用于制造復(fù)合成型件的方法和復(fù)合成型件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] -種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于制造復(fù)合成型件、尤其用于風(fēng)能設(shè)備 的復(fù)合成型件的方法，所述復(fù)合成型件具有熱塑性塑料和纖維復(fù)合件半成品。本發(fā)明還設(shè) 及一種復(fù)合成型件、一種夾層構(gòu)件、一種轉(zhuǎn)子葉片元件和一種風(fēng)能設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合成型件是由兩種或更多種彼此連接的材料構(gòu)成的成型件，所述成型件作為具 有固定的幾何尺寸的本體來制造。在復(fù)合件中出現(xiàn)的材料通常具有功能特性、尤其受制于 其使用領(lǐng)域。對于所獲得的材料的特性而言，各個部件的材料特性并且可能還有幾何特性 有重要意義。運實現(xiàn):使不同部件的特性彼此結(jié)合，由此復(fù)合材料得到廣泛的應(yīng)用可能性。 對于最終產(chǎn)品所需要的特性可W根據(jù)需求通過選擇用于部件的不同的原材料來設(shè)置。
[0003] 復(fù)合構(gòu)件通常具有如下特性，所述特性在負荷作用下顯示出復(fù)合成型件的優(yōu)化的 性能。所述特性可W在例如一定硬度、剛度或者可延展性方面進行分配。復(fù)合成型件在負荷 作用下應(yīng)相對于復(fù)合件的單部件顯示出復(fù)合件的優(yōu)化的性能。負荷成型件的發(fā)展基本上如 下:所要求的特性與使用壽命結(jié)合地進行優(yōu)化，W便承受住長年的負荷。尤其，在風(fēng)能設(shè)備 的轉(zhuǎn)子葉片和其它部件中，被施加高且強地改變的負荷作用，所述負荷作用此外隨著風(fēng)能 設(shè)備的部件的尺寸增加而同樣增加。尤其是，轉(zhuǎn)子葉片要承受住靜態(tài)負荷而且要承受住出 現(xiàn)的動態(tài)負荷。
[0004] 因此，風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片現(xiàn)今主要由纖維復(fù)合材料構(gòu)成，在所述纖維復(fù)合材料 中，通常作為墊的增強型纖維嵌入在通常為玻璃纖維增強型塑料的基質(zhì)中。轉(zhuǎn)子葉片通常 W半殼夾層構(gòu)造方式制造。例如越來越多地使用碳纖維增強型塑料。在此所要求的特性一 方面是在結(jié)構(gòu)強度相對高的情況下小的重量，W及不同的硬度等級和針對負荷作用的抗拉 強度。玻璃纖維增強型或碳纖維增強型材料在任何情況下都能夠基本上并且在上述視點下 關(guān)于其優(yōu)化的硬度取代迄今為止對輕木的使用。
[0005] 纖維增強的部件或者復(fù)合構(gòu)件具有分布在層壓材料中的纖維，其中所述纖維沿著 至少一個特定的方向取向，W便實現(xiàn)纖維復(fù)合材料的高品質(zhì)的特性?；旧显谌魏吻闆r下 都可W區(qū)分材料中的=個起作用的相:非?？估睦w維、首先在任何情況下都相對軟的嵌 入式的基質(zhì)和將運兩個部件連接的邊界層。纖維通?？蒞由玻璃、碳、陶瓷W及也可W由芳 族聚酷胺、尼龍纖維、混凝上纖維、天然纖維或者鋼纖維構(gòu)成。嵌入式的基質(zhì)本身、通常即聚 合物具有材料特定的彎曲剛度，將纖維保持在其位置中，在其之間傳遞應(yīng)力并且保護纖維 免受外部的機械和化學(xué)影響。邊界層用于運兩個部件之間的應(yīng)力傳遞。在纖維增強的復(fù)合 構(gòu)件中有問題的是，在構(gòu)件的承受負荷的區(qū)域中可能形成相應(yīng)的纖維的裂紋;運種裂紋形 成可能首先由于因動態(tài)機械負荷提高而引起的彎曲力矩而產(chǎn)生。
[0006] 然而，在層壓或者基質(zhì)材料中具有相應(yīng)特定數(shù)量的纖維的纖維增強型部件或者復(fù) 合構(gòu)件顯著改進相應(yīng)部件的機械性能。對于材料特定的特征變量如剪切剛度和彎曲剛度W 及纖維沿著所限定的方向的集中而言，可W具體地有針對性地設(shè)置相應(yīng)部件的機械支撐特 性、尤其是關(guān)于相應(yīng)的復(fù)合件的抗拉強度。用于測量纖維復(fù)合材料的一個因數(shù)是纖維和基 質(zhì)之間的體積比。纖維的份額越高，復(fù)合材料就越牢固，然而也越脆。除了抗拉強度外，如果 復(fù)合件承受壓力，那么剪切剛度和彎曲剛度也可起重要作用。尤其，此外基本上已知的是， 通過具有忍和一個或兩個覆蓋層(遵循T載體的原理）的所謂的夾層狀的復(fù)合件構(gòu)造，可W 借助于適度抗剪切的忍和至少一個相對抗彎曲的覆蓋層實現(xiàn)復(fù)合件的高機械剛度，其中復(fù) 合件仍然可WW輕質(zhì)構(gòu)造方式實現(xiàn)。
[0007]風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片通常由纖維增強型構(gòu)件構(gòu)造;所述纖維增強型構(gòu)件通常具有 主要為在樹脂狀的層壓基質(zhì)材料中的玻璃和/或碳纖維。運種或者其它纖維可W在轉(zhuǎn)子葉 片的縱軸線中或者沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱軸線取向，其中纖維的精確的定向通常難W控制。但 是，基本上可W關(guān)于在運行期間出現(xiàn)的離屯、力或重力優(yōu)化轉(zhuǎn)子葉片。所述纖維的取向事實 上可根據(jù)制造過程來影響。在此，可能至關(guān)重要的是，使用何種類型的纖維半成品；運些纖 維半成品可包括織物、纖維網(wǎng)（Gelege)、墊、粗紗W及填充材料、片、針或者染料。用于制造 纖維復(fù)合構(gòu)件的方法是多種多樣的?，F(xiàn)在，包括人工鋪設(shè)法、預(yù)浸材料技術(shù)、真空注射法 (Vakuumin化Sionsverf址ren)、纖維纏繞法、注塑成型件、纖維噴涂、壓塑件、擠塑成型件W 及片狀模塑料(CMC)的方法是已知的。注塑成型件例如W成本適宜的注塑成型法制造，其中 通常使用玻璃纖維。
[000引在DE103 36 461中描述了一種用于制造為纖維復(fù)合構(gòu)型的轉(zhuǎn)子葉片的方法，其 中制造形成轉(zhuǎn)子葉片的外輪廓的殼并且由具有預(yù)設(shè)的長度的纖維束制造承載結(jié)構(gòu)W及將 承載結(jié)構(gòu)運輸?shù)綒ぶ?，所述纖維束相應(yīng)地W硬化的復(fù)合材料浸潰。
[0009] US4,242,160提出一種方法，其中一件式的纖維增強型轉(zhuǎn)子葉片由接合的內(nèi)部的 和外部的纖維增強的殼構(gòu)成。內(nèi)部的包覆物通過連接分開地構(gòu)成的管狀的半部制成。外部 的殼在內(nèi)殼的外側(cè)上優(yōu)選通過纏繞多個纖維增強的環(huán)氧樹脂材料的繞組構(gòu)造。
[0010] 纖維纏繞法、尤其作為用于將連續(xù)纖維束(粗紗)鋪設(shè)到至少近似柱形的模具上的 技術(shù)，確保用于纖維的定位和取向的高精確性，所述無窮盡纖維束經(jīng)由其它方法步驟浸潰 和硬化。為了纏繞纖維，構(gòu)件的本體是纖維復(fù)合材料的之后的形狀。在纏繞纖維時，附加地 還在已失去的和可再次使用的忍之間進行區(qū)分，其中已失去的忍可W是所述結(jié)構(gòu)的功能構(gòu) 件。
[0011] 在US2012/0261864中提出一種方法，其中纖維材料鋪設(shè)到模具表面上，類似于待 制造的纖維增強的結(jié)構(gòu)的負像。在此，纖維材料的束鋪設(shè)到表面上并且定向為，使得通過施 加低的壓力提供纖維增強的結(jié)構(gòu)。
[0012] 在高性能復(fù)合機構(gòu)中，纖維預(yù)成型巧注入有樹脂并且制造用于連續(xù)纖維增強的復(fù) 合構(gòu)件的符合要求的、成本適宜的纖維預(yù)成型巧(所謂的預(yù)成型件）。運些預(yù)成型件就符合 要求的纖維取向、局部的符合要求的纖維堆積和外部輪廓而言是"定做的"。如此制造的預(yù) 成型巧可W通過常規(guī)的生產(chǎn)過程加工為所謂的高壓蓋預(yù)浸潰構(gòu)型的構(gòu)件。
[0013] 德國專利商標局在優(yōu)先權(quán)申請中檢索了下述現(xiàn)有技術(shù):DE43 00 208AUDE103 36 461AUDE10 2012 201 262AUEP0 402 309AUEP0 697 275A2^EP0 697 280 AUEP1 992 472Al和WO94/19176A1。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明由此出發(fā)，其目的是:提出一種改進的用于制造復(fù)合成型件的方法、一種復(fù) 合成型件W及一種夾層構(gòu)件、一種轉(zhuǎn)子葉片元件和一種風(fēng)能設(shè)備，它們關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)得W 改進，但是至少針對在上文中所描述的問題中的一個。至少要提出針對在現(xiàn)有技術(shù)中已知 的解決方案的一個替選的解決方案。尤其，關(guān)于所述制造方法要提供制造復(fù)合成型件的簡 單且可控的可行性。特別地，要顯示出復(fù)合成型件在靜態(tài)的和動態(tài)的負荷方面的至少一個 優(yōu)化的特性。尤其，所述制造方法和具有有取向的并且相應(yīng)定向的纖維的復(fù)合成型件要W 改進的方式抵抗作用力。此外，所述制造方法和復(fù)合成型件或夾層構(gòu)件、轉(zhuǎn)子葉片元件W及 風(fēng)能設(shè)備要使用優(yōu)化的層體系，所述層體系在工藝方面和/或材料方面實現(xiàn)改進的功能性。 尤其，所述復(fù)合構(gòu)件和所述方法要實現(xiàn)長期的并且針對負荷作用的剛度和/或強度，優(yōu)選在 不僅提高彎曲剛度而且在提高剪切剛度的情況下。
[0015] 所述目的在制造方法方面通過本發(fā)明借助于權(quán)利要求1的方法來實現(xiàn)。
[0016] 本發(fā)明W用于制造復(fù)合成型件、尤其用于風(fēng)能設(shè)備的復(fù)合成型件的方法為出發(fā) 點，所述復(fù)合成型件具有熱塑性塑料和纖維復(fù)合件半成品，其中所述方法根據(jù)本發(fā)明具有 下述步驟：
[0017]-提供熱塑性塑料和具有柔性的、編織物狀的纖維體系的纖維復(fù)合件半成品，
[0018] -使作為成型的忍材料的熱塑性塑料在纖維復(fù)合件半成品的柔性的、編織物狀的 纖維體系中分布并且將其與編織物狀的纖維體系連接，其中
[0019] -在具有成型的忍材料的復(fù)合件中的柔性的、編織物狀的纖維體系具有交叉的纖 維，所述纖維朝向彼此定向，并且
[0020]-所述纖維在交叉點中具有纖維角，所述纖維角在10°和90°之間、尤其所述纖維角 在30°和60°之間，優(yōu)選所述纖維W公差范圍為+/-5°的45°的纖維角朝向彼此定向，并且其 中
[0021] -在復(fù)合件中的編織物狀的纖維體系形成復(fù)合成型件的外部的功能層。
[0022]優(yōu)選地，纖維W公