多層結構在風力發電站中的應用的製作方法

2023-12-11 05:14:32 3

專利名稱：多層結構在風力發電站中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及多層結構(Schichtaufbauten)在風力發電站用的轉子葉片(Rotorblatter)的製造中的應用以及風力發電站用的轉子葉片。
背景技術：
風能正變得日益重要，因此，風力發電站、特別是轉子葉片及其製造得到了廣泛的研究和進一步的發展。其中，主要關注所製造的轉子葉片的質量和成本有利的製造。迄今已知的風力發電站用的轉子葉片是由基於樹脂作為基質材料如聚酯樹脂(UP)、乙烯基酯樹月旨(VE)、環氧樹脂(EP)的纖維增強的塑料構成。主要這樣來製造葉片，即在每一情況下以單塊製造下半葉片和上半葉片。然後彼此相疊地置放兩個半片葉片並且將它們膠粘。斜撐或弦杆被一起粘合以便加固。 在半片葉片的製造中，首先製造必須完全固化的纖維複合材料。固化工序十分耗時，對於整體的快速生產是不利的。由上述樹脂製成的風力發電站用轉子葉片通常是通過手工層壓、通過預浸料技術輔助的手工層壓、通過纏繞法或真空輔助浸潰法製成。在手工層壓中，先通過將脫模劑和/或任選地將膠衣(Gelcoat)施加到模具表面，以準備模具。接著，相繼將單向或二軸向取向的玻璃紗網(Glasgelege)放置在模具中。然後把樹脂施加到紗網上並且手動通過輥子壓入紗網中。該步驟可以適宜地經常重複。另外還可以加入作為加固材料的弦杆以及其他部件例如避雷裝置。在第一層玻璃纖維強化層上施加所謂的隔片層，通常由西印度輕木、聚氯乙烯(PVC)泡沫或聚氨酯(TOR)泡沫構成，並且塗覆與第一層類似的第二層玻璃纖維強化層。儘管這種方法具有以下優勢，即機器投資低，誤差識別和可能的修正方法簡單，然而，製造的人工成本過於高昂，因此，該方法的成本極高，並且長的製造時間還會帶來更多的誤差和為確保質量更大的投入。通過預浸料技術輔助的手工層壓法與簡單的手工層壓法類似。其中，除模具外，還要製造所謂的預浸料(用樹脂浸潰而預先製備的玻璃絲網(Glasmatte))，並將其定位在轉子葉片模具中。儘管相對於簡單手工層壓而進行的用於製造預浸料的半自動化會給轉子製造帶來更佳的質量恆定性，然而，為了保護作業人員不受到液態的樹脂混合物所含的易揮發的化合物的危害，也需要不可忽視的投入(工作場所安全性等)。在樹脂注射法(也被稱為「樹脂傳遞模塑」(RTM)或「真空輔助樹脂傳遞模塑」(VARTM)或「SCRMP工藝」(Seemann複合樹脂浸潰模塑工藝)中，通過施加脫模劑和可能的膠衣來準備模具。接著，按照精確的製造計劃將乾燥的纖維墊置在模具中。第一插入層之後提供了轉子葉片的向外置放的層。然後，置入間隔材料，再在其上放置纖維墊，其進而構成製成的半個轉子/半個轉子葉片的內層。再用真空密封的膜嚴密地密封整個模具。在於各個位置將樹脂注射進模具(薄膜與模具之間的空間)前，從所準備的模具中的纖維墊和間隔材料中抽出空氣。這一方法具有-如上述兩個方法-以下不足，即在構件脫模前所必需的固化時間極長，為多達12小時，因此大大限制了設備的生產率。

發明內容
因此，本發明所基於的目的在於，提供轉子葉片，其既不存在上述不足，同時也能成本有利的在更短的時間內製成。出人意料地，上述目的可由此實現，即以聚氨酯替代上述樹脂作為塑料來製造轉子葉片。根據本發明，特別是在轉子葉片的外殼中使用聚氨酯作為塑料；外殼中所用的纖維層被施加這種材料。本發明涉及風力發電站的轉子葉片，其具有至少部分地由具有下列層的多層結構構成的外殼 a)脫模劑層b)任選的膠衣層 c)經過塑料處理的纖維層d)任選的隔片層e)配有塑料的纖維層f)任選的塑料膜並且其特徵在於，將聚氨酯用作所述塑料。本發明還涉及一種用於製造根據本發明的風力發電站用的轉子葉片的方法，所述葉片具有至少部分地由具有下列層的多層結構構成的外殼a)脫模劑層b)任選的膠衣層c)經過塑料處理的纖維層d)任選的隔片層e)配有塑料的纖維層f)任選的塑料膜其特徵在於，所述纖維層用供製造作為塑料的聚氨酯用的反應混合物處理。本發明還涉及多層結構在風力發電站用的轉子葉片的製造中的應用，其中的多層結構包括下列層a)脫模劑層b)任選的膠衣層c)經過塑料處理的纖維層d)任選的隔片層e)配有塑料的纖維層f)任選的塑料膜其特徵在於，將聚氨酯用作塑料。優選將含矽或含蠟的脫模劑用於脫模劑層。這由文獻中已知。膠衣層優選由聚氨酯樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂構成。可優選將玻璃纖維亂絲層、玻璃纖維織物和玻璃纖維紗網、裁斷或碾碎的玻璃纖維或礦物纖維以及基於聚合物纖維、礦物纖維、碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維的纖維墊、纖維非織造物與纖維針織物及其混合物、特別優選將玻璃纖維墊或玻璃纖維非織造物用作纖維層。優選將塑料泡沫、木材或金屬用作隔片層。
任選使用的塑料膜可以在轉子葉片的製造中保留下來作為外殼中的層，或者其可在半個轉子葉片脫模時除去。塑料膜尤其用於在填充液態的樹脂混合物前在真空抽吸的製造工序中密封模具半殼，其中所述模具半殼已經設有上述層。使用聚氨酯作為塑料。通過具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物與多異氰酸酯的反應可得到聚氨酯。由異氰酸酯組份和具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物組成的反應混合物被注入預先準備的已抽真空的多層結構中。通常考慮使用這樣的化合物作為具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物，其在分子中帶有兩個或更多個反應性基團，例如OH基團、SH基團、NH基團、NH2基團以及CH酸基團。優選使用聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，尤其優選使用聚醚多元醇。多元醇製劑優選作為多元醇包含這樣的多元醇，其具有200至1830mg KOH/g的、優選300至IOOOmg KOH/g、尤其優選為350至500mg KOH/g的羥值。多元醇的粘度優選彡800mPas (在25°C )。優選多元醇具有至少60%的仲羥基，優選至少80%的仲羥基，尤其優選為90%的仲羥基。尤其優選基於環氧丙烷的聚醚多元醇。 使用常見的脂肪族的、脂環族以及特別是芳香族的二異氰酸酯和/或多異氰酸酯作為多異氰酸酯組份。合適的多異氰酸酯的實例為1，4_亞丁基二異氰酸酯、1，5_戊烷二異氰酸酯、1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、2，2，4-和/或2，4，4_三甲基六亞甲基二異氰酸酯、雙(4，4 異氰酸根合環己基)甲烷或其與其他異構體的混合物、I，4-亞環己基二異氰酸酯、I，4-苯二異氰酸酯、2，4-和/或2，6-甲苯二異氰酸酯(TDI)、1，5-萘二異氰酸酯、2，2 和/或2，4 和/或4，4 二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和/或其高級同系物(pMDI)、l，3和/或1，4_雙-(2-異氰酸根合丙-2-基)-苯(TMXDI)、1，3-(雙異氰酸根合甲基)苯(XDI)。優選用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、特別是由二苯基甲烷二異氰酸酯與多苯基多亞甲基多異氰酸酯(pMDI)組成的混合物作為異氰酸酯。所述由二苯基甲烷二異氰酸酯與多苯基多亞甲基多異氰酸酯(PMDI)組成的混合物優選的單體含量為40至100重量％，優選為50至90重量％，尤其優選為60至80重量％。所用的多異氰酸酯的NCO含量應優選超過25重量％，優選超過30重量％，尤其優選超過31.4重量％。使用的MDI優選應具有共至少3重量％，優選為至少20重量％，尤其優選至少40重量％的2,2，- 二苯基甲烷二異氰酸酯與2，4』 - 二苯基甲烷二異氰酸酯的總含量。異氰酸酯的粘度應優選為彡250mPas (在25°C )，優選彡IOOmPas (在25°C )，尤其優選為(50mPas (在 25°C )。優選除了已知的反應性組分與添加劑和添加物外，聚氨酯反應混合物優選還包含填料如碳納米管、硫酸鋇、二氧化鈦、短玻璃纖維或者天然纖維狀或薄片狀礦物例如矽灰石或白雲母。優選將消泡劑、催化劑與潛催化劑用作添加劑和添加物。還可根據需要使用其他已知的添加劑和添加物。合適的聚氨酯體系尤其指那些透明的聚氨酯體系。因為在製造較大的成型件時，低粘度對於模具的均勻填充是必需的，所以尤其合適的是其粘度< 5000mPas (在25°C ;組份混合後30分鐘)，優選< 2000mPas,尤其優選IOOOmPas的聚氨酯體系。優選這樣來選擇異氰酸酯組份和具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物之間的反應比例，使得在反應混合物中，異氰酸酯基團的數量與對異氰酸酯呈反應性的基團的數量之間的比為0. 9至I. 5，優選I. 0至I. 2，尤其優選I. 02至I. I。
在一個優選實施方案中，由異氰酸酯組份與具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物組成的反應混合物在20至80°C、尤其優選在25至40°C的溫度被注射。當充填反應混合物後，可通過加熱模具來加速聚氨酯的固化。在一種優選實施方案中，被注射的由異氰酸酯組份與具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物組成的反應混合物在40至160°C、優化在60至120°C、尤其優選在70至90°C的溫度固化。打算藉助以下實施例進一步說明本發明。
具體實施例方式實施例由各種聚氨酯體系製成成型件(板)並且與標準物環氧樹脂體系相比較。板的大小為17cmX 17cm,厚度為4mm。 脫模時間為這樣的時間，在該時間後PUR樣品能夠不變形地從板材模具中手動取出。在組份混合後的30分鐘確定粘度，因為在製造較大的成型件時為了均勻填充模具需要一定時長的低粘度。實施例I在室溫下將70g 的 Baygal ⑧ K 55 (Bayer MaterialScience AG 公司的聚醚多元醇；羥值385±15mg KOH/g ;25°C 時的粘度600±50mPas)與 65. 3g 的 Baymidur K88 (Bayer MaterialScience AG公司的產品；二苯基甲燒二異氰酸酯與多苯基多亞甲基多異氰酸酯的混合物；NC0含量為31. 5±0. 5重量％;25°C時的粘度90±20mPas)攪拌並且以減壓脫氣。將溶液注入板材模具並且在室溫放置一個小時。然後將樣品溫度調節至80°C。凝膠化時間約為70分鐘，脫模時間為兩個小時。樣品具有76肖氏D的硬度。25°C時的粘度在組份混合後30分鐘為1540mPas。實施例2在室溫下將70g 的 Baygal ⑧ K 55 (Bayer MaterialScience AG 公司的聚釀多元醇；羥值385±15mg KOH/g ;25°C 時的粘度600±50mPas)與 63g 的 Baymidur. VP. KU3-5009 (Bayer MaterialScience AG公司；二苯基甲燒二異氛酸酷與多苯基多亞甲基多異氰酸酯；NC0含量為31. 5至33. 5重量％ ;25°C時的粘度15至30mPas)攪拌並且以減壓脫氣。將溶液注入板材模具並且在室溫放置一個小時。然後將樣品溫度調節至80°C。脫模時間為兩個小時。樣品具有76肖氏D的硬度。25°C時的粘度在組份混合後30分鐘為974mPas。對比例3在室溫下將180g的浸潰樹脂Larit RIM 135(L_135i) (Lange+Ritter公司的產品)與60g的固化劑Larit RIMH 137 (Lange+Ritter公司的產品)攪拌並且以減壓脫氣。將溶液注入板材模具並且在室溫放置一個小時。然後將樣品溫度調節至80°C。脫模時間為12個小時。樣品具有76肖氏D的硬度。
聚氨酯體系的脫模明顯更快。由於 可大大縮短模具的佔用時間，進而能製造更多的成型體，所以聚氨酯體系更快的脫模時間能實現更高的生產率。
權利要求
1.多層結構在風力發電站用的轉子葉片的製造中的應用，其中，所述多層結構具有下列層 g)脫模劑層 h)任選的膠衣層 i)經塑料處理的纖維層 j)任選的隔片層 k)配有塑料的纖維層 I)任選的塑料膜 其特徵在於，將聚氨酯用作塑料。
2.風力發電站用的轉子葉片，其具有至少部分地由具有下列層的多層結構構成的外殼 a)脫模劑層 b)任選的膠衣層 c)經塑料處理的纖維層 d)任選的隔片層 e)配有塑料的纖維層 f)任選的塑料膜 其特徵在於，將聚氨酯用作塑料。
3.用於製造根據權利要求2所述的風力發電站用的轉子葉片的方法，其具有至少部分地由具有下列層的多層結構構成的外殼 a)脫模劑層 b)任選的膠衣層 c)經塑料處理的纖維層 d)任選的隔片層 e)配有塑料的纖維層 f)任選的塑料膜 其特徵在於，所述纖維層經製造作為塑料的聚氨酯用的反應混合物處理。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應混合物包含作為異氰酸酯的NCO含量大於25重量％的二苯基甲烷二異氰酸酯和/或多亞苯基多亞甲基多異氰酸酯。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應混合物包含作為具有至少兩個對異氰酸酯呈反應性的氫原子的化合物的聚醚多元醇，其中，至少60%的OH基團為仲羥基並且具有200至1830mg KOH/g的羥值。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在20至80°C的溫度將所述反應混合物施加到所述纖維層中。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應混合物在40°C至160°C的溫度固化。
8.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應混合物的粘度在混合後30分鐘^ 5000mPas。
全文摘要
本發明涉及多層結構在風力發電站轉子葉片的製造中的應用，以及用於風力發電站的轉子葉片。
文檔編號B32B27/40GK102753345SQ201080056524
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月6日 優先權日2009年12月12日
發明者D·帕斯曼, K·弗蘭肯, S·林德納 申請人:拜爾智慧財產權有限責任公司