用于在包括纤维材料的板材上提供锥形边缘的方法以及设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在包括纤维材料的板材上提供锥形边缘的方法以及设备。锥形纤 维材料可以用来制造风力涡轮机叶片。
【背景技术】
[0002] 本发明涉及用于对复合结构（诸如风力涡轮机叶片）中使用的层或者板层进行倒 棱的技术，层或者板层在本文中通称为板材。
[0003] 复合结构典型地包括一个或多个板材，在本文中还称为板层，每个板层为纤维加 强板材，可以包括热塑性或者热固性树脂基体。在制造复合结构期间，例如在层叠或者喷射 模塑过程期间，纤维可以由基体预浸渍为"预浸体"，或者基体可以浸渍到纤维板材中。可替 换地，纤维加强板材可以通过树脂箔仅在一侧被预浸渍，即"半浸渍"。作为进一步的替换， 纤维材料能够例如诸如在VARTM(真空辅助树脂传递模塑）中通过真空辅助传递至干纤维 材料叠层而嵌有层压结构的基体树脂。通常使用的树脂是热固性树脂，其黏度当加热时降 低，稍后当继续加热以凝固时黏度升高以变成固态。
[0004] 板层通常以层式或层压式布置彼此上下叠置。单板层式复合结构也是可以的，其 中多个单厚度的板层在它们的边缘处重叠。板层能够由泡沫芯体支撑以限定该芯体上或围 绕该芯体的表皮，例如以提供夹层结构。
[0005] 在风力涡轮机叶片中，该结构在从叶片根部到叶片末端的叶展方向上以及在翼弦 (chordwise)方向上都通常是锥形的。为此，一些板层可以在该结构的端部的内侧终止或者 "降低"，留下其他连续板层进一步朝向该端部延伸。但是，这种板层降低会引起层压结构的 弱化，从而引起损坏，诸如分层或者破裂。边缘倒棱有助于强化负荷路径以及最大化板层之 间的界面的表面积。这允许使用更厚的板层，这样利于层叠处理，因为在层压结构中于是需 要较少的层来实现所需总体厚度。
[0006] 复合结构中所使用的板层难以有效、精确及可重复地尤其以浅锥度进行倒棱，而 为了最大化边缘界面的表面积，浅锥度是期望的。板层是柔性的并且是可压缩的，因而在倒 棱处理所施加的力下趋于不可预测地移动。而且，板层会因倒棱处理生成的热而劣化。这 在预浸体的情况下尤其是个问题，如果通过热使基体凝固或者以其他方式转化热的话。例 如，倒棱期间生成的热会引起热塑性基体软化或熔化并堵塞倒棱工具。如果基体软化或熔 化，那么倒棱工具还可能不可预测地拖动该板层，有可能使得板层扭曲，因而无法确定切削 的准确度。
[0007] 板层锥化工具的一些例子公开于EP1786617。这些包括类似于剃刀的指状铣刀，但 指状铣刀不适合于切削纤维嵌入基体的预浸体，因为纤维在预浸体板层中的封闭集成防止 了指状铣刀在纤维之间贯穿。而且，在干纤维构成的板材中，纤维例如通过缝合而被保持于 一起并且定向成各种角度，阻止了指状铣刀在纤维之间贯穿。EP1786617还公开了具有倾斜 面的面铣刀，其绕与包含锥形边缘的平面正交的轴线转动。当如EP1786617中所示那样构 造时，面铣刀施加热量至预浸体板层会劣化板层并熔化其基体；使用砂带磨光机等的其他 研磨技术也存在这个问题。而且，在干纤维板层中，当如EP1786617中所示那样构造时，面 铣刀向板层施加平行于锥形边缘的侧力，这趋向使板层以及其中的各纤维扭曲，因而无法 确定切削的精度。
[0008] W02012013193公开了这样的技术，其中预浸体板层被夹在冷冻钢块之间，砂轮布 置成平移过板层的自由边缘以从该边缘移除材料从而产生倒棱，供给冷冻剂的喷嘴布置成 与砂轮协作地移动。虽然这是一个有效的技术，但是仍存在改进的空间，尤其是利于例如风 力涡轮机叶片的大规模制造。因此，需要一种用于对纤维材料板材的边缘以可控方式及以 适于高数量叶片制造的稳定的质量进行倒棱的处理。
【发明内容】
[0009] 本发明的一个目的是提供一种用于对纤维材料板材的边缘以可控方式及以适于 例如风力涡轮机叶片的大规模制造的一致质量进行倒棱的技术。本发明的另一目的是利于 降低会导致风力涡轮机叶片中的层压结构弱化的板层降低的风险。
[0010] 这些目的通过根据权利要求1所述的在包括纤维材料的板材上提供锥形边缘的 方法来实现。所述方法包括移动所述板材同时实施以下步骤：
[0011]-将所述板材移动经过冷冻装置，所述板材至少在所述板材的第一边缘处设置有 嵌有所述纤维材料的物质，所述物质在室温下尤其在20摄氏度下处于非固态，
[0012] -使用所述冷冻装置冷却所述第一边缘，使得所述第一边缘处的所述物质变成固 态，
[0013] -在使用所述冷冻装置将所述物质冷却为固态的同时将所述板材移动经过机加工 装置，以及
[0014] -在将所述板材移动经过机加工装置的步骤期间，用所述机加工装置机加工所述 第一边缘以提供第一锥形边缘。
[0015] 所述纤维材料可以是适合于风力涡轮机叶片的任何类型，诸如机织的或者分层的 三轴、双轴，无方向型的等。而且，所述纤维可以是任何类型，例如玻璃、碳等。嵌有纤维材 料的物质指的是，该物质浸渍该纤维材料。
[0016] 本发明提供的是，保持该物质在用机加工装置机加工时是固态的，使得第一边缘 的一部分能够被机加工以创建锥面，而不存在该物质污染机加工装置的任何部分的风险。 该板材可以包括预浸材料，其中该物质是基体树脂。由于预浸材料的正常粘性，机加工时尤 其难以让工具不被树脂材料所覆盖。而根据本发明，当树脂保持固态时可以避免该情况。而 且，机加工趋向于因摩擦和剪切力而产生热量，但本发明将抑制该现象。因而，当该物质是 树脂时，第一边缘能够被锥化，而不存在机加工期间树脂被破坏或者开始凝固的风险。
[0017] 如以下示例出的，该物质还可包括水，或者该物质是水，例如软化水，当锥化干纤 维板层时使用，其中暂时提供所述水以在机加工期间稳定纤维，例如水将作为载体以利于 磨削干纤维，因为当被机加工时水保持冷冻。这使得可以制造出精确的锥面。当然，该物 质应该在所述物质通过冷冻装置之前被提供至板材。浸渍能够在冷却装置上游的浸渍站进 行，优选地，水浸渍仅在板材的边缘进行，沿着该边缘来执行锥化加工。可替换地，其中，板 材设置为卷中的卷板，在卷板仍在卷上的同时可例如通过将整个卷浸入水中或者将水浇在 卷上来提供水。
[0018] 优选地，在板材移动经过冷冻装置时同时执行对第一边缘的冷却。板材优选布置 成沿水平是平坦的，当板材经过冷冻装置以及机加工装置时，第一边缘平行于板材移动方 向。因为在所述方法步骤期间板材是移动的，所以冷冻装置和机加工装置可以是静止的。 这又允许大规模制造，因为可以进行非常长板材的处理。例如，板材可以是设置为材料卷的 卷板，当执行将板材移动经过冷冻装置和机加工装置的这些步骤时，板材能够被滚下该卷。 然后板材能够连续移动而离开该卷，并且经过冷冻装置和机加工装置。当然这意味着，在该 处理期间的任何给定时刻，在第一边缘的尚未达到冷冻装置的一部分中该物质将是非固态 的，而在第一边缘的被机加工装置进行机加工的部分中该物质将是固态的。清楚的是：在该 物质经过机加工装置时使用冷冻装置将物质冷却为固态的。
[0019] 物质在室温下尤其20摄氏度下是非固态的，这意味着其高于其玻璃化转变温度 (Tg);然后该物质例如呈流体或者半流体状态。当冷却时该物质变成固态，此时意味着其 低于其玻璃化转变温度。更通常的是，该物质在高于物质的玻璃化转变温度的第一温度下 (尤其室温）具有第一黏性，在低于物质的玻璃化转变温度的第二温度下具有第二黏性。尤 其是，第一黏性对应于物质的固态，第二黏性对应于物质的非固态。
[0020] 对于物质是环氧基树脂的情形，未凝固的环氧基树脂的玻璃化转变温度取决于所 使用的树脂类型而稍微有所变化。在板材的锥化（倒棱）期间将树脂温度维持低于其未凝 固玻璃化转变温度，这可确保在倒棱处理期间树脂保持坚硬。未凝固的树脂的玻璃化转变 温度在本领域中还可以称为'冷T g'或者'未凝固Tg'并且是树脂的固有属性，将因材料而 变化。简单的说，冷/未凝固1；是基体在环境温度下反应的玻璃化转变温度，因此呈现相 对低的交联度。对于环氧基树脂来说，典型的未凝固1；值能够在-15°c以及+5°C之间。对 于预浸的半固态双酚A型环氧基树脂来说，冷/未凝固T g通常是-2°C左右。Hexcel复合 材料公司销售的HexPly? M9. 6G的树脂具有的未凝固1；为+2°C。随着基体老化，将产生一 些额外的交联，引起冷Tg随着时间而稍微增加。比较来说，当基体在高温下被凝固时，其将 呈现相对高的交联度，从而导致凝固的基体具有很高的T g，通常大大超过KKTC。
[0021] 优选地，该方法包括加热机加工装置的磨削表面，使得磨削表面在机加工的步骤 期间处于高于室温的温度。在物质是环氧树脂而使得板材形成预浸板层的情况下，加热机 加工装置将防止环氧基树脂污染机加工装置。环氧树脂是一种热固性聚合物，能够是例如 双酚A型环氧基树脂或者双酚F型环氧树脂。避免污染的原因在于，环氧基树脂将因加热 而获得低黏性，在该状态下，环氧基树脂将不能够在机加工装置的磨削表面上积聚任何显 著大量的沉积。相反，磨削表面将保持湿润以及没有沉积。如以下更详细描述的，能够使用 感应热来加热磨削表面。
[0022] 当物质是环氧树脂的情况下，加热磨削表面的步骤可包括加热磨削表面，使得其 在机加工的步骤期间处于高于30摄氏度的温度，优选高于40摄氏度，更优选地高于50摄 氏度，以及还更优选地至少为60度。从而，磨削表面以及因而树脂能够被加热，使得其在机 加工的步骤期间处于环氧基树脂为半固态的温度间隔以上的温度。当物质是环氧基树脂 的情况下