混合材料垫的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造纤维复合制品如风轮机叶片的混合材料垫、制造此类垫的方法、制造使用此类垫的纤维复合制品的方法，以及结合此类垫的纤维复合制品，例如，风轮机叶片。
【背景技术】
[0002]纤维复合制品如风轮机叶片大体上通过在成形模具中初始铺叠若干纤维层，纤维随后浸渍树脂，树脂固化来形成。因此，这形成了悬置在固化树脂的基质中的纤维层的结构。此制造方法导致了重量相对较轻但结构上较强的结构。用于制造的特定纤维的选择可决定制品的最终结构性能。
[0003]传统上，玻璃纤维已经用于纤维复合制造，但碳纤维用于风轮机叶片制造的关注在提高，因为碳纤维相比于玻璃纤维硬度提高。然而，碳纤维比玻璃纤维更为昂贵。
[0004]美国专利第7，758，313号公开了一种制造用于风轮机叶片的翼梁缘条(sparcap)的方法，其中翼梁缘条由碳纤维和玻璃纤维的混合物形成，从而提供了提高构件硬度的混合效果，同时相比于纯碳叶片降低了成本。
[0005]US 7，758，313公开了第一实施例，其中玻璃纤维和碳纤维在共同的基质内均匀地混合。该途径提出了较大的制造困难，因为碳纤维和玻璃纤维的准确均匀分布需要使用精确的操作设备来定位纤维以确保充分的过程控制。
[0006]US 7，758，313公开了第二实施例，其中玻璃纤维层和碳纤维层在模具中交替地铺叠，且然后浸渍基质材料。该途径导致了比第一实施例更容易的材料提供。然而，将两种不同材料的层施加到模具中需要使用两个单独的施加机器，或在制造过程期间需要至少两个单独的施加工序，以从单独的材料源接收层，从而增加了制造过程中涉及的时间和/或费用。
[0007]参看图5，还已知提供〃在层内(in-ply) 〃的混合材料100，其中材料100的层由一排玻璃纤维粗纱102提供，其中碳纤维丝束104定位在玻璃纤维粗纱102间的排列内的间隔位置处。尽管此构造表现相对尚可，但必须采取附加措施来确保位于材料中的导电碳纤维的电势均等，并且将进一步复杂化引入了操作和制造过程。
[0008]本发明的目的在于提供一种用于纤维复合制品，特别是风轮机叶片的制造的材料，其消除以上问题，且提供了材料自身和制品的制造的容易性。
【发明内容】
[0009]因此，提供了一种用于制造纤维复合制品如风轮机叶片的混合材料垫，该混合材料垫包括设在碳纤维基底上的多条玻璃纤维粗纱。
[0010]通过提供具有玻璃纤维和碳纤维的组合的单个垫或材料层，这允许了纤维复合制品的制造的容易操作和铺叠。碳纤维基底上的玻璃纤维粗纱的此布置提供了优于现有技术的改善性能，其中测试显示，在相比于传统在层内的混合材料的性能时，以上结构提供了140%的抗压强度。此外，将玻璃纤维粗纱提供在薄碳纤维层的顶部上允许了容易制造材料垫。
[0011]将理解的是，混合材料垫优选提供为干纤维垫。
[0012]将理解的是，所述碳纤维基底为碳纤维的平面层。一方面，所述碳纤维基底由压平或拉长成相对较薄的层的至少一条碳纤维丝束形成。
[0013]作为优选，混合材料垫提供为柔性材料层，优选其中碳纤维基底与多条玻璃纤维粗纱的厚度比为大约1:10。一方面，碳纤维基底为大约0.1mm厚，玻璃纤维粗纱具有大约1_的厚度或直径。混合材料垫自身具有大约0.9到1.2mm之间的厚度，优选大约I到
1.1mm0
[0014]作为优选，所述多条玻璃纤维粗纱布置成定位在所述碳纤维基底的顶部上的一系列平行的沿纵向延伸的粗纱。作为优选，所述碳纤维基底包括沿纵向延伸的碳纤维层。
[0015]—方面，所述多条玻璃纤维粗纱设在所述混合材料垫的第一侧上，且所述碳纤维基底设在所述混合材料垫的第二侧上，其中至少一条碳纤维丝束定位在所述碳纤维基底的顶部上的所述多条玻璃纤维粗纱之间，所述至少一条碳纤维丝束提供了所述混合材料垫的所述第一侧与所述第二侧之间的电势均等。
[0016]为了提供所述混合垫的叠层中的碳纤维基底之间的导电路径，少数碳纤维丝束可定位在玻璃纤维粗纱层中，以提供所述垫的所述第一侧上的导电材料。
[0017]作为优选，至少一条碳纤维丝束定位在所述多条玻璃纤维粗纱之间，使得所述混合材料垫中碳纤维丝束与玻璃纤维粗纱之比为大约1:50到1:100之间，优选大约1:80。
[0018]在一个实施例中，具有大约I到2mm的直径或厚度的碳纤维丝束提供给大约每80mm的玻璃纤维粗纱。
[0019]作为优选，所述混合材料垫提供为柔性织物材料卷。
[0020]将材料垫提供为柔性材料允许了混合材料储存为织物材料卷，以易于操作和储存。
[0021]作为优选，所述混合材料垫还包括缝合材料，所述多条玻璃纤维粗纱使用所述缝合材料来缝合到所述碳纤维基底上。
[0022]缝合材料可为任何适合的纤维材料，用于将玻璃纤维粗纱和所述碳纤维基底保持在单个垫中。
[0023]还提供了一种制造混合材料垫的方法，该方法包括以下步骤:
压缩至少一条碳纤维丝束来形成压平的碳纤维基底；以及
将多条玻璃纤维粗纱附接到所述碳纤维基底上以形成混合材料垫。
[0024]混合材料垫的结构允许垫自身的容易制造，其由用于将玻璃纤维粗纱附接到碳纤维基底上的相对简单的工艺步骤形成。
[0025]作为优选，所述附接步骤包括将所述多条玻璃纤维粗纱缝合到所述碳纤维基底上。
[0026]作为优选，所述压缩步骤包括将所述至少一条碳纤维丝束分成多条单独的丝束部分，且将所述多条单独的丝束部分压平来形成压平的基底层。
[0027]还提供了一种制造纤维复合制品的至少一部分的方法，优选风轮机叶片的至少一部分，该方法包括: 提供包括设在碳纤维基底上的多条玻璃纤维粗纱的混合材料垫，所述多条玻璃纤维粗纱布置在所述混合材料垫的第一侧上，且所述碳纤维基底布置在所述混合材料垫的第二侧上;
将多个所述混合材料垫布置在模具中；
用树脂浸渍所述多个混合材料垫；以及
固化所述树脂来形成纤维复合制品的至少一部分，优选风轮机叶片的至少一部分。
[0028]作为优选，所述布置步骤包括定位多个混合材料垫，使得多个所述混合材料垫在叠层中至少部分地重叠。
[0029]—方面，该方法包括提供所述混合材料垫的步骤，混合材料垫具有定位在所述碳纤维基底上的所述多条玻璃纤维粗纱之间的至少一条碳纤维丝束，其中所述至少一条碳纤维丝束提供了所述混合材料垫的所述第一侧与所述第二侧之间的电势均等。
[0030]在附加或备选方面中，所述布置步骤包括:
将所述多个所述混合材料垫定位在所述模具中，其中所述混合材料垫的所述第一侧布置成在所述模具中面向下；
布置至少部分地重叠的混合材料垫的所述叠层，其中在所述叠层的边缘处，所述叠层中的多个垫的末端错开，使得所述叠层中的多个垫的所述第二侧的至少一部分露出；以及将导电材料定位在所述叠层的边缘处，所述导电材料在所述叠层中的所述多个垫的露出部分之间延伸，使得所述导电材料提供所述叠层中的所述多个混合材料垫之间的电势均等。
[0031]作为提供混合材料垫的层的电势均等的备选途径，垫可定位成提供存在于垫的叠层中的各个碳纤维基底的一部分。此部分然后可导电地联接到彼此上，以提供各个基底之间的电势均等。
[0032]作为优选，所述导电材料提供为碳纤维材料层。此外或作为备选，所述导电材料可包括金属导体。
[0033]作为优选，所述混合材料垫设有主纤维定向，且其中将所述混合材料垫布置在所述模具中的所述步骤包括对准垫，使得所述垫的主纤维定向与风轮机叶片的部分的纵向方向大致平行。
[0034]还提供了根据以上方法制造的风轮机叶片的一部分。
[0035]还提供了包括设在碳纤维基底上的多条玻璃纤维粗纱的混合材料垫在风轮机叶片的制造中、作为优选，在风轮机叶片的层压结构的制造中的