專利名稱：用于模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法和模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了一種模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法、用在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片模制工藝中的膜和該膜在模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的用途。
背景技術(shù)：
閉式模具鑄造技術(shù)被廣泛用來制造必須輕而且堅(jiān)固的大型部件，例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。這樣的部件可被制成為復(fù)合物，其組成材料包括被基體材料全部接合或結(jié)合的數(shù)層剛性或半剛性增強(qiáng)材料(給部件賦予其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性)。增強(qiáng)材料可以是一些適當(dāng)?shù)妮p質(zhì)柔性材料，諸如玻璃或碳纖維墊。各層被構(gòu)造或鋪設(shè)在適當(dāng)成形的模具中，墊的各層與適當(dāng)基體材料結(jié)合，并在模具中固化，以得到纖維增強(qiáng)聚合物，玻璃增強(qiáng)塑料等。此方法描述于EP I310 351A1 中。 為了便于在固化之后釋放成品部件，模具通常用脫模劑，如適當(dāng)?shù)南灧笸?，使基體材料不與模具結(jié)合，這使在不損壞任一者的情況下從模具中移走部件，不是有效可行的。在鋪設(shè)之前，脫模劑被施加到模具。已知的脫模劑是聚乙烯醇，硅酮蠟、滑蠟等。脫模劑必須以均勻厚度施加到整個模具內(nèi)表面，以便確保硬化后部件的平滑外表面。然而，施加脫模劑以滿足這些要求并不容易，并且如果被不適當(dāng)?shù)厥┘?，則不均勻的脫模劑層可導(dǎo)致不均勻或有波紋的葉片表面。而且，通常使用的脫模劑的類型包含易揮發(fā)溶劑，其對暴露于它們中的任何人產(chǎn)生健康危害。必須使用此脫模劑的另一主要缺點(diǎn)是在固化之后，脫模劑的硬化殘余物可附著到就位的葉片。這些殘余物必須被移走，使得可以完成葉片的表面。再次，這可能是耗成本的工序，由于在可以執(zhí)行最后的噴漆步驟之前，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片必須絕對沒有任何殘余物。因此，脫模劑的殘余物必須在耗時的工序如擦洗或噴沙工序中被移去，增加了制造的總體成本。在現(xiàn)有技術(shù)已知的模制技術(shù)中，如真空輔助樹脂傳遞模制(VARTM)，小氣袋或氣泡可陷入在粘性或打蠟的脫模劑層和紡織層的外區(qū)域之間。在成品過程中，這些氣袋可打開，以“針孔”出現(xiàn)在葉片的外表面上。由于針孔導(dǎo)致在噴漆之后有明顯的表面不規(guī)則，因此必須在耗時且費(fèi)用高的另外的步驟中通過手工施加填孔物來修復(fù)。因此，這樣的針孔缺陷被認(rèn)為是極其不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種通過模制來制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的改進(jìn)方式，從而克服了上文提到的問題。本發(fā)明的這個目的是通過權(quán)利要求I所述的用于模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模具、權(quán)利要求7所述的模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法和權(quán)利要求10所述的此模具在模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法中的用途來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的用增加材料和基體材料來模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模具包括固態(tài)不沾襯里，其中不沾襯里的材料性質(zhì)被選擇成防止基體材料與模具的不沾襯里結(jié)合。
在用于形成復(fù)合物模具的背景下，基體材料是用來結(jié)合并支撐增強(qiáng)層的物質(zhì)。在現(xiàn)有技術(shù)的模制技術(shù)中，正如上文已描述的，基體材料還結(jié)合到模具，除非使用了脫模劑。根據(jù)本發(fā)明的模具的一個明顯優(yōu)點(diǎn)在于，固態(tài)不沾襯里使得不需要脫模劑，且在固化后，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可被容易地從不沾襯里拆開。因此，在時間和成本上可實(shí)現(xiàn)節(jié)約，由于不需要將時間花在要求嚴(yán)格的脫模劑層的施加上，并且對于健康問題而言，工作人員不需要暴露到任何溶劑煙氣中。而且，在固化并從模具中拿出來之后，葉片的表面沒有任何有問題的脫模劑的殘余物，且基本準(zhǔn)備好用于最后的成品步驟，諸如噴漆。同樣，固態(tài)不沾襯里有利地抑制了氣袋陷入在部件的外表面上，使得基本阻止不發(fā)展成針孔。這些積極方面可節(jié)省大量時間和費(fèi)用，同時允許以高質(zhì)量的外表面制造葉片。根據(jù)本發(fā)明，在模具中模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法包括步驟向模具的內(nèi)表面施加固態(tài)不沾襯里；在不沾襯里上組裝用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的增強(qiáng)材料敷層，該不沾內(nèi)部襯里優(yōu)選沒有任何脫模劑；在增強(qiáng)材料敷層的各層中分布基體材料；執(zhí)行固化步驟，以使基體材料變硬，并且隨后從模具中移走固化的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明特別有利的實(shí)施例和特征由從屬權(quán)利要求給出，如在下文的描述中揭示 的?？筛鶕?jù)需要組合各實(shí)施例的特征，以得到另外的實(shí)施例。下文中，術(shù)語“織物層”應(yīng)被理解為表示鋪設(shè)在模具中的增強(qiáng)材料層，且鋪設(shè)時可包括基體材料在內(nèi)。替代性地，可在鋪設(shè)增強(qiáng)材料層之后加入基體材料(通常僅稱為“環(huán)氧樹脂”或僅稱為“樹脂”)。在不沾襯里的背景下，所用術(shù)語“固態(tài)”的含義用來表示不沾襯里并非蠟態(tài)或其它半固態(tài)材料，以便將其與現(xiàn)有技術(shù)中手工施加以敷涂模具內(nèi)部的任何脫模劑完全區(qū)分開。在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，固態(tài)不沾襯里包括聚四氟乙烯(PTFE)材料層，諸如Teflon (特氟龍)，它是DuPont (杜邦)公司的注冊商標(biāo)。固態(tài)不沾襯里可只被施加到模具的內(nèi)表面一次，然后可使用多次，不必更換不沾襯里。Telfon和類似不沾材料可用在許多不同的產(chǎn)品類型中，并且可以各種方式施加。例如，Teflon可在預(yù)制造的片或帶中提供，或甚至作為噴霧提供。根據(jù)本發(fā)明模具的內(nèi)表面因此可噴射有不沾物質(zhì)，以得到滿意的平滑襯里。替代性地，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，不沾材料可以以在底面有粘合劑涂層的形式提供，該粘合劑表面可附著到模具的內(nèi)表面，使不沾表面朝外。根據(jù)本發(fā)明的方法可用于在固化之前在模具中鋪設(shè)各層的任何模制技術(shù)。例如，基本中空的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可通過單獨(dú)模制兩半個外殼形成，在固化之后，通過在前邊緣和后邊緣用膠粘在一起來接合。該結(jié)構(gòu)可通過結(jié)合到半個外殼的內(nèi)表面的一個或多個橫梁而被賦予另外的支撐。然而，由于不同的材料性質(zhì)，如半個殼體彈性模量和用來沿整個長度將它們進(jìn)行結(jié)合所使用的膠，確保膠粘接合處的滿意質(zhì)量可能很難。在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的情況下，由于可作用于葉片上的極限力的結(jié)果，這些膠接合存在潛在弱點(diǎn)，最終可破裂或打開。因此，在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，模具包括用于以整體制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的閉式模具，具有至少第一模具部分和第二模具部分，在固化步驟中，它們可以氣密方式接合在一起。優(yōu)選地，第一和第二模具部分兩者都包括固態(tài)不沾襯里。織物層然后可鋪設(shè)在模具中，也許還如EP I 310 351A1中描述，使用內(nèi)模具，以得到葉片的附加結(jié)構(gòu)支撐。在閉式模具方法中，織物層可繞核心或心軸設(shè)置，然后整個結(jié)構(gòu)可封裝在模具中。在固化后，模具打開，可取出變硬的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。使用此方法，可以制造大型中空部件，如整體式的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，而沒有任何潛在的臨界膠接合。在一種方法中，復(fù)合物敷層可包括預(yù)浸材料層，其中增強(qiáng)材料層已經(jīng)用基體材料，如熱固化聚合物或任何適當(dāng)環(huán)氧樹脂浸透或浸泡。為了固化各層，熱可被施加到模具。為此目的，模具優(yōu)選包括加熱元件，例如埋入在模具體中的加熱絲或線圈。在固化之前，通常從閉式模具中吸出空氣，使材料層膨脹，以填充模具，并壓在模具的內(nèi)表面上，因此確保成品部件的平滑外表面。為此目的，閉式模具優(yōu)選包括氣密密封，以便于形成滿意的真空。在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，模具被實(shí)現(xiàn)為用在真空輔助樹脂傳遞模制(VARTM)工藝中，其中熱固聚合物或環(huán)氧樹脂被抽吸或吸入到閉式模具中，基本均勻地在增強(qiáng)材料層周圍分布。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，模具則優(yōu)選包括噴射入口，用于將基體材料噴射到閉式模具中；和真空抽取出口，用于施加真空以將基體材料分配到增強(qiáng)材料敷層的各層中。噴射入口(或樹脂入口)可位于比真空抽取出口更低的水平面上，抽取出口通常位于模具高處，使得當(dāng)樹脂被迫進(jìn)入閉式模具中時，待抽吸的空氣可向上上升。通常，閉式模具在閉合之后，被放置在垂直位置，使樹脂可最佳地從模具底部的樹脂入口被抽吸，而空氣最佳地通過模具的頂部的真空抽取出口取出。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，模具可包括許多個附加通道以便于通過真空抽取去掉空氣。此通道可以任何適當(dāng)方式設(shè)置，使得便于空氣的抽取。優(yōu)選地，模具包括多個通道，這些通道可被設(shè)置成在真空噴嘴附近開始或終止，空氣通過真空噴嘴從模具中抽出。當(dāng)在模具中鋪設(shè)復(fù)合物材料層時，剪切工具可用來將各層切成一定大小。結(jié)果，可能出現(xiàn)不沾襯里在其位置處被損壞。在不沾襯里有缺口或被切下的任何區(qū)域，基體材料會結(jié)合到模具的內(nèi)表面，導(dǎo)致在移動固化的葉片時有困難，并且可能損壞葉片外表面或模具。因此，向模具的內(nèi)表面施加固態(tài)不沾襯里的步驟可包括施加不沾襯里的片段或帶狀物，以根據(jù)需要覆蓋(已經(jīng)施加到所述模具的)不沾襯里中的缺陷。例如，自粘合式Telfon帶的薄帶可被粘貼到損壞的區(qū)域上。優(yōu)選地，所述的帶可被切割成以小的重疊最佳覆蓋缺陷的大 小。以此方式，通過只使用小段的帶來在出現(xiàn)缺陷時進(jìn)行修復(fù)，不沾襯里可以成本節(jié)約和快速方式被修復(fù)。有效地是，由于能夠以此方式修復(fù)缺陷，固態(tài)不沾襯里可不限制地被重新使用。然而，根據(jù)使用的增強(qiáng)材料和基體材料，可能期望用一些收集任何多余基體材料的手段。因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述方法包括附加步驟在鋪設(shè)部件層之前，在不沾襯里的頂上設(shè)置附加的一次性復(fù)合纖維層。此復(fù)合物織物的一個例子是Compoflex (Fibertex公司的產(chǎn)品)，它由幾種不同的功能層組成。例如，可以使用包括排放層和呼入層的Compoflex 織物。排放層被設(shè)計(jì)成有效地吸收擠出到部件的外表面的多余樹脂，呼吸層有助于防止氣袋陷入部件表面附近。在固化后，此附加復(fù)合物層可從變硬的部件剝離，并丟棄。根據(jù)本發(fā)明的方法特別適于模制必須輕并要求適于施加噴漆的平滑外表面的大型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，要被模制的部件包括適當(dāng)?shù)牟牧蠈踊驂|，諸如玻璃纖維或碳纖維，這些層與適當(dāng)?shù)幕w材料，諸如樹脂、膠、熱固聚合物等結(jié)合?？梢匀魏芜m當(dāng)方式執(zhí)行此結(jié)合過程。例如，在手工鋪設(shè)步驟中，干燥的纖維玻璃可用樹脂敷涂。替代性地，可以使用預(yù)浸材料。通過加熱模具，通過施加UV-輻射等可以執(zhí)行固化或結(jié)合。


根據(jù)下文的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖考慮，本發(fā)明的其它目的和特征將變得明顯。然而，要理解的是，設(shè)計(jì)這些附圖僅僅是出于圖解說明的目的，不應(yīng)將其作為限制本發(fā)明的限定。圖I示出了在現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片安裝過程中，穿過具有增強(qiáng)材料敷層的模具的橫截面示意表示；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片安裝過程的一個實(shí)施例中，穿過具有增強(qiáng)材料敷層的模具的橫截面示意表示；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明用于模具中的固態(tài)不沾襯里的修理步驟；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片安裝過程的另一個實(shí)施例中，穿過具有增強(qiáng)材料敷層的模具的橫截面示意表示。在圖中，相同的附圖標(biāo)記全部指相同物體。圖中的物體不一定是按比例繪制的。特別是，模具、脫模劑層、不沾襯里和增強(qiáng)材料敷層的厚度是不成比例的。
具體實(shí)施例方式圖I示出了在現(xiàn)有技術(shù)的部件模制過程中穿過具有敷層部件層10的模具2的非常簡化的橫截面，這樣的現(xiàn)有技術(shù)如是在EP I 310 351A1中描述的現(xiàn)有計(jì)數(shù)，其中風(fēng)力渦輪機(jī)葉片是用增強(qiáng)材料敷層10形成的，并且在閉式模具2中固化，環(huán)氧樹脂在壓力下被注入到閉式模具2中。如該圖的A部分所示，模具2包括真空抽取噴嘴21和樹脂噴射入口22，在真空抽取步驟中，通過真空抽取噴嘴21空氣可被抽取，因此使部件層膨脹，通過樹脂噴射入口 22，基體材料被吸入到模具2中，并分布在增強(qiáng)材料敷層10中。為了允許固化的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片從模具中取出，而不損壞其表面，模具部分2A、2B的內(nèi)表面20必須通過用均勻的一層脫模劑4 (諸如滑蠟4)敷涂來制備。即便如此，當(dāng)從模具2中取出固化的葉片I時，如圖中的B部分所示，蠟4的殘余物40仍然可能粘合到葉片I的外表面，必須在附加步驟中去掉，如擦洗或噴砂。同樣，在可以再次使用模具2之前，脫模劑層4或者必須通過從模具部分2A、2B的內(nèi)表面20刮去而被去掉，或者必須再次變光滑以得到所需的一致性水平。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片模制過程中通過具有鋪設(shè)部件層10的模具2的非常簡化的橫截面?；旧?，可以使用圖I的模具。不過，與圖I中所示的設(shè)置相t匕，除了使用脫模劑之外，模具部分2A、2B的內(nèi)表面20用固態(tài)不沾襯里3作襯里，如圖的上面部分A所示的，如Telfon 。在關(guān)閉模具2并執(zhí)行真空抽取步驟以通過真空抽取噴嘴21抽取空氣，并通過樹脂噴射入口 22將樹脂吸入到閉式模具2中之前，增強(qiáng)材料敷層10可以通常方式完成。一旦葉片I固化，可以很容易地從模具部分2A中取出，如圖中的下面部分B所示。由于不需要任何脫模劑，葉片I的外表面11是干凈的，準(zhǔn)備好用于成品步驟。模具2的內(nèi)部也是干凈的，并準(zhǔn)備好再次使用。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明用于模具2的固態(tài)不沾襯里3的修理步驟。這里，小缺陷32已經(jīng)出現(xiàn)在模具部分2A的固態(tài)不沾襯里3上。為了修理缺陷32，可施加小的不沾襯里材料補(bǔ)片31或條帶31來覆蓋缺陷32，并確保模具部分2B的內(nèi)部被不沾襯里3均勻覆蓋。為了施加容易，條帶31可是自粘合式的，即不沾襯里材料的底面可用粘合劑涂層30敷涂。不沾襯里材料例如可在輥上提供或以大的片提供，由此襯里片可被剝離。一開始，整個模具部分2A可使用自粘合式不沾襯里(self-adhesive non-stick lining)3做襯里,在模具壽命中出現(xiàn)的襯里3上的任何缺陷32可簡單地通過施加相同材料3的小片31來修復(fù)。圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片模制過程的另一實(shí)施例中，通過具有增強(qiáng)材料敷層10的模具2的橫截面的一個非常簡化的示意表示。這里，附加的一次性復(fù)合物層5已經(jīng)鋪設(shè)在固態(tài)不沾襯里之上。如上文提到的,此復(fù)合物層5，例如Compoflex 層5，可用來吸收多余樹脂，并幫助獲得平滑的葉片外表面。與使用此一次性復(fù)合物層的現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，根據(jù)本發(fā)明的方法不需要將任何脫模劑施加到模具2的內(nèi)部。在固化后，一次性層5可從葉片剝離，丟棄，而模具2的不沾襯里3準(zhǔn)備好再次使用。盡管已經(jīng)以優(yōu)選實(shí)施例和其變型的形式公開了本發(fā)明，應(yīng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍下，可對其進(jìn)行各種另外的改進(jìn)和變型。 為清楚起見，要理解的是，本申請中用來表示英語不定冠詞的用語“一”并不排除為多個，用語“包括”并不排除其它步驟或元件。
權(quán)利要求
1.一種用增強(qiáng)材料和基體材料模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(I)的模具(2)，該模具(2)包括固態(tài)不沾襯里(3)，并且其中所述不沾襯里(3)的材料性質(zhì)被選擇成防止基體材料與所述模具(2)的不沾襯里(3)結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中所述不沾襯里(3)包括聚四氟乙烯材料層(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求 2所述的模具，其中所述不沾襯里(3)的底面包括粘合劑涂層(30)，并且所述粘合劑涂層(30 )粘合到所述模具(2 )的內(nèi)表面(20 )。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的模具，其中所述模具(2)包括閉式模具(2)，其具有至少第一模具部分(2A)和第二模具部分(2B)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具，其中所述模具(2)被實(shí)現(xiàn)為用在真空輔助樹脂傳遞模制工藝中，其中基體材料包括環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的模具，包括噴射入口(22)，其用于將基體材料噴射到所述閉式模具(2)中；和真空抽取出口(21)，其用于施加真空以將基體材料分配到增強(qiáng)材料敷層的各層(10)。
7.一種在模具(2)中模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(I)的方法，該方法包括步驟 向模具(2)的內(nèi)表面(20)施加固態(tài)不沾襯里(3)； 在所述不沾襯里(3)上組裝用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(I)的增強(qiáng)材料敷層(10)； 在所述增強(qiáng)材料敷層(10)的各層中分布基體材料； 執(zhí)行固化步驟，以使基體材料變硬，并且隨后 從所述模具(2)中移走固化的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(I)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中施加固態(tài)不沾襯里(3)的步驟包括施加自粘合式不沾襯里材料條帶(31)，以覆蓋已施加到所述模具(2)的不沾襯里(3)中的缺陷(32)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的方法，包括如下另外的步驟在鋪設(shè)增強(qiáng)材料之前，在不沾襯里(3 )上鋪設(shè)一次性復(fù)合纖維層(5 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的模具(2)在根據(jù)權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的方法模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(I)中的用途。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用增強(qiáng)材料和基體材料模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(1)的模具(2)，該模具(2)包括固態(tài)不沾襯里(3)，并且其中所述不沾襯里(3)的材料性質(zhì)被選擇成防止基體材料與模具(2)的不沾襯里(3)結(jié)合。本發(fā)明還描述了一種在模具(2)中模制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(1)的方法，該方法包括步驟向模具(2)的內(nèi)表面(20)施加固態(tài)不沾襯里(3)；在不沾襯里(3)上組裝用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(1)的增強(qiáng)材料敷層(10)；在增強(qiáng)材料敷層(10)的各層中分布基體材料；執(zhí)行固化步驟，以使基體材料硬化，并且隨后從模具(2)中移走固化的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(1)。
文檔編號B29C70/44GK102905866SQ201080065133
公開日2013年1月30日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者H.施蒂斯達(dá)爾 申請人:西門子公司