專利名稱：制造纖維增強復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造纖維增強復(fù)合材料，例如風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的方法。
背景技術(shù)：
纖維增強塑料復(fù)合材料被用于多種技術(shù)產(chǎn)品，如汽車、飛機、風(fēng)力渦輪機葉片、儲罐等。在許多情況下，纖維部件被放置在一個模具中。用第二模具部分關(guān)閉封閉該模具，或?qū)⒁粋€塑料箔覆蓋在該模具上，向填充了纖維的中空結(jié)構(gòu)施加真空。此后向孔隙中注入液態(tài)樹脂，所述樹脂隨后被固化以形成基體材料。通常纖維部件以粗紗織物提供，它們用熱塑性縫紉線如熱塑性聚酯或PETP縫合在一起。每個粗紗可容納2-4000單纖維?？p合過程以一種幾何上期望的圖案機械地穩(wěn)定粗紗?？p合線的張力導(dǎo)致單向粗紗紗束的局部變形。在這些區(qū)域中，粗紗內(nèi)部的纖維含量將達(dá)到不希望達(dá)到的高值，同時該粗紗以外的某個區(qū)域?qū)o纖維。該區(qū)域?qū)⒕哂胁黄谕牡屠w維含量，或僅由塑料樹脂構(gòu)成。不加強的區(qū)域容易形成裂紋。眾所周知的是，由于更多纖維會物理接觸到周圍含極端纖維含量的纖維，所以非常高的纖維含量也會損害復(fù)合材料的耐疲勞特性。因而纖維含量高的區(qū)域會具有降低的耐疲勞性能。因此，最好是在整個復(fù)合材料中獲得均勻分布的纖維含量。為了避免由纖維織物制成的復(fù)合材料的疲勞損傷，一般通過設(shè)計更厚的疊層(laminate)來降低負(fù)載。這導(dǎo)致了更重和在材料及人力方面更昂貴的部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有利的使用纖維材料制造纖維增強復(fù)合材料方法，其中纖維分布的均勻性得到改善。此目標(biāo)由如權(quán)利要求1所述的用于制造纖維增強復(fù)合材料的方法解決。從屬權(quán)利要求限定義了本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)。

本發(fā)明的使用纖維材料制造纖維增強復(fù)合材料的方法包括，將纖維材料通過線連接在一起的步驟。該線包括在完成纖維增強復(fù)合材料的制造過程前至少部分降解的材料。優(yōu)選地，該線由在完成制造過程之前至少部分降解的材料組成。有利的是，使用的線在完成纖維增強復(fù)合材料制造過程之前完全降解。例如,纖維材料可以通過將纖維材料縫合或編織(knitting)在一起來連接。優(yōu)選地，使用縫合線或針織線來連接纖維材料。粗紗(roving yarn)或纖維織物可以用作纖維材料。有利的是，可以使用一種線，當(dāng)在生產(chǎn)過程中達(dá)到或改變某些制造參數(shù)時，所述線能至少部分地、優(yōu)選完全地降解。例如，可以使用一種線，通過去除或放松所述線的張力所述線能完全降解或部分降解的線。此外，可以使用液態(tài)樹脂來形成復(fù)合材料的基體材料。可以使用一種線，其包括可溶于該液態(tài)樹脂的材料或由這種材料構(gòu)成。此外，可以使用一種線，其包括浸潰在該樹脂中時會放松其張力的材料或由這種材料構(gòu)成。在另一變體中，可以使用包括中空纖維或由中空纖維構(gòu)成的線，其中當(dāng)具有所述中空纖維的線暴露于特定壓力時，例如低于大氣壓的壓力或部分真空，所述中空纖維會分解或斷裂。有利的是，可以使用一種線，其包括當(dāng)暴露于50°C至100°C之間的溫度時會熔化或升華的材料或由這種材料構(gòu)成。例如，該線可以包括在50°C和60°C之間，或60°C和70°C之間，或70V和80V之間，或80V和90V之間，或90V和100°C之間的溫度開始熔化的材料。另一變體是使用半滲透線(semi permeable thread)。當(dāng)半滲透線被填充樹脂時，其會破裂或分解。例如，織物的粗紗可通過半滲透線固定就位，當(dāng)半滲透線被填充樹脂時，其會由于毛細(xì)力或滲透壓差而破裂或分解。有利的是，可以使用紡成螺旋狀形狀的半滲透線。在這種情況下因毛細(xì)作用力或滲透壓導(dǎo)致的樹脂引入能改變線的形狀，以拉長纖維并由此降低線的張力。
當(dāng)所使用的線降解，或至少去除了線的張力時，單粗紗中的纖維或纖維織物在固結(jié)過程中將可以自由移動。這樣可以得到纖維分布均勻的材料并可避免富樹脂包(resin richpockets)。所制造的纖維增強復(fù)合材料可以是風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片。一般來說，真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)可用于制造復(fù)合材料，例如風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:所制造的產(chǎn)品的纖維分布在整個疊層內(nèi)將是均勻的。疊層將不包含富樹脂包。疊層將不包含纖維含量過大的區(qū)域。此外，由于均勻的纖維分布，疊層的耐疲勞特性將更高。疊層將更耐裂紋形成?？梢灾圃旄p的具有改進(jìn)的耐疲勞性的疊層，并可以更低的成本制造復(fù)合材料部件。由以下結(jié)合附圖對實施方案`的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征，特性和優(yōu)點將變得更加清楚。實施方案并不限制由所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。描述的所有特征都有利地作為單獨的特征，或彼此的任何組合。


圖1示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個固化的復(fù)合材料中的疊層堆(laminatestack)的橫截面。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的疊層堆在固結(jié)和縫合線降解前的橫截面。圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的疊層堆在固結(jié)和縫合線降解后的橫截面。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照圖1至圖3描述本發(fā)明的實施方案。圖1示意性地示出了使用現(xiàn)有技術(shù)獲得的固化的復(fù)合材料部件中的部分疊層堆。圖1示出了垂直于主纖維方向的剖視圖。多個粗紗I彼此并排地疊放。粗紗I在制造過程中借助于縫合線2固定就位。縫合線2的張力導(dǎo)致單向纖維粗紗束I的局部變形。在這些區(qū)域，粗紗內(nèi)部的纖維含量將達(dá)到不期望的高值。這由標(biāo)記4表示，其表示粗紗內(nèi)由于收縮而產(chǎn)生的高纖維含量區(qū)域。同時，粗紗外部的區(qū)域?qū)]有纖維。該區(qū)域由標(biāo)記3表示，其具有不期望的低纖維含量，和將只由塑料樹脂構(gòu)成并形成了沒有纖維內(nèi)容物的所謂的樹脂包。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的疊層堆的一部分，在固結(jié)和縫合線分解前，的橫截面。一些粗紗I借助于縫合線2縫合在一起，并放置在用于施加真空輔助樹脂傳遞模塑的模具中。在生產(chǎn)過程中，當(dāng)達(dá)到或改變某些制造參數(shù)時，縫合線或針織線2至少部分降解，優(yōu)選完全降解。例如，線2，由于注入的樹脂引起的毛細(xì)作用力或滲透壓，可以放松或去除其張力。有利地，該線可以是紡成螺旋狀形狀的半滲透線。此外，線2可以是用樹脂填充時會破裂或分解的半滲透線。另一變體是使用一種能部分或完全溶解在液態(tài)樹脂中的線2。此外，線2可以由暴露于特定壓力時會破裂或分解的中空纖維構(gòu)成。該特定壓力可以是，在真空輔助樹脂傳遞模塑過程中，在吸入樹脂和在纖維材料中分配樹脂時施加真空所達(dá)到的壓力。在另一變體中或另外地，使用的線2包括當(dāng)暴露于50°C和100°C之間的溫度時會熔化或升華的材料或由這種材料構(gòu)成。在這種情況下，在注入樹脂之前或之時可將疊層堆的溫度提高到50°C和100°C之間。圖3示意性地示出了疊層堆在固結(jié)和縫合線2降解后的橫截面。粗紗I顯示了在整個疊層內(nèi)的均勻纖維分布?？p線2至少部分分解，因此不會引起如在圖1中示出的富樹脂包或具有高纖維含量的區(qū)域。在圖3中粗紗之間的空間用標(biāo)記5表示。如圖3所示，這些包已瓦解。優(yōu)選地，所描述的方法可用于制造纖維增強復(fù)合材料，如風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片。通過使用所描述的方法，獲得的復(fù)合材料的機械性能得到改善，特別是通過避免富樹脂包和纖維含量過高區(qū)域。由于所獲得的均勻纖維分布，疊層的耐疲勞特性增強。此外，裂紋形成的風(fēng)險被降低，并獲得了更較輕·的具有改進(jìn)的耐疲勞性的疊層。
權(quán)利要求
1.一種使用纖維材料(I)制造纖維增強復(fù)合材料的方法，包括用線(2)將纖維材料(I)連接在一起的步驟，所述線(2)包括在完成制造過程之前至少部分降解的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過縫合或編織纖維材料(I)來將纖維材料(I)連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用粗紗或纖維織物作為纖維材料(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，使用線(2)，當(dāng)在生產(chǎn)過程中達(dá)到或改變某些制造參數(shù)時所述線(2)能至少部分降解。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，使用線(2)，通過放松或去除所述線(2)的張力，所述線(2)能完全或部分降解。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，使用液態(tài)樹脂來形成復(fù)合材料的基體材料，并使用線(2)，所述線(2)包括可溶于所述液態(tài)樹脂的材料或由這種材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于，使用液態(tài)樹脂來形成復(fù)合材料的基體材料，和使用線(2)，所述線(2)包括浸潰在所述樹脂中時會放松其張力的材料或由這種材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任 一項所述的方法，其特征在于，使用包括中空纖維或由中空纖維組成的線(2)，當(dāng)所述線(2)暴露于特定壓力時所述中空纖維會分解或破裂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其特征在于，使用線(2)，其包括當(dāng)暴露于50 °C至100°C之間的溫度時會熔化或升華的材料或由這種材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其特征在于，使用半滲透線(2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，使用半滲透線(2)，當(dāng)所述半滲透線(2)被填充樹脂時，其會破裂或分解。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中所述的方法，其特征在于，使用紡成螺旋狀形狀的半滲透線⑵。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其特征在于，所制造的纖維增強復(fù)合材料是風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的方法，其特征在于，采用真空輔助樹脂傳遞模塑。
全文摘要
使用纖維材料(1)制造纖維增強復(fù)合材料的方法，包括用線(2)將纖維材料(1)連接在一起的步驟，線(2)包括在完成制造過程之前能至少部分降解的材料。
文檔編號B29C70/48GK103240892SQ20131005158
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者E.格羅夫-尼爾森 申請人:西門子公司