發(fā)明領域本發(fā)明涉及用于改善風力渦輪機葉片部件的粘合的方法，特別是在制造包括用于風力渦輪機葉片的翼梁帽的葉片殼體構件中。具體而言，本發(fā)明涉及制造風力渦輪機葉片殼體構件的方法，以及涉及含硅烷的底漆組合物在改善第一風力渦輪機葉片部件和第二風力渦輪機葉片部件之間的結合方面的用途。發(fā)明背景氣候變化引起了對可持續(xù)能源的迫切需要，使風能作為一種成本效益合算并且清潔的能源而受到特別關注。風力渦輪機通常包括塔架、發(fā)電機、變速箱、機艙和一個或更多個轉子葉片，轉子葉片使用已知的翼型原理捕獲風的動能。隨著能量需求的不斷增加，現(xiàn)代風力渦輪機可具有10mw以上的額定功率，并且可具有長度超過100米的轉子葉片。風力渦輪機葉片通常由纖維增強的聚合物材料制成，并且包括壓力側殼體半部和吸力側殼體半部。典型葉片的橫截面輪廓包括用于產生空氣流(其導致兩側之間的壓差)的翼型體。所得的升力生成扭矩用于產生電力。風力渦輪機葉片通常通過由多層的織造織物或纖維和樹脂形成兩個殼體部分或殼體半部來制造。翼梁帽或主層壓件放置或集成在殼體半部中，并且可與抗剪腹板或翼梁橫梁組合以形成結構支承構件。翼梁帽或主層壓件可連接到殼體的吸力半部和壓力半部的內部，或集成在該內部中。隨著風力渦輪機葉片尺寸的增加，由于葉片在操作期間受到增加的力，出現(xiàn)了各種挑戰(zhàn)，這需要改善的增強結構。在一些已知的解決方案中，使用拉擠纖維材料條來制造翼梁帽。拉擠是一種連續(xù)工藝，其中將纖維牽拉通過液態(tài)樹脂的供應源，并且然后在腔室中將其加熱，樹脂在該腔室中固化?？蓪⒋祟惱瓟D條切割成任何期望的長度。因而，拉擠工藝的特征通常為產生具有恒定橫截面的復合部件(parts)的連續(xù)工藝。因此，多個拉擠件可在模具中一起經真空灌注以形成翼梁帽。典型的翼梁帽可包括多個碳拉擠元件，并且可能包括布置在碳拉擠元件之間的一個或更多個中間層。此類翼梁帽可直接在風力渦輪機葉片模具中或在單獨的離線模具中生產，在那里它們被樹脂灌注，并且然后接著被提升到主葉片殼體模具中，然后用樹脂灌注該主葉片殼體模具。不同的樹脂組合可用于翼梁帽和主葉片殼體。確保殼體與預制翼梁帽之間具有足夠強的附著力至關重要，因為將樹脂結合到預鑄主翼梁上對于葉片的結構完整性至關重要。乙烯基酯或環(huán)氧酯樹脂具有良好的粘附性并且是常用的，而諸如聚酯樹脂的其它樹脂具有吸引人的價格。然而，與乙烯基酯和環(huán)氧樹脂相比，聚酯樹脂的粘附性能低。在翼梁帽上使用底漆提高樹脂界面的粘附性能。在離線制造翼梁帽的情況下，在將翼梁帽放入葉片模具之前，可在翼梁帽的一個或更多個表面涂上底漆。雖然底漆可增強粘合強度，但在處理和工藝控制方面存在著若干挑戰(zhàn)。已知的底漆是基于異氰酸酯化學的，并可立即與空氣中的水分反應。因此，底漆的功效會隨著時間的推移而降低，尤其是在高濕度下。因此，從涂覆第一底漆層到樹脂灌注時的時間至關重要，并且延長的加工時間可能會影響底漆性能和葉片的結構完整性。此外，此類已知的底漆通常具有相當?shù)偷拈W點，這意味著高可燃性，并因此意味著存在工作危險。此外，依賴于使用底漆的已知結合方法需要事先磨擦預制翼梁帽的一個或更多個表面。這通常會導致塵土飛揚且嘈雜的工作環(huán)境，以及相關的健康風險。因此，以降低的成本確保殼體和預制翼梁帽之間具有足夠強的附著力的改善方法將是有利的。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改善的制造包括翼梁帽的葉片殼體構件的方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種以降低的成本制造葉片殼體構件的方法，該葉片殼體構件在殼體和預制翼梁帽之間具有足夠強的附著力。本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造葉片殼體構件的方法，該方法更高效、更安全且更環(huán)保。

背景技術：

技術實現(xiàn)思路

1、已經發(fā)現(xiàn)，上述目的中的一個或更多個可通過制造風力渦輪機葉片殼體構件的方法來實現(xiàn)，該方法包括以下步驟：提供用于葉片殼體構件的葉片模具，該葉片模具包括模制腔；在所述模制腔中布置一層或更多層纖維材料以提供纖維疊層；提供預制翼梁帽構件；用底漆組合物處理翼梁帽構件的表面以提供底漆處理過的表面；對翼梁帽構件的底漆處理過的表面施加熱以提供活化表面；將翼梁帽構件放置在模制腔中至少一部分纖維疊層的頂部，使得翼梁帽構件的至少一部分所述活化表面接觸纖維疊層；用樹脂灌注模制腔；固化樹脂以形成葉片殼體構件，其中底漆組合物包含硅烷化合物。

2、令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種方法使翼梁帽和殼體構件之間的結合強度提高高達五倍。特別地，發(fā)現(xiàn)通過本發(fā)明的方法，預制翼梁帽構件(特別是含有乙烯基酯的構件)和用聚酯樹脂(特別是不飽和聚酯樹脂)灌注的纖維疊層之間的界面處的斷裂韌性得到很大改善。此外，發(fā)現(xiàn)與將翼梁帽連接到殼體層壓件的已知方法相反，本發(fā)明的方法不需要翼梁帽磨擦操作，從而提供了更安全且更環(huán)保的工作環(huán)境。令人驚訝地，還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的底漆組合物對空氣中的水分穩(wěn)定，從而顯著改善了儲存時間。

3、使用本發(fā)明的方法，例如在離線翼梁帽模具中通過用乙烯基酯或環(huán)氧酯灌注碳纖維材料來預制的翼梁帽構件可通過在葉片模具中用例如聚酯灌注樹脂共同灌注殼體和翼梁帽部以形成翼梁帽增強的風力渦輪機殼體構件，從而最佳地結合到內殼表面。所得到的風力渦輪機殼體構件以降低的成本在殼體和預制翼梁帽之間具有足夠強的附著力。

4、本發(fā)明的方法用于提供葉片殼體構件，例如吸力側殼體構件或壓力側殼體構件。應理解，相同的方法可用于提供吸力側殼體構件以及壓力側殼體構件。提供壓力側殼體構件和吸力側殼體構件之間的唯一區(qū)別將是葉片模具的形狀。

5、風力渦輪機葉片通常由兩個殼體構件或殼體半部——壓力側殼體半部和吸力側殼體半部制成。此類殼體構件通常在符合殼體半部的空氣動力學形狀的分開的敞口葉片模具中形成，隨后通過閉合葉片模具將殼體半部連接在一起以形成風力渦輪機葉片。因此，通過本發(fā)明的方法制造的風力渦輪機葉片殼體構件通常是殼體半部，例如具有增強結構(例如翼梁帽)的殼體半部。葉片殼體材料可包括一個或更多個纖維層和/或凝膠涂層。在優(yōu)選的實施方案中，壓力側殼體半部和吸入側殼體半部各自的縱向延伸范圍l為50-120m，優(yōu)選60-110m。

6、將一層或更多層纖維材料、優(yōu)選多層包括玻璃纖維(例如玻璃纖維織物)的纖維材料布置在模制腔內，以提供纖維疊層，通常包括面向模制表面并且符合葉片半部的空氣動力學外形的外表面，以及翼梁帽構件或多個翼梁帽構件放置在其上以形成翼梁帽增強的殼體構件的內表面。

7、預制翼梁帽構件可以是預制翼梁帽。在一些實施方案中，預制翼梁帽構件是待生產的風力渦輪機葉片構件的翼梁帽的一部分，例如拉擠板。因此，多個翼梁帽構件，例如多個拉擠板，可以放置在模具中以形成翼梁帽。

8、預制翼梁帽構件優(yōu)選為細長元件，其具有上表面、下表面、第一側面、第二側面、第一端面和第二端面。通常，翼梁帽將延伸超過葉片長度的60-95％。優(yōu)選地，翼梁帽包括多個此類預制翼梁帽構件，例如以堆疊布置的多個拉擠板。優(yōu)選形成翼梁帽的多個拉擠板通常將在殼體半部或葉片的翼展方向上延伸。因此，至少一些拉擠板的長度優(yōu)選對應于葉片長度的60-95％。聚合物樹脂，例如聚酯樹脂，特別是不飽和聚酯樹脂，通常在布置所有元件后共同灌注入纖維疊層和拉擠板中，以形成帶有翼梁帽的殼體半部。

9、在一些實施方案中，提供預制翼梁帽的步驟包括以下步驟：提供多個含碳纖維的拉擠板材和任選的多個包含纖維材料的中間層，以促進拉擠板材之間的樹脂流動；將多個拉擠板材布置成堆疊陣列，任選地其中多個拉擠板材由相應的中間層分隔；以及用樹脂灌注并任選地固化多個拉擠板材。拉擠板材優(yōu)選為具有矩形橫截面的細長元件，并且由包括碳纖維的纖維材料和樹脂(優(yōu)選乙烯基酯樹脂)制成?；蛘?，它們可以是混合拉擠元件，其包括第二種增強纖維，例如玻璃纖維。任選的中間層可包括纖維材料，例如玻璃纖維或聚合物材料，用于促進拉擠板材之間的樹脂流動。

10、優(yōu)選預制翼梁帽構件包括纖維材料，例如碳纖維、優(yōu)選拉擠碳纖維，其已用乙烯基酯或環(huán)氧樹脂灌注以形成預制翼梁帽構件。呈拉擠板形式的翼梁帽構件優(yōu)選通過將樹脂浸漬的、優(yōu)選乙烯基酯浸漬的纖維材料絲束通過拉擠模具來制造?？蓛?yōu)選通過使用切割機將離開拉擠模具的連續(xù)拉擠帶切割成單獨的拉擠板，例如其長度介于30-200米之間，優(yōu)選介于50-100米之間。然后優(yōu)選使成形的浸漬板固化以形成預制翼梁帽構件。

11、預制翼梁帽構件可具有上表面、下表面、第一側面、第二側面、第一端面和第二端面。通常，預制翼梁帽構件布置在模制腔中，使得預制翼梁帽構件的下表面接觸殼體的纖維疊層。在一些實施方案中，翼梁帽構件的上表面和下表面優(yōu)選彼此相對布置并可具有基本相同的尺寸。以相同的方式，翼梁帽構件的第一側面和第二側面可彼此相對布置并具有基本相同的尺寸，并且第一端面和第二端面可彼此相對布置并優(yōu)選具有基本相同的尺寸。

12、在預制翼梁帽構件是拉擠板或包括拉擠板的情況下，拉擠板長度通常介于50-150米之間，優(yōu)選介于50-100米之間，更優(yōu)選介于70-100米之間。拉擠板的高度/厚度優(yōu)選介于2-10毫米之間，優(yōu)選介于3-7毫米之間，最優(yōu)選介于4-6毫米之間。板的寬度優(yōu)選介于20-300毫米之間，最優(yōu)選介于80-150毫米之間。在優(yōu)選的實施方案中，增強結構，例如翼梁帽，包括1-15堆彼此相鄰布置的拉擠板，更優(yōu)選3-9堆彼此相鄰布置的拉擠板。每個堆疊可包括多達20個彼此疊置的拉擠板，例如2-20個拉擠板或2-10個拉擠板。因此，每個增強部分，例如每個翼梁帽，可包括10-200個拉擠板。

13、拉擠纖維材料優(yōu)選包括形成拉擠碳纖維預制件的多個碳纖維材料絲束或粗紗，以及多個玻璃纖維材料絲束或粗紗。因此，每個拉擠板總共可包括20-200個纖維材料絲束。絲束通常將沿拉擠板的長度方向延伸，即基本平行于其縱軸，或當布置在葉片殼體中時平行于翼展方向。在優(yōu)選的實施方案中，纖維材料絲束布置成由成排和成列的絲束構成的規(guī)則的陣列或規(guī)則的網(wǎng)格，如拉擠板的垂直橫截面中所示。拉擠板優(yōu)選包括至少10排和至少10列的絲束。

14、用底漆組合物處理(例如浸漬)翼梁帽構件的表面以提供底漆處理過的表面的步驟優(yōu)選使用刷子(例如泡沫刷)或通過使用滾筒裝置來進行。在一些實施方案中，底漆組合物可使用噴槍來施加。

15、特別優(yōu)選的是，用本發(fā)明的底漆組合物處理翼梁帽構件的至少下表面或底表面。當翼梁帽布置在葉片模具中時，翼梁帽構件的下表面或底表面是面向并接觸葉片模具中的纖維疊層的表面。因此，翼梁帽構件的下表面或底表面是面向葉片殼體構件的內殼表面的表面。在一些實施方案中，也用底漆組合物處理翼梁帽構件的其它表面，例如翼梁帽構件的上表面或頂表面，和/或側表面或端面。

16、在一些實施方案中，纖維疊層包括用于放置預制翼梁帽構件的預定安裝區(qū)域。在一些實施方案中，也用底漆組合物處理纖維疊層上的預定安裝區(qū)域。在一些實施方案中，用于放置預制翼梁帽構件的預定安裝區(qū)域可包括形成在殼體材料的內表面中的凹部，即模制腔內纖維疊層的面朝上的表面。

17、可用底漆組合物處理翼梁帽構件的表面，使得所述表面浸漬有底漆組合物。在優(yōu)選的實施方案中，底漆組合物以20-50g/m2的量、優(yōu)選以30-35g/m2的量施加到翼梁帽構件的表面。

18、本發(fā)明的底漆組合物優(yōu)選為液體組合物，優(yōu)選包含有機溶劑。優(yōu)選地，底漆組合物的硅烷化合物是有機硅烷化合物。本發(fā)明的底漆組合物可包含或可衍生自一種或更多種含有有機官能團和可水解基團二者的反應性硅烷。有利地，此類硅烷化合物參與交聯(lián)反應，但也在硅酮網(wǎng)絡和基材之間建立結合。本發(fā)明的硅烷化合物優(yōu)選衍生自具有通式結構rsix3的硅烷的水解，其中r是或包含反應性有機官能團，且x是或包含可水解基團，例如甲氧基、乙氧基或乙酰氧基。優(yōu)選地，底漆組合物的硅烷化合物包含硅烷醇基團。此類硅烷醇基團有利地允許發(fā)生縮合反應，其導致硅烷單體之間形成si-o-si鍵。有利地，硅烷化合物的有機官能團與用于灌注葉片模制腔的樹脂(優(yōu)選聚酯樹脂、最優(yōu)選不飽和聚酯樹脂)中存在的化學反應性基團反應。有機官能團可選自氨基烷基、巰基烷基、環(huán)氧烷基、脲基烷基、丙烯酸酯基和異氰脲酸酯基。

19、在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的硅烷化合物包含(甲基)丙烯酸酯基，優(yōu)選(甲基)丙烯酸端基。在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物包含甲基丙烯酰氧基部分，例如(甲基丙烯酰氧基)烷基部分，例如(甲基丙烯酰氧基)丙基。在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物是甲基丙烯酸酯官能硅烷。

20、優(yōu)選地，硅烷化合物是甲基丙烯酸羥基甲硅烷基烷基酯，或包含甲基丙烯酸羥基甲硅烷基烷基酯，或者由甲基丙烯酸羥基甲硅烷基烷基酯聚合而成。在特別優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物包含甲基丙烯酸3-(三羥基甲硅烷基)丙酯或由甲基丙烯酸3-(三羥基甲硅烷基)丙酯聚合而成。在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物是低聚或聚合的硅烷化合物，優(yōu)選聚合的有機烷氧基硅烷化合物。在特別優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物是包含(甲基)丙烯酸酯基、優(yōu)選甲基丙烯酸酯基的聚合的有機烷氧基硅烷化合物。

21、在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物能夠形成聚合的硅烷化合物、優(yōu)選聚合的有機烷氧基硅烷化合物。在特別優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物能夠形成包含(甲基)丙烯酸酯基、優(yōu)選甲基丙烯酸酯基的聚合的有機烷氧基硅烷化合物。

22、在特別優(yōu)選的實施方案中，底漆組合物的硅烷化合物可通過甲基丙烯酸三烷氧基甲硅烷基丙酯、優(yōu)選甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯的水解獲得。特別優(yōu)選的是，本發(fā)明的硅烷化合物是由甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯單體聚合獲得的低聚物或聚合物。因此，優(yōu)選底漆組合物的硅烷化合物包括聚合的甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。

23、在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物通過以下方式獲得：烷氧基硅烷單體或有機烷氧基硅氧烷單體水解，優(yōu)選具有三甲氧基硅烷部分和甲基丙烯酸酯部分的有機烷氧基硅烷水解，任選隨后是水解的硅烷化合物之間發(fā)生縮合反應，優(yōu)選經由硅烷醇基團進行縮聚，以形成硅氧烷橋(si-o-si)。在一些實施方案中，當施加于表面時，例如施加于翼梁帽構件的表面，優(yōu)選施加于含有乙烯基酯樹脂的翼梁帽構件的表面時，優(yōu)選在水解的硅烷化合物之間發(fā)生縮合反應，優(yōu)選經由硅烷醇基進行縮聚，以形成硅氧烷橋(si-o-si)。

24、因此，優(yōu)選硅烷化合物是經由硅烷醇縮合形成硅氧烷鍵而獲得的聚合的硅烷化合物，或者硅烷化合物是可聚合的，以形成經由硅烷醇縮聚形成硅氧烷鍵獲得的聚合的硅烷化合物。

25、在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物或其前體包含甲基丙烯酰氧基官能團和甲氧基硅烷官能團。甲基丙烯酰氧基官能團可有利地用于使用合適的樹脂(例如不飽和聚酯樹脂)的自由基固化，該樹脂可有利地用于灌注葉片模制腔。這有利地導致殼體纖維材料和底漆處理過的翼梁帽構件之間的牢固結合。因此，特別優(yōu)選的是，硅烷化合物通過γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷水解，隨后經由單體的相應硅烷醇基團進行縮合，優(yōu)選縮聚而獲得。

26、在對翼梁帽構件的底漆處理過的表面施加熱的步驟之前，本發(fā)明的方法可包括干燥翼梁帽構件的底漆處理過的表面和/或纖維疊層的步驟。所述干燥步驟可在20-40℃的溫度下進行10-150分鐘的時間段。

27、向翼梁帽構件的底漆處理過的表面施加熱以提供活化表面的步驟優(yōu)選包括將所述底漆處理過的表面加熱至80-130℃、優(yōu)選90-120℃的溫度。優(yōu)選地，在所述熱活化步驟中，底漆組合物的硅烷化合物與翼梁帽構件的樹脂(優(yōu)選乙烯基酯樹脂)之間形成共價鍵。在優(yōu)選的實施方案中，向底漆處理過的表面施加熱的步驟包括將所述底漆處理過的表面加熱至80-130℃、優(yōu)選90-120℃的溫度，持續(xù)3-60分鐘、優(yōu)選5-30分鐘的時間段。加熱步驟優(yōu)選使用紅外加熱裝置進行。使用此類裝置，發(fā)現(xiàn)處理過的翼梁帽表面可在不到30秒內達到所需的加熱溫度，例如>120℃，從而實現(xiàn)了特別有效的工藝。還令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，當使用此類加熱條件時，由于翼梁帽表面下方8mm深度處的最高溫度低于85℃，因此沒有翼梁變形的風險。

28、將翼梁帽構件放置在模制腔中至少一部分纖維疊層的頂部的步驟優(yōu)選包括將翼梁帽放置在纖維疊層上的預定翼梁帽安裝區(qū)域上，即放置在葉片模具中的纖維疊層內表面或面朝上的表面上。翼梁帽構件的所述活化表面的至少一部分、優(yōu)選翼梁帽的下表面或底表面與纖維疊層接觸放置。結合有利地在纖維疊層和翼梁帽構件的處理過的表面之間的界面處發(fā)生。

29、翼梁帽構件通常固定到殼體構件(例如殼體半部)的內表面。將翼梁帽構件(其可呈拉擠板的形式)放置在模制腔中纖維疊層上的步驟優(yōu)選包括將拉擠板布置成相鄰的拉擠板堆疊，其中相鄰是指基本上在弦向方向上。這些堆疊通常沿殼體半部的大致翼展方向延伸。將翼梁帽構件(例如拉擠板)與葉片殼體材料結合以形成葉片殼體構件的步驟通常包括樹脂灌注步驟，其中用樹脂、優(yōu)選聚酯樹脂(例如不飽和聚酯樹脂)共同灌注拉擠板和葉片殼體材料，例如在vartm工藝中。

30、因此，在用樹脂灌注模制腔并固化樹脂以形成葉片殼體構件的步驟中，優(yōu)選用諸如環(huán)氧樹脂、聚酯或乙烯基酯之類的樹脂共同灌注纖維疊層和具有活化表面的翼梁帽構件。用于該步驟的特別優(yōu)選的樹脂是聚酯樹脂、優(yōu)選不飽和聚酯樹脂。

31、在優(yōu)選的實施方案中，預制翼梁帽構件具有頂表面和相對的底表面。在一些實施方案中，將底漆組合物至少施加到翼梁帽構件的底表面。在一些實施方案中，將底漆組合物施加到翼梁帽構件的底表面和頂表面。在一些實施方案中，在將翼梁帽構件放置在葉片模具中之前，將底漆組合物施加到翼梁帽構件的所有表面上。

32、在優(yōu)選的實施方案中，提供預制翼梁帽構件包括以下步驟：提供多個拉擠碳元件，將多個拉擠碳元件排列成堆疊布置，和用樹脂(優(yōu)選乙烯基酯樹脂)灌注多個拉擠碳元件，并固化樹脂以提供預制翼梁帽構件。

33、在優(yōu)選的實施方案中，用樹脂灌注模制腔的步驟包括用聚酯樹脂(優(yōu)選不飽和聚酯樹脂)灌注模制腔。在優(yōu)選的實施方案中，通過真空輔助樹脂傳遞模制進行用樹脂灌注模制腔的步驟。

34、在優(yōu)選的實施方案中，預制翼梁帽構件包含乙烯基酯樹脂。在優(yōu)選的實施方案中，在預制翼梁帽構件制造過程中已用乙烯基酯樹脂灌注預制翼梁帽構件。

35、在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物是包含式(i)的重復單元的聚合物：

36、

37、其中x是有機基團，優(yōu)選不可水解的有機基團，優(yōu)選選自氨基、乙烯基、環(huán)氧基、甲基丙烯酸酯基、硫、烷基、烯基、炔基，最優(yōu)選甲基丙烯酸酯基，并且其中r是間隔基，例如-(ch2)n-，其中n為0至1000、優(yōu)選1-5、最優(yōu)選3。

38、在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物可聚合成包含式(i)的重復單元的聚合物：

39、

40、其中x是有機基團，優(yōu)選不可水解的有機基團，優(yōu)選選自氨基、乙烯基、環(huán)氧基、甲基丙烯酸酯基、硫、烷基、烯基、炔基，最優(yōu)選甲基丙烯酸酯基，并且其中r是間隔基，例如-(ch2)n-，其中n為0至1000、優(yōu)選1-5、最優(yōu)選3。

41、在優(yōu)選的實施方案中，硅烷化合物衍生自x-r1-si(or2)3單體的水解和隨后的縮合(聚)，其中x是不可水解的有機基團，例如氨基、乙烯基、環(huán)氧基、甲基丙烯酸酯基、硫、烷基、烯基、炔基，優(yōu)選甲基丙烯酸酯基；r1是間隔基，例如-(ch2)n-，其中n為0至1000、優(yōu)選1-5、最優(yōu)選3；r2獨立地選自氫、任選取代的烷基、任選取代的烯基、任選取代的炔基、任選取代的碳環(huán)基、任選取代的芳基、任選取代的5-10元雜芳基和任選取代的5-10元雜環(huán)基，優(yōu)選烷氧基，最優(yōu)選甲氧基。

42、在優(yōu)選的實施方案中，提供活化表面的步驟包括通過向翼梁帽構件的底漆處理過的表面施加熱而在底漆組合物的硅烷化合物和翼梁帽構件的羥基(優(yōu)選翼梁帽構件的乙烯基酯樹脂的羥基)之間形成化學鍵。

43、在優(yōu)選的實施方案中，樹脂是不飽和聚酯樹脂，并且其中固化樹脂以形成葉片殼體構件的步驟包括硅烷化合物或其聚合物與不飽和聚酯樹脂之間的自由基交聯(lián)反應，優(yōu)選底漆組合物的硅烷化合物或其聚合物的(甲基)丙烯酸酯基與不飽和聚酯樹脂之間的自由基交聯(lián)反應。

44、在優(yōu)選的實施方案中，底漆組合物包含載體溶劑，其中載體溶劑包含1-甲氧基-2-丙醇和二羧酸酯，例如戊二酸二甲酯、琥珀酸二甲酯和己二酸二甲酯或其混合物，例如含有57-67wt％的戊二酸二甲酯、18-28wt％的琥珀酸二甲酯以及8-22wt％的己二酸二甲酯的混合物。在優(yōu)選的實施方案中，1-甲氧基-2-丙醇與二羧酸酯的重量比為1:2至2:1、優(yōu)選1:1.2至1.2:1。發(fā)現(xiàn)這種混合物既與硅烷相容，又足夠不易燃。因此，在優(yōu)選的實施方案中，底漆組合物的閃點至少為39℃。

45、根據(jù)一些實施方案，本發(fā)明的方法還包括在至少一個殼體構件(例如殼體半部之一)中(通常在增強結構的位置處)布置一個或更多個抗剪腹板的步驟。每個抗剪腹板可包括腹板主體、位于腹板主體第一端的第一腹板根部凸緣和位于腹板主體的第二端的第二腹板根部凸緣。在一些實施方案中，抗剪腹板基本上是i形的?；蛘?，抗剪腹板可以基本上是c形的。

46、在另一方面，本發(fā)明涉及可通過本發(fā)明的方法獲得的風力渦輪機葉片殼體構件。技術人員將理解，在本發(fā)明的方法過程中，各種化合物的化學組成，特別是在底漆和樹脂的界面處的化學組成將發(fā)生變化。例如，優(yōu)選地，翼梁帽構件包含乙烯基酯樹脂，使得翼梁帽構件表面中的乙烯基酯樹脂的羥基(oh)可與底漆處理過的翼梁帽構件表面形成氫鍵。當加熱底漆處理過的表面時，底漆的聚合的有機烷氧基硅烷和翼梁帽構件的乙烯基酯之間可形成共價鍵。因此，發(fā)現(xiàn)，作為方法步驟的直接結果，本發(fā)明的方法致使底漆組合物與翼梁帽構件表面牢固結合。因此，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，與通過已知工藝獲得的殼體構件相比，翼梁帽增強的風力渦輪機葉片殼體構件(例如殼體半部)的特征在于結合強度和斷裂韌性大大提高。

47、對于可通過本發(fā)明方法獲得的風力渦輪機葉片殼體構件，特別優(yōu)選的是，已用本發(fā)明方法的底漆組合物處理翼梁帽構件的至少下表面或底表面。當翼梁帽布置在葉片模具中時，翼梁帽構件的下表面或底表面是面向并接觸葉片模具中的纖維疊層的表面。因此，翼梁帽構件的下表面或底表面是面向葉片殼體構件的內殼表面的表面。在風力渦輪機葉片殼體構件的一些實施方案中，在實施本發(fā)明的方法時，也已用底漆組合物處理翼梁帽構件的其它表面(例如翼梁帽構件的上表面或頂表面，和/或側表面或端面)。

48、可通過本發(fā)明的方法獲得的風力渦輪機葉片殼體構件可以是吸力側殼體構件或壓力側殼體構件，或者它可以是風力渦輪機葉片。

49、本發(fā)明還涉及具有壓力側殼體半部和吸力側殼體半部的風力渦輪機葉片，其中吸力側殼體半部和壓力側殼體半部沿著葉片的前緣和后緣連接。吸力側殼體半部和壓力側殼體半部中的一個或兩個可通過本發(fā)明的方法獲得。

50、在另一方面，本發(fā)明涉及含硅烷的底漆組合物用于改善第一風力渦輪機葉片部件和第二風力渦輪機葉片部件之間的結合的用途，其通過用底漆組合物處理第一風力渦輪機葉片部件和/或第二風力渦輪機葉片部件的表面，之后用樹脂(優(yōu)選聚酯樹脂、最優(yōu)選不飽和聚酯樹脂)連接并共同灌注第一風力渦輪葉片部件和第二風力渦輪葉片部件。優(yōu)選地，沿著底漆處理過的表面連接葉片部件。

51、具有所述用途的底漆組合物優(yōu)選為液體組合物，優(yōu)選包含有機溶劑。優(yōu)選地，底漆組合物的硅烷化合物是有機硅烷化合物，如上文詳細描述的。

52、第一風力渦輪機葉片部件優(yōu)選為纖維增強的殼體部分，例如包括預定翼梁帽安裝區(qū)域的殼體半部，且第二風力渦輪機葉片部件優(yōu)選為翼梁帽或主層壓件。優(yōu)選的是，第二部件包括乙烯基酯樹脂和/或已通過用乙烯基酯樹脂灌注纖維材料(優(yōu)選包括碳纖維)來制造。

53、所述用途優(yōu)選還包括對底漆處理過的第一風力渦輪機葉部件和/或底漆處理過的第二風力渦輪葉片部件施加熱，以提供活化表面，之后用樹脂連接并共同灌注第一風力渦輪機葉片部件和第二風力渦輪機葉片部件。

54、以上針對制造風力渦輪機葉片殼體構件的方法所討論的所有特征和實施方案同樣適用于含硅烷的底漆組合物的用途和本發(fā)明的風力渦輪機葉片殼體構件，反之亦然。

55、如本文所使用的，術語“硅烷”是指骨架中含有硅原子的化合物。術語“硅烷”可指代含有一個或更多個硅原子的有機化合物。因此，術語“硅烷”可指代取代或未取代的烴的任何硅類似物。如本文所使用的，術語“硅烷”可包括不同硅烷化合物的混合物。

56、如本文所使用的，術語“甲基丙烯酸酯官能硅烷”是指包含甲基丙烯酸酯官能團的硅烷。甲基丙烯酸酯是甲基丙烯酸的衍生物。

57、如本文所使用的，術語“翼展方向”用于描述測量或元件沿葉片從其根部端到其末梢端的方向。在一些實施方案中，翼展方向是沿風力渦輪機葉片的縱向軸線和縱向延伸范圍的方向。

58、發(fā)明描述

59、下文參照附圖中示出的實施方案來詳細闡釋本發(fā)明，在附圖中：

60、圖1示出風力渦輪機，

61、圖2示出風力渦輪機葉片的示意圖，

62、圖3示出風力渦輪機葉片的橫截面的示意圖，

63、圖4是根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的殼體半部的示意性俯視圖，

64、圖5是例示制備和使用本發(fā)明的基于硅烷的底漆的各個階段的示意圖，

65、圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的制造葉片殼體構件的方法的各個步驟，

66、圖7是風力渦輪機葉片部件之間測量的結合強度的圖，以及

67、圖8是兩個風力渦輪機葉片部件之間的結合強度隨時間變化的圖。

68、附圖詳述

69、圖1例示了根據(jù)所謂的“丹麥概念”的常規(guī)現(xiàn)代逆風型風力渦輪機，其具有塔架4、機艙6和具有基本上水平的轉子軸的轉子。轉子包括轂8和從轂8沿徑向延伸的三個葉片10，每個葉片10具有最靠近轂的葉片根部16和最遠離轂8的葉片末梢14。轉子具有表示為r的半徑。

70、圖2示出了風力渦輪機葉片10的示意圖。風力渦輪機葉片10具有常規(guī)風力渦輪機葉片的形狀，并且包括最接近轂的根部區(qū)域30、最遠離轂的異型或翼型區(qū)域34、以及根部區(qū)域30與翼型區(qū)域34之間的過渡區(qū)域32。葉片10包括當葉片安裝在轂上時面向葉片10的旋轉方向的前緣18，以及面向前緣18的相反方向的后緣20。

71、翼型區(qū)域34(也稱為異型區(qū)域)具有針對生成升力的理想或幾乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)域30由于結構方面的考慮具有基本上圓形或橢圓形的橫截面，這例如使得更容易并且更安全地將葉片10安裝到轂。根部區(qū)域30的直徑(或翼弦)可沿整個根部區(qū)域30是恒定的。過渡區(qū)域32具有從根部區(qū)域30的圓形或橢圓形形狀逐漸變化到翼型區(qū)域34的翼型輪廓的過渡輪廓。過渡區(qū)域32的翼弦長度通常隨著距轂的距離r的增加而增加。翼型區(qū)域34具有翼型輪廓，其中翼弦在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸。翼弦的寬度隨著距轂的距離r的增加而減小。

72、葉片10的肩部40限定為葉片10具有其最大翼弦長度的位置。肩部40通常設置在過渡區(qū)域32與翼型區(qū)域34之間的邊界處。圖2還例示了葉片的縱向延伸范圍l、長度或縱向軸線。

73、應當注意，葉片的不同區(qū)段的翼弦通常不位于同一平面中，因為葉片可扭曲和/或彎曲(即，預彎曲)，由此提供具體對應的扭曲和/或彎曲的路線的翼弦平面，這是為了補償取決于距轂的半徑的葉片的局部速度的最常見情況。葉片通常由沿葉片的前緣18和后緣20處的結合線膠合到彼此的壓力側殼體部分36和吸力側殼體部分38制成。

74、圖3示出了葉片的橫截面的示意圖。如前面提及的，葉片10包括壓力側殼體部分36和吸力側殼體部分38。壓力側殼體部分36包括翼梁帽41，也稱為主層壓件，其構成壓力側殼體部分36的負載承載部分。翼梁帽41包括多個纖維層42，其主要包括沿葉片的縱向方向排列以便為葉片提供剛度的單向纖維。吸力側殼體部分38還包括翼梁帽45，翼梁帽45包括多個纖維層46。壓力側殼體部分36還可包括通常由輕木或泡沫聚合物制成并且夾在數(shù)個纖維增強蒙皮層之間的夾層芯材料43。夾層芯材料43用于為殼體提供剛度，以便確保殼體在葉片的旋轉期間基本上保持其空氣動力學特性。類似地，吸力側殼體部分38也可包括夾層芯材料47。

75、壓力側殼體部分36的翼梁帽41和吸力側殼體部分38的翼梁帽45經由第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55連接。在示出的實施方案中，抗剪腹板50、55成形為基本上i形的腹板。第一抗剪腹板50包括抗剪腹板主體和兩個腹板根部凸緣?？辜舾拱逯黧w包括由數(shù)個纖維層制成的數(shù)個蒙皮層52覆蓋的夾層芯材料51，例如輕木或泡沫聚合物。葉片殼體36、38可在前緣和后緣處包括另外的纖維增強物。通常，殼體部分36、38經由膠合凸緣結合到彼此。

76、圖4是根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的殼體半部38的示意性俯視圖，其例示了具有翼展方向延伸范圍se的增強結構62(例如翼梁帽)的位置。在例示的實施方案中，增強結構62包括三個相鄰的拉擠板堆疊66a、66b、66c。如圖4中所見，細長增強結構62沿葉片的基本上翼展方向延伸，具有相鄰的拉擠板堆疊66a、66b、66c。細長增強結構62具有最接近葉片的末梢端的末梢端74和最接近葉片的根部端的根部端76。細長增強結構還包括最接近葉片的前緣18的翼展方向延伸前緣78和最接近葉片的后緣20的翼展方向延伸后緣80。

77、圖5是例示在預制翼梁帽構件62的表面63上制備和使用本發(fā)明的基于硅烷的底漆的各個階段的示意圖。首先，有機烷氧基硅烷單體85水解，參見步驟90。部分x優(yōu)選包括甲基丙烯酸酯部分。優(yōu)選地，ro/or是醇部分。然后，步驟91，水解的單體在縮合反應中聚合，形成具有硅氧烷橋(si-o-si)的聚合物87。然后，步驟92，用包含聚合物87的該底漆組合物處理翼梁帽構件62的表面63。優(yōu)選地，翼梁帽構件62包括乙烯基酯樹脂，使得翼梁帽構件62的表面63中的乙烯基酯樹脂的羥基(oh)可與翼梁帽構件表面63形成氫鍵88。步驟93，在加熱底漆處理過的表面后，聚合的有機烷氧基硅烷87和翼梁帽構件的乙烯基酯之間形成共價鍵89，導致底漆組合物與翼梁帽構件表面牢固結合。

78、圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的制造葉片殼體構件的方法的各個步驟。提供預制翼梁帽構件62，其具有頂表面61和相對的底表面63，其中底表面將與殼體構件(例如殼體半部)的纖維疊層接觸并結合。首先，例如通過使用可沿圖6a中所示的箭頭移動的噴槍94，用底漆組合物(優(yōu)選液體底漆組合物)處理翼梁帽構件62的下表面63。但是，可使用其它技術，例如通過刷子施加，或通過各種其它施加技術施加。

79、接下來，向底漆處理過的表面63施加熱，以提供活化表面。這可例如通過使用合適的加熱裝置95(例如紅外裝置)來進行，該加熱裝置沿著翼梁帽構件表面63移動，如圖6b中的箭頭所示。優(yōu)選地，在加熱步驟期間施加的溫度為90-120℃。

80、然后，如圖6c和圖6d中所示，將翼梁帽構件62放置在模制腔中至少一部分纖維疊層的頂部，使得翼梁帽構件的所述活化表面63的至少一部分接觸纖維疊層97。纖維疊層97已使用具有模制腔98的葉片模具96以已知方式制備，通常在模制腔98中放置多個纖維層，例如玻璃纖維層，以形成殼體部分。

81、接下來，用樹脂灌注模制腔。如圖6e中所示，這可通過將真空袋99放置在纖維疊層和翼梁帽構件的頂部，然后在vartm工藝中從入口通道100灌注樹脂來進行。優(yōu)選用聚酯樹脂、優(yōu)選用不飽和聚酯樹脂灌注模制腔。

82、然后，使樹脂固化以形成硬化的葉片殼體構件。優(yōu)選地，使固化樹脂以形成葉片殼體構件的步驟包括硅烷化合物和不飽和聚酯樹脂之間的自由基交聯(lián)反應，優(yōu)選底漆組合物的硅烷化合物的(甲基)丙烯酸酯基和不飽和聚酯樹脂之間的自由基交聯(lián)反應。

83、實施例1

84、圖7是顯示在不同條件下測量的臨界能量釋放率(gic)的圖。gic是在平面應變加載條件下，當裂紋開始生長時，預裂試樣中的能量釋放率g的值。它以焦耳/平方米、j/m2或n/m表示。圖7顯示了根據(jù)iso/dis13586(en)對使用本發(fā)明的含硅烷的底漆與不飽和聚酯樹脂組合的兩個連接的葉片部件測定的gic，其中聚酯固化周期為40℃下16小時(a列)，室溫下4天(b列)，90℃下3小時(c列)，以及沒有任何底漆(d列)。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，與不使用基于硅烷的底漆的采用不飽和聚酯樹脂的相同固化(d列)相比，使用本發(fā)明的方法(a列、b列、c列)的gic約為5倍之高。由此看出，本發(fā)明的方法涉及具有高抗不穩(wěn)定裂紋擴展性的結合。

85、實施例2

86、測試了濕度對使用本發(fā)明的基于硅烷的底漆的涂底漆的翼梁帽表面的影響隨著時間的變化，其中將已采用底漆處理并隨后加熱以活化表面的表面在室溫下暴露于80％的相對濕度下。圖8在x軸上顯示了時間(以天計)，而y軸是gic(以n/m計)。如圖8中看出的，隨著時間的變化，對兩個風力渦輪機葉片部件之間的結合強度僅有微小影響。這表明底漆處理過的風力渦輪機葉片部件在延長的時間段內具有令人驚訝的穩(wěn)定性。

87、實施例3：底漆組合物的制造

88、可通過實施以下步驟來制備根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案的底漆組合物：

89、·將二元酯?rpde(按重量計含有57-67％的戊二酸二甲酯、18-28％的琥珀酸二甲酯和8-22％的己二酸二甲酯)和1-甲氧基-2-丙醇加入干凈的混合容器中，以提供重量比為1:1的二元酯和1-甲氧基-2-丙醇，

90、·在緩慢攪拌的同時向混合容器中加入蒸餾醋或7wt％乙酸/93wt％的預混合物，

91、·混合5-10分鐘直至獲得均勻混合物，

92、·在緩慢攪拌的同時向混合容器中加入silquest?a174nt(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，

93、·攪拌60分鐘，

94、·將所得底漆組合物分配到容器中，隨后密封。

95、在最終的底漆中，二元酯?rpde的重量百分比為46.2％，1-甲氧基-2-丙醇的重量百分比為46.3％，蒸餾醋(或7wt％乙酸/93wt％的預混合物)的重量百分比為5％，而silquesta174nt的重量百分比為2.5％。

96、本發(fā)明不限于本文所述的實施方案，并且可在不偏離本發(fā)明范圍的情況下進行改變或調整。

97、附圖標記清單

98、4?塔架

99、6?機艙

100、8?轂

101、10?葉片

102、14?葉片末梢

103、16?葉片根部

104、18?前緣

105、20?后緣

106、30?根部區(qū)域

107、32?過渡區(qū)域

108、34?翼型區(qū)域

109、36?壓力側殼體部分

110、38?吸力側殼體部分

111、40?肩部

112、41?翼梁帽

113、42?纖維層

114、43?夾層芯材料

115、45?翼梁帽

116、46?纖維層

117、47?夾層芯材料

118、50?第一抗剪腹板

119、51?芯構件

120、52?蒙皮層

121、55?第二抗剪腹板

122、56?第二抗剪腹板的夾層芯材料

123、57?第二抗剪腹板的蒙皮層

124、60?填充繩

125、61?翼梁帽的頂表面

126、62?增強結構/翼梁帽

127、63?翼梁帽的底表面

128、64?拉擠板

129、66?拉擠板堆疊

130、74?增強結構的末梢端

131、76?增強結構的根部端

132、78?增強結構的前緣

133、80?增強結構的后緣

134、81?拉擠板的頂表面

135、82?拉擠板的底表面

136、83?拉擠板的第一側表面

137、84?拉擠板的第二側表面

138、85?有機烷氧基硅烷單體

139、86?水解的有機烷氧基硅烷單體

140、87?聚合的有機烷氧基硅烷

141、88?氫鍵

142、89?共價鍵

143、90?水解

144、91?縮合/聚合

145、92?用底漆組合物處理翼梁帽

146、93?加熱

147、94?噴槍

148、95?加熱裝置

149、96?葉片模具

150、97?纖維疊層

151、98?模制腔

152、99?真空袋

153、100?樹脂入口通道

154、l?長度

155、r?距轂的距離

156、r?轉子半徑

157、se?增強結構的翼展方向延伸范圍