具有玻璃短纤维的柔软长形元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种填料绳索、这种填料绳索的用途、一种制造这种填料绳索的方法 以及一种制造这种填料绳索的设备。
【背景技术】
[0002] 风力涡轮机叶片常根据两种结构设计之一来制造，即将薄型空气动力学壳体胶粘 或以其它方式结合到主梁（spar beam)上的设计或者将梁帽（spar cap)(也称作主层压板） 集成到空气动力学壳体中的设计。
[0003] 在第一个设计中，主梁构成叶片的承载结构。主梁与空气动力学壳体或壳体部件 分开制造。空气动力学壳体常制造为两个壳体部件，通常为压力侧壳体部件和吸力侧壳体 部件。两个壳体部件胶粘或以其它方式连接到主梁，并且沿着壳体部件的前缘和后缘进一 步地胶粘到彼此。这种设计的优点是关键的承载结构可单独制造，并因此较容易控制。此 外，这种设计容许多种不同制造方法来生产该梁，例如模制成型和丝状体卷绕成型。
[0004] 在第二个设计中，梁帽或主层压板集成到壳体中并与空气动力学壳体模制到一 起。主层压板与叶片的其余部分相比通常包括较高数量的纤维层，并且至少就该数量的纤 维层而言，可形成风力涡轮机壳体的局部增厚。因此，主层压板可形成叶片内的纤维插入部 分。在这种设计中，主层压板构成承载结构。叶片壳体通常设计有集成在压力侧壳体部件 中的第一主层压板和集成在吸力侧壳体部件中的第二主层压板。第一主层压板和第二主层 压板通常借助于一个或多个抗剪腹板而连接，抗剪腹板例如可为C形或I形的。对于很长 的叶片，叶片壳体还沿着纵向长度范围的至少一部分包括压力侧壳体内的另外的第一主层 压板和吸力侧壳体内的另外的第二主层压板。这些另外的主层压板也可借助于一个或多个 抗剪腹板而连接。这种设计的优点是借助于叶片壳体部件的模制较容易控制叶片的空气动 力学形状。
[0005] 真空浸注（vacuum infusion)或VARTM (真空辅助树脂传递模塑成型）是一种方 法，其通常用来制造复合结构，例如包括纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片。
[0006] 在填充模具的过程中，借助于模具腔内的真空出口而产生真空(就此而言，所述真 空可理解为欠压或负压)，由此液体聚合物经由入口通道被抽吸到模具腔内从而充满所述 模具腔。随着流动前沿朝真空通道移动，由于负压，聚合物在模具腔内从入口通道沿所有方 向分散。因此，为了实现模具腔的完全填充，最优地定位入口通道和真空通道是重要的。然 而，确保聚合物在整个模具腔内完全分布常常是困难的，因此这经常导致所谓的干斑，即具 有未被充分浸渍树脂的纤维材料的区域。这种干斑是纤维材料未被浸渍并且能够存在气穴 的区域，其难以或者不可能通过控制入口侧处的真空压力和可能的超压而去除。在采用刚 性模具部件和呈真空袋形式的弹性模具部件的真空浸注技术中，在填充模具的过程之后， 通过在相应的位置刺穿袋并且例如借助于注射器针头来抽出空气能够修复干斑。液体聚合 物能够可选地注入在相应位置，这也能够例如借助于注射器针头来完成。这是个耗时和令 人厌倦的过程。在大模具部件的情况下，工作人员必需站在真空袋上。这是不希望的，尤其 在聚合物尚未硬化时更是如此，因为这会导致已插入的纤维材料的变形以及因此导致结构 的局部弱化，其可引发例如弯曲效应。
[0007] 在大多数情况下所应用的聚合物或树脂是聚酯、乙烯基酯或环氧酯，但也可为TOR 或pDCPD，纤维增强最经常的是基于玻璃纤维或碳纤维。环氧酯在多个特性方面具有优点， 例如固化期间的收缩性(进而潜在地导致层压板中的较少皱褶)、电气特性以及机械强度和 疲劳强度。聚酯和乙烯基酯具备的优点是它们对凝胶漆提供了更好的粘结特性。因此，在 制造壳体过程中，通过在将纤维增强材料布置在模具内之前将凝胶漆涂到模具上，可将凝 胶漆涂到壳体外表面。因此，可避免各种模制后的操作，例如喷涂叶片。此外，聚酯和乙烯 基酯比环氧酯便宜。因此，可以简化制造过程并且可以降低成本。
[0008] 复合结构常包括覆盖有纤维增强材料的芯部材料，纤维增强材料为例如一个或多 个纤维增强聚合物层。芯部材料可用作这些层之间的间隔件以形成夹层结构，并通常由刚 性轻质材料制成以减小复合结构的重量。为了确保液体树脂在浸渍过程中能够有效地分 配，芯部材料可设置有树脂分配网，例如通过在芯部材料的表面上提供通道或沟槽。夹层结 构在空气动力学壳体和抗剪腹板两者中均经常使用。
[0009] 多年以来风力涡轮机叶片已经得以改进，以使其相对于载荷更高效和优化从而提 高风力涡轮机的年发电量(AEP)并优化风力涡轮机的每兆瓦的成本。现代风力涡轮机叶片 常构造有最接近毂部的根部区域、包括最远离毂部的升力产生轮廓的翼型区域以及位于根 部区域和翼型区域之间的过渡区域。翼型区域具有对于产生升力而言理想的或几乎理想的 叶片形状，而根部区域具有大致上圆形的截面，这减小了风暴载荷并且使叶片安装到毂部 更容易和更安全。如名称所暗示的，过渡区域具有从根部区域的圆形形状渐变到翼型区域 的翼型轮廓的形状。通常，叶片在过渡区域内的弦宽朝向最大弦也称作肩部的方向增加，该 肩部可形成过渡区域和翼型区域之间的边界。此外，叶片轮廓通常沿纵向扭转，以弥补转子 叶片的局部变化流入速度和局部半径的攻角。另外，由于风力涡轮机叶片随着时间推移已 日益变长，直至今天可大于70m长，因而对风力涡轮机使用预弯曲叶片已变得越来越有吸 引力，这是因为预弯曲叶片容许将风力涡轮机转子置于接近风力涡轮机塔架之处，同时仍 能在强风时避免叶片与塔架碰撞。另外，叶片的预弯曲容许叶片被制造得不太硬和更轻。
[0010] 总之，可以看到，由于双曲率表面、预弯曲、扭转等，现代风力涡轮机叶片已朝向复 杂的几何结构方向发展。此外，叶片包括若干接合部，例如在叶片的前缘和后缘处以将两个 叶片壳体部件结合的接合部。以上同样适用于C形或I形抗剪腹板。它们常常构造为如下 的夹层结构，即具有在腿部和脚部(或凸缘）之间接合部处的倒角，以将载荷从腹板传递到 主层压板，而不会在腿部和脚部之间的接合部中出现失效和破裂风险。然而，这种倒角在正 常情况下将导致在接合部处出现树脂富集区域或树脂池。在树脂的固化过程中，由于高放 热峰，这种树脂池将经常产生燃烧了的树脂，其进而可导致机械性能较弱的点。
[0011] 因此，包括单向朝向增强纤维的绳索（UD绳索)常在否则为树脂富集区域内用作填 料材料。此外，这种绳索也用在腹板中，以将载荷从腿部的蒙皮层传递到凸缘。然而，调查 已显示，由于致密包封的UD纤维，UD绳索的使用可导致绳索中心处的干的增强纤维。这进 而也可导致机械性能较弱的点。调查也显示，即使对于相对较小直径的绳索也可能发生干 的区域，例如具有约6mm直径的绳索。另外，UD绳索将仅提供叶片纵向上的硬度，但是，为 增强接合部的性能，具有重要性的是横向强度。在UD绳索情况下，浸注绳索的横向强度仅 由所用树脂的强度决定。
[0012] 本发明的目的是获得一种包括增强纤维的绳索，其克服或缓解现有技术的缺点中 的至少一个或者提供一种有用的替代方案。
【发明内容】
[0013] 根据第一方面本发明提供了一种绳索，其用于增强纤维增强复合结构中的接合部 并且适配成确保在浸注工艺过程中适当润湿，其中，所述绳索包括：呈玻璃纤维形式的短切 (chopped)增强纤维，所述短切增强纤维主要具有随机的朝向并且具有介于0. 5cm至5cm之 间的平均长度；以及保持装置，其用于保持所述短切纤维呈绳索形状。
[0014] 短切玻璃纤维将主要具有随机的朝向，由此纤维不被致密包封。因此，具有短切纤 维的绳索将便利于从绳索的外周到绳索的芯部的开口，并且当在用于制造风力涡轮机叶片 或另一复合结构的浸注工艺中使用时确保能使整个绳索适当地润湿。此外，随机朝向的短 切纤维确保了至少多个纤维朝向为有部件沿横向。因此，纤维有助于横向强度并且增加了 其中使用该绳索作为填料材料的接合部的性能。因此，无需购买另外的UD绳索，并可避免 用于处理多余玻璃或废弃玻璃的成本，这是由于多余玻璃或废弃玻璃可被短切并用于根据 本发明的绳索。由于所需绳索的量，故绳索通常占据叶片成本的相对主要部分。包括两个I 形腹板的70米叶片将例如单独为腹板使用8个绳索。