結合不同實施例來描述的元件。還應該注意，權利要求中的附圖標記應該被認為不限制權利要求的范圍。
【權利要求】
1.一種用于風輪機葉片的復合部件(100)，所述復合部件(100)包括: 至少一個纖維層(101、103、105)的層疊結構(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)是與所述第一表面(111)相對的表面， 其中，所述膜(110)設置成使其第一表面(111)位于所述層疊結構(101)之上， 其中，所述膜(110)被穿孔有開口(113)， 其中，膜形成為使得所述開口(113): 對于沿著從所述第一表面(111)指向所述第二表面(112)的第一方向(114)流動的流體是可滲透的；并且 對于沿著從所述第二表面(112)指向所述第一表面(111)的第二方向(115)流動的流體是不可滲透的。
2.根據權利要求1所述的復合部件(100)，還包括: 具有至少一個另外的纖維層(107、108)的另一層疊結構(106)，所述另一層疊結構被布置在所述膜(110)的第二表面(112 )上。
3.根據權利要求1或2所述的復合部件(100)， 其中，所述膜(110)包括可降解材料。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的復合部件(100)， 其中，所述膜(110)包括在所述第二表面(112)處圍繞所述開口(113)中的一個的至少一個彈性密封唇(I 16)。
5.根據權利要求4所述的復合部件(100)， 其中，所述彈性密封唇(116)形成為使得: 在施加在所述第一表面(111)處的流體的第二壓力(Pb)低于施加在所述第二表面(112)處的流體的第一壓力(Pa)的情況下，所述密封唇(116)封閉相應開口(113);并且在施加在所述第一表面(111)處的流體的第二壓力(Pb)高于施加在所述第二表面(112 )處的流體的第一壓力(Pa)的情況下，所述密封唇(116 )打開相應開口( 113 )。
6.根據權利要求4或5所述的復合部件(100)， 其中，所述開口( 113)中的至少一個具有錐形形狀，其帶有底部區域和錐頂端， 其中，所述底部區域形成在所述第一表面(111)處并且所述錐區域形成在所述第二表面(112)處， 其中，所述密封唇(116)形成在所述錐區域處。
7.—種制造用于風輪機葉片的復合部件(100)的方法，其中，所述復合部件(100)包括膜(110)和至少一個纖維層(102、103、105)的層疊結構(101 )，所述方法包括: 將所述膜(110)布置成使其第一表面(111)位于所述層疊結構(101)之上， 其中，所述膜(110)具有第二表面(112)，所述第二表面(112)是與所述第一表面(111)相對的表面， 其中，所述膜(110)穿孔有開口(113)， 其中，所述膜形成為使得所述開口(113): 對于沿著從所述第一表面(111)指向所述第二表面(112)的第一方向(114)流動的流體是可滲透的；并且 對于沿著從所述第二表面(112)指向所述第一表面(111)的第二方向(115)流動的流體是不可滲透的。
8.根據權利要求7所述的方法， 將至少一個另外的纖維層(107、108)的另一層疊結構(106)布置在所述膜(110)的第二表面(112)上。
9.根據權利要求7或8所述的方法， 將所述層疊結構(101)和所述膜(110)布置到模具(121)中；以及在所述膜(110)和所述模具(121)之間施加欠壓，使得所述膜(110)和所述層疊結構(101)被擠壓在所述模具(121)上。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法， 應用另一模具(122)，使得所述層疊結構(101)和所述膜(110)位于所述模具(121)和所述另一模具(122)之間。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的方法， 沿所述第一方向(114)注入樹脂，以使其通過所述層疊結構(101)的至少一個纖維層(102、103、105)和所述膜(110)。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的方法， 通過所述膜(110)的物理和/或化學降解來降解所述膜(110)。
【文檔編號】B29C70/54GK104129082SQ201410179696
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2013年5月2日
【發明者】P.基貝倫德 申請人:西門子公司