專利名稱：一種用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法；涉及一種多孔構(gòu) 件，該構(gòu)件的結(jié)構(gòu)允許流動穿過該結(jié)構(gòu)和在該結(jié)構(gòu)的平面上流動；涉 及這種多孔構(gòu)件在纖維強(qiáng)化結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的使用；以及涉及根據(jù)所述方 法生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合結(jié)構(gòu)被用于制造諸如風(fēng)力渦輪機(jī)、汽車、貨車 運(yùn)輸、航空航天、船舶、鐵路、醫(yī)療器械、容器、建筑、防腐、電子 和醫(yī)藥工業(yè)等各個工業(yè)、以及運(yùn)動器械、游戲車輛等中的部件和成品。兩種模制工藝可被用來構(gòu)造纖維強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，即開放式模制工藝或封閉式模制工藝。所述開放式模制工藝包括將干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。在封閉式模制工藝 中，纖維和/或其他強(qiáng)化工具(也叫做"預(yù)制件")被切成與模具相配， 然后被放置在模具中。然后使用方法來封閉并讓預(yù)制件壓靠模具?？?以例如使用真空成形的真空袋或?qū)?yīng)的凸/凹模具來封閉模具。在未進(jìn) 行預(yù)浸處理的情況下，樹脂通過進(jìn)入密封件的端口被引入到封閉部中， 且例如在使用真空注入技術(shù)時，真空可促進(jìn)樹脂的引入。在樹脂固化 時，首先要取出模具的密封件，然后將制成的部件取出。真空注入法是一種封閉式模制工藝，其常常被用來生產(chǎn)用于風(fēng)能 工業(yè)的零件，例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。真空注入法采用一個堅硬的、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(gòu)件放置在預(yù)制件的頂部。在使用可重復(fù)使用的真空 袋或隔膜的情況下，分配通道可被結(jié)合在真空袋中。然后施加真空，通過進(jìn)料管道將樹脂傳送到模具中并穿過纖維預(yù)制件。這種技術(shù)常常 被稱作表面真空注入/灌注，因為樹脂是在層壓制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(cè)引 入，且在隔膜側(cè)具有真空出口。該文獻(xiàn)描述了所擱置在模具中的樹脂 分配構(gòu)件、剝離層和纖維的分層。然而，該文獻(xiàn)沒有描述在纖維強(qiáng)化 結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)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并不靈活，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(tǒng)上，在真空注入工藝中，材料的分層基本如下用蠟質(zhì)基底 涂覆模具內(nèi)表面以防止成形物體與模具粘結(jié)。此后將凝膠層施加到該 表面上，并讓凝膠凝結(jié)。在凝膠的頂部放置纖維層，然后是多孔構(gòu)件 和封閉整個裝置的柔性袋或隔膜。當(dāng)樹脂通過隔膜側(cè)的入口被引入時， 多孔構(gòu)件確保樹脂在模具中的正確和完全分布。一些復(fù)合材料還要求使用剝離層。剝離層是設(shè)置在纖維與模具之 間的層。最常見的情形是剝離層設(shè)置在纖維和柔性隔膜之間。這種剝 離層允許樹脂穿過，但在樹脂固化之后不會與樹脂相粘。剝離層常常的工藝中。剝離層最常見地是由塑料制成，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，其隨后凝結(jié)從而在 模具表面上形成均勻薄層。傳統(tǒng)的凝膠材料是觸變材料，這種材料能 夠在凝結(jié)之前均勻地分布在模具中而不會在模具中"跑動"，并且具有 所需要的特性，諸如在成型之后具有堅硬的光滑表面。然而，當(dāng)這些 凝膠層凝結(jié)時，會形成毒煙，且凝結(jié)時間還會延長成型加工時間。傳 統(tǒng)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(dǎo)致凝膠在寒冷、霜凍的天氣 里裂開?，F(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)纖維強(qiáng)化結(jié)構(gòu)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(chǎn)過程 中使用，并且不能被重復(fù)使用而隨后需要被丟棄。此外，在生產(chǎn)過程 中不能對所得到的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行控制，只有在成型加工已經(jīng)結(jié)束之 后可能存在的缺陷(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后通過手工來修補(bǔ)，而這又延長了生產(chǎn)時間， 且非常困難和勞動密集。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種簡單的、用于生產(chǎn)帶有堅硬、光滑表面 的纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種在環(huán)境方面更有利的、用于生產(chǎn) 纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法。本發(fā)明的又一個目的是提供一種更經(jīng)濟(jì)的、用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法o本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的方法， 所述結(jié)構(gòu)可形成高質(zhì)量產(chǎn)品。本發(fā)明的另一個目的是提供一種減少纖維強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)時間的方法。通過本發(fā)明，可以克服上述缺陷并達(dá)到上述目的。在本發(fā)明之前， 未曾描述過由多孔結(jié)構(gòu)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(xué)、熱等) 時發(fā)生聚結(jié)，并在成品中形成連續(xù)的表面層，這種連續(xù)表面層具有與 本發(fā)明教導(dǎo)的傳統(tǒng)凝膠材料相同和類似的特性。本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟a) 將至少一個多孔構(gòu)件放置在模具中；b) 將一個或多個強(qiáng)化纖維層放置在模具中；c) 引入樹脂用于穿過多孔構(gòu)件分配到纖維層；以及d) 讓樹脂固化和讓分配構(gòu)件聚結(jié)以形成連續(xù)層。此外，本發(fā)明涉及一種具有三維片狀結(jié)構(gòu)的多孔構(gòu)件，其允許液相流動穿過該片狀結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的平面上流動，在有用于生產(chǎn)纖維 強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)從而形成連續(xù)層。本方面還涉及對一種多孔構(gòu)件的使用，所述多孔構(gòu)件具有三維片 狀結(jié)構(gòu)，其允許液相流動穿過該片狀結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的平面上流動， 在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)從而形 成連續(xù)層，作為纖維強(qiáng)化產(chǎn)品生產(chǎn)中的一個層。本發(fā)明還涉及對一種多孔構(gòu)件的使用，所述多孔構(gòu)件具有三維片 狀結(jié)構(gòu)，其允許液相流動穿過該片狀結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的平面上流動， 在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)從而形 成外部連續(xù)層。此外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)上述方法生產(chǎn)出來的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的采用VARTM方法的層壓制品生產(chǎn)方法； 圖2 - 3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的不同實施例，其中多孔構(gòu)件被 用于樹脂分配；圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件的幾個實施例。
具體實施方式
在此使用的術(shù)語"凝膠，，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的。該術(shù) 語代表一種堅韌的、保護(hù)性的樹脂層，其在鋪放強(qiáng)化纖維之前被噴入 或刷入模具中。 一旦該涂料"凝結(jié)"，那么就鋪設(shè)纖維，因此得到這個名 字。凝膠還保護(hù)制成的產(chǎn)品中的強(qiáng)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(chǎn)品。因此在成 型加工之后不必對這種產(chǎn)品進(jìn)行著色。在此使用的術(shù)語"模具"或成形件對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是熟 知的。根據(jù)本發(fā)明的"模具，，應(yīng)被理解為一種"框架"，在該框架上或圍 繞該框架構(gòu)造出物體。"模具"包括對纖維強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的成形有貢獻(xiàn)的所有部件。在此使用的術(shù)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(gòu)成的過濾氈片或由纖維粗 紗構(gòu)成的氈片?；蛘?，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，以形成用于各種制造工藝的預(yù)浸漬制品。還 可以使用短切纖維或研磨纖維。用于本發(fā)明的纖維優(yōu)選為玻璃纖維或 碳纖維。術(shù)語碳纖維意指傳統(tǒng)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(jī)纖維或絲前驅(qū)體(filament precursors ) 中獲取的任何碳化或石墨化的纖維。在此使用的術(shù)語"樹脂"意指天然或合成樹脂或合適的聚合物。樹 脂優(yōu)選為液態(tài)烯鍵式不飽和單體與不飽和聚酯的組合以形成聚酯樹脂 復(fù)合材料。樹脂更優(yōu)選為聚酯樹脂、乙烯酯樹脂和環(huán)氧樹脂。然而，在本發(fā)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(xué)腐蝕/防火劑等)這樣的其他化學(xué)物質(zhì)。用于本發(fā)明的、優(yōu) 選的、市場有售的樹脂包括市場有售的標(biāo)準(zhǔn)樹脂，例如來自Reichhold 公司的。在此使用的術(shù)語"固化"意指樹脂變成具有耐化學(xué)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(fā)生交聯(lián)，且這種過 程是不可逆的化學(xué)反應(yīng)。在此使用的術(shù)語"外部處理"被用來指示相對于多孔構(gòu)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(chǎn)生的影響或它們的組合，或來自溶劑或樹脂復(fù)合材料的組分的影響， 其中對于所述溶劑或樹脂復(fù)合材料的組分，多孔構(gòu)件僅能暫時保持穩(wěn) 定。在此使用的術(shù)語"多孔的"被用來描述一種充滿空穴或氣孔的材料 結(jié)構(gòu)，且涉及一種三維結(jié)構(gòu)，其允許液相在該結(jié)構(gòu)的多個方向上流動， 所述結(jié)構(gòu)諸如為編織材料、機(jī)紡織物、針織或鉤編材料、泡沫材料或 篩網(wǎng)式(filter-like)材料。本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟a) 將至少一個多孔構(gòu)件放置在模具中；b) 將一個或多個強(qiáng)化纖維層放置在模具中；c) 引入樹脂用于穿過多孔構(gòu)件分配到纖維層；以及d) 讓樹脂固化和讓分配構(gòu)件聚結(jié)以形成連續(xù)層。在本發(fā)明的一個實施例中，多孔構(gòu)件被設(shè)置成在其聚結(jié)時形成最 外層。在該實施例中，該多孔構(gòu)件在填充模具期間用作分配構(gòu)件，隨 后它發(fā)生聚結(jié)并形成外部層。因此，在一個實施例中，本發(fā)明涉及一種使用模具來生產(chǎn)纖維強(qiáng) 化產(chǎn)品的方法，其中該產(chǎn)品在其一個表面上具有外部的連續(xù)層，該模 具配有具有用于將樹脂引入模具中的一個或多個進(jìn)口的部件，該方法 包括以下步驟a) 讓多孔構(gòu)件接觸模具的設(shè)有所述進(jìn)口的部件；b) 將一個或多個強(qiáng)化纖維層放置在多孔構(gòu)件的頂部；c) 封閉模具；d) 通過模具的進(jìn)口和多孔構(gòu)件將樹脂引入模具中，其中引入的 樹脂數(shù)量要能填滿強(qiáng)化纖維層中的空穴；以及e) 讓樹脂固化和讓多孔構(gòu)件聚結(jié)，從而在該纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的一個 表面上形成外部的連續(xù)表面層。本發(fā)明基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即能夠?qū)⒛z和樹脂分配構(gòu)件結(jié)合在一 個層中，且通過這種結(jié)合，生產(chǎn)纖維強(qiáng)化零件(諸如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片) 的過程能得到筒化，能夠節(jié)約工時和降低成本。還構(gòu)思了本發(fā)明的 一個實施例，其中多孔構(gòu)件不構(gòu)成該產(chǎn)品的整 個外表面而是構(gòu)成該表面的一部分，從而留出空間用于為制備所需要 的表面性質(zhì)或效果而進(jìn)行的后續(xù)處理。本發(fā)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(fā)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(yīng)的層一開始為 多孔構(gòu)件的形式，但是在某些情況下成品包括連續(xù)層，其形成產(chǎn)品的外表面。在多孔構(gòu)件位于強(qiáng)化纖維層之間的情況下，該多孔構(gòu)件可構(gòu) 成成品主體中的連續(xù)層。從而省略了施加樹脂分配構(gòu)件的步驟，所述 樹脂分配構(gòu)件在成型之后需要被除去。這樣將節(jié)約成本，減少了每個 產(chǎn)品的生產(chǎn)時間，且對環(huán)境更有利。 一些樹脂材料還包含在被丟棄的 分配層中，并因此被浪費掉。在本發(fā)明的另 一個實施例中，多孔構(gòu)件被設(shè)置成在聚結(jié)時形成內(nèi)層。或者，在多孔構(gòu)件位于強(qiáng)化纖維層之間時，該構(gòu)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(zhì)(其可根據(jù) 需要得到控制)的內(nèi)部區(qū)域或內(nèi)層。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法將一個或多個多孔構(gòu)件施加在纖維層之間以 用于分配目的時，樹脂最有可能通過位于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(yīng)給多孔構(gòu)件。在此過程中，可以 選擇將由傳統(tǒng)凝膠或根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件形成的附加層施加到模具的相關(guān)區(qū)域，例如模具內(nèi)或隔膜附近。此外，對成型加工的質(zhì)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(dá)某些區(qū)域，或數(shù)量太少的樹脂能夠被傳送到 一區(qū)域上。在使用現(xiàn)有技術(shù)中的那些方法的情況下，這個問題將僅能 在已將復(fù)合材料從模具中取出之后顯露出來，且需要花費額外的工時 和材料來進(jìn)行修補(bǔ)。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(dá)層壓制品中的所有區(qū) 域。因此，生產(chǎn)出的高質(zhì)量復(fù)合材料的產(chǎn)量將增加，且產(chǎn)品的廢品率 將得到減少。此外，通過經(jīng)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(xiàn)在模制品的在成品中朝向向內(nèi)的側(cè)面上。因此，修補(bǔ)部分也將 朝向向內(nèi)，模制品的朝向向外的那側(cè) 一 開始就不存在任何缺陷。樹脂入口還可以設(shè)在封閉模具的隔膜或其他部分中，用于修補(bǔ)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 被施加到位于該區(qū)域中或在該區(qū)域附近的入口內(nèi)以用于修補(bǔ)的目的。在本發(fā)明的另一個實施例中，通過化學(xué)處理、或通過熱量、輻射 或振動的影響或它們的組合發(fā)生多孔構(gòu)件聚結(jié)。
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(jié)從而形成連續(xù)層。
在又一個實施例中，通過存在于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(jié)從而形成連續(xù)層。
在另一個實施例中，在樹脂固化過程中產(chǎn)生的熱量的作用下，至 少部分地引起多孔層聚結(jié)從而形成連續(xù)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(chǎn)的纖維強(qiáng)化產(chǎn)品為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼 體的一部分。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種具有三維片狀結(jié)構(gòu)的多孔構(gòu)件， 其允許液相流動穿過該片狀結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的平面上流動，在有用于 生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)以形成連續(xù)層。
根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件合適地具有為編織材料、機(jī)織織物、針織 或鉤編材料、泡沫材料、或篩網(wǎng)式材料的形式的片狀結(jié)構(gòu)。
可以以本身公知的用于纖維材料成形的方式來用纖維材料制成編 織材料、機(jī)織織物、針織材料、鉤編材料或篩網(wǎng)式材料。
用于形成根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件的合適材料具有這樣性質(zhì)的材 料，即，通過化學(xué)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(gòu)件聚結(jié)。
在本發(fā)明的一個實施例中，制成多孔構(gòu)件的材料，使得可以在樹 脂的固化過程中引發(fā)該多孔構(gòu)件的聚結(jié)。
在本發(fā)明的一個實施例中，制成多孔構(gòu)件的材料，使得通過存在 于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(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件還可以由這樣的材料制成，即，在樹脂固 化過程中產(chǎn)生的熱量的作用下，可至少部分地引起多孔層聚結(jié)從而形 成連續(xù)層。
本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件在纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的生產(chǎn)中的
11使用。
在另一個實施例中，本發(fā)明涉及一種多孔構(gòu)件的使用，該構(gòu)件具 有三維片狀結(jié)構(gòu)，其允許液相流動穿過該片狀結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的平面
上流動，在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚 結(jié)從而形成連續(xù)層，作為纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中的一個層。
在另一個實施例中，本發(fā)明涉及一種多孔構(gòu)件的使用，該構(gòu)件具 有三維片狀結(jié)構(gòu)，其允許液相流動穿過該片狀結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的平面
上流動，在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚 結(jié)從而形成外部連續(xù)層。
在根據(jù)本發(fā)明的用途中，多孔構(gòu)件合適地由熱塑性材料制成，該 熱塑性材料能夠在通過樹脂固化過程中產(chǎn)生的熱量所得到的溫度下聚 結(jié)從而形成連續(xù)層。
本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其包括根據(jù)本發(fā)明的纖維強(qiáng) 化復(fù)合產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及一種根據(jù)上述方法得到的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。
用于復(fù)合物品的凝膠通常為多成分配方(formulation),其由其 中已經(jīng)結(jié)合了各種填充物、顏料和其他添加物的基礎(chǔ)樹脂體系構(gòu)成。 雖然這些組分的選擇對于確定凝膠最終性質(zhì)和它們是否適于給定的應(yīng) 用場合扮演了重要的角色，但是基礎(chǔ)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 作復(fù)合凝膠體系中的主要基本成分，特別是由于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(jī)單體) 一起使用。所選擇的不飽和有機(jī)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(jī)單體包括苯乙烯、a甲基苯乙烯、甲基苯乙烯和二乙烯基 苯。
用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的樹脂分配層最常見地被設(shè)在剝離層 的頂部上，以幫助將液體樹脂向下和/或從側(cè)面?zhèn)魉秃头峙浯┻^層壓疊 層。樹月旨分西己層通常是由機(jī)織絲(woven filament)形成的薄片，其在成型之后要從生產(chǎn)出的纖維強(qiáng)化復(fù)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(chǎn)過程中起輔助作用外，它們對產(chǎn)品沒有 別的貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)的樹脂分配層主要由例如尼龍這樣的熱塑性材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件部分用于與上述樹脂分配層相同的目的。 該多孔構(gòu)件具有多孔結(jié)構(gòu)，且在外部處理的作用下發(fā)生聚結(jié)，從而形 成連續(xù)層。形成該構(gòu)件的材料的多孔結(jié)構(gòu)可例如由于該材料為機(jī)織織 物、編織物、針織物、鉤編物、泡沫或篩網(wǎng)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于液體以容易的且分布均勻 的方式從該多孔構(gòu)件層的一側(cè)到達(dá)該層的另 一側(cè)或從側(cè)向穿過該層壓 制品。根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件最初也可以是液體或泡沫的形式，其被 噴灑在模具上且隨后形成上述多孔層。
根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件由這樣的材料制成，所述材料能夠被成形 從而獲得上述結(jié)構(gòu)，且能夠在外部處理的作用下變成連續(xù)層。所述產(chǎn) 品的最終的外部層是光滑且堅硬的，且由于原始的多孔構(gòu)件還可以包 含顏料，所以得到的連續(xù)層可以是彩色的。因此，所得到的結(jié)構(gòu)的表 面不需要進(jìn)一步的處理以得到它最終的外觀。
適合用于上述多孔構(gòu)件中的材料例如是這樣的材料，該材料在化 學(xué)處理、熱處理、輻射、振動或得到同樣結(jié)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(xù)層。這些材料可構(gòu)成該多孔 構(gòu)件或成為該多孔構(gòu)件的一部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件由熱塑性材料 制成，該熱塑性材料不能溶解于所用的樹脂中以避免該構(gòu)件在樹脂的 固化過程中溶解并成為纖維/樹脂組合物的一部分。在外部條件(諸如 加熱)被用來觸發(fā)多孔構(gòu)件的聚結(jié)的情況下，熱塑性材料也是有利的。
在另 一個實施例中，用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件的材料由這 樣的材料制成，該材料能夠短時間地抵抗樹脂組分的化學(xué)作用，但是 它將在樹脂組分的作用下變軟并聚結(jié)，從而形成連續(xù)層。
用于纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中的大多數(shù)樹脂和其他材料表現(xiàn)出 一個重 要的共同特性，即，它們由長鏈?zhǔn)椒肿訕?gòu)成，所述分子由許多筒單重復(fù)的單元組成。根據(jù)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，并在冷卻過程中再次變 硬?？梢栽谛枰臅r候重復(fù)經(jīng)過溫標(biāo)上的軟化或熔化點的過程，而沒 有對該材料在任一狀態(tài)下的特性產(chǎn)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(qiáng)化，雖然這種 強(qiáng)化通常僅通過短的、短切纖維(諸如玻璃)來實現(xiàn)。
熱固性材料是通過在現(xiàn)場進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來形成的，其中樹脂和硬
化劑或樹脂和催化劑被混合，然后發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)從而形成堅 硬的、難以熔化的產(chǎn)品。在某些熱固性材料中，諸如酚醛樹脂，作為 副產(chǎn)品會產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而其他的熱固性樹脂，諸如聚酯樹脂和環(huán) 氧樹脂以不會產(chǎn)生任何揮發(fā)性副產(chǎn)品的機(jī)理發(fā)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，雖然在高于某一溫度時， 它們的機(jī)械特性會因為分解而產(chǎn)生顯著變化。
根據(jù)本發(fā)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(fā)明的方法中的其他化學(xué)物質(zhì)。這些化學(xué) 物質(zhì)可導(dǎo)致不連續(xù)的多孔構(gòu)件聚結(jié)并變得連續(xù)。另外，這些過程一般 會放出熱量，這可促進(jìn)聚結(jié)過程。
在另一個實施例中，熱固性樹脂材料包括液態(tài)單體，優(yōu)選地包括 乙烯基芳族單體，更優(yōu)選地為包括苯乙烯，其可與所述熱固性樹脂材 料發(fā)生共聚。根據(jù)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(fā)明的另一個實施例中，熱固性材料與苯乙烯結(jié)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(zhí)行一個重要的 功能，即，通過交聯(lián)聚酯的分子鏈?zhǔn)箻渲瑥囊簯B(tài)固化成固態(tài)，同時不 形成任何副產(chǎn)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(gòu)件的聚合物，引發(fā)不連續(xù)的多孔構(gòu)件聚結(jié)并變?yōu)檫B續(xù)。 在這種放熱反應(yīng)中形成的熱量同時能促進(jìn)聚結(jié)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(jìn)多 孔構(gòu)件的聚結(jié)。
通過控制苯乙烯的數(shù)量、產(chǎn)生的熱量和其他特征，能夠控制聚結(jié) 過程以確保得到最好的結(jié)果。當(dāng)多孔構(gòu)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(jié)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(jié) 過程也不能太慢。
在本發(fā)明中，用在多孔構(gòu)件中的或作為多孔構(gòu)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(fā)生聚結(jié)。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(jìn)行施加的。有利的熱塑性材料可以在產(chǎn)品的硬化溫度上 或在對成品特性無害的溫度上發(fā)生軟化和聚結(jié)。
在本發(fā)明中，用在多孔構(gòu)件中的或作為多孔構(gòu)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(xué)相互作用而發(fā)生聚結(jié)。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(fā)明中，用在多孔構(gòu)件中的或作為多孔構(gòu)件的一部分的其他 合適材料滿足下面列出的標(biāo)準(zhǔn)中的一項或多項。這些標(biāo)準(zhǔn)是 -在有溶劑時發(fā)生溶解； -能忍受升高的溫度；
—能夠形成多孔構(gòu)件或變成多孔構(gòu)件的一部分。 該材料還能包括或由納米微粒和/或POSS (多面體低聚倍半硅氧
烷)構(gòu)成。 一些納米微?？蓪υ搶拥膹?qiáng)度產(chǎn)生貢獻(xiàn)。另外，該材料優(yōu) 選要價格便宜、易于得到且對環(huán)境有利。
合適的材料能夠在用溶劑(例如苯乙烯)進(jìn)行化學(xué)處理的作用下 溶解。苯乙烯被用于模具中的樹脂的固化過程中。因此，在有苯乙烯 時發(fā)生溶解的材料是有利的，因為它不需要添加其他的化學(xué)物質(zhì)。這些可溶于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(zhì)素(butyrated lignin )、共聚 (苯乙烯-烷基馬來酰亞胺)、聚乙二醇延胡索酸酯等。
將參考示出了本發(fā)明的一些實施例的附圖，更詳細(xì)地解釋根據(jù)本 發(fā)明的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的生產(chǎn)過程，在此例中為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的
生產(chǎn)過程。
優(yōu)選實施例
現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
圖l說明了使用本領(lǐng)域公知的所謂VARTM工藝(真空輔助樹脂 傳遞模制法)來制造層壓制品101的方法，其中借助于真空使層壓制 品的層102完全或部分浸漬樹脂。VARTM是十分常用的、用于例如 生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片部件的生產(chǎn)方法。成形部件或模具103可在內(nèi)側(cè) 涂覆蠟質(zhì)物質(zhì)109以防止在模制品與模具之間產(chǎn)生粘附。在需要被再 次涂覆之前，該涂蠟表面可被重復(fù)用于多次成型加工。此后，凝膠層 111被施加在該表面上，且讓凝膠凝結(jié)。這使得具有高度拋光的成品 得到相當(dāng)堅硬的表面。在模具103中鋪設(shè)多個層102。在某些區(qū)域中， 還可以在這些纖維層之間鋪設(shè)芯材(例如輕木)，從而形成夾層結(jié)構(gòu)。 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(gòu)成的 層或氈片，且可以是機(jī)織織物和/或無紡織物、或由短切纖維構(gòu)成。樹 脂經(jīng)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(xiàn)其中層未受到浸漬的空泡。為了促進(jìn) 和改善樹脂的分配， 一般貼近這些入口管設(shè)有所謂的樹脂分配構(gòu)件或 隔板106。用真空隔膜或薄膜105覆蓋這些層并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(nèi)形成真空。此 后，樹脂以浸入(由真空引起)和/或注入(在加壓供應(yīng)樹脂的情況下)的方式從入口 104中分配出去，并向下穿過樹脂分配構(gòu)件106，由此 浸漬層102。
當(dāng)層壓制品被制成并至少部分固化時，真空隔膜被移除，且一般 還要移除樹脂入口。然后，可以選擇將樹脂分配構(gòu)件留下成為制成的 層壓制品的一體部分，然而其構(gòu)成的富含樹脂層不會形成任何的或僅 形成非常有限的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，反而不利地增加了產(chǎn)品的重量?；蛘撸瑯?脂分布構(gòu)件可以被移除并與吸收于其中的樹脂一起被丟棄。
在下面的圖2-3中，在本發(fā)明中用到的工藝的各個部分被標(biāo)以與 圖l相同的參考數(shù)字。
圖2在截面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法的一個實施例，其 中多孔構(gòu)件被用來優(yōu)化制造方法和制成的層壓制品。這里，多孔構(gòu)件 203 (它也構(gòu)成了本發(fā)明的一部分)連同多個纖維強(qiáng)化層102被鋪設(shè)在 模具103中，其中多孔構(gòu)件203為最外層。然后，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(gòu)件203設(shè)置的薄的多孔管 的形狀，這些管隨后被留下成為制成的層壓制品的一體部分。多孔構(gòu) 件203具有三維結(jié)構(gòu)，其允許樹脂輕易地穿過和沿著多孔構(gòu)件分配， 從而促進(jìn)和最大化樹脂在整個層壓制品上的分布。在圖4中概述了根 據(jù)本發(fā)明的多孔構(gòu)件的不同結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，多孔構(gòu)件聚結(jié)形成連 續(xù)層，從而使凝膠層變得多余。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于從成形件 或模具側(cè)注入和分配樹脂使得能夠例如通過用眼睛在層壓制品的另一 側(cè)進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)任何可能的氣泡或樹脂不足或沒有樹脂的區(qū)域。然后 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(qū)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。
固化時間取決于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、層壓制品厚度等等。
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(nèi)或在封閉的模具內(nèi)氣化。在多孔構(gòu)件203中，苯乙烯使聚合物溶解，從而形成保護(hù)表面。選擇苯乙烯的量和多孔構(gòu)
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(gòu)件 203用作樹脂分配層)與苯乙烯開始影響多孔構(gòu)件203之前的時刻之 間的時間最佳。
當(dāng)固化過程已經(jīng)結(jié)束時，將真空隔膜105剝離模具103，然后從 模具103上取出成品，例如為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的部件。
圖3在截面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法的另一個實施例。 該工藝基本上與圖2中的描述相同。然而在這里，所述層包括位于纖 維層104中的一些之間的根據(jù)本發(fā)明的第二多孔構(gòu)件309。然后，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， 并進(jìn)入所述多孔構(gòu)件309中。這樣，第二多孔構(gòu)件309將確保樹脂的 正確和最佳分布?；蛘?，可通過鄰近多孔構(gòu)件309設(shè)置的入口管引入 樹脂。由于多孔構(gòu)件309此時被層鋪于纖維片之間，因此它在成型之 后不會被取出。在一個實施例中，多孔構(gòu)件如上所述那樣聚結(jié)，從而 在制成的層壓制品內(nèi)形成連續(xù)層。在另一個實施例中，多孔構(gòu)件發(fā)生 聚結(jié)，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，并因此停止從而在制成的層壓制品中形成不連續(xù)層。上述內(nèi)置的 第二多孔構(gòu)件可有利于例如生產(chǎn)非常厚的層壓制品，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制品中。
一個或多個內(nèi)置的第二多孔構(gòu)件309可以結(jié)合參考圖2所描述的
放置在最外層的多孔構(gòu)件103 —起使用。還可以在真空隔膜105附近
放置另一個多孔構(gòu)件103以主要用于分配的目的。
圖4示出了多孔構(gòu)件103的各種實施例。在(a)中示出的實施例
是機(jī)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(jié)構(gòu)，例如像在海綿中那樣，(e)中的材料具有網(wǎng)狀或篩子式結(jié)構(gòu)。
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并記錄成所用時間的函數(shù)。
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 馬來酰亞胺)、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(nèi)。燒杯被放置在加熱源上，并提供外部加熱。所施加 的溫度取決于所選定的聚合物。觀察苯乙烯溶解所選定的聚合物的能 力并記錄成溫度和所用時間的函數(shù)。
實例3
聚合物在苯乙烯和/或聚酯/乙烯基酯/環(huán)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(tài)(例如保持不變、溶解和部分溶解)，并記錄為所用時間的函 數(shù)。
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(huán)氧 樹脂中的溶解和"凝膠"層的形成。
重復(fù)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(tài)并記錄為溫度和所用時間的函數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟a) 將至少一個多孔構(gòu)件放置在模具中；b) 將一個或多個強(qiáng)化纖維層放置在模具中；c) 引入樹脂用于穿過多孔構(gòu)件分配到纖維層；以及d) 讓樹脂固化和讓分配構(gòu)件聚結(jié)以形成連續(xù)層。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中將所述多孔構(gòu)件布置成在聚 結(jié)時以便形成最外層。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中將所述多孔構(gòu)件布置成在聚 結(jié)時以便形成內(nèi)層。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中通過化學(xué)處理或 通過熱量、輻射或振動的影響或它們的組合發(fā)生多孔構(gòu)件的聚結(jié)。
5. 如權(quán)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(fā)生多孔層的聚結(jié)以形成連續(xù)層。
6. 如權(quán)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(fā)生多孔層的聚結(jié)，以形成連續(xù)層。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過在樹脂固化過程中產(chǎn)生 的熱量，至少部分地發(fā)生多孔層的聚結(jié)，以形成連續(xù)層。
8. 如權(quán)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(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其中所述纖維強(qiáng)化產(chǎn) 品為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的一部分。
10. —種具有三維片狀結(jié)構(gòu)的多孔構(gòu)件，其允許液相流動穿過所 述片狀結(jié)構(gòu)和在所述片狀結(jié)構(gòu)的平面上流動，在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化 產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)，從而形成連續(xù)層。
11. 如權(quán)利要求IO所述的多孔構(gòu)件，其中所述片狀結(jié)構(gòu)為編織、 機(jī)織、針織或鉤編材料、泡沫或篩網(wǎng)狀材料的形式。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的多孔構(gòu)件，其中通過化學(xué)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(fā)生多孔構(gòu) 件的聚結(jié)。
13. 如權(quán)利要求12所述的多孔構(gòu)件，其中多孔構(gòu)件的聚結(jié)在樹 脂的固化過程中發(fā)生。
14. 如權(quán)利要求13所述的多孔構(gòu)件，其中多孔層的聚結(jié)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(fā)生。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的多孔構(gòu)件，其中形成連續(xù)層的 多孔層的聚結(jié)通過樹脂固化過程中產(chǎn)生的熱量至少部分地發(fā)生。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項的多孔構(gòu)件在纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的 生產(chǎn)中的使用。
17. —種多孔構(gòu)件的使用，所述多孔構(gòu)件具有三維片狀結(jié)構(gòu)，該 多孔構(gòu)件允許液相流動穿過所述片狀結(jié)構(gòu)和在所述結(jié)構(gòu)的平面中流 動，在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)以 形成連續(xù)層，作為纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的生產(chǎn)中的一個層。
18. —種多孔構(gòu)件的使用，所述多孔構(gòu)件具有三維片狀結(jié)構(gòu)，該 多孔構(gòu)件允許液相流動穿過所述片狀結(jié)構(gòu)和在所述結(jié)構(gòu)的平面中流 動，在有用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的樹脂時，所述多孔構(gòu)件能夠聚結(jié)以 形成外部的連續(xù)層。
19. 如權(quán)利要求17或18所述的使用，其中所述多孔構(gòu)件由熱 塑性材料制成，所述熱塑性材料能夠在通過樹脂固化過程中產(chǎn)生的熱 量實現(xiàn)的溫度下發(fā)生聚結(jié)，由此形成連續(xù)層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法生產(chǎn)出的纖維強(qiáng)化復(fù) 合材料。
21. —種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其包括如權(quán)利要求20所述的纖維強(qiáng)化 復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)纖維強(qiáng)化產(chǎn)品的RTM方法，該方法包括以下步驟a)將至少一個多孔構(gòu)件(104)放置在模具(103)中；b)將一個或多個強(qiáng)化纖維層(102)放置在模具中；c)引入樹脂用于穿過多孔構(gòu)件分配到纖維層；以及d)讓樹脂固化和讓分配構(gòu)件聚結(jié)以形成連續(xù)層，以及所生產(chǎn)的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及一種多孔構(gòu)件的使用，所述多孔構(gòu)件的材料能夠聚結(jié)，從而在制成的纖維強(qiáng)化產(chǎn)品中形成連續(xù)層。本發(fā)明克服了與使用傳統(tǒng)凝膠材料有關(guān)的問題，且所形成的成品的表面層具有與傳統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2005年10月4日
發(fā)明者T·M·漢森 申請人:Lm玻璃纖維有限公司