一種用於生產纖維強化產品的方法

2023-05-19 18:38:21

專利名稱：一種用於生產纖維強化產品的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生產纖維強化產品的方法；涉及一種多孔構 件，該構件的結構允許流動穿過該結構和在該結構的平面上流動；涉 及這種多孔構件在纖維強化結構生產中的使用；以及涉及根據所述方 法生產出的結構。
背景技術：
纖維強化樹脂複合結構被用於製造諸如風力渦輪機、汽車、貨車 運輸、航空航天、船舶、鐵路、醫療器械、容器、建築、防腐、電子 和醫藥工業等各個工業、以及運動器械、遊戲車輛等中的部件和成品。兩種模製工藝可被用來構造纖維強化結構，即開放式模製工藝或封閉式模製工藝。所述開放式模製工藝包括將乾燥的纖維或樹脂浸漬 的纖維鋪入或放入具有所需要形狀的開放模具中。在封閉式模製工藝 中，纖維和/或其他強化工具(也叫做"預製件")被切成與模具相配， 然後被放置在模具中。然後使用方法來封閉並讓預製件壓靠模具。可 以例如使用真空成形的真空袋或對應的凸/凹模具來封閉模具。在未進 行預浸處理的情況下，樹脂通過進入密封件的埠被引入到封閉部中， 且例如在使用真空注入技術時，真空可促進樹脂的引入。在樹脂固化 時，首先要取出模具的密封件，然後將製成的部件取出。真空注入法是一種封閉式模製工藝，其常常被用來生產用於風能 工業的零件，例如風力渦輪機葉片。真空注入法採用一個堅硬的、剛 性模具部件和一個柔性袋或隔膜，它們在連接時形成密封從而形成"封 閉的"模具，因此形成另一個模具部件。典型地，在施加柔性袋或隔膜 之前，要將多孔構件放置在預製件的頂部。在使用可重複使用的真空 袋或隔膜的情況下，分配通道可被結合在真空袋中。然後施加真空，通過進料管道將樹脂傳送到模具中並穿過纖維預製件。這種技術常常 被稱作表面真空注入/灌注，因為樹脂是在層壓製品的頂部表面上引入 的。EP 525 263 Al描述了 一種真空注入工藝，其中樹脂從模具側引 入，且在隔膜側具有真空出口。該文獻描述了所擱置在模具中的樹脂 分配構件、剝離層和纖維的分層。然而，該文獻沒有描述在纖維強化 結構的生產過程中將凝膠(gelcoat)施加在模具中。另外，通過模具 中的入口來施加樹脂並不靈活，例如它不能變化成例如通過隔膜或其 他部件來施加樹脂。傳統上，在真空注入工藝中，材料的分層基本如下用蠟質基底 塗覆模具內表面以防止成形物體與模具粘結。此後將凝膠層施加到該 表面上，並讓凝膠凝結。在凝膠的頂部放置纖維層，然後是多孔構件 和封閉整個裝置的柔性袋或隔膜。當樹脂通過隔膜側的入口被引入時， 多孔構件確保樹脂在模具中的正確和完全分布。一些複合材料還要求使用剝離層。剝離層是設置在纖維與模具之 間的層。最常見的情形是剝離層設置在纖維和柔性隔膜之間。這種剝 離層允許樹脂穿過，但在樹脂固化之後不會與樹脂相粘。剝離層常常的工藝中。剝離層最常見地是由塑料製成，例如尼龍@、聚酯或Kevlar 材料。凝膠例如通過噴灑的方式被施加在成形件上，其隨後凝結從而在 模具表面上形成均勻薄層。傳統的凝膠材料是觸變材料，這種材料能 夠在凝結之前均勻地分布在模具中而不會在模具中"跑動"，並且具有 所需要的特性，諸如在成型之後具有堅硬的光滑表面。然而，當這些 凝膠層凝結時，會形成毒煙，且凝結時間還會延長成型加工時間。傳 統凝膠層引起的另一個問題是在該層中會形成空氣泡、鼓泡或空穴， 它們將使得削弱成品，因為這些氣泡會導致凝膠在寒冷、霜凍的天氣 裡裂開。現有技術的生產纖維強化結構的方法是勞動密集的，包括多個添加層和移除層的步驟，而且還費錢，因為一部分層僅能夠在生產過程 中使用，並且不能被重複使用而隨後需要被丟棄。此外，在生產過程 中不能對所得到的結構的質量進行控制，只有在成型加工已經結束之 後可能存在的缺陷(例如樹脂的不均勻分布)才可能顯露出來。這些 缺陷將不得不在成型之後通過手工來修補，而這又延長了生產時間， 且非常困難和勞動密集。發明內容本發明的目的是提供一種簡單的、用於生產帶有堅硬、光滑表面 的纖維強化產品的方法。本發明的另一個目的是提供一種在環境方面更有利的、用於生產 纖維強化產品的方法。本發明的又一個目的是提供一種更經濟的、用於生產纖維強化產品的方法o本發明的另一個目的是提供一種用於生產纖維強化結構的方法， 所述結構可形成高質量產品。本發明的另一個目的是提供一種減少纖維強化結構的生產時間的方法。通過本發明，可以克服上述缺陷並達到上述目的。在本發明之前， 未曾描述過由多孔結構提供的表面層。此外，之前未曾描述過對一種 多孔表面層的使用，所述表面層在受到特定的外部影響(化學、熱等) 時發生聚結，並在成品中形成連續的表面層，這種連續表面層具有與 本發明教導的傳統凝膠材料相同和類似的特性。本發明涉及一種生產纖維強化產品的方法，該方法包括以下步驟a) 將至少一個多孔構件放置在模具中；b) 將一個或多個強化纖維層放置在模具中；c) 引入樹脂用於穿過多孔構件分配到纖維層；以及d) 讓樹脂固化和讓分配構件聚結以形成連續層。此外，本發明涉及一種具有三維片狀結構的多孔構件，其允許液相流動穿過該片狀結構並在該結構的平面上流動，在有用於生產纖維 強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結從而形成連續層。本方面還涉及對一種多孔構件的使用，所述多孔構件具有三維片 狀結構，其允許液相流動穿過該片狀結構並在該結構的平面上流動， 在有用於生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結從而形 成連續層，作為纖維強化產品生產中的一個層。本發明還涉及對一種多孔構件的使用，所述多孔構件具有三維片 狀結構，其允許液相流動穿過該片狀結構並在該結構的平面上流動， 在有用於生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結從而形 成外部連續層。此外，本發明涉及一種根據上述方法生產出來的纖維強化複合材料。


圖1示出了現有技術的採用VARTM方法的層壓製品生產方法； 圖2 - 3示出了根據本發明的方法的不同實施例，其中多孔構件被 用於樹脂分配；圖4說明了根據本發明的多孔構件的幾個實施例。
具體實施方式
在此使用的術語"凝膠，，對於本領域技術人員來說是熟知的。該術 語代表一種堅韌的、保護性的樹脂層，其在鋪放強化纖維之前被噴入 或刷入模具中。 一旦該塗料"凝結"，那麼就鋪設纖維，因此得到這個名 字。凝膠還保護製成的產品中的強化織物和樹脂不受紫外光影響和不 受腐蝕。這種凝膠材料還可以包括顏料以得到彩色的產品。因此在成 型加工之後不必對這種產品進行著色。在此使用的術語"模具"或成形件對於本領域技術人員來說也是熟 知的。根據本發明的"模具，，應被理解為一種"框架"，在該框架上或圍 繞該框架構造出物體。"模具"包括對纖維強化結構的成形有貢獻的所有部件。在此使用的術語"纖維"意指薄的絲狀纖維，但是也可以是粗紗(纖 維束)、粗紗帶或氈片，其可以是由單纖維構成的過濾氈片或由纖維粗 紗構成的氈片。或者，可以用改性的聚酯基樹脂浸漬無紡、熔紡纖維 氈片或織物形式的纖維，以形成用於各種製造工藝的預浸漬製品。還 可以使用短切纖維或研磨纖維。用於本發明的纖維優選為玻璃纖維或 碳纖維。術語碳纖維意指傳統的、通過已知工藝從諸如人造纖維、腈綸、瀝青或類似物這樣的有機纖維或絲前驅體(filament precursors ) 中獲取的任何碳化或石墨化的纖維。在此使用的術語"樹脂"意指天然或合成樹脂或合適的聚合物。樹 脂優選為液態烯鍵式不飽和單體與不飽和聚酯的組合以形成聚酯樹脂 複合材料。樹脂更優選為聚酯樹脂、乙烯酯樹脂和環氧樹脂。然而，在本發明的上下文中的樹脂還可以是一種組合體系，其包 括諸如催化劑、硬化劑、加速劑和添加劑(例如觸變劑、顏料、填充 劑、防化學腐蝕/防火劑等)這樣的其他化學物質。用於本發明的、優 選的、市場有售的樹脂包括市場有售的標準樹脂，例如來自Reichhold 公司的。在此使用的術語"固化"意指樹脂變成具有耐化學腐蝕的堅硬固 體。樹脂中的分子將在催化劑或硬化劑的輔助下發生交聯，且這種過 程是不可逆的化學反應。在此使用的術語"外部處理"被用來指示相對於多孔構件的外部影 響。這種處理可以例如是外部熱量的施加或由固化過程中形成的熱量 產生的影響或它們的組合，或來自溶劑或樹脂複合材料的組分的影響， 其中對於所述溶劑或樹脂複合材料的組分，多孔構件僅能暫時保持穩 定。在此使用的術語"多孔的"被用來描述一種充滿空穴或氣孔的材料 結構，且涉及一種三維結構，其允許液相在該結構的多個方向上流動， 所述結構諸如為編織材料、機紡織物、針織或鉤編材料、泡沫材料或 篩網式(filter-like)材料。本發明涉及一種生產纖維強化產品的方法，該方法包括以下步驟a) 將至少一個多孔構件放置在模具中；b) 將一個或多個強化纖維層放置在模具中；c) 引入樹脂用於穿過多孔構件分配到纖維層；以及d) 讓樹脂固化和讓分配構件聚結以形成連續層。在本發明的一個實施例中，多孔構件被設置成在其聚結時形成最 外層。在該實施例中，該多孔構件在填充模具期間用作分配構件，隨 後它發生聚結並形成外部層。因此，在一個實施例中，本發明涉及一種使用模具來生產纖維強 化產品的方法，其中該產品在其一個表面上具有外部的連續層，該模 具配有具有用於將樹脂引入模具中的一個或多個進口的部件，該方法 包括以下步驟a) 讓多孔構件接觸模具的設有所述進口的部件；b) 將一個或多個強化纖維層放置在多孔構件的頂部；c) 封閉模具；d) 通過模具的進口和多孔構件將樹脂引入模具中，其中引入的 樹脂數量要能填滿強化纖維層中的空穴；以及e) 讓樹脂固化和讓多孔構件聚結，從而在該纖維強化產品的一個 表面上形成外部的連續表面層。本發明基於這樣的發現，即能夠將凝膠和樹脂分配構件結合在一 個層中，且通過這種結合，生產纖維強化零件(諸如風力渦輪機葉片) 的過程能得到筒化，能夠節約工時和降低成本。還構思了本發明的 一個實施例，其中多孔構件不構成該產品的整 個外表面而是構成該表面的一部分，從而留出空間用於為製備所需要 的表面性質或效果而進行的後續處理。本發明的方法的步驟可以按照上述順序來實施，但是也可以按照 不同的順序來實施，且不會偏離本發明的中心思想。在使用上述方法時，與施加在模具中的凝膠相對應的層一開始為 多孔構件的形式，但是在某些情況下成品包括連續層，其形成產品的外表面。在多孔構件位於強化纖維層之間的情況下，該多孔構件可構 成成品主體中的連續層。從而省略了施加樹脂分配構件的步驟，所述 樹脂分配構件在成型之後需要被除去。這樣將節約成本，減少了每個 產品的生產時間，且對環境更有利。 一些樹脂材料還包含在被丟棄的 分配層中，並因此被浪費掉。在本發明的另 一個實施例中，多孔構件被設置成在聚結時形成內層。或者，在多孔構件位於強化纖維層之間時，該構件可以在樹脂固 化過程中融入樹脂中，從而形成具有不同組分和不同性質(其可根據 需要得到控制)的內部區域或內層。當根據本發明的方法將一個或多個多孔構件施加在纖維層之間以 用於分配目的時，樹脂最有可能通過位於剛性模具和隔膜之間的接縫 中的入口被施加，這可以將樹脂供應給多孔構件。在此過程中，可以 選擇將由傳統凝膠或根據本發明的多孔構件形成的附加層施加到模具的相關區域，例如模具內或隔膜附近。此外，對成型加工的質量控制變得更加容易。在成形加工過程中， 引入的樹脂可能不能到達某些區域，或數量太少的樹脂能夠被傳送到 一區域上。在使用現有技術中的那些方法的情況下，這個問題將僅能 在已將複合材料從模具中取出之後顯露出來，且需要花費額外的工時 和材料來進行修補。通過使用透明的隔膜來封閉模具，能夠在處理過 程中透過隔膜用視覺觀察樹脂是否足量地到達層壓製品中的所有區 域。因此，生產出的高質量複合材料的產量將增加，且產品的廢品率 將得到減少。此外，通過經由模具中的入口或剛性模具與隔膜之間的 接縫中的入口 (如果使用隔膜的話)來施加樹脂，這些缺陷將最有可 能出現在模製品的在成品中朝向向內的側面上。因此，修補部分也將 朝向向內，模製品的朝向向外的那側 一 開始就不存在任何缺陷。樹脂入口還可以設在封閉模具的隔膜或其他部分中，用於修補的 目的。因此，萬一在模具的某些部分上樹脂量不足，額外的樹脂能夠 被施加到位於該區域中或在該區域附近的入口內以用於修補的目的。在本發明的另一個實施例中，通過化學處理、或通過熱量、輻射 或振動的影響或它們的組合發生多孔構件聚結。
在又一個實施例中，在樹脂固化過程中至少部分地引起多孔層聚 結從而形成連續層。
在又一個實施例中，通過存在於樹脂固化過程中的苯乙烯的作用， 至少部分地引起多孔層聚結從而形成連續層。
在另一個實施例中，在樹脂固化過程中產生的熱量的作用下，至 少部分地引起多孔層聚結從而形成連續層。
在又一個實施例中，該方法為真空輔助注入工藝。
在另一個實施例中，所生產的纖維強化產品為風力渦輪機葉片殼 體的一部分。
在另一個方面，本發明涉及一種具有三維片狀結構的多孔構件， 其允許液相流動穿過該片狀結構並在該結構的平面上流動，在有用於 生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結以形成連續層。
根據本發明的多孔構件合適地具有為編織材料、機織織物、針織 或鉤編材料、泡沫材料、或篩網式材料的形式的片狀結構。
可以以本身公知的用於纖維材料成形的方式來用纖維材料製成編 織材料、機織織物、針織材料、鉤編材料或篩網式材料。
用於形成根據本發明的多孔構件的合適材料具有這樣性質的材 料，即，通過化學處理、或通過熱量、輻射或振動的影響或它們的組 合可至少部分地引起多孔構件聚結。
在本發明的一個實施例中，製成多孔構件的材料，使得可以在樹 脂的固化過程中引發該多孔構件的聚結。
在本發明的一個實施例中，製成多孔構件的材料，使得通過存在 於樹脂固化過程中的苯乙烯的作用，可以至少部分地引起多孔層聚結。
根據本發明的多孔構件還可以由這樣的材料製成，即，在樹脂固 化過程中產生的熱量的作用下，可至少部分地引起多孔層聚結從而形 成連續層。
本發明還涉及根據本發明的多孔構件在纖維強化產品的生產中的
11使用。
在另一個實施例中，本發明涉及一種多孔構件的使用，該構件具 有三維片狀結構，其允許液相流動穿過該片狀結構並在該結構的平面
上流動，在有用於生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚 結從而形成連續層，作為纖維強化產品的生產過程中的一個層。
在另一個實施例中，本發明涉及一種多孔構件的使用，該構件具 有三維片狀結構，其允許液相流動穿過該片狀結構並在該結構的平面
上流動，在有用於生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚 結從而形成外部連續層。
在根據本發明的用途中，多孔構件合適地由熱塑性材料製成，該 熱塑性材料能夠在通過樹脂固化過程中產生的熱量所得到的溫度下聚 結從而形成連續層。
本發明還涉及一種風力渦輪機葉片，其包括根據本發明的纖維強 化複合產品。
本發明還涉及一種根據上述方法得到的纖維強化複合材料。
用於複合物品的凝膠通常為多成分配方(formulation),其由其 中已經結合了各種填充物、顏料和其他添加物的基礎樹脂體系構成。 雖然這些組分的選擇對於確定凝膠最終性質和它們是否適於給定的應 用場合扮演了重要的角色，但是基礎樹脂體系的選擇在整體上指定了 凝膠的總體最終使用性能。眾所周知，不飽和的酯基聚合物通常被用 作複合凝膠體系中的主要基本成分，特別是由於對耐用性和美觀的要 求。這些不飽和聚酯樹脂典型地與活性稀釋劑(通常為烯鍵式不飽和 有機單體) 一起使用。所選擇的不飽和有機單體能夠通過室溫下的自
由基固化與聚酯樹脂共同聚合從而形成凝膠。正如普遍使用的那樣， 不飽和有機單體包括苯乙烯、a甲基苯乙烯、甲基苯乙烯和二乙烯基 苯。
用於生產纖維強化複合材料的樹脂分配層最常見地被設在剝離層 的頂部上，以幫助將液體樹脂向下和/或從側面傳送和分配穿過層壓疊 層。樹月旨分西己層通常是由機織絲(woven filament)形成的薄片，其在成型之後要從生產出的纖維強化複合材料中除去。該樹脂分配層一般 不包括在成品中，除了在生產過程中起輔助作用外，它們對產品沒有 別的貢獻。傳統的樹脂分配層主要由例如尼龍這樣的熱塑性材料製成。
根據本發明的多孔構件部分用於與上述樹脂分配層相同的目的。 該多孔構件具有多孔結構，且在外部處理的作用下發生聚結，從而形 成連續層。形成該構件的材料的多孔結構可例如由於該材料為機織織 物、編織物、針織物、鉤編物、泡沫或篩網狀物的原因為海綿狀的形 式、或以其他的任何一種方式提供通道用於液體以容易的且分布均勻 的方式從該多孔構件層的一側到達該層的另 一側或從側向穿過該層壓 製品。根據本發明的多孔構件最初也可以是液體或泡沫的形式，其被 噴灑在模具上且隨後形成上述多孔層。
根據本發明的多孔構件由這樣的材料製成，所述材料能夠被成形 從而獲得上述結構，且能夠在外部處理的作用下變成連續層。所述產 品的最終的外部層是光滑且堅硬的，且由於原始的多孔構件還可以包 含顏料，所以得到的連續層可以是彩色的。因此，所得到的結構的表 面不需要進一步的處理以得到它最終的外觀。
適合用於上述多孔構件中的材料例如是這樣的材料，該材料在化 學處理、熱處理、輻射、振動或得到同樣結果的其他手段、或它們的 組合的作用下"熔化"或溶解從而形成連續層。這些材料可構成該多孔 構件或成為該多孔構件的一部分。
在本發明的一個實施例中，根據本發明的多孔構件由熱塑性材料 製成，該熱塑性材料不能溶解於所用的樹脂中以避免該構件在樹脂的 固化過程中溶解並成為纖維/樹脂組合物的一部分。在外部條件(諸如 加熱)被用來觸發多孔構件的聚結的情況下，熱塑性材料也是有利的。
在另 一個實施例中，用於生產根據本發明的多孔構件的材料由這 樣的材料製成，該材料能夠短時間地抵抗樹脂組分的化學作用，但是 它將在樹脂組分的作用下變軟並聚結，從而形成連續層。
用於纖維強化複合材料中的大多數樹脂和其他材料表現出 一個重 要的共同特性，即，它們由長鏈式分子構成，所述分子由許多筒單重複的單元組成。根據加熱對它們特性的影響，這些樹脂能夠被分成兩
類"熱塑性"和"熱固性"。
熱塑性材料通過加熱而變軟和均勻熔化，並在冷卻過程中再次變 硬。可以在需要的時候重複經過溫標上的軟化或熔化點的過程，而沒 有對該材料在任一狀態下的特性產生明顯的影響。典型的熱塑性材料 包括尼龍、聚乙烯、聚丙烯和ABS，且它們能夠得到強化，雖然這種 強化通常僅通過短的、短切纖維(諸如玻璃)來實現。
熱固性材料是通過在現場進行化學反應來形成的，其中樹脂和硬
化劑或樹脂和催化劑被混合，然後發生不可逆的化學反應從而形成堅 硬的、難以熔化的產品。在某些熱固性材料中，諸如酚醛樹脂，作為 副產品會產生揮發性物質，而其他的熱固性樹脂，諸如聚酯樹脂和環 氧樹脂以不會產生任何揮發性副產品的機理發生固化。 一旦固化，熱 固性樹脂即使受到加熱也不會再次變成液體，雖然在高於某一溫度時， 它們的機械特性會因為分解而產生顯著變化。
根據本發明，使用熱固性材料是有利的，因為這種樹脂材料通常 在組成上包含有可被用在本發明的方法中的其他化學物質。這些化學 物質可導致不連續的多孔構件聚結並變得連續。另外，這些過程一般 會放出熱量，這可促進聚結過程。
在另一個實施例中，熱固性樹脂材料包括液態單體，優選地包括 乙烯基芳族單體，更優選地為包括苯乙烯，其可與所述熱固性樹脂材 料發生共聚。根據一個實施例，樹脂為溶解在40%-45%的苯乙烯中 的不飽和聚酯樹脂(鄰苯二甲酸聚酯樹脂)。
在本發明的另一個實施例中，熱固性材料與苯乙烯結合。苯乙烯 是一種公知能溶解多種非極性聚合物的溶劑。苯乙烯執行一個重要的 功能，即，通過交聯聚酯的分子鏈使樹脂從液態固化成固態，同時不 形成任何副產品。這些樹脂因此能夠在不使用壓力的情況下成型，且 因此被常常被稱作低壓樹脂。然而，在封閉的模具中的苯乙烯可以溶 解形成多孔構件的聚合物，引發不連續的多孔構件聚結並變為連續。 在這种放熱反應中形成的熱量同時能促進聚結過程。還有利的是熱固性材料的固化過程是放熱的，因為熱量可促進多 孔構件的聚結。
通過控制苯乙烯的數量、產生的熱量和其他特徵，能夠控制聚結 過程以確保得到最好的結果。當多孔構件被放置在模具附近時，要避 免在纖維/樹脂組合物還沒有充分固化或尚未形成均勻分布時聚結過 程過早開始，但是另一方面，為了確保成品具有所需要的特性，聚結 過程也不能太慢。
在本發明中，用在多孔構件中的或作為多孔構件一部分的有利材 料為熱塑性材料。這種合適的材料會因溫度的升高而發生聚結。這個 溫度是由樹脂的放熱固化過程引起的，或者它可以是例如通過加熱模 具來從外部進行施加的。有利的熱塑性材料可以在產品的硬化溫度上 或在對成品特性無害的溫度上發生軟化和聚結。
在本發明中，用在多孔構件中的或作為多孔構件一部分的有利材 料為熱固性材料。這種合適的材料會因例如由來自樹脂固化過程中的 溶劑引起的化學相互作用而發生聚結。合適的材料例如為聚苯乙烯
(PS)、聚氨酯(PUR)、聚苯醚(PPO)、聚丙烯、ABS塑料(丙烯腈 -丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、PVAc(多乙酸乙烯酯)、混合物(blends) 和/或特殊配方。
在本發明中，用在多孔構件中的或作為多孔構件的一部分的其他 合適材料滿足下面列出的標準中的一項或多項。這些標準是 -在有溶劑時發生溶解； -能忍受升高的溫度；
—能夠形成多孔構件或變成多孔構件的一部分。 該材料還能包括或由納米微粒和/或POSS (多面體低聚倍半矽氧
烷)構成。 一些納米微粒可對該層的強度產生貢獻。另外，該材料優 選要價格便宜、易於得到且對環境有利。
合適的材料能夠在用溶劑(例如苯乙烯)進行化學處理的作用下 溶解。苯乙烯被用於模具中的樹脂的固化過程中。因此，在有苯乙烯 時發生溶解的材料是有利的，因為它不需要添加其他的化學物質。這些可溶於苯乙烯的材料可以例如是多乙酸乙烯酯(PVAc)、 PVAc和聚 苯乙烯(PS)的共聚物、丁酸化的木質素(butyrated lignin )、共聚 (苯乙烯-烷基馬來醯亞胺)、聚乙二醇延胡索酸酯等。
將參考示出了本發明的一些實施例的附圖，更詳細地解釋根據本 發明的纖維強化複合材料的生產過程，在此例中為風力渦輪機葉片的
生產過程。
優選實施例
現在將參考附圖對本發明進行更詳細的描述。
圖l說明了使用本領域公知的所謂VARTM工藝(真空輔助樹脂 傳遞模製法)來製造層壓製品101的方法，其中藉助於真空使層壓制 品的層102完全或部分浸漬樹脂。VARTM是十分常用的、用於例如 生產風力渦輪機葉片部件的生產方法。成形部件或模具103可在內側 塗覆蠟質物質109以防止在模製品與模具之間產生粘附。在需要被再 次塗覆之前，該塗蠟表面可被重複用於多次成型加工。此後，凝膠層 111被施加在該表面上，且讓凝膠凝結。這使得具有高度拋光的成品 得到相當堅硬的表面。在模具103中鋪設多個層102。在某些區域中， 還可以在這些纖維層之間鋪設芯材(例如輕木)，從而形成夾層結構。 層102可以例如包括由諸如玻璃纖維或碳纖維這樣的纖維材料構成的 層或氈片，且可以是機織織物和/或無紡織物、或由短切纖維構成。樹 脂經由多個入口 104被分配和灌入，其中所述入口通常被放置在層102 的上方，如圖1所示。這些入口分布在這些層的上方以確保樹脂的均 勻、 一致的分布，從而避免出現其中層未受到浸漬的空泡。為了促進 和改善樹脂的分配， 一般貼近這些入口管設有所謂的樹脂分配構件或 隔板106。用真空隔膜或薄膜105覆蓋這些層並封閉模具以密封真空 隔膜與模具之間的模具空腔，其中所述真空隔膜或薄膜105可以通過
多種方式沿著成形部件(未示出)的邊緣被固定。在注入之前，例如 沿著模具的邊緣或通過成形部件中的管道在模具空腔內形成真空。此 後，樹脂以浸入(由真空引起)和/或注入(在加壓供應樹脂的情況下)的方式從入口 104中分配出去，並向下穿過樹脂分配構件106，由此 浸漬層102。
當層壓製品被製成並至少部分固化時，真空隔膜被移除，且一般 還要移除樹脂入口。然後，可以選擇將樹脂分配構件留下成為製成的 層壓製品的一體部分，然而其構成的富含樹脂層不會形成任何的或僅 形成非常有限的結構優勢，反而不利地增加了產品的重量。或者，樹 脂分布構件可以被移除並與吸收於其中的樹脂一起被丟棄。
在下面的圖2-3中，在本發明中用到的工藝的各個部分被標以與 圖l相同的參考數字。
圖2在截面圖中示出了根據本發明的生產方法的一個實施例，其 中多孔構件被用來優化製造方法和製成的層壓製品。這裡，多孔構件 203 (它也構成了本發明的一部分)連同多個纖維強化層102被鋪設在 模具103中，其中多孔構件203為最外層。然後，樹脂在一個實施例 中通過模具或成形部件103中的多個入口 104被引入。
備選地，這些入口還可以是緊鄰多孔構件203設置的薄的多孔管 的形狀，這些管隨後被留下成為製成的層壓製品的一體部分。多孔構 件203具有三維結構，其允許樹脂輕易地穿過和沿著多孔構件分配， 從而促進和最大化樹脂在整個層壓製品上的分布。在圖4中概述了根 據本發明的多孔構件的不同結構。根據本發明，多孔構件聚結形成連 續層，從而使凝膠層變得多餘。本發明的另一個優點在於從成形件 或模具側注入和分配樹脂使得能夠例如通過用眼睛在層壓製品的另一 側進行觀察發現任何可能的氣泡或樹脂不足或沒有樹脂的區域。然後 可以在局部通過一個或多個第二樹脂入口 208施加樹脂來處理這些尚 未接收到足夠樹脂的區域，其中所述第二樹脂入口例如可以為刺穿真 空隔膜的管道或其他類型的入口的形狀。
固化時間取決於多方面的因素和它們的組合，例如溫度、固化劑、 樹脂體系、注入工藝、層壓製品厚度等等。
固化過程是放熱過程，且在固化過程中，來自樹脂組分中的苯乙 烯散布在封閉的模具內或在封閉的模具內氣化。在多孔構件203中，苯乙烯使聚合物溶解，從而形成保護表面。選擇苯乙烯的量和多孔構
件203中的聚合物，以使將樹脂引入模具103的時刻(此時多孔構件 203用作樹脂分配層)與苯乙烯開始影響多孔構件203之前的時刻之 間的時間最佳。
當固化過程已經結束時，將真空隔膜105剝離模具103，然後從 模具103上取出成品，例如為風力渦輪機葉片的部件。
圖3在截面圖中示出了根據本發明的生產方法的另一個實施例。 該工藝基本上與圖2中的描述相同。然而在這裡，所述層包括位於纖 維層104中的一些之間的根據本發明的第二多孔構件309。然後，樹 脂沿著模具或成形部件103的部分邊緣或所有邊緣被引入模具空腔， 並進入所述多孔構件309中。這樣，第二多孔構件309將確保樹脂的 正確和最佳分布。或者，可通過鄰近多孔構件309設置的入口管引入 樹脂。由於多孔構件309此時被層鋪於纖維片之間，因此它在成型之 後不會被取出。在一個實施例中，多孔構件如上所述那樣聚結，從而 在製成的層壓製品內形成連續層。在另一個實施例中，多孔構件發生 聚結，且或多或少地流入相鄰的材料層102或被相鄰的材料層102吸 收，並因此停止從而在製成的層壓製品中形成不連續層。上述內置的 第二多孔構件可有利於例如生產非常厚的層壓製品，其中樹脂通過這
種方式可以從更厚的位置上注入或分配到整個層壓製品中。
一個或多個內置的第二多孔構件309可以結合參考圖2所描述的
放置在最外層的多孔構件103 —起使用。還可以在真空隔膜105附近
放置另一個多孔構件103以主要用於分配的目的。
圖4示出了多孔構件103的各種實施例。在(a)中示出的實施例
是機織織物，在(b)中示出的實施例是編織織物，(c)中的材料具有
多個小孔，例如像在開放孔泡沫中那樣，(d)中的材料具有無定形的
多孔結構，例如像在海綿中那樣，(e)中的材料具有網狀或篩子式結構。
實例實例1
聚合物在苯乙烯中的溶解
選定的聚合物被放置在容納有苯乙烯的燒杯中。所選定的聚合物
為(a)聚苯乙烯，(b)多乙酸乙烯酯和(c)聚氨酯。觀察苯乙烯溶 解所選定的聚合物的能力並記錄成所用時間的函數。
實例2
在提供外部加熱的情況下，聚合物在苯乙烯中的溶解 測試與實例l相同的聚合物，以及(d)聚乙烯共聚(苯乙烯-烷基 馬來醯亞胺)、聚乙二醇延胡索酸酯。所選定的聚合物被放置在容納有 苯乙烯的燒杯內。燒杯被放置在加熱源上，並提供外部加熱。所施加 的溫度取決於所選定的聚合物。觀察苯乙烯溶解所選定的聚合物的能 力並記錄成溫度和所用時間的函數。
實例3
聚合物在苯乙烯和/或聚酯/乙烯基酯/環氧樹脂中的溶解，和"凝 膠"層的形成。
燒杯被排成一行，在實例2中的聚合物和帶有硬化劑的樹脂的樣 品被倒入燒杯中。樹脂被固化，且在固化過程中，觀察所選定的聚合 物的狀態(例如保持不變、溶解和部分溶解)，並記錄為所用時間的函 數。
實例4
在加熱處理的過程中，聚合物在苯乙烯和/或聚酯/乙烯基酯/環氧 樹脂中的溶解和"凝膠"層的形成。
重複實例3的步驟，但另外在燒杯外部的周圍放置熱源。觀察所 選定的聚合物的狀態並記錄為溫度和所用時間的函數。
權利要求
1. 一種用於生產纖維強化產品的方法，該方法包括以下步驟a) 將至少一個多孔構件放置在模具中；b) 將一個或多個強化纖維層放置在模具中；c) 引入樹脂用於穿過多孔構件分配到纖維層；以及d) 讓樹脂固化和讓分配構件聚結以形成連續層。
2. 如權利要求l所述的方法，其中將所述多孔構件布置成在聚 結時以便形成最外層。
3. 如權利要求l所述的方法，其中將所述多孔構件布置成在聚 結時以便形成內層。
4. 如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中通過化學處理或 通過熱量、輻射或振動的影響或它們的組合發生多孔構件的聚結。
5. 如權利要求l-4中任一項所述的方法，其中在樹脂的固化過 程中，至少部分地發生多孔層的聚結以形成連續層。
6. 如權利要求5所述的方法，其中通過在樹脂固化過程中所存 在的苯乙烯的作用，至少部分地發生多孔層的聚結，以形成連續層。
7. 如權利要求5所述的方法，其中通過在樹脂固化過程中產生 的熱量，至少部分地發生多孔層的聚結，以形成連續層。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的方法，其中所述方法為真空 成形工藝。
9. 如權利要求1-8中任一項所述的方法，其中所述纖維強化產 品為風力渦輪機葉片殼體的一部分。
10. —種具有三維片狀結構的多孔構件，其允許液相流動穿過所 述片狀結構和在所述片狀結構的平面上流動，在有用於生產纖維強化 產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結，從而形成連續層。
11. 如權利要求IO所述的多孔構件，其中所述片狀結構為編織、 機織、針織或鉤編材料、泡沫或篩網狀材料的形式。
12. 如權利要求10或11所述的多孔構件，其中通過化學處理或通過熱量、輻射或振動的影響或它們的組合至少部分地發生多孔構 件的聚結。
13. 如權利要求12所述的多孔構件，其中多孔構件的聚結在樹 脂的固化過程中發生。
14. 如權利要求13所述的多孔構件，其中多孔層的聚結通過在 樹脂固化過程中存在的苯乙烯的作用至少部分地發生。
15. 如權利要求13或14所述的多孔構件，其中形成連續層的 多孔層的聚結通過樹脂固化過程中產生的熱量至少部分地發生。
16. 根據權利要求10-15中任一項的多孔構件在纖維強化產品的 生產中的使用。
17. —種多孔構件的使用，所述多孔構件具有三維片狀結構，該 多孔構件允許液相流動穿過所述片狀結構和在所述結構的平面中流 動，在有用於生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結以 形成連續層，作為纖維強化產品的生產中的一個層。
18. —種多孔構件的使用，所述多孔構件具有三維片狀結構，該 多孔構件允許液相流動穿過所述片狀結構和在所述結構的平面中流 動，在有用於生產纖維強化產品的樹脂時，所述多孔構件能夠聚結以 形成外部的連續層。
19. 如權利要求17或18所述的使用，其中所述多孔構件由熱 塑性材料製成，所述熱塑性材料能夠在通過樹脂固化過程中產生的熱 量實現的溫度下發生聚結，由此形成連續層。
20. 根據權利要求1-10中任一項所述的方法生產出的纖維強化復 合材料。
21. —種風力渦輪機葉片，其包括如權利要求20所述的纖維強化 複合材料。
全文摘要
本發明涉及一種用於生產纖維強化產品的RTM方法，該方法包括以下步驟a)將至少一個多孔構件(104)放置在模具(103)中；b)將一個或多個強化纖維層(102)放置在模具中；c)引入樹脂用於穿過多孔構件分配到纖維層；以及d)讓樹脂固化和讓分配構件聚結以形成連續層，以及所生產的纖維強化複合材料。本發明還涉及一種多孔構件的使用，所述多孔構件的材料能夠聚結，從而在製成的纖維強化產品中形成連續層。本發明克服了與使用傳統凝膠材料有關的問題，且所形成的成品的表面層具有與傳統凝膠材料相同或類似的特性。
文檔編號B29C70/34GK101312820SQ200680043351
公開日2008年11月26日 申請日期2006年10月4日 優先權日2005年10月4日
發明者T·M·漢森 申請人:Lm玻璃纖維有限公司