纤维增强的复合材料模制品和其制造方法

专利名称：纤维增强的复合材料模制品和其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造纤维增强的复合材料模制品的方法和纤维增强的复合材料模制品。特别地，本发明涉及一种适于制造诸如涡轮叶片、桥梁和船体等大的复合材料结构的纤维增强的复合材料模制品。
背景技术：
目前用于制造风力涡轮叶片的三种主要热固性复合材料加工方法
是
1. 湿式层压(也称为开放式成型)-在该方法中，热固性树脂可以在环境条件下固化，但工具通常加热至高温50~90°C，以加快树脂固化过程；
2. 使用预浸材料和本申请人自己拥有的以产品名SPRINT⑧出售的预浸渍触干复合材料，这种材料通常在85。C 120。C的高温下固化；和
3. 真空辅助树脂传递成型(也称为VARTM、树脂导注或真空导注)-在该方法中，液态树脂在真空下被注入干燥纤维复合材料中，然后可以在环境条件下固化，尽管工具(即模具)通常被加热到50~90°C的高温以加快固化过程。
风力涡轮机的两种主要设计构思是结构翼梁构思和结构外壳构思。在结构翼梁构思中，制造单独的承载梁，并结合成两个翼型部分。在结构外壳构思中，制造含有主要结构纤维材料的两个外侧翼型壳。然后，单独的抗剪腹板用于提供剪力连接，以形成结构梁。
当使用湿式层压或树脂导注(VARTM)时，最经常使用结构外壳设计构思。大部分复合材料层压件是单向的(UD)，从而给予涡轮机以抗弯扭刚度。其余的纤维材料通常是缝合的多轴产品，从而提供剪切增强。泡沫或木芯也用于局部地硬化叶片部分。在主结构梁部分中，纤维增强的层压件可以超过30mm厚，并且能达到市场上的一些较大叶片的80 mm厚度，从而提供必要的硬度和强度。在主梁部分中，UD材料与双轴材料在各点交错，从而给予必要的切变强度，因为在这些厚部分中，如果没有以这种方式周期地增强，会出现横向裂纹。
当使用环境温度固化树脂体系时，在这些厚部分中由于固化过程产生的放热，可能会发生显著的温度上升。为允许这种放热和能够输入热
量以加快固化速率， 一般需要具有针对典型温度卯 130。C的工具容差。这就增加了工具成本和复杂度。
为了使单向纤维可处理而应用到模具，UD纤维被作为用于将纤维保持在一起的预制织物供应。这个过程增加了成本，并将波纹引入到纤维中，从而降低了它的强度，尤其是在压縮中。在复合材料厚部分中，碳纤维单向织物也被证明难以使用VARTM法可靠地浸渍。这主要是由于
碳纤维直径较小会导致真空下的更大压实和更低渗透性。
干碳纤维的大批量处理可能由于材料处理的磨损会导致通过空气传播的小的、松散的大量碳纤维线，对健康和电气设备(因为不经意间会产生短路)都有危害。
这些因素使单向预浸料的使用非常有吸引力，因为材料可以在预浸机中恰当地浸渍，并可以从低成本纤维粗纱直接制造。预浸料中的树脂将纤维以直柱状态保持在一起，从而保持更大的压縮模量和强度。使用预浸机，更容易在专用提取空间内部紧凑地分离出干纤维材料，以防止任何松散纤维污染更宽的厂房面积。 一旦浸渍后，空气传播的松散纤维和相关的安全和电力危险就被消除。
当査看购买每千克预浸料对干纤维及相关导注树脂的成本时，预浸料成本名义上较高。产生并行成本很复杂，因为往往是通常比预浸料法可靠性更低的导注法的质量成本。取决于将要制造的部分，在注入管道工程和其他导注消耗品中也产生明显的树脂废料。
当比较单向对多轴预浸料的成本时，单向预浸料具有更低的每千克
成本，因为没有与首先将纤维粗纱转换成织物相关的成本。因此，当比较单向预浸料对导注的单向织物的每千克成本时，在对导注法的额外成
本作出详细分析之前，单向预浸料是有成本竞争力的。当比较多轴预浸料对导注的多轴织物时，存在更大的每千克成本差异，使得成本效益分析更不清楚。
单向预浸料具有改善的机械性能，从而允许使用更少层和更轻重量
的梁。为此，预固化的单向预浸叠层件已用于树脂注入的风力涡轮机中。
在目前的商业制造工艺中，在层压过程中，首先层压成叠层件，然后固
化，然后准备粘结，然后在不同阶段插入到模具中。这些步骤增加了最
终叶片的成本。为了使这些预固化板可处理，通常将最大长度加工并升运到模具中。通常作为具有沿着叶片长度的纵向间隔的嵌接(即锥形)点的
多个部分被固化和放入，这在叶片中提供了薄弱区域。
本领域中需要一种纤维增强的复合材料模制品和其制造方法，至少
部分克服了制造所述模制品的这些问题，特别是一般长度为30m以上的大尺寸模制品，如风力涡轮叶片。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种制造纤维增强的复合材料模制品
的方法，所述方法包括以下步骤
(a) 在模具内配置至少一层纤维增强材料；(b) 配置与所述纤维增强材料相邻的至少一层预浸层，所述预浸层包括至少部分地用未固化的第一树脂材料浸渍的纤维增强物，从而在所述模具内形成所述至少一层纤维增强材料和所述至少一层预浸层的层状组件；
(c) 向所述组件施用真空；
(d) 在真空下将可流动的未固化第二树脂材料注入所述至少一层纤维增强材料中；和
(e) 至少部分地同时固化所述第一和第二树脂材料，从而形成所述纤维增强的复合材料模制品，其包括从所述纤维增强物和固化的第一树脂材料形成的至少一个第一结构部分和与所述至少一个第一结构部分结合的从所述至少一层纤维增强材料和固化的第二树脂材料形成的至少一个第二结构部分。优选地，所述第一和第二树脂材料具有各自的固化温度范围，所述 固化温度范围重叠，并且在各自固化温度范围内的温度下进行固化步骤 (e)。
所述第二注入的树脂材料优选其固化温度范围比所述第一预浸树脂 材料的固化温度范围低。在一个优选的实施方案中，在所述第二注入的 树脂材料的固化温度范围内的温度下进行所述固化步骤，并且所述第二 树脂材料的固化是放热的且产生热量将所述第一树脂材料的温度升到所 述第一树脂材料的固化温度范围内。在另一个优选的实施方案中，在所 述第二树脂材料的固化温度范围内的温度下进行所述固化步骤，并且所 述模具被加热，以将所述第一预浸树脂材料的温度升到所述第一预浸树 脂材料的固化温度范围内。
优选地，所述至少一层纤维增强材料包括干纤维增强材料。
优选地，所述至少一层预浸层的至少一个层状纤维体包括单向纤维。
优选地，在所述预浸层中，所述纤维增强物用未固化的第一树脂材 料完全浸渍。
所述预浸层可以包括用未固化的第一树脂材料完全浸渍的多层纤维 增强物的预加固板。
可选择地，所述至少一层预浸层可以被部分浸渍，并可以包括在所 述未固化的第一树脂材料层两侧上的一对纤维增强层的夹心结构。
所述层状组件可以包括与多个预浸层交错的多个纤维增强材料层。
优选地，所述模具具有长度和宽度，并且所述纤维增强材料层和预 浸层基本上沿所述模具的长度连续延伸。
所述方法还可以包括在步骤(a)之前，在所述模具表面上配置表面处 理层的步骤，所述表面处理层包括第三未固化的树脂材料且是至少一个 实心板的形式，并且在步骤(a)和(b)中，所述至少一层纤维增强材料和所 述至少一层预浸层的层状组件在所述模具内配置在所述表面处理层上 方，在固化步骤(e)中，所述第三树脂材料至少部分地与所述第一和第二 树脂材料同时固化。优选地，所述表面处理层包括组装在一起形成连续表面处理层的多 个表面处理层段。
优选地，每个表面处理层段具有与相邻表面处理层段部分搭接的至 少一个边缘。
所述表面处理层的第三树脂材料的厚度可以为100 300微米。
所述表面处理层的第三树脂材料的涂布的重量厚度可以为100 400 克/平方米(gsm)。
所述表面处理层的第三树脂材料支撑在片材承载体上。所述表面处 理层的片材的重量可以为10 90gsm。
优选地，所述表面处理层的片材包括聚酯纺粘的网格布材料。
优选地，所述表面处理层的片材位于所述表面处理层的第一面或与 其接近。
优选地，所述表面处理层的第一面远离所述模具表面，使得大部分 所述第三树脂材料在所述片材和所述模具表面之间。
最优选地，所述第二树脂材料和所述第三树脂材料具有不同的粘度。 所述第三树脂材料在室温(20。C)下的粘度可以比所述第二树脂材料的粘 度高。所述第三树脂材料和所述第二树脂材料在20°C环境温度下测量的 粘度比可以为至少100/1，更优选至少1000/1，再更优选至少10,000/1。
优选地，在固化步骤(e)中，所述第二树脂材料在所述第三树脂材料 之前开始固化。
可以在高于室温的高温下进行固化步骤(e)，优选在40~90°C的温度下。
优选地，在固化步骤(e)中，所述第二树脂材料的固化反应是放热的， 并产生加快所述第三树脂材料固化的热量。
所述第三树脂材料可以是热固性环氧树脂，和/或所述第一树脂材料 和所述第二树脂材料可以是热固性环氧树脂。
所述纤维增强的复合材料模制品尤其可以是风力涡轮叶片。根据本发明的第二方面，提供一种纤维增强的复合材料模制品，包 括从至少一个第一层和至少一个第二层层压而形成的结构层压部分，所 述第一层从预浸料形成并包括纤维增强物和固化的第一树脂材料，所述 第二层包括纤维增强材料和固化的第二树脂材料，其中所述第一和第二 树脂材料通过至少部分地同时固化而相互结合。
优选地，所述纤维增强物包括单向纤维。
所述结构层压部分可以包括与多个第二层交错的多个第一层。
优选地，所述模制品具有长度和宽度，并且所述纤维增强物和所述 纤维增强材料基本上沿所述模制品的长度连续延伸。
所述纤维增强的复合材料模制品优选还包括层压到所述结构部分上 的表面部分，所述表面部分由包括一起成型而形成连续表面处理层的多 个表面处理层段的表面处理层形成，所述表面处理层包括支撑在片材承 载体上的第三固化的树脂材料。
所述表面处理层的片材可以比所述表面部分的对置露出表面更接近 于所述表面部分和所述结构部分之间的界面。
所述纤维增强的复合材料模制品最优选是风力涡轮叶片。
本发明基于发明者的以下发现在特定实施方案中，通过在层压结 构中使用环境温度固化导注树脂和高温固化预浸树脂的组合，通过从导 注树脂的放热固化和/或从加热工具接收额外热量可以容易地固化预浸 树脂，即使在模具的相对较厚部分。结果是，未固化的预浸料可以在非 常有效的改进制造方法中与VARTM导注法组合使用，其中两种树脂， 即导注树脂和预浸树脂，可以在共同的固化步骤中一起固化。不需要预 浸料的预固化。
这也提供了改进的产品，例如长期和/或厚的模制品，如风力涡轮叶 片或桥面。对于长的模制品，预浸料可以有非常长的长度，因为它们包 括未固化的树脂，因此不必须分割成预固化步骤用的较小单元，也是机 械柔韧的，因此在模具内可以一定曲率度容纳长的长度。因此，连续长 度的预浸料可以直接以铺开状态应用于模具中，从而避免嵌接接合点问 题。然后，预浸树脂的最终固化步骤与复合材料层压件其余注入树脂的固化同时发生。
这与较小长度固化的预浸料的已知使用形成对比。较长长度的预浸 料给予改善的机械性能，因为可以避免如上面针对己知的预浸料加入所 讨论的多个嵌接接合点。对于某些产品，甚至非常长(30米以上，达到约
50米)的风力涡轮叶片，预浸料也可以作为单一长度沿着整个模制品长度 延伸，没有任何纵向隔开的接合点。
可选择地，本发明的方法对于某些产品可以使用已知嵌接结构的锥 形互锁端提供沿着模具长度互联的多个预浸料段，与使用上述预浸料的 已知方法相比，这仍会提供制造优势。在本发明这些实施方案的方法中， 预浸料以比预固化过程更快的过程预加固而不固化，从而除去各层之间 的空气并得到将放入模具中的可处理叠层。同样，预浸树脂的最终固化 步骤与复合材料层压件其余注入树脂的固化同时发生。
根据本发明的优选实施方案，通过VARTM导注法，具有相对较高 粘度的高温固化的未固化热固性环氧树脂表面处理膜可以首先层压到模 具中，然后将干纤维与包括未固化的预浸树脂(优选也是热固性环氧树脂) 的预浸层一起施用，然后用相对较低粘度的环境温度固化树脂(优选也是 热固性环氧树脂)浸渍干纤维。模具温度和/或环境空气温度可以升高，从 而可以一起共固化三种树脂材料。
在一种形式中，模具和/或周围空气的温度增大，使得到达存在时的 高温固化热固性环氧树脂表面膜和预浸树脂的温度活化点，并且树脂材 料可以共固化。
在另一种形式中，已经注入的环境温度固化树脂产生充分的放热， 使得叠层的温度上升，到达存在时的高温固化热固性环氧树脂表面膜和 预浸树脂的温度活化点，并且树脂材料可以共固化。
在又一种形式中，使用提高模具和/或周围空气的温度的组合，从而 提高环境温度固化注入的树脂的反应速率，使得以更快速率产生放热， 这导致层压件温度更大的上升，并可以超过树脂输入温度。然后，这导 致超过预浸料的高温固化热固性环氧树脂的活化温度，并且材料可以共 固化，且速率更快。因此，本发明的这种基本技术构思组合了高温固化预浸料与干纤维层，然后用低温固化树脂导注，并且两种树脂共固化。由于预浸叠层件，优选UD，与用环境固化树脂导注的干纤维交错，这样由于从固化注入的树脂产生放热的原因，增强了预浸叠层件的升温。这又有助于更快地提高预浸叠层件的温度，以达到所需的最小固化温度，从而加快循环时间。
通常可用于防止一些目前的高温固化预浸料(例如在70~90°C下固化)在商业中用于低温工具(在低温下使用，通常约20 40。C)上的是，不损坏工具所需的低温导致预浸料在工具温度下的缓慢固化速率。这也是
避免在过度加热工具的最厚部分中预浸料的树脂固化产生的任何高放热所关心的问题。
然而，在层压件的厚部分中，所达到的高放热温度往往与工具表面隔离，因为峰值温度出现在层压件中心。因此，可以容忍高于工具Tg的放热温度水平。
通过调节预浸料的活化和固化速率以匹配较薄部分(通常3~5 mm厚)，可以设计快速循环时间，在较薄部分中层压件的表面温度几乎等于层压件中心的峰值温度。在这种情况下，限制处理时间的是在最高工具温度下预浸料的固化速率。
在用于制造风能发电机的涡轮叶片的一些工具中，水加热管道设置在工具内，用于限制最终模具温度。特别地，随着工具接过水输入的温度，工具的温度增加速率急剧减缓，因为不再有驱动从因树脂固化而被放热加热的模制品到工具表面的热传递的显著温差。导注层压件产生的放热在这些工具中是非常有益的，因为可以到达超过水输入温度的层压件温度，从而活化和固化预浸树脂。然后，预浸树脂可以开始自身的放热反应，并且可以保持超过热输入的层压件温度，以在工具Tg极限内进行更快的固化。
这种权宜方法使用固化温度例如大于约90°C的预浸料，但是树脂固化速率相当缓慢。对于使用低温工具和通常60-70°C预浸体系的方法，固化速率是令人满意的。使预浸树脂在较低温度下固化的更高成本、更低温度的固化剂在商业上可以与UD预浸结合使用。这是由于相对较高成本的树脂被可以使用较低成本粗纱的UD预浸料抵销，因为没有织物转换成本。相比之下，织物预浸料具有较高的预浸成本，因此将它们与更昂贵的固化剂组合在商业上可行性更低。
本发明的优选实施方案提供了在模具内使干纤维和UD预浸层交错，
将芯材料加到交错层中，然后使用树脂导注过程浸渍干材料并结合芯材料以形成一体的复合材料。
本发明的优选实施方案还提供了通过升高温度来固化含有相对较高温度固化树脂和相对较低温度固化(特别是环境温度固化)导注树脂的一种或多种单向预浸料，包括使用加热工具(以及需要时还使用真空袋)使得到达预浸树脂的活化温度，并且导注树脂和预浸树脂产生的放热可以帮助预浸树脂更快地固化。
本发明的优选实施方案在风力涡轮叶片或需要厚UD部分的梁(如桥面)的制造方面具有特定的应用。
本发明的优选实施方案也可以提供以下优点低成本、良好取向的单向纤维可以施用到模具中，以改善梁状结构的机械性能，例如风力涡轮叶片，同时其余的层压件仍然使用低成本的树脂导注过程。此外，本发明的优选实施方案可以提供以下优点避免了与使用具有接近工具的最髙额定热量或热量输入的树脂固化活化温度的UD预浸料有关的问题。
本发明的优选实施方案可以进一步提供以下优点可以实现复合材料层压件的预浸部件的改进性能，不需要预浸料的预固化步骤，并且如果模制品有此需要，还可以使用沿物品(例如风力涡轮叶片)完全长度(通
常可以达到50 m长)的连续预浸料。
本发明的优选实施方案可以进一步提供以下优点可以提高预浸树脂的固化速率，降低模具内的总固化温度，并因此能够使用更低温度和因而更低成本的成型工具。


下面结合附图仅以举例方式说明本发明的实施方案，在附图中
图1是在本发明方法的实施方案的第一步骤中形成的多个搭接表面处理膜结构沿模具宽度方向的剖视图2是图1的表面处理膜沿模具长度方向的剖视图3是在本发明方法的实施方案的第二步骤中图1的表面处理膜被 两层干织物增强物覆盖后沿模具宽度方向的剖视图4是图3组件沿模具长度方向的剖视图5是在本发明方法的实施方案的随后步骤中图3组件被预浸层和 额外干织物增强物覆盖后沿模具宽度方向的剖视图6是图5组件沿模具长度方向的剖视图；和
图7是根据本发明方法的另一个实施方案形成的多个搭接表面处理
膜和搭接干织物增强层的部分假想的分解平面图，在每种情况下搭接沿 模具长度方向和沿模具宽度方向。
具体实施例方式
根据本发明的优选实施方案，纤维增强的复合材料模制品的基本制
造方法包括以下步骤
准备模具并涂布脱模剂；
任选地在模具中放置包括表面处理树脂膜的至少一个实心板形式的 表面处理层，所述表面处理层的相邻段之间优选搭接，所述表面处理层 任选地组合设有与所述表面处理层相邻并预先粘合到所述表面处理层上
的干织物增强层；
在所述模具中在所述表面处理层上方放置包括结构干织物增强物的 结构层，所述结构层的相邻段优选搭接；
在所述模具中在所述结构层上方放置包括纤维增强物和树脂材料的 至少部分或完全浸渍的预浸层，最优选沿模具长度方向延伸的单向纤维 增强物；
任选地在所述结构层上方放置额外结构干织物增强物和/或预浸层， 以形成这些层的交错结构，任选地在所述结构层和预浸层上方放置芯材料； 放置并连接树脂进料导注系统；
用脱膜布、剥离膜、任选的导注网和真空袋覆盖所述模具； 在全真空下压实系统；
使所述系统在树脂导注温度条件下，从而除去残留的混入空气并软 化所述表面处理树脂膜；
在所述系统中产生压力差，并使用所述压力差将树脂化合物进给到 所述系统中，以涂布能够被导注的纤维增强物；
终止所述树脂化合物进入所述系统；
维持一定压力差；和
使所述树脂化合物、所述预浸树脂和存在时的表面处理树脂膜固定 和固化。
下面参照图l-图6更详细地解释说明根据一个特定实施方案的过程 步骤。在图示的实施方案中，表面处理层最初涂布到模具上，并且表面 处理树脂与导注树脂一起固化。然而，表面处理层可以省略，而是使用 传统的凝胶涂层来提供模制品的表面。
图1和图2显示取决于表面处理层在模具中的位置的表面处理层优 选布局。参照图1和图2，在准备模具并在模具表面IO上涂布脱模剂(图 未示)之后，将表面处理层12涂布到模具表面10上。表面处理层12包 括承载在网格布材料的层16上以有助于模具表面10的树脂保持的至少 一个实心板形式的表面处理树脂层14。通常，网格布层16是聚酯材料， 如聚酯面纱16。
在图示实施方案中，表面处理层12包括组装在一起形成多个实心板 形式的连续表面处理层12的多个表面处理层段106， 206， 306。
当在模具表面IO上组装表面处理层12时，第一段106被第二段206 沿模具宽度方向搭接，搭接形成第一段106的下覆盖边缘部和第二段206 的上覆盖边缘部207。然后，第二段206被第三段306沿模具宽度方向搭 接，搭接形成第二段206的下覆盖边缘部208和第三段306的上覆盖边缘部307。因此，第二段206沿模具纵向导向的相对边缘部207， 208分 别在上方或下方与相邻段106， 306的边缘部107， 307具有搭接关系。
虽然未图示，但是如果沿宽度方向具有进一步的段，则这种搭接结 构可以在模具的宽度上针对连续段重复。
在模具的长度方向上，可以具有不同结构的表面处理层。在许多实 施方案中，表面处理层的连续长度可以沿模具长度配置，并在可能情况 下，例如，这样可以优选地减少停工时间。在其他可选实施方案中，表 面处理层可以沿模具长度方向搭接或邻接。
然而，在该特定实施方案中，在模具的长度方向上，具有邻接关系。 再次参照附图，第四段406与第一段106相邻。第四段406邻接并与第 一段106的边缘齐平。相应地，第五段506邻接第四段406并与第四段 406的边缘齐平。
各表面处理层段106， 206， 306， 406， 506包括承载在网格布材料 段104， 204， 304， 404， 504上的表面处理树脂层段105， 205， 305， 405， 505。
此外，虽然未图示，但是如果沿长度方向具有进一步的段，则这种 邻接结构可以在模具的长度上针对连续段重复。
额外段以沿一个方向的搭接关系和沿另一个方向的邻接关系配置在 模具中，以覆盖整个模具表面。因此，多个表面处理层段106， 206， 306， 406等形成多个实心板形式的分段的连续表面处理层12。
在可选实施方案中，在两个相互取向方向上存在表面处理膜的这种 搭接关系，例如沿模具长度方向以及沿与其直交的模具宽度方向。这样 可以使所有的表面处理层边缘具有搭接关系，除了在模具的末端。
参照图3和图4，在形成表面处理层12后，包括干纤维增强材料的 至少一层24， 26的结构层22配置在表面处理层12上，以在模具表面10 的一部分上提供叠层形式的表面处理层12和结构层22的组件。干纤维 增强材料可以选自玻璃纤维、芳纶、碳纤维、亚麻、黄麻或其混合物中 的一种或多种。纤维增强材料的至少一层24， 26可以分段，然后以搭接分段结构位 于表面处理层12上方，与表面处理层12相似，以提供通风结构并允许 在随后的树脂导注处理中混入的空气通过。
在搭接分段结构中，干增强层102， 103; 202， 203; 302， 303的各 段叠层位于各表面处理层段106; 206; 306的上方。
最初，干增强层102， 103的段叠层配置在第一表面处理层段106上方。
使第一叠层段的最下干增强层103成形和调节尺寸，以覆盖第一表 面处理层段106的上表面露出的那部分，从而邻接第二段206的边缘部
207。 下一个千增强层102置于第一干增强层103上方，并成形和调节尺 寸，以覆盖最下干增强层103，并且通过下一个干增强层102的边缘部 108，覆盖第二段206的边缘部207。
然后，干增强层202， 203的第二段叠层配置在第二表面处理层段 206上方。
使第二叠层段的最下干增强层203成形和调节尺寸，以覆盖第二表 面处理层段206的上表面露出的那部分，从而邻接第三段306的边缘部 307，此外，覆盖干增强层102的边缘部108。下一个干增强层202置于 最下干增强层203上方，并成形和调节尺寸，以覆盖最下干增强层203， 并且通过下一个干增强层202的边缘部208，覆盖第三段306的边缘部 307。
然后，干增强层302， 303的第三段叠层配置在第三表面处理层段 306上方。
使第三叠层段的最下干增强层303成形和调节尺寸，以覆盖第三表 面处理层段306的上表面露出的那部分，以覆盖干增强层202的边缘部
208。 下一个千增强层302置于最下干增强层303上方，并成形和调节尺 寸，以覆盖最下干增强层303。
如果在模具的宽度上有进一步的段，则干增强层的随后的段以搭接 结构相应地应用。在模具的长度方向上，关于表面处理层，可以具有不同的干增强层 结构。在许多实施方案中，干增强层的连续长度可以沿模具长度在表面 处理层上配置，并在可能情况下，例如，这样可以优选地减少停工时间。 这种连续的干增强可以在长度方向上提供改善的机械性能，特别是对于 风力涡轮叶片，因为在干增强中没有纵向隔开的接合点。在其他可选实 施方案中，干增强层可以沿模具长度方向搭接或邻接。
然而，在该特定实施方案中，在模具的长度方向上，具有邻接关系。
再次参照附图，第四段406被邻接并与干增强层102， 103的边缘齐平的 干增强层402， 403相应地覆盖。相应地，第五段506被邻接并与第四段 406上方的干增强层402， 403的边缘齐平的干增强层502， 503覆盖。
此外，虽然未图示，但是如果沿长度方向具有进一步的段，则干增 强层的这种邻接结构可以在模具的长度上针对连续段重复。
结构干增强层以沿一个方向的搭接关系和沿另一个方向的邻接关系 配置在模具中，在各自的表面处理段上方，以覆盖整个模具表面。这样 形成分段的连续结构层22。
在可选实施方案中，在两个相互取向方向上存在结构干增强层的这 种搭接关系，例如沿模具长度方向以及沿与其直交的模具宽度方向。这 样可以使所有的结构干增强层边缘具有搭接关系，除了在模具的末端。 特定搭接关系的选择可以取决于干织物增强层的结构和组成以及被制造 的物品的特殊性质和终端应用。
在两个相互取向方向上提供结构干增强层的这种搭接关系可以具有 上面对于表面处理层所公开的两种搭接结构中的任一种，即仅在一个方 向上或在两个相互取向方向上的表面处理层搭接。
图7是根据本发明方法的另一个实施方案形成的多个搭接表面处理 膜和搭接干织物增强层的部分假想的分解平面图，在每种情况下搭接沿 模具长度方向(x)和沿模具宽度方向(y)。表面处理膜700包括在相邻边缘 704， 706上搭接的沿两个直交方向(x和y)取向的多个段702。干织物增 强的三个叠层708， 710， 712中的每一个包括各自的在相邻边缘720， 722; 724， 726; 728， 730上搭接的沿两个直交方向取向的多个段714， 716，718。如本文所讨论的，在这种搭接段的叠层中，干织物增强层通常是双 轴和/或三轴干织物增强层。
对于本领域技术人员显而易见的是，图示实施方案包括两个结构干 增强层，但如果需要也可以使用更少或更多的层以及诸如木材和泡沫等 芯材料。
在可选实施方案中，增强纤维的第一层可以通过粘附而附着在铺在 模具表面上的表面处理层段上。因此，配置在模具中的第一层是一体的 树脂表面处理和纤维增强层。这种实施方案可以减小在模具中组装所有 层以形成层压件所需的总停工时间。
参照图5和图6，然后，至少一层预浸层101设置在结构层22上方。 为了清楚图示目的，预浸层101未按比例显示。预浸层101包括附着到 未固化的预浸树脂801上的纤维增强物800，最优选沿模具长度方向延伸 的单向纤维增强物。预浸层101优选包括夹心结构，外部是两个相对的 纤维增强物800的层，中央是其间的未固化的预浸树脂层801。在预浸层 101中，纤维增强物800可以用未固化的树脂801部分或完全浸渍。多个 预浸层101可以叠置在一起。 一个或多个额外结构干增强层100设置在 (多个)预浸层101上方。这样在结构干织物增强物和/或UD预浸层之间 形成交错结构，从而形成这些层的交错结构。
至少一个额外层，例如泡沫芯(图未示)和/或一个或多个额外结构干 增强层(图未示)可以设置在交错结构上方。这样完成了目前准备进行树脂 导注的层压件叠层30，如图6所示。
图1 图6所示的实施方案优选包括三轴干织物增强结构，其中结构 干增强层的纤维沿三个轴向方向取向。然而，在可选实施方案中，干织 物结构增强层的结构可以不同。例如，结构干织物可以是单向(UD)、双 轴或三轴取向的。对于双轴和三轴取向，干织物的搭接通常沿宽度和长 度方向同时存在。 一般而言，单向(UD)织物沿宽度方向搭接，而沿长度 方向这种搭接是没有必要的，并且通常只发生在织物贮存在模具期间在 模具中间具有短织物巻筒和织物挡板的情况下。
然后，以本领域技术人员己知的方式进行树脂导注。特别地，用脱膜布、剥离膜和任选的导注网覆盖模具上的表面层、结构层、预浸层和 额外层的组件，以增加在层压件的选定部分的浸渍速度。然后，将整个 模具组件置于真空袋内。树脂进料导注系统与袋子连接，袋子具有与树 脂化合物源连接的上游端口和与真空源连接的下游端口。在上游端口封 闭下将真空施用到真空袋，从而在全真空下压实系统。在需要时，识别 出可能存在的所有泄漏并修复。真空保持在所需水平，以便使系统在树 脂导注温度的条件下，从而除去残留的混入空气并软化表面处理树脂膜。 然后，打开上游端口，从而在系统中产生压力差。压力差用于将液态树 脂化合物从树脂化合物源进给到系统中，以涂布纤维增强物。按此方式， 树脂化合物完全导注入干纤维增强层中。足够的结构导注树脂被进给到 系统中，以完全浸渍纤维。最后，终止树脂化合物进入系统中，并将完 全真空施用到系统。
然后，注入的结构树脂粘度增大，并在受树脂反应性和施加到层压 件上的热量控制的一段时间之后开始固化。可选择地，如果树脂具有长 胶凝时间以防止树脂从层压件排出，那么真空可以降低。在树脂注入期 间或之后可以施加额外的热量，以加快结构树脂的固化过程并活化表面 和预浸树脂的固化。
预浸和注入的结构树脂材料至少部分地同时固化。通过共固化预浸 树脂材料和导注树脂材料将从预浸料形成的结构部分结合到从干纤维增 强材料形成的结构部分上。预浸和注入的结构树脂材料具有各自的固化 温度范围，固化温度范围重叠，并且在各自固化温度范围内的温度下进 行固化步骤。注入的树脂材料的固化温度范围比预浸树脂材料的固化温 度范围低。例如，可以在注入的树脂材料的固化温度范围内的环境温度
(例如20。C)或高温(例如达到40。C)下进行固化步骤。注入的树脂材料的
固化是放热的并产生热量将预浸树脂材料的温度升到预浸树脂材料的固 化温度范围内。任选地，模具还被额外地加热，以将预浸树脂材料的温 度升到预浸树脂材料的固化温度范围内。这可以进一步加快预浸树脂的 固化。
当未固化树脂的表面处理层最初设置在模具表面上时，在固化步骤 中，未固化的表面处理层至少部分地与预浸和注入的树脂材料同时固化。此外，从固化注入的树脂放出的热量可以开始或加快表面树脂的固化，并且任选地，模具可以被加热，以进一步加快固化。
在完成结构导注树脂、预浸树脂和存在时的表面树脂的固化之后，除去真空，打开真空袋，除去脱膜布、剥离膜和导注网，并从模具取出层压件。当存在表面树脂时，基本上准备用于涂漆的层压件的表面包括固化的表面树脂和网格布层。可选择地，可以存在凝胶涂层，这在本领域中是已知的。
选择表面处理树脂14，使得其是透气性的，以提供在抽空过程中除
去空气的额外路径。表面处理层12的厚度优选选择为100~400微米，更优选100 300微米。在该厚度范围内，已经发现，表面处理树脂14可被制成是部分透气性的。如果表面处理树脂层14太薄，则在纤维增强物和其后涂布的油漆之间不能得到足够厚度的阻挡层，油漆产生底层纤维的图案，被称作印刷图案，有可能出现在树脂表面上。如果该层太薄，会导致干纤维接近表面，可能会在涂漆之前用砂纸打磨表面时造成问题。产生的干玻璃纤维颗粒可能被捕集在研磨工具(例如，磨盘)中，并且非常有研磨性，从而导致划痕痕迹，这又需要在涂漆之前的重复研磨工具变化以及额外的填充和整流修复步骤。
模具表面IO和表面处理层12之间的空气可以通过表面处理层12并进入更高透气性的干纤维层102和103，然后离开抽入真空源。透气性网格布16设置在表面层12中而基本上在模具表面10定位并不是必要的。然而，使用网格布16的优点在于，表面树脂14的粘性更加一致，并且只取决于表面树脂14的树脂配方，而表面树脂被配制成给予所需的和一致的粘性水平。表面处理层12内的精细聚酯网格布16有两个目的。首先，它有助于防止结构纤维增强的纤维进入表面树脂层14。此外，精细编织层有助于防止表面处理层12中的树脂14在模具表面IO上形成网状，从而给予得到的层压件的表面更好的涂饰质量。聚酯网格布16本身容易用砂纸打磨，并且不会造成破坏表面的磨粒。
干增强层提供一个或多个高透气性通风路径，从而在真空应用到层压件时除去空气。由于材料搭接，表面层现在是高透气性的干纤维层，从而允许到真空源的更直接和有效的气路。搭接区允许干增强层更有效的连接，从而提供高透气性的通风结构。连续的表面树脂防止在材料搭 接点发生的缺陷。该区域是本发明的重要特征，对于600 gsm以上的较
重织物是必要的。如果没有搭接区，搭接的织物的透气性将降低，导致 较大部件中的缺陷。
除了提供厚度缓冲以避免纤维印刷之外，表面树脂层14还提供保护 阻挡层以减少水分进入层压件。接近表面的纤维丝，特别是玻璃纤维丝， 通过芯吸机理可以加快水分进入。
例如，可以通过将橡胶加到树脂中，使表面树脂14增韧和模量减小。 这是一种特别的优点，因为这有助于防止在随后涂布的油漆和层压件之 间的任何热膨胀失配造成的裂纹。经调节的表面树脂可帮助改善在碰撞 情况下发生的油漆破碎。
干增强层102， 103， 202， 203， 302， 303的搭接结构提供一个或多 个高透气性通风路径，从而在真空应用到层压件时除去空气。由于材料 搭接，表面处理层206的边缘部207与高透气性的干纤维层102直接连 接，从而允许在随后的处理中到真空源的更直接和有效的气路，下面将 讨论。
搭接区允许干增强层102, 103， 202， 203， 302， 303之间更有效的 连接，从而提供高透气性的通风结构。包括表面处理树脂层段105， 205， 305的连续表面处理段层106， 206， 306防止在材料搭接点发生的缺陷。
由于通风结构的原因，通过向材料施加真空除去混入的空气，并且 固化的表面层基本上没有空隙。已经发现，这种得到的表面结构可降低 涂层侵蚀速率。
结构导注树脂和表面树脂具有不同的粘度。在导注温度下，结构导 注树脂的粘度通常选择为低于表面树脂的粘度，使得结构导注树脂可以 很容易地注入，而没有使用破坏表面树脂层的真空。表面树脂的粘度比 结构导注树脂的粘度高，以确保表面树脂更接近模具表面，从而在最终 部件中维持表面层的厚度。
通过调节固化周期，可以使具有不同粘度分布的材料起作用，只要 表面处理树脂层和结构导注树脂之间存在粘度差。要求表面处理膜具有相对较高的最小粘度，以防止在树脂导注步骤 终止之前干纤维增强物过早浸湿。粘度也必须足够高，以停止干纤维增 强物移动到表面。粘度也必须足够高，以确保表面处理层在复合材料模 制品生产过程中保持作为粘附的树脂层。然而，粘度不能太高，否则表 面处理树脂对模具表面的润湿性可能不足。表面处理树脂也应该具有足 够的流动度，使得在固化之前对表面处理层进行真空处理时，固态树脂 层能够填充单独的表面处理片段之间的任何搭接处的任何微小不连续或 空隙。表面处理树脂也应该具有良好的抗冷流性，使得片状固态树脂层 能够在巻筒上保存，并具有良好的保质期和产品稳定性。表面处理树脂
也应该具有良好的耐磨性(通常在Taber磨耗试验中测量)，允许一些表面 磨损程度，例如在涂漆之前用砂纸打磨底漆表面树脂层，同时保持表面 韧性和完整性。
通常，表面处理树脂在20°C下测量的粘度为0.1xl05~5xl05 Pa-s。
相反，结构导注树脂具有较低的粘度，使得其容易在真空下注入干 纤维增强层。
通常，结构导注树脂在20°C下测量的粘度为0.1~2 Pa.s，优选0.1~0.6
Pa-s。
在本说明书中，使用具有40 mm直径的铝2。圆锥和珀耳帖(Peltier) 冷却系统的TA Instruments AR2000流变仪测量结构导注树脂的树脂粘 度。在以下条件下进行实验以间隙57pm从O.Ols"到500s'1，在20°C 下的前进剪切速率扫描实验。取l~100s"之间的线性牛顿区域中的平均 值作为材料的粘度。
在本说明书中，使用具有20mm直径的钢板和珀耳粘冷却系统的TA Instruments AR2000流变仪测量表面处理树脂的树脂粘度。在以下条件下 进行实验以2。C/min从40。C降到0。C的振荡实验，在1 Hz频率下控 制位移lxl0-4弧度，间隙1000pm。
此外，结构导注树脂的粘度使得其容易在真空条件下注入，相反， 不会造成表面处理树脂的任何明显扩散或流动。表面处理树脂应具有高 于结构导注树脂的粘度，使得表面处理树脂不能浸湿表面处理树脂前面的结构增强物(即，表面处理树脂必须足够厚，以实现这种技术效果)，但 其粘度应足够低，使得表面处理树脂可以在模具表面上表现出微小程度 的扩散和流动，从而可以帮助在真空处理中去除空气(即，表面处理树脂 必须足够薄，以实现这种技术效果)。
优选地，表面处理树脂和结构导注树脂在20°C环境温度下测量的粘
度比为至少100/1，更优选至少1000/1，再更优选至少10,000/1。
结构导注树脂在导注温度下具有缓慢的反应性，以允许干纤维增强 层的完全浸渍。预浸树脂和存在时的表面树脂在导注树脂开始固化后开 始固化。通过加热预浸和表面树脂以激活固化机理的从固化导注树脂产 生的放热和/或通过加热其上放置表面树脂的工具实现这一点。预浸、表 面和结构导注树脂继续至少部分地一起共固化，在不同的树脂材料之间 促进高水平的粘合。
表面树脂优选选自热固性树脂，如环氧树脂、氰酸酯树脂和酚醛树
脂。适合的环氧树脂包括双酚A的二縮水甘油醚、双酚F的二縮水甘油 醚、线型酚醛环氧树脂和N-縮水甘油醚、縮水甘油酯、脂肪族和脂环族 縮水甘油醚、氨基酚的縮水甘油醚、任何取代酚的縮水甘油醚和其共混 物。还包括上述热固性聚合物的改性共混物。这些聚合物通常使用橡胶 或加入热塑性塑料而被改性。可以使用任何适合的催化剂。相应于使用 的树脂来选择催化剂。环氧树脂使用的一种适合的催化剂是双氰胺固化 剂。催化剂可以被促进。如果使用双氰胺催化剂，取代的脲可以用作促 进剂。适合的促进剂包括敌草隆(Diuron)、灭草隆(Momircm)、非草隆 (Fenuron)、绿麦隆(Chlo加hii:on)、甲苯二异氰酸酯的二脲和其他取代的同 系物。环氧树脂固化剂可以选自氨苯砜(DDS)、 二氨基-二苯基甲烷 (DDM)、 BFs-胺络合物、取代的咪唑、促进的酸酐、间苯二胺、二氨基 二苯醚、芳香族聚醚胺、脂肪胺加成物、脂肪胺盐、芳香胺加合物和芳 香胺盐。
表面材料可以含有增韧剂。适合的增韧剂可以选自液体橡胶(如丙烯 酸酯橡胶或羧基末端的丁腈橡胶)、固体橡胶(如固体腈橡胶或核-壳橡 胶)、热塑性塑料(如聚(醚砜)、聚(酰亚胺))、嵌段共聚物(如苯乙烯-丁二 烯-甲基丙烯酸酯三嵌段)或其混合物。结构导注树脂优选选自热固性树脂，如环氧树脂、氰酸酯树脂和酚 醛树脂。适合的环氧树脂包括双酚A的二縮水甘油醚、双酚F的二縮水 甘袖醚、任何取代酚的縮水甘油醚、较高分子量的这些分子中的任一种、 线型酚醛环氧树脂和縮水甘油酯、脂肪族和脂环族縮水甘油醚、氨基酚 的縮水甘油醚、縮水甘油基胺和其共混物。
还可以使用反应性或非反应性稀释剂。反应性稀释剂可以包括单官
能或多官能反应性稀释剂，如<:12《14縮水甘油醚或丁二醇二縮水甘油醚。
非反应性稀释剂可以包括壬基酚、糠醇、邻苯二甲酸二丁酯、聚甲基縮 醛。
还包括上述热固性聚合物的改性共混物，改性剂例如是液体橡胶(如 丙烯酸酯橡胶或羧基末端的丁腈橡胶)、固体橡胶(如固体腈橡胶或核-壳 橡胶)、热塑性塑料(如聚(醚砜)、聚(酰亚胺))、嵌段共聚物(如苯乙烯-丁 二烯-甲基丙烯酸酯三嵌段)或其混合物。
选择固化剂或催化剂以相应于使用的树脂。适合的固化剂是脂肪胺、 脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酰氨基胺、多硫化物、酸酐和其任何适合的 加成物。适合的催化剂可以包括水杨酸、脂肪族叔胺和氨基乙基哌嗪。
环氧树脂使用的一种适合的潜在催化剂是双氰胺固化剂。催化剂可 以被促进。如果使用双氰胺催化剂，取代的脲可以用作促进剂。适合的 促进剂包括敌草隆、灭草隆、非草隆、绿麦隆、甲苯二异氰酸酯的二脲
和其他取代的同系物。环氧树脂固化剂可以选自氨苯砜(DDS)、 二氨基-二苯基甲垸(DDM)、 BF3-胺络合物、取代的咪唑、促进的酸酐、间苯二 胺、二氨基二苯醚、芳香族聚醚胺、脂肪胺加成物、脂肪胺盐、芳香胺 加合物和芳香胺盐。胺和酸酐固化剂是优选的，因为给予低粘度和室温 固化。
通常，预浸树脂、导注树脂和表面树脂材料具有不同的粘度。在室 温(20。C)下预浸树脂的粘度通常选择为比表面树脂的高。表面树脂通常在 加热时具有比预浸树脂更高的粘度，以在处理中保持表面树脂接近模具
表面o
预浸树脂材料和表面树脂材料在20°C环境温度下测量的粘度比通常为2 14A，更优选4~12/1。如果在固化之前或期间加热组件，那么表 面树脂材料优选具有比预浸树脂材料更高的粘度。在加热期间表面树脂 材料和预浸树脂材料的粘度比可以为5~25/1，更优选10-15/1。
预浸树脂优选选自热固性树脂，如环氧树脂、氰酸酯树脂和酚酵树 脂。适合的环氧树脂包括双酚A的二縮水甘油醚、双酚F的二縮水甘油 醚、线型酚醛环氧树脂和N-縮水甘油醚、縮水甘油酯、脂肪族和脂环族 縮水甘油醚、氨基酚的縮水甘油醚、任何取代酚的縮水甘油醚和其共混 物。还包括上述热固性聚合物的改性共混物。这些聚合物通常使用橡胶 或加入热塑性塑料而被改性。可以使用任何适合的催化剂。相应于使用 的树脂来选择催化剂。环氧树脂使用的一种适合的催化剂是双氰胺固化 剂。催化剂可以被促进。如果使用双氰胺催化剂，取代的脲可以用作促 进剂。适合的促进剂包括敌草隆、灭草隆、非草隆、绿麦隆、甲苯二异 氰酸酯的二脲和其他取代的同系物。环氧树脂固化剂可以选自氨苯砜 (DDS)、 二氨基-二苯基甲垸(DDM)、 BFs-胺络合物、取代的咪唑、促进 的酸酐、间苯二胺、二氨基二苯醚、芳香族聚醚胺、脂肪胺加成物、脂 肪胺盐、芳香胺加合物和芳香胺盐。
预浸层的纤维可以由纤维材料构成，如玻璃纤维、芳纶、碳纤维或 天然纤维(如黄麻或大麻)。
预浸树脂材料可以是热固性环氧树脂。预浸树脂材料通常在20°C下 测量的粘度为0.75xl05~5xl06Pa.s。
预浸树脂通常在室温下具有足够高的粘度，以防止其在树脂导注过 程的时段中(通常1~3小时)明显浸渍结构干纤维增强材料102， 103，在 此过程中预浸树脂处于真空下。优选地，使用在20°C下粘度约lxl05Pa-s 的可从Gurit得到的诸如WE90-1或WE92等预浸体系。
预浸树脂优选配制成是含有潜在固化剂的热固性环氧树脂，可通过 加热活化。可以使用其他热固性树脂；如衍生于氰酸酯和酚醛体系的那 些。适合的环氧树脂包括双酚A的二縮水甘油醚、双酚F的二縮水甘油 醚、线型酚醛环氧树脂和N-缩水甘油醚、縮水甘油酯、脂肪族和脂环族 縮水甘油醚、氨基酚的縮水甘油醚、任何取代酚的縮水甘油醚和其共混物。还包括上述热固性聚合物的改性共混物。这些聚合物通常使用橡胶 或加入热塑性塑料而被改性。可以使用任何适合的催化剂。相应于使用 的树脂来选择催化剂。环氧树脂使用的一种适合的催化剂是双氰胺固化 剂。催化剂可以被促进。如果使用双氰胺催化剂，取代的脲可以用作促 进剂。适合的促进剂包括敌草隆、灭草隆、非草隆、绿麦隆、甲苯二异 氰酸酯的二脲和其他取代的同系物。环氧树脂固化剂可以选自氨苯砜
(DDS)、 二氨基-二苯基甲垸(DDM)、 BF3-胺络合物、芳香族聚醚胺、脂 肪胺加成物、脂肪胺盐、芳香胺加合物和芳香胺盐。
本发明的优选实施方案提供(a)和(b)的组合用于形成具有可被涂漆 的高质量光滑无缺陷表面的复合材料层压件的用途，其中(a)是通常50°C 以上，更通常50°C~%°C的低温活化的相对较高粘度的热固性固化树脂， 用于形成复合材料层压件的表面，(b)是相对较低粘度的适于树脂导注处 理的热固性固化树脂，用于在邻近表面处理树脂的位置注入纤维增强物 后形成复合材料层压件的纤维增强的结构。
表面树脂膜如有必要容易用砂纸打磨，以制备随后涂漆的层压件表面。
根据本发明的优选实施方案，配制表面树脂以提供所需的正确特性。 特别地，表面树脂的粘度使得其可以在大约环境温度下涂布到模具上并 对模具和绷套表现出所需水平的粘性。热量可被供给树脂，以开始或加
速树脂导注阶段期间或完成之后的固化。
在较高生产率的真空导注生产中，工具在树脂注入期间或之后被加 热，以加快固化速率。这提供了混合和共固化这些不同材料的机会。通 常是50 卯。C的温度，使得能够使用较低成本的工具。目标形式是一种 低温(50。C)活化的催化固化。
表面处理层优选含有表面处理树脂和聚酯面纱。在材料制造过程中， 聚酯面纱首先应用到表面树脂的顶部。然后，施加一定压力，以将聚酯
面纱推入表面树脂的顶部。优选地，聚酯面纱位于表面处理树脂层上部
内的位置，即聚酯面纱的两侧被表面处理树脂层的相应部分覆盖，较大
部分(即大多数)在将要直接邻近模具表面的那一侧。如果第一纤维层也集成到表面处理层中，特别是进入表面处理层将要远离模具表面的表面中， 则纤维层也被压入表面树脂中，以确保表面材料与纤维层保持一体并与 纤维层保持固定。
在本发明中，优选的是表面膜树脂的厚度为100~400微米，更优选 100~300微米。在该厚度范围内，已经发现，树脂可被制成部分透气性 的。模具表面和表面层之间的任何空气可以通过表面层并进入更高透气 性的干纤维层，然后离开抽入真空源。
表面处理层被构造和配制成使得相对表面表现出差异粘性。在一个 表面上具有相对较高的粘性，即用于接触并粘附到模具表面的表面，在 相对表面上具有相对较低的粘性，即在使用时用于手动处理并因此更容 易处理的表面。这种粘性差异可以通过在实心树脂片内提供网格布材料 来实现，但相对朝着较低粘性表面偏移。这意味着材料的粘性更加一致， 并且只取决于表面树脂的树脂配方，而表面树脂被允许配制成给予所需 的和一致的粘性水平。此外，高粘性水平可以确保实现模具表面的高度 浸湿，使得表面处理层在表面处理膜的整个表面积上方均匀地粘附到模 具表面上。这又可防止表面处理层在树脂固化之后在模具表面上形成网 状。此外，表面处理材料可忍受处理压力或者产品巻在巻筒上时产生的 压力。结果，本发明方法中使用的表面处理材料在使用之前具有长的室 温保存期。
表面处理树脂层内的精细聚酯网格布有两个目的。它有助于防止增 强的纤维进入表面树脂层。精细编织层也有助于防止表面树脂膜层中的 树脂在工具表面上形成网状，从而给予更好的涂饰质量。聚酯网格布本 身容易用砂纸打磨，并且不会造成破坏表面的磨粒。除了提供厚度缓冲 以避免纤维印刷之外，表面树脂层还提供保护阻挡层以减少水分进入层 压件。接近表面的玻璃纤维丝通过芯吸机理可以加快水分进入。表面树 脂可被增韧和减小模量，这是一种特别的优点，因为这有助于防止在油 漆和层压件之间的热膨胀失配造成的裂纹。经调节的表面树脂可帮助改 善在碰撞情况下发生的油漆破碎。
对于需要漆涂饰的复合材料结构，本发明的优选实施方案可以减少 制备涂漆用真空辅助树脂传递成型(VARTM)纤维增强的复合材料成分所需的时间和成本，此外，可以改善漆成分的最终耐久性。当使用VARTM 法来生产纤维增强的复合材料成分时，为了在容易准备涂漆的复合材料 部件上产生涂饰，本发明的优选实施方案可以使用温度活化的热固性表 面层，从而在制造过程中可以不必施用模具内凝胶涂层并等待其脱粘。 本发明的优选实施方案可以在油漆和复合材料部件之间提供增韧的柔性 界面，以提高最终漆涂饰的耐久性。
. 本发明优选实施方案的制造过程结合了热熔和导注技术，从而产生 准备用于涂漆操作的无缺陷表面层压件，并且由于预浸材料的选择使用 而具有优异的机械性能。具有结构纤维增强层(热熔)的表面树脂层靠着模 具放置，与导注技术相容的复合材料布局置于其上方，以提供通风结构 并在处理中允许混入的空气通过。热熔和导注树脂的流变行为是不同的。
本发明的优选实施方案还可以提供足够的粘性水平，以在脱模的工 具表面上保持第一干增强层。这特别适用于诸如风力涡轮机、桥梁和船 体等大部件。
本发明优选实施方案的方法特别适于使用导注技术制造风力涡轮机 翼型部和具有更简单曲率的任何其他大部件，如船舶、圆顶、建筑模制 品和桥梁。
本发明的优选实施方案可以提供准备用于涂漆的具有无缺陷表面的 复合材料结构的制造。通过避免了对凝胶涂层的需要，相应地，不需要 任何凝胶涂层处理，从而改善了制造过程的健康和安全方面。在使用凝 胶涂层的已知方法中，凝胶涂层提供的优点是，它提供粘性以将纤维增 强的第一层保持在模具表面上的正确位置。本发明的优选实施方案可在 没有凝胶涂层的情况下提供粘性，因为表面处理层对增强的第一层提供 了所需粘性，从而它可以在模具中正确地定位。
本发明的优选实施方案可以降低总生产时间和制造周期所需的手动 劳动量。
此外，本发明优选实施方案的制造方法中，与一些已知的方法相比， 不需要额外的薄绢和高成本的精细织物来获得良好的表面涂饰。这样可 以使更低成本的较重增强物用作模具中的第一层。产生的无缺陷表面是主要结果，可以降低生产涂漆的复合材料表面所需的总时间和劳动。
表面树脂层还提供减少水分进入复合材料层压结构的保护阻挡层。 表面树脂还可用作缓冲，并且其增大的韧性有助于降低在复合材料产品 操作时的碰撞情况下可能发生的意外油漆破碎。
在已知的树脂导注过程中，进行树脂导注的单向(UD)纤维增强材料 可以被缝合或粘合成织物形式，以得到可处理纤维并放到模具中。然而， 这种权宜方法增加了制造成本，降低了产生的复合材料层压件的性能。 然而，在本发明的实施方案中，使用单向(UD)预浸料是有成本效益的， 因为预浸料中的树脂保持纤维对齐，并且可以更坚韧和更抗疲劳，因此 该方法可以使用最低成本的纤维前体，但在产生的复合材料层压件中仍 给予高水平性能。例如，为了制造涡轮叶片壳，根据本发明的一个实施
方案，预加固的预浸UD叠置件与干离轴织物增强物交错。然后，用液
态树脂导注干增强物。加热模具和液态树脂的放热反应的组合足以提高
层压件的热量，从而活化预浸UD材料中的树脂的固化。然后，UD材料 的厚度和反应性足以通过放热固化产生进一步的热量以迅速固化，而无 需高热量输入。这提供了可以使用更低成本、耐更低温的模具和工具来 固化复合材料层压部件的技术优势。
参照以下非限制性实施例进一步说明本发明。 实施例1
代表风力涡轮叶片的端部的层压件首先组装到模具上。 该层压件包括-
2层XE600干+/-45缝合的双轴织物 2层Gurit WE90-UEGL120(^32。/。预浸料 1层XE600干+/-45缝合的双轴织物 2层Gurit WE90-lVEGL120(A32。/。预浸料 2层XE600干+/-45缝合的双轴织物
单向预浸材料被设置成宽度为400 mm，比双轴织物窄，从而模拟结构外壳的典型结构。然后将脱膜布和导注网应用到叠层件以及设置的树 脂进给管和真空管线上，使导注树脂沿单向纤维的横向流动，从而确保 流入交错的双轴材料中。
在20°C下将Gurit Prime 20LV+慢硬化剂导注树脂注入层压件中。一 旦完成干纤维的浸渍，将工具温度提高至90。C并保持6小时。导注树脂 成功地浸渍双轴织物层的所有干纤维，并且导注树脂和预浸树脂一起共 固化。在材料之间发现了优异的粘合。
本发明不限于上面说明的实施方案。对于本领域技术人员显而易见 的是，在未脱离所附权利要求书限定的本发明范围内，可以对本发明作 出各种修改。
权利要求
1.一种制造纤维增强的复合材料模制品的方法，所述方法包括以下步骤在模具内配置至少一层纤维增强材料；配置与所述纤维增强材料相邻的至少一层预浸层，所述预浸层包括至少部分地用未固化的第一树脂材料浸渍的纤维增强物，从而在所述模具内形成所述至少一层纤维增强材料和所述至少一层预浸层的层状组件；向所述组件施用真空；在真空下将可流动的未固化第二树脂材料注入所述至少一层纤维增强材料中；和至少部分地同时固化所述第一和第二树脂材料，从而形成所述纤维增强的复合材料模制品，其包括从所述纤维增强物和固化的第一树脂材料形成的至少一个第一结构部分和与所述至少一个第一结构部分结合的从所述至少一层纤维增强材料和固化的第二树脂材料形成的至少一个第二结构部分。
2. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一和第二树脂材料具 有各自的固化温度范围，所述固化温度范围重叠，并且在各自固化温度 范围内的温度下进行固化步骤(e)。
3. 如权利要求1~3中任一项所述的方法，其中所述第二注入的树脂材料的固化温度范围比所述第一预浸树脂材料的固化温度范围低。
4. 如权利要求4所述的方法，其中在所述第二注入的树脂材料的固 化温度范围内的温度下进行所述固化步骤，并且所述第二树脂材料的固 化是放热的且产生热量将所述第一树脂材料的温度升到所述第一树脂材 料的固化温度范围内。
5. 如权利要求4或5所述的方法，其中在所述第二树脂材料的固化温度范围内的温度下进行所述固化步骤，并且所述模具被加热，以将所 述第一预浸树脂材料的温度升到所述第一预浸树脂材料的固化温度范围 内。
6. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一层纤维增强材料包括干纤维增强材料。
7. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一层预浸层 的至少一个层状纤维体包括单向纤维。
8. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述预浸层中，所 述纤维增强物用未固化的第一树脂材料完全浸渍。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述预浸层包括用未固化的第一 树脂材料完全浸渍的多层纤维增强物的预加固板。
10. 如权利要求1~8中任一项所述的方法，其中所述至少一层预浸 层被部分浸渍，并包括在所述未固化的第一树脂材料层两侧上的一对纤 维增强层的夹心结构。
11. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述层状组件包括 与多个预浸层交错的多个纤维增强材料层。
12. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述模具具有长度 和宽度，并且所述纤维增强材料层和预浸层基本上沿所述模具的长度连 续延伸。
13. 如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在步骤(a)之前， 在所述模具表面上配置表面处理层的步骤，所述表面处理层包括第三未 固化的树脂材料且是至少一个实心板的形式，并且在步骤(a)和(b)中，所述至少一层纤维增强材料和所述至少一层预浸层的层状组件在所述模具内配置在所述表面处理层上方，在固化步骤(e)中，所述第三树脂材料至 少部分地与所述第一和第二树脂材料同时固化。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述表面处理层包括组装在一 起形成连续表面处理层的多个表面处理层段。
15. 如权利要求14所述的方法，其中每个表面处理层段具有与相邻 表面处理层段部分搭接的至少一个边缘。
16. 如权利要求13 15中任一项所述的方法，其中所述表面处理层 的第三树脂材料的厚度为100 300微米。
17. 如权利要求13 16中任一项所述的方法，其中所述表面处理层 的第三树脂材料的涂布的重量厚度为100~400克/平方米(gsm)。
18. 如权利要求13~17中任一项所述的方法，其中所述表面处理层 的第三树脂材料支撑在片材承载体上。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述表面处理层的片材的重量 为10~90 gsm。
20. 如权利要求18或19中任一项所述的方法，其中所述表面处理 层的片材包括聚酯纺粘的网格布材料。
21. 如权利要求18~20中任一项所述的方法，其中所述表面处理层 的片材位于所述表面处理层的第一面或与其接近。
22. 如权利要求21所述的方法，其中所述表面处理层的第一面远离 所述模具表面，使得大部分所述第三树脂材料在所述片材和所述模具表面之间。
23. 如权利要求13~22中任一项所述的方法，其中所述第二树脂材 料和所述第三树脂材料具有不同的粘度。
24. 如权利要求23所述的方法，其中所述第三树脂材料在室温(20。C) 下的粘度比所述第二树脂材料的粘度高。
25. 如权利要求24所述的方法，其中所述第三树脂材料和所述第二 树脂材料在20°C环境温度下测量的粘度比为至少100/1。
26. 如权利要求25所述的方法，其中所述第三树脂材料和所述第二 树脂材料在20°C环境温度下测量的粘度比为至少1000/1。
27. 如权利要求26所述的方法，其中所述第三树脂材料和所述第二 树脂材料在20°C环境温度下测量的粘度比为至少10,000/1。
28. 如权利要求23 27中任一项所述的方法，其中在固化步骤(e)中， 所述第二树脂材料在所述第三树脂材料之前开始固化。
29. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在高于室温的高温 下进行固化步骤(e)。
30. 如权利要求29所述的方法，其中在40 90。C的温度下进行固化 步骤(e)。
31. 如权利要求23-30中任一项所述的方法，其中在固化步骤(e)中， 所述第二树脂材料的固化反应是放热的，并产生加快所述第三树脂材料 固化的热量。
32. 如权利要求23~31中任一项所述的方法，其中所述第三树脂材 料是热固性环氧树脂。
33. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一树脂材料 和所述第二树脂材料是热固性环氧树脂。
34. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维增强的复 合材料模制品是风力涡轮叶片。
35. —种纤维增强的复合材料模制品，包括从至少一个第一层和至 少一个第二层层压而形成的结构层压部分，所述第一层从预浸料形成并 包括纤维增强物和固化的第一树脂材料，所述第二层包括纤维增强材料 和固化的第二树脂材料，其中所述第一和第二树脂材料通过至少部分地 同时固化而相互结合。
36. 如权利要求35所述的纤维增强的复合材料模制品，其中所述纤 维增强物包括单向纤维。
37. 如权利要求35或36所述的纤维增强的复合材料模制品，其中 所述结构层压部分包括与多个第二层交错的多个第一层。
38. 如权利要求35 37中任一项所述的纤维增强的复合材料模制品，其中所述模制品具有长度和宽度，并且所述纤维增强物和所述纤维增强 材料基本上沿所述模制品的长度连续延伸。
39. 如权利要求35 38中任一项所述的纤维增强的复合材料模制品， 还包括层压到所述结构部分上的表面部分，所述表面部分由包括一起成 型而形成连续表面处理层的多个表面处理层段的表面处理层形成，所述 表面处理层包括支撑在片材承载体上的第三固化的树脂材料。
40. 如权利要求39所述的纤维增强的复合材料模制品，其中所述表 面处理层的片材比所述表面部分的对置露出表面更接近于所述表面部分 和所述结构部分之间的界面。
41.如权利要求35 40中任一项所述的纤维增强的复合材料模制品， 其是风力涡轮叶片。
全文摘要
本发明提供一种制造纤维增强的复合材料模制品的方法，该方法包括以下步骤(a)在模具内配置至少一层纤维增强材料；(b)配置与纤维增强材料相邻的至少一层预浸层，该预浸层包括至少部分地用未固化的第一树脂材料浸渍的纤维增强物，从而在模具内形成至少一层纤维增强材料和至少一层预浸层的层状组件；(c)向该组件施用真空；(d)在真空下将可流动的未固化第二树脂材料注入至少一层纤维增强材料中；和(e)至少部分地同时固化第一和第二树脂材料，从而形成纤维增强的复合材料模制品，其包括从纤维增强物和固化的第一树脂材料形成的至少一个第一结构部分和与至少一个第一结构部分结合的从至少一层纤维增强材料和固化的第二树脂材料形成的至少一个第二结构部分。
文档编号B29C70/36GK101678616SQ200880013963
公开日2010年3月24日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年3月29日
发明者丹尼尔·托马斯·琼斯 申请人:古瑞特(英国)有限公司