混合材料墊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造纖維復(fù)合制品如風(fēng)輪機葉片的混合材料墊、制造此類墊的方法、制造使用此類墊的纖維復(fù)合制品的方法，以及結(jié)合此類墊的纖維復(fù)合制品，例如，風(fēng)輪機葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維復(fù)合制品如風(fēng)輪機葉片大體上通過在成形模具中初始鋪疊若干纖維層，纖維隨后浸漬樹脂，樹脂固化來形成。因此，這形成了懸置在固化樹脂的基質(zhì)中的纖維層的結(jié)構(gòu)。此制造方法導(dǎo)致了重量相對較輕但結(jié)構(gòu)上較強的結(jié)構(gòu)。用于制造的特定纖維的選擇可決定制品的最終結(jié)構(gòu)性能。
[0003]傳統(tǒng)上，玻璃纖維已經(jīng)用于纖維復(fù)合制造，但碳纖維用于風(fēng)輪機葉片制造的關(guān)注在提高，因為碳纖維相比于玻璃纖維硬度提高。然而，碳纖維比玻璃纖維更為昂貴。
[0004]美國專利第7，758，313號公開了一種制造用于風(fēng)輪機葉片的翼梁緣條(sparcap)的方法，其中翼梁緣條由碳纖維和玻璃纖維的混合物形成，從而提供了提高構(gòu)件硬度的混合效果，同時相比于純碳葉片降低了成本。
[0005]US 7，758，313公開了第一實施例，其中玻璃纖維和碳纖維在共同的基質(zhì)內(nèi)均勻地混合。該途徑提出了較大的制造困難，因為碳纖維和玻璃纖維的準(zhǔn)確均勻分布需要使用精確的操作設(shè)備來定位纖維以確保充分的過程控制。
[0006]US 7，758，313公開了第二實施例，其中玻璃纖維層和碳纖維層在模具中交替地鋪疊，且然后浸漬基質(zhì)材料。該途徑導(dǎo)致了比第一實施例更容易的材料提供。然而，將兩種不同材料的層施加到模具中需要使用兩個單獨的施加機器，或在制造過程期間需要至少兩個單獨的施加工序，以從單獨的材料源接收層，從而增加了制造過程中涉及的時間和/或費用。
[0007]參看圖5，還已知提供〃在層內(nèi)(in-ply) 〃的混合材料100，其中材料100的層由一排玻璃纖維粗紗102提供，其中碳纖維絲束104定位在玻璃纖維粗紗102間的排列內(nèi)的間隔位置處。盡管此構(gòu)造表現(xiàn)相對尚可，但必須采取附加措施來確保位于材料中的導(dǎo)電碳纖維的電勢均等，并且將進(jìn)一步復(fù)雜化引入了操作和制造過程。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種用于纖維復(fù)合制品，特別是風(fēng)輪機葉片的制造的材料，其消除以上問題，且提供了材料自身和制品的制造的容易性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，提供了一種用于制造纖維復(fù)合制品如風(fēng)輪機葉片的混合材料墊，該混合材料墊包括設(shè)在碳纖維基底上的多條玻璃纖維粗紗。
[0010]通過提供具有玻璃纖維和碳纖維的組合的單個墊或材料層，這允許了纖維復(fù)合制品的制造的容易操作和鋪疊。碳纖維基底上的玻璃纖維粗紗的此布置提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的改善性能，其中測試顯示，在相比于傳統(tǒng)在層內(nèi)的混合材料的性能時，以上結(jié)構(gòu)提供了140%的抗壓強度。此外，將玻璃纖維粗紗提供在薄碳纖維層的頂部上允許了容易制造材料墊。
[0011]將理解的是，混合材料墊優(yōu)選提供為干纖維墊。
[0012]將理解的是，所述碳纖維基底為碳纖維的平面層。一方面，所述碳纖維基底由壓平或拉長成相對較薄的層的至少一條碳纖維絲束形成。
[0013]作為優(yōu)選，混合材料墊提供為柔性材料層，優(yōu)選其中碳纖維基底與多條玻璃纖維粗紗的厚度比為大約1:10。一方面，碳纖維基底為大約0.1mm厚，玻璃纖維粗紗具有大約1_的厚度或直徑?；旌喜牧蠅|自身具有大約0.9到1.2mm之間的厚度，優(yōu)選大約I到
1.1mm0
[0014]作為優(yōu)選，所述多條玻璃纖維粗紗布置成定位在所述碳纖維基底的頂部上的一系列平行的沿縱向延伸的粗紗。作為優(yōu)選，所述碳纖維基底包括沿縱向延伸的碳纖維層。
[0015]—方面，所述多條玻璃纖維粗紗設(shè)在所述混合材料墊的第一側(cè)上，且所述碳纖維基底設(shè)在所述混合材料墊的第二側(cè)上，其中至少一條碳纖維絲束定位在所述碳纖維基底的頂部上的所述多條玻璃纖維粗紗之間，所述至少一條碳纖維絲束提供了所述混合材料墊的所述第一側(cè)與所述第二側(cè)之間的電勢均等。
[0016]為了提供所述混合墊的疊層中的碳纖維基底之間的導(dǎo)電路徑，少數(shù)碳纖維絲束可定位在玻璃纖維粗紗層中，以提供所述墊的所述第一側(cè)上的導(dǎo)電材料。
[0017]作為優(yōu)選，至少一條碳纖維絲束定位在所述多條玻璃纖維粗紗之間，使得所述混合材料墊中碳纖維絲束與玻璃纖維粗紗之比為大約1:50到1:100之間，優(yōu)選大約1:80。
[0018]在一個實施例中，具有大約I到2mm的直徑或厚度的碳纖維絲束提供給大約每80mm的玻璃纖維粗紗。
[0019]作為優(yōu)選，所述混合材料墊提供為柔性織物材料卷。
[0020]將材料墊提供為柔性材料允許了混合材料儲存為織物材料卷，以易于操作和儲存。
[0021]作為優(yōu)選，所述混合材料墊還包括縫合材料，所述多條玻璃纖維粗紗使用所述縫合材料來縫合到所述碳纖維基底上。
[0022]縫合材料可為任何適合的纖維材料，用于將玻璃纖維粗紗和所述碳纖維基底保持在單個墊中。
[0023]還提供了一種制造混合材料墊的方法，該方法包括以下步驟:
壓縮至少一條碳纖維絲束來形成壓平的碳纖維基底；以及
將多條玻璃纖維粗紗附接到所述碳纖維基底上以形成混合材料墊。
[0024]混合材料墊的結(jié)構(gòu)允許墊自身的容易制造，其由用于將玻璃纖維粗紗附接到碳纖維基底上的相對簡單的工藝步驟形成。
[0025]作為優(yōu)選，所述附接步驟包括將所述多條玻璃纖維粗紗縫合到所述碳纖維基底上。
[0026]作為優(yōu)選，所述壓縮步驟包括將所述至少一條碳纖維絲束分成多條單獨的絲束部分，且將所述多條單獨的絲束部分壓平來形成壓平的基底層。
[0027]還提供了一種制造纖維復(fù)合制品的至少一部分的方法，優(yōu)選風(fēng)輪機葉片的至少一部分，該方法包括: 提供包括設(shè)在碳纖維基底上的多條玻璃纖維粗紗的混合材料墊，所述多條玻璃纖維粗紗布置在所述混合材料墊的第一側(cè)上，且所述碳纖維基底布置在所述混合材料墊的第二側(cè)上;
將多個所述混合材料墊布置在模具中；
用樹脂浸漬所述多個混合材料墊；以及
固化所述樹脂來形成纖維復(fù)合制品的至少一部分，優(yōu)選風(fēng)輪機葉片的至少一部分。
[0028]作為優(yōu)選，所述布置步驟包括定位多個混合材料墊，使得多個所述混合材料墊在疊層中至少部分地重疊。
[0029]—方面，該方法包括提供所述混合材料墊的步驟，混合材料墊具有定位在所述碳纖維基底上的所述多條玻璃纖維粗紗之間的至少一條碳纖維絲束，其中所述至少一條碳纖維絲束提供了所述混合材料墊的所述第一側(cè)與所述第二側(cè)之間的電勢均等。
[0030]在附加或備選方面中，所述布置步驟包括:
將所述多個所述混合材料墊定位在所述模具中，其中所述混合材料墊的所述第一側(cè)布置成在所述模具中面向下；
布置至少部分地重疊的混合材料墊的所述疊層，其中在所述疊層的邊緣處，所述疊層中的多個墊的末端錯開，使得所述疊層中的多個墊的所述第二側(cè)的至少一部分露出；以及將導(dǎo)電材料定位在所述疊層的邊緣處，所述導(dǎo)電材料在所述疊層中的所述多個墊的露出部分之間延伸，使得所述導(dǎo)電材料提供所述疊層中的所述多個混合材料墊之間的電勢均等。
[0031]作為提供混合材料墊的層的電勢均等的備選途徑，墊可定位成提供存在于墊的疊層中的各個碳纖維基底的一部分。此部分然后可導(dǎo)電地聯(lián)接到彼此上，以提供各個基底之間的電勢均等。
[0032]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電材料提供為碳纖維材料層。此外或作為備選，所述導(dǎo)電材料可包括金屬導(dǎo)體。
[0033]作為優(yōu)選，所述混合材料墊設(shè)有主纖維定向，且其中將所述混合材料墊布置在所述模具中的所述步驟包括對準(zhǔn)墊，使得所述墊的主纖維定向與風(fēng)輪機葉片的部分的縱向方向大致平行。
[0034]還提供了根據(jù)以上方法制造的風(fēng)輪機葉片的一部分。
[0035]還提供了包括設(shè)在碳纖維基底上的多條玻璃纖維粗紗的混合材料墊在風(fēng)輪機葉片的制造中、作為優(yōu)選，在風(fēng)輪機葉片的層壓結(jié)構(gòu)的制造中的