一种制备风力发电叶片的方法
摘要：
本文将介绍一种风力发电叶片的制备方法，这一方法可以解决复合材料叶片的粘接问题并能有效避免有毒物质对操作工人的损害。其制作过程简介如下：通过两个模具型面（22,48）和其中的芯模（3）形成一个封闭的型腔（51），在型腔里面随形铺放纤维材料（45,47）和芯材。通过在型腔（51）内建立起的真空体系，基体材料（57）通过铺放在模具下部边缘的导流管（29）注入模具内。以此，当生成的流体前峰（61）到达叶片后缘边并从胶液溢出口中渗出时，表明灌注已经完成。
Inventer：Stiesdal; Henrik (Odense C, DK), Enevoldsen; Peder Bay (Vejle, DK), Johansen; Kaj (Aabybro, DK), Kristensen; Jens Jorgen O (Nibe, DK), Norlem; Michael (Svenstrup, DK), Winther-Jensen; Martin (Haslev, DK)
Assignee（代理人）：Bonus Energy A/S (Brande, DK)
Appl. No.（适用号）：10/292,904
Filed（归档时间）：November 13, 2002
Foreign Application Priority Data （其他国家专利申请情况）
Nov 13, 2001 [DK] 2001 01686
Nov 22, 2001 [DK] 2001 01745
Current U.S. Class: 264/314 ; 264/258; 264/313; 264/571; 416/230
Current International Class: B29C 70/36 (20060101); B29C 70/48 (20060101); B29C 33/00 (20060101)
Field of Search（检索号）: 264/510-512,257-258,324,102,313,314,317,571 416/132B,230
References Cited [Referenced By]专利被引用情况：
U.S. Patent Documents：美国专利
专利号 申请时间 申请人
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Other References 其他引用情况
Derwent Abstract 1989-276181, " roduction of Hollow Fiber reinforced Plastic Bodies", Azno NV, 1989. cited by examiner.
Primary Examiner: Johnson; Christina
Assistant Examiner: Daniels; Matthew J.
Attorney, Agent or Firm: Wray; James Creighton Hyra; Clifford D
申明：正文
发明简介：
本发明的目的在于提供一种在密闭环境下，不使用粘接剂，一次整体成型复合材料叶片的方法。
摘要里面介绍了一种在闭合模具里一次成型风电叶片的特有方法。对于各类型的复合材料来说，这一方法几乎适用所有的树脂基体材料。本方法将至少利用一个芯模，包括外面使用柔性材料包裹的硬质模芯，和紧紧包裹在模芯外表的外层部分。把选定的基体材料和增强材料导入完成后形成一个完整的复合材料叶片整体。在本方法中，最终成型完成后的叶片至少要取出一部分芯模。
相比已经使用的方法，本方法具有以下优势：
经过一次成型的叶片，大部分的外表面和一部分或者更多的阴模表面接触，这样可以在模具内喷涂胶衣或只需经过简单的后处理，风电叶片就会表现出满足空气动力学和美学要求的外表面。
通过不使用任何粘接剂而一次成型的叶片，将不会再有其他工艺所无法回避的粘接剂缺陷。比如粘接面的疲劳性能（tolerance）问题和难以进行后续检测等问题。
而且通过闭模一次成型的叶片，工人将免受环境中有害物质伤害。这样可以大大减少个人防护措施直至最少。
在叶片的三明治结构中，芯材提供叶片的横截面轮廓，这样获得了制造技术和产品性能的完美统一。在基于真空辅助的成型工艺中，芯材可以作为空气抽走和树脂流动的介质。连续成型工艺同时也保证了各横截面上性能的一致，避免因为蒙皮和芯材形状的改变等不利因素产生的高载荷区域。连续的芯材和叶片内部、外部蒙皮相对独立的承受载能力拥有结构上的优势：即使在任一蒙皮（内或外）里可能出现裂纹，其他部位也产生裂纹的可能性是非常微小的。从而获得一个迄今为止还未知有任何冗余的结构。
专利描述：
发明领域：本发明涉及一种使用玻璃纤维或碳纤维增强环氧，聚酯，乙烯基树酯，或热塑性塑料制备复合材料风电叶片的方法。
背景：
已知可以使用多种不同的工艺制备风电叶片。
如美国专利U.S. Pat. Nos. 4,242,160 and 4,381,960.中所描述，风电叶片可以通过围绕一个中心或者心轴缠绕粗纱带或者粗纱卷成型。
但是缠绕的缺点是在工艺完成后，缠绕制品通常将出现与原材料纹路一致的的复合材料表面，这在许多应用中是不能接受的，比如风电叶片行业。因此，令人满意的表面质量意味着后续处理，比如先单独制备壳体然后粘接。
缠绕工艺的另一缺点在于缠绕工艺意味着需要一个可以重复利用、具有一定强度的心轴。这样的话，缠绕工艺只能制备拥有一个可以取出心轴的具有规则几何外形的制品。这就是说制品内部横截面的尺寸不能超过心轴从所处位置到被拉出的端面之间任何横截面的尺寸，当然一些逐渐变细的芯模是生产实践中所需要的。当然，这样的工艺是不能用于制造坦克和风电叶片的。
把两个半面壳体在前后缘粘接起来制成风电叶片是当前的主要工艺手段。每面壳体通过粘接一个或者两个加强肋来制成叶片的型腔。这些加强肋通常被制成U型或者I型结构，加强肋的法兰提供了与壳体相连的粘接面。也有将加强肋通过缠绕制成的，这样的话，壳体与加强肋的外表面粘接起来。每面壳体可以通过先手工铺放干纤维材料，然后在真空等辅助方式下注入树脂；或者将纤维预先浸透树脂制备成预浸料，再经过加热、紫外光照射等方式引发固化。在其他的一些工艺中，加强肋和半面壳体是由热塑性材料料制成的。其工艺过程是：在耐高温纤维材料和热塑性材料铺放好后，把体系温度升高至热塑料熔化，再固化成型，其中热塑料起到复合材料的基体作用。
但是，这些工艺最大的缺点在于难以保证两个面壳体之间的粘接区域和壳体与加强肋之间的粘接区域的内部（分子连接）结构质量令人满意。这一部分是材料本身的基本问题，更多的则是生产操作的具体问题。
材料原因可以概括为粘接剂无法拥有与叶片其他区域一样的材料性能。具体原因如下：纤维增强体的力学性能比树脂高出几个数量级，因此，叶片壳体和加强肋的材料性能决定于纤维增强体，树脂对最后层合板性能只起到很微小的作用。相反，粘接剂一般意义上来说就是纯树脂（比用于层合板中树脂有更多的聚合物高分子）或许加入了一些除了纤维材料外的填料而已。这样的结果是，粘接剂和其粘接区域复合材料的弹性模量相差至少一个数量级，通常是几个数量级的差别。粘接剂通常是脆性材料，在一些特殊情况下，粘接很容易破坏，也就是产生通常所说的粘接面剥离。这通常发生在叶片受到极大的载荷，即非线性的力作用于叶片的横截面上导致了叶片形状改变时。相对而言，粘接剂通常比较脆，极易产生比其所受力叶片区域更大的破裂。
从生产工艺上来说，叶片的粘接一般位于叶片的前后缘和叶片与加强肋之间，因此粘接是建立在壳体内部没有预先准备好的表面上的。这种粘接的问题在于粘接面只具有一定范围的耐受性。对于风电叶片来说，因为两面壳体接触时边缘通常是相互倾斜的，为保证所有的粘接厚度基本一样，前后缘的粘接厚度在壳体边缘要逐渐减少。这种趋势不是总能提供所必须的耐受性，因为实际生产中对粘接面进行处理，会导致生产成本大幅度上升。生产过程中面临的另一问题是与生产工艺/过程变化有关的壳体变形会造成粘接厚度不断改变，这就不能保证叶片与加强肋之间的所有粘接面都被填满。这些问题的后果是每个截面叶片的粘接形状和厚度都不一样，很容易在粘接剂和壳体与加强肋之间的粘接内部产生应力中。另外问题是，大多数粘接剂为了保证所须的耐受性，粘接面会产生很多问题。最后一点，因为逐渐变小和不规则的几何外形，叶片的粘接接效果很难通过目测进行检查，也很难通过无损检测方式进行测验。
即使叶片的两面壳体是在几乎毫无差异的环境下经过相近的工艺生产出来的，粘接剂本身没有问题，通过胶合将叶片粘接起来还有一个缺憾。工人经常暴露在干磨时产生的大量粉尘中，这也比湿磨更加不利于后续的胶合过程。另外，工人会接触到粘接剂中挥发的有害气体。这些都意味着需要更多的人身防护措施。
图纸分析
接下来，本方法将通过一系列的图纸进行细节描述。图1-2是前期的模型，图3是本方法制备的叶片简图，图4-11介绍了叶片通过真空灌注成型的具体实施过程。 |
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发表于 2010-8-11 22:48:09
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