4] 用點橋接強化的纖維束的一項利益是有機會在結(jié)構(gòu)中所述性能利益最適用的特 定分段中使用強化纖維束。
[0065] 風力渦輪機葉片是可受益于點橋接纖維束在特定領(lǐng)域中的使用的大型復合材料 結(jié)構(gòu)。風力禍輪機葉片的荷載模式（loading pattern)復雜，且所述結(jié)構(gòu)涉及用于滿足多 種荷載需求。例如，風力渦輪機葉片可使用至少四種不同的標準涉及。葉片必須足夠硬以 便不會撞擊到渦輪機塔架，足夠牢固以便能耐受最大預(yù)期陣風荷載，足夠耐用以便忍受因 發(fā)電機旋轉(zhuǎn)所致的上億次循環(huán)，并且對彎曲具有足夠的耐性以便當在葉片自身所致的復合 應(yīng)力和風力荷載下曲折時避免倒塌。
[0066] 圖10是風力渦輪機1700的示意圖，其包含塔架1702、與塔架頂部相連的機艙 1704和與機艙相連的轉(zhuǎn)子1706。轉(zhuǎn)子包含從機艙一側(cè)突出的旋轉(zhuǎn)輪轂1708和與旋轉(zhuǎn)輪轂 相連的風力渦輪機葉片1710。
[0067] 圖11是風力渦輪機葉片1710的示意圖。葉片代表一類將風力轉(zhuǎn)化為機械運動的 翼片（airfoil)。翼片1800從一端的根部部分（root section) 1802沿縱軸延伸到相對端 的尖端部分（tip section) 1804。
[0068] 圖12中來自圖11的剖視圖A-A顯示了典型的葉片橫截面，并確定了圍繞風力渦 輪機葉片翼片周圍的四個功能區(qū)。前緣（leading edge) 1806和后緣（trailing edge) 1808 是沿最大弦寬W延伸的線兩端的區(qū)域。前緣和后緣區(qū)域通過葉片外殼（blade shell)的 兩個部分相連，即，吸入端外殼（suction side shell) 1810和壓力端外殼（pressure side shell) 1812。葉片外殼經(jīng)由抗剪腹板1814相連，其有助于在工作時穩(wěn)定葉片的橫截面。
[0069] 葉片外殼通常由一個或多個增強層1816組成，并且可包括位于增強層之間的芯 材料1818以提高硬度。
[0070] 圖12還確定了兩個基本結(jié)構(gòu)元件或橫梁蓋1820,其位于壓力端和吸入端外殼區(qū) 域（二者均沿葉片縱軸延伸）之間，如圖14和15所示。圖14代表從葉片的壓力端或吸入 端看過去的葉片平面視圖，且圖15代表如圖11中所示的B-B剖面圖。圖12還確定了前緣 區(qū)域內(nèi)的前緣翼梁（spar) 1822結(jié)構(gòu)元件，以及另外的后緣區(qū)域內(nèi)的后緣翼梁1824結(jié)構(gòu)元 件。圖15是沿葉片長度的視圖，其顯示了一塊具有多層的葉片外殼。
[0071] 在風力渦輪機葉片設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)的不同部分根據(jù)該部分最重要的設(shè)計標準優(yōu) 化。例如，在使用玻璃纖維增強的翼梁帽的葉片中，翼梁帽的尺寸可基于硬度要求以避免 撞擊渦輪機塔架，或基于疲勞要求以便使得翼梁帽可預(yù)期在上億次荷載循環(huán)后仍保持不受 損。設(shè)計過程的特性和葉片各部分所賦予的要求可受益于如下材料：其提供了在該部分內(nèi) 局部配置的機會。當疲勞性能決定翼梁帽尺寸和重量時，具有改進的耐疲勞性的翼梁帽增 強材料可允許更優(yōu)化的風力渦輪機葉片。
[0072] 點橋接纖維束可通過任何合適的制造方法形成。一種形成點橋接纖維束的方法開 始于形成纖維束。纖維束包含多根纖維和位于纖維之間的孔隙空間。每個纖維包含表面， 且相鄰纖維表面之間的距離定義為分離距離（"d"）。纖維束隨后用包含連續(xù)溶劑相和分 散相的乳液或懸浮液涂布。在一個優(yōu)選實施方式中，纖維束用乳液涂布，在另一個實施方式 中，纖維束用懸浮液涂布。乳液或懸浮液可通過任何導致乳液充滿纖維之間的孔隙空間并 潤濕纖維表面的合適涂布方法施加到纖維束上。纖維束隨后進行處理以導致乳液中分散相 的去穩(wěn)定、團聚和固化而不會使得從纖維束中明顯去除乳液的連續(xù)相或分散相。在乳液的 分散相已固化之后，處理纖維束以去除連續(xù)相并留下點橋接纖維束。
[0073] 所述乳液包含連溶劑相和分散液體相。這兩相均選擇為使得不連續(xù)的分散相足夠 穩(wěn)定以便使其在乳液制備所需的時間標度內(nèi)和在典型乳液制備和涂布溫度下不會團聚或 固化。這通常需要樹脂能穩(wěn)定至少數(shù)分鐘。在一個實施方式中，分散相中顆粒（稱為分散 顆?；蚰z束（micelles)或稱為不連續(xù)相）的平均尺寸小于50 μm，優(yōu)選小于10 μm。這些 分散顆粒構(gòu)成了乳液的至少約〇. 5wt%，更優(yōu)選至少約lwt%，更優(yōu)選至少約3wt%。在另一 個實施方式中，所述乳液包含約3~10wt%的分散顆粒。
[0074] 乳液的連續(xù)相可包含水性、非水性液體或二者的混合物。優(yōu)選溶劑為水性或極性 的，這是因為成本和環(huán)境因素、纖維可濕性、易燃性問題以及與分散相產(chǎn)生乳液的能力。溶 劑還可包含表面活性劑，后者可改進乳化后分散相的穩(wěn)定性，或者可以使乳化成為更可靠 和有效的工藝。
[0075] 乳液的分散相包含如下化學品或化學品的混合物：其在乳液中時為液體，并且在 將乳液涂布到纖維束上之后暴露于刺激物（stimulus)時其能固化。當為液體時，構(gòu)成不連 續(xù)相的化學品不能與連續(xù)相混溶或者難溶于連續(xù)相中。構(gòu)成非連續(xù)相的化學品或混合物能 通過以下方式固化：經(jīng)歷化學反應(yīng)，冷卻到其熔點以下，沉淀，結(jié)晶，或蒸發(fā)掉混合物的一部 分。優(yōu)選這樣的相轉(zhuǎn)變因化學反應(yīng)而發(fā)生，諸如通過可包含單體、低聚物、交聯(lián)劑和引發(fā)劑 的混合物的聚合或交聯(lián)；這些可作為與硬化劑或引發(fā)劑配伍的熱固性樹脂來通過商業(yè)渠道 獲得。不連續(xù)相還可包含催化劑，后者可影響不連續(xù)相的固化速度。其還可包含影響乳液 穩(wěn)定性、固化速度、所得點橋接的結(jié)構(gòu)或橋接表面的其它溶劑。
[0076] 乳液可通過多種通常用于將液體施加到纖維束或織物上的涂布方法被施加到纖 維束上。乳液可使用如下方法施加：浸漬、壓乳、輯涂、接觸轉(zhuǎn)移（kiss transfer)、噴涂、狹 縫式涂布、坡流涂布（slide)、擠壓式涂布（die)、淋涂（curtain)或刮涂法等。涂料應(yīng)當施 加為使得其充滿纖維束內(nèi)的孔隙空間并且在涂布過程中其不會使乳液不穩(wěn)定。如下的機械 作用可有助于均勻地充滿纖維束內(nèi)纖維之間的孔隙空間：諸如通過一系列輥，將乳液栗送 通過纖維束，將纖維束用乳液反復飽和，聲處理，或改變纖維束張力。施加的乳液量可使用 可用于前述涂布方法的慣常使用的計量方法來計量。
[0077] 在涂布纖維束之后但在干燥之前，不連續(xù)相在連續(xù)相中固化。該固化過程已顯示 會影響點橋接結(jié)構(gòu)的形成。固化過程的一個重要部分是使時間足以允許不連續(xù)相在有時間 固化之前去穩(wěn)定并部分凝聚為較大的橋接。這種凝聚是受液體不連續(xù)相與連續(xù)相之間的不 利的表面自由能所熱力學驅(qū)動的，這將使其在纖維束內(nèi)凝聚，而且不連續(xù)相與纖維表面之 間的不利的表面自由能相互作用將使其潤濕。這種凝聚的發(fā)生速度將取決于纖維束內(nèi)不連 續(xù)相的濃度、不連續(xù)相的顆粒尺寸和體系內(nèi)流體的粘度。當粘度升高時，不連續(xù)相在纖維束 內(nèi)移動的速度會降低。
[0078] 這種凝聚因橋接溶液中同時發(fā)生的固化而終止。這兩種過程（即，凝聚和固化）的 速度控制了橋接的尺寸和數(shù)量，這意味著對于每個體系來說存在最佳的加熱時間和溫度循 環(huán)以便產(chǎn)生最高性能的體系。當不連續(xù)相固化時，例如當交聯(lián)反應(yīng)達到凝膠點（gel point) 時，不連續(xù)相不再能移動，并有效地以其當前狀態(tài)被捕獲，留下了不均勻的橋接分布。固化 發(fā)生得越慢，將可預(yù)期在更多纖維之間得到更大的顆粒橋接。橋接固化所需的時間可通過 減少引發(fā)劑、交聯(lián)或硬化劑的量而降低。其也可通過使用引發(fā)劑、交聯(lián)劑、硬化劑或能影響 受外部刺激而激活的用于固化橋接的反應(yīng)或相轉(zhuǎn)變的其它催化劑來調(diào)節(jié)，其中所述外部刺 激為，諸如，熱，與不連續(xù)相的化學加成，或者能促進化學反應(yīng)的電磁輻射，諸如微波、紅外、 紫外或X-射線照射。例如，如果顆?？墒褂藐栯x子聚合反應(yīng)交聯(lián)，則固化可通過以下方式 促進：向體系中添加酸以引發(fā)固化，將其涂布到織物上，或者在顆粒內(nèi)包含光產(chǎn)酸劑并將其 與合適的輻射接觸以使其產(chǎn)生酸并引發(fā)交聯(lián)。微波輻射已顯示在自由基引發(fā)的環(huán)氧體系中 提高反應(yīng)速度。
[0079] 類似地，如果在固化不連續(xù)相之前將水從體系中去除，則不連續(xù)相將會鋪展到官 能化玻璃纖維上。這種有利的表面相互作用將使樹脂在纖維上和纖維間形成膜，極大地降 低使用標準灌輸技術(shù)將織物融合到（be infused into)復合材料中的能力。
[0080] 固化的不連續(xù)相定義了什么是體系內(nèi)的橋接。這些橋接的數(shù)量和尺寸可受若干因 素控制，包括纖維束內(nèi)不連續(xù)相顆粒的數(shù)量和尺寸，纖維束內(nèi)的固化速度，纖維素內(nèi)顆粒凝 聚的速度，固化過程中連續(xù)相的蒸發(fā)速度，纖維表面或表面涂料的化學組成，連續(xù)相組成， 以及不連續(xù)相組成。通常，阻礙顆粒在固化前凝聚的因素，包括但不限于，較高的固化速度、 較低的凝聚速度、乳液中初始較小的乳化顆粒、較短的纖維分離距離以及更穩(wěn)定的乳化顆 粒，將會得到與沒有那些干擾因素的體系相比更多數(shù)量的較小點橋接。
[0081] 在不連續(xù)相已固化后，涂布纖維束可被干燥以去除乳液的連續(xù)相。干燥過程已顯 示會影響復合材料中點橋接纖維束的性能。為提高生產(chǎn)速度，優(yōu)選將纖維束在高于室溫的 溫度干燥，優(yōu)選在連續(xù)相的沸點或沸點之上干燥，條件是干燥溫度和時間低于會引起橋接 結(jié)構(gòu)改變的溫度和時間組合，例如通過分解形成橋接材料，使其流動，或使橋接變得耐疲勞 性明顯降低。
[0082] 在一個實施方式中，涂布纖維束于約80~150°C的溫度干燥約3~60分鐘的時 間。在一個【具體實施方式】中，涂布纖維束于150°C的溫度干燥3分鐘。在另一個實施方式中， 在剛剛干燥后的纖維束溫度為至少ll〇°C。賦予纖維束的能量最去除至少90wt%的溶劑， 優(yōu)選至少99. 7wt%。在一個實施方式中，在干燥后，纖維束內(nèi)的溶劑含量優(yōu)選少于lwt%， 更優(yōu)選少于約〇. Iwt%。
[0083] 在生產(chǎn)的各步驟中也可使用機械作用。機械作用可在過程中僅使用一次，或者可 在過程中的不同步驟中使用多次。機械作用可為以下形式：聲處理，將纖維束在張力下纏 繞在輥周圍，將織物在涂布路徑中垂直于其單軸或機器方向移動，加壓/松弛織物，提高或 降低織物的張力，將其穿過夾具，將涂布液體栗送通過織物，在過程中使用帶有表面圖案的 輥。這些表面圖案可具有類似于織物直徑、纖維束外徑或織物寬度的特性尺寸。已發(fā)現(xiàn)在點 橋接纖維束的生產(chǎn)過程中添加機械作用可一次性或多次臨時增大或減少纖維之間的空間， 提供壓力梯度以提高乳液或懸浮液進入、貫穿或離開纖維束的流動，并且均化分散樹脂相 在纖維束內(nèi)的分布。在一個實施方式中，在涂布步驟之后將涂布纖維束經(jīng)歷機械作用。在 另一個實施方式中，在干燥過程中將涂布纖維束經(jīng)歷機械作用。在另一個實施方式中，在干 燥步驟之后將涂布纖維束經(jīng)歷機械作用。機械作用可有助于通過將大的聚合物橋接破壞成 較小的塊來軟化織物和在涂料中產(chǎn)生額外的不連續(xù)性。
[0084] 在形成了點橋接纖維束之后，其還可使用如前所述的用樹脂灌輸點橋接纖維束來 進一步加工成點橋接復合材料。
[0085] 實施例
[0086] 現(xiàn)在將參考以下非限制性實施例來描述本發(fā)明，其中除非另外指明，所有份數(shù)和 百分數(shù)均以重量計。
[0087] 疲勞測試方法
[0088] 在測試中，疲勞荷載通常表征為R值，該值定義為最小與最大外加應(yīng)力（applied stress)之比。按照慣例，抗壓應(yīng)力獲取為負數(shù)，且抗拉應(yīng)力獲取為正數(shù)。疲勞性能的完全 表征涉及在一定R值范圍上的測試，諸如，R = 0. 1、-1和10,其分別對應(yīng)于拉-拉、拉-壓 和壓-壓疲勞循環(huán)。R = 0. 1的拉-拉疲勞室疲勞性能的關(guān)鍵指標，并且用于量化本文中復 合材料體系的疲勞行為。
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