用于制造复合成型件的方法和复合成型件的制作方法
【技术领域】
[0001] -种根据权利要求1的前序部分所述的用于制造复合成型件、尤其用于风能设备 的复合成型件的方法，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品。本发明还设 及一种复合成型件、一种夹层构件、一种转子叶片元件和一种风能设备。
【背景技术】
[0002] 复合成型件是由两种或更多种彼此连接的材料构成的成型件，所述成型件作为具 有固定的几何尺寸的本体来制造。在复合件中出现的材料通常具有功能特性、尤其受制于 其使用领域。对于所获得的材料的特性而言，各个部件的材料特性并且可能还有几何特性 有重要意义。运实现:使不同部件的特性彼此结合，由此复合材料得到广泛的应用可能性。 对于最终产品所需要的特性可W根据需求通过选择用于部件的不同的原材料来设置。
[0003] 复合构件通常具有如下特性，所述特性在负荷作用下显示出复合成型件的优化的 性能。所述特性可W在例如一定硬度、刚度或者可延展性方面进行分配。复合成型件在负荷 作用下应相对于复合件的单部件显示出复合件的优化的性能。负荷成型件的发展基本上如 下:所要求的特性与使用寿命结合地进行优化，W便承受住长年的负荷。尤其，在风能设备 的转子叶片和其它部件中，被施加高且强地改变的负荷作用，所述负荷作用此外随着风能 设备的部件的尺寸增加而同样增加。尤其是，转子叶片要承受住静态负荷而且要承受住出 现的动态负荷。
[0004] 因此，风能设备的转子叶片现今主要由纤维复合材料构成，在所述纤维复合材料 中，通常作为垫的增强型纤维嵌入在通常为玻璃纤维增强型塑料的基质中。转子叶片通常 W半壳夹层构造方式制造。例如越来越多地使用碳纤维增强型塑料。在此所要求的特性一 方面是在结构强度相对高的情况下小的重量，W及不同的硬度等级和针对负荷作用的抗拉 强度。玻璃纤维增强型或碳纤维增强型材料在任何情况下都能够基本上并且在上述视点下 关于其优化的硬度取代迄今为止对轻木的使用。
[0005] 纤维增强的部件或者复合构件具有分布在层压材料中的纤维，其中所述纤维沿着 至少一个特定的方向取向，W便实现纤维复合材料的高品质的特性。基本上在任何情况下 都可W区分材料中的=个起作用的相:非常抗拉的纤维、首先在任何情况下都相对软的嵌 入式的基质和将运两个部件连接的边界层。纤维通常可W由玻璃、碳、陶瓷W及也可W由芳 族聚酷胺、尼龙纤维、混凝上纤维、天然纤维或者钢纤维构成。嵌入式的基质本身、通常即聚 合物具有材料特定的弯曲刚度，将纤维保持在其位置中，在其之间传递应力并且保护纤维 免受外部的机械和化学影响。边界层用于运两个部件之间的应力传递。在纤维增强的复合 构件中有问题的是，在构件的承受负荷的区域中可能形成相应的纤维的裂纹;运种裂纹形 成可能首先由于因动态机械负荷提高而引起的弯曲力矩而产生。
[0006] 然而，在层压或者基质材料中具有相应特定数量的纤维的纤维增强型部件或者复 合构件显著改进相应部件的机械性能。对于材料特定的特征变量如剪切刚度和弯曲刚度W 及纤维沿着所限定的方向的集中而言，可W具体地有针对性地设置相应部件的机械支撑特 性、尤其是关于相应的复合件的抗拉强度。用于测量纤维复合材料的一个因数是纤维和基 质之间的体积比。纤维的份额越高，复合材料就越牢固，然而也越脆。除了抗拉强度外，如果 复合件承受压力，那么剪切刚度和弯曲刚度也可起重要作用。尤其，此外基本上已知的是， 通过具有忍和一个或两个覆盖层(遵循T载体的原理）的所谓的夹层状的复合件构造，可W 借助于适度抗剪切的忍和至少一个相对抗弯曲的覆盖层实现复合件的高机械刚度，其中复 合件仍然可WW轻质构造方式实现。
[0007]风能设备的转子叶片通常由纤维增强型构件构造;所述纤维增强型构件通常具有 主要为在树脂状的层压基质材料中的玻璃和/或碳纤维。运种或者其它纤维可W在转子叶 片的纵轴线中或者沿着转子叶片的纵轴线取向，其中纤维的精确的定向通常难W控制。但 是，基本上可W关于在运行期间出现的离屯、力或重力优化转子叶片。所述纤维的取向事实 上可根据制造过程来影响。在此，可能至关重要的是，使用何种类型的纤维半成品；运些纤 维半成品可包括织物、纤维网（Gelege)、垫、粗纱W及填充材料、片、针或者染料。用于制造 纤维复合构件的方法是多种多样的。现在，包括人工铺设法、预浸材料技术、真空注射法 (Vakuumin化Sionsverf址ren)、纤维缠绕法、注塑成型件、纤维喷涂、压塑件、挤塑成型件W 及片状模塑料(CMC)的方法是已知的。注塑成型件例如W成本适宜的注塑成型法制造，其中 通常使用玻璃纤维。
[000引在DE103 36 461中描述了一种用于制造为纤维复合构型的转子叶片的方法，其 中制造形成转子叶片的外轮廓的壳并且由具有预设的长度的纤维束制造承载结构W及将 承载结构运输到壳中，所述纤维束相应地W硬化的复合材料浸溃。
[0009] US4,242,160提出一种方法，其中一件式的纤维增强型转子叶片由接合的内部的 和外部的纤维增强的壳构成。内部的包覆物通过连接分开地构成的管状的半部制成。外部 的壳在内壳的外侧上优选通过缠绕多个纤维增强的环氧树脂材料的绕组构造。
[0010] 纤维缠绕法、尤其作为用于将连续纤维束(粗纱)铺设到至少近似柱形的模具上的 技术，确保用于纤维的定位和取向的高精确性，所述无穷尽纤维束经由其它方法步骤浸溃 和硬化。为了缠绕纤维，构件的本体是纤维复合材料的之后的形状。在缠绕纤维时，附加地 还在已失去的和可再次使用的忍之间进行区分，其中已失去的忍可W是所述结构的功能构 件。
[0011] 在US2012/0261864中提出一种方法，其中纤维材料铺设到模具表面上，类似于待 制造的纤维增强的结构的负像。在此，纤维材料的束铺设到表面上并且定向为，使得通过施 加低的压力提供纤维增强的结构。
[0012] 在高性能复合机构中，纤维预成型巧注入有树脂并且制造用于连续纤维增强的复 合构件的符合要求的、成本适宜的纤维预成型巧(所谓的预成型件）。运些预成型件就符合 要求的纤维取向、局部的符合要求的纤维堆积和外部轮廓而言是"定做的"。如此制造的预 成型巧可W通过常规的生产过程加工为所谓的高压蓋预浸溃构型的构件。
[0013] 德国专利商标局在优先权申请中检索了下述现有技术:DE43 00 208AUDE103 36 461AUDE10 2012 201 262AUEP0 402 309AUEP0 697 275A2^EP0 697 280 AUEP1 992 472Al和WO94/19176A1。
【发明内容】
[0014] 本发明由此出发，其目的是:提出一种改进的用于制造复合成型件的方法、一种复 合成型件W及一种夹层构件、一种转子叶片元件和一种风能设备，它们关于现有技术得W 改进，但是至少针对在上文中所描述的问题中的一个。至少要提出针对在现有技术中已知 的解决方案的一个替选的解决方案。尤其，关于所述制造方法要提供制造复合成型件的简 单且可控的可行性。特别地，要显示出复合成型件在静态的和动态的负荷方面的至少一个 优化的特性。尤其，所述制造方法和具有有取向的并且相应定向的纤维的复合成型件要W 改进的方式抵抗作用力。此外，所述制造方法和复合成型件或夹层构件、转子叶片元件W及 风能设备要使用优化的层体系，所述层体系在工艺方面和/或材料方面实现改进的功能性。 尤其，所述复合构件和所述方法要实现长期的并且针对负荷作用的刚度和/或强度，优选在 不仅提高弯曲刚度而且在提高剪切刚度的情况下。
[0015] 所述目的在制造方法方面通过本发明借助于权利要求1的方法来实现。
[0016] 本发明W用于制造复合成型件、尤其用于风能设备的复合成型件的方法为出发 点，所述复合成型件具有热塑性塑料和纤维复合件半成品，其中所述方法根据本发明具有 下述步骤：
[0017]-提供热塑性塑料和具有柔性的、编织物状的纤维体系的纤维复合件半成品，
[0018] -使作为成型的忍材料的热塑性塑料在纤维复合件半成品的柔性的、编织物状的 纤维体系中分布并且将其与编织物状的纤维体系连接，其中
[0019] -在具有成型的忍材料的复合件中的柔性的、编织物状的纤维体系具有交叉的纤 维，所述纤维朝向彼此定向，并且
[0020]-所述纤维在交叉点中具有纤维角，所述纤维角在10°和90°之间、尤其所述纤维角 在30°和60°之间，优选所述纤维W公差范围为+/-5°的45°的纤维角朝向彼此定向，并且其 中
[0021] -在复合件中的编织物状的纤维体系形成复合成型件的外部的功能层。
[0022]优选地，纤维W公