專利名稱：具有非兼容特性的復(fù)合材料之間的連接以及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維增強復(fù)合材料。具體地，本發(fā)明涉及包含不同類型增強纖維的復(fù)合部件之間的永久連接。
背景技術(shù)：
當(dāng)設(shè)計復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)時，在強度、重量、E模數(shù)和成本等方面最適宜的材料對于結(jié)構(gòu)的所有部分來說不總是相同的。例如，在用于風(fēng)輪機葉片的梁中，用于基本部分的優(yōu)選材料可為玻璃纖維增強復(fù)合材料(由于其具有低成本以及有限的機械要求)，而用于承重外部部分(如凸緣)的優(yōu)選材料可為碳纖維增強復(fù)合材料(由于其具有較高剛度以及低重量)。然而，例如剛度和熱膨脹等物理特性是極為不同的，因此本領(lǐng)域中通常認為這樣的部分不能被有效地連接。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是在例如用具有不同增強纖維增強的兩個復(fù)合部件之間提供有效的永久連接。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于制備所述連接的方法。
如附圖、優(yōu)選實施例和權(quán)利要求中所描述和解釋的那樣實現(xiàn)本發(fā)明的上述和更多目的。
本發(fā)明所涉及的連接可提供具有基本相同特性的第一復(fù)合部件與第二復(fù)合部件之間穩(wěn)定的相對固定。然而，應(yīng)該理解的是，所述連接也可處于具有很不相同特性的復(fù)合部件之間。例如，由通常具有甚至大約低于零的熱膨脹系數(shù)(在下文中稱之為CTE)的碳纖維增強的復(fù)合材料可與由足夠高CTE的玻璃纖維增強的復(fù)合材料連接在一起。
本發(fā)明涉及包含第一類型纖維和第一樹脂的第一復(fù)合部件與包含第二類型纖維和第二樹脂的第二復(fù)合部件之間的連接。所述連接包含具有成層結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)?！斑^渡區(qū)”一詞在這里指的是不具有與任意一個連接的復(fù)合部件的大部分相同成分和相同結(jié)構(gòu)的連接的體積。所述過渡區(qū)包括兩個復(fù)合部件之間的體積并且在一些情況中還可包含一個或多個復(fù)合部件的一部分。
“第一復(fù)合部件”一詞是指具有基本對應(yīng)于同等分離制備的第一復(fù)合部件的結(jié)構(gòu)的最終連接結(jié)構(gòu)的部分，第二復(fù)合部件也是如此。因此可在形成連接之前部分地或完全地制備任何一個復(fù)合部件或者可作為制備所述連接的程序的組成部分制備復(fù)合部件。
復(fù)合部件之間的體積可任選地完全或部分地由過渡部件占據(jù)。可在建立所述連接之前制備該過渡部件，可作為建立連接或這些連接的任意組合的一部分將其直接制備在過渡區(qū)中。
在建立所述連接時，每個復(fù)合部件可被獨立地未固結(jié)、預(yù)固結(jié)、部分或完全固結(jié)。同樣地，在建立所述連接之前部分地或完全制備的過渡部件可在建立所述連接時被未固結(jié)、預(yù)固結(jié)、部分或完全固結(jié)。然而，在建立所述連接時所述過渡部件最好未完全固結(jié)。
可僅在一個操作中建立連接結(jié)構(gòu)(即，接合)?！耙粋€操作”一詞指的是在連接于其他部分時制備出復(fù)合部件和過渡區(qū)兩者，通常不需要伴隨復(fù)合機構(gòu)的預(yù)固結(jié)或共同固結(jié)。當(dāng)不使用過渡部件時這種類型的操作是尤為有用的。
建立連接的另一種方式是連接兩個部件。其示例可為將復(fù)合部件布置得相互靠近或相互接觸，并且(任選地)通過“就地”制備的過渡部件建立過渡區(qū)；將被制備得例如通過具有包含的部分過渡區(qū)而用于連接的一個復(fù)合部件與(任選地)也被制備得用于連接的另一個復(fù)合部件相連接；將被制備得例如具有部分或完全組合的過渡部件的一個復(fù)合部件與(任選地)也被制備得用于連接的另一個復(fù)合部件相連接；將復(fù)合部件與過渡部件相連接并且將另一個復(fù)合部件直接制備在過渡部件上等等。
或者，可通過組合三個或多個獨立部件(例如，兩個復(fù)合部件與一個過渡部件、三個復(fù)合部件而沒有過渡部件、三個復(fù)合部件和一個過渡部件等)而建立連接。
本發(fā)明所涉及的連接可用于沿相對于主纖維方向的任何方向(例如，邊與邊平行，在一定角度下(垂直或任何其他角度)、或者端部與端部平行)連接復(fù)合部件。然而，如果纖維或包含纖維的層被交錯于復(fù)合部件中的話，最好，交錯的纖維在相對于復(fù)合部件之間的界面成一定角度下被定向或者在相對于復(fù)合部件與過渡部件之間的界面成一定角度下被定向。這相對于平行定向?qū)A向于增加接觸的機械強度。
術(shù)語“復(fù)合部件”一詞在這里指的是各種類型的復(fù)合材料，包括固結(jié)或未固結(jié)的纖維，不管其結(jié)構(gòu)是否為層狀的。預(yù)成型件和預(yù)固結(jié)的預(yù)成型件-固結(jié)或未固結(jié)-是復(fù)合部件的重要子群。在一個優(yōu)選實施例中，第一復(fù)合部件包含第一類型纖維和第一類型樹脂，第二復(fù)合部件包含第二類型纖維和第二類型樹脂。
過渡區(qū)以及過渡部件包含樹脂和纖維。纖維可以任何適合的形式被提供，包括以下形式預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布、粗糙編織品、預(yù)成型件、預(yù)固結(jié)的預(yù)成型件、單根纖維或纖維組、束、束浸料坯、等。在過渡區(qū)或過渡部件的貯存(即，從制備直到樹脂的凝固和/或固結(jié)前那一點)期間，樹脂無需包含在包括纖維(例如，預(yù)浸料坯或半浸料坯)的層中或者包括纖維的層之間。然而，樹脂應(yīng)在固結(jié)之后形成連續(xù)基質(zhì)。樹脂無需包含在包括纖維的兩個相鄰層中或者之間。在一個優(yōu)選實施例中，在這種情況中粘合劑可被提供在至少一些所述層對之間以便于至少臨時以及至少部分地固定包含纖維的相鄰層。
“預(yù)浸料坯”一詞在這里指的是基本或完全浸漬的纖維、纖維束、機織織品或無紡布等的集合。“半浸料坯”一詞在這里指的是部分浸漬的纖維或纖維束的集合。部分浸漬用于增強凝固和/或固結(jié)期間通過干燥纖維或沿干燥纖維的氣體的去除。半浸料坯的一個示例是在上部部分中和/或在下部部分中部分浸漬的纖維層(例如，玻璃纖維或文中提及的任何其他類型纖維)。機織織品或無紡布是基本干燥的(即，未由樹脂浸漬的)單根纖維或纖維束的集合。纖維束是大量單根纖維的束，例如1000、10000或100000纖維的纖維束。束浸料坯是至少局部浸漬的纖維束。
通過本發(fā)明所涉及的連接和方法連接三個或多個復(fù)合部件也在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，這是由于可將其看作是本發(fā)明所涉及的多個連接的協(xié)作。
如下所述的，可將過渡區(qū)或過渡部件制備為預(yù)成型件。預(yù)成型件是包含纖維和-除非另外指明-未固結(jié)樹脂的復(fù)合材料。所述纖維最好被提供在定向纖維層(例如音根纖維或纖維組、纖維束、纖維束-浸料、預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布或粗糙編織品等)中。在一些情況中，音根纖維、纖維束、纖維束-浸料具有優(yōu)越于預(yù)浸料坯的優(yōu)點，這是由于音根纖維不易于受限制因此在隨后的處理期間可更容易地重新排列。此外，音根纖維、纖維束、纖維束-浸料優(yōu)越于預(yù)浸料坯之處在于，它們可以更大的混合和定向的自由度提供在預(yù)成型件中，價格降低了并且廢料量也可降低。預(yù)成型件最好包括至少三層定向纖維。在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)可使用具有較高數(shù)量的層、例如4、5、8、10、15、20、50、100或更多層的預(yù)成型件。
“纖維”一詞在這里指的是具有大于10縱橫比(長度/等效直徑)的微粒?！暗刃е睆健币辉~在這里指的是具有與微粒的橫截面面積相同面積的圓的直徑。然而，在一個優(yōu)選實施例中，纖維為連續(xù)纖維，即，基本從預(yù)成型件或部件的一個邊緣發(fā)展到另一個邊緣的纖維。纖維增強復(fù)合材料的特性很大程度上取決于纖維的特性。然而，不同類型纖維的特性也顯著不同。例如，碳纖維的熱膨脹系數(shù)非常低，并且在一些情況下甚至是負的。第一類型纖維和第二類型纖維可為在復(fù)合部件的特性上具有影響的任何類型的纖維；然而，所述纖維最好是從由碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、合成纖維(例如，丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或者PBO纖維等)、生物纖維(例如，大麻纖維、黃麻纖維、纖維素纖維等)、礦物纖維(例如，RockwoolTM等)、金屬纖維(例如，鋼、鋁、黃銅、銅等)或硼纖維或其任意組合構(gòu)成的組中選擇出來的。
在一個優(yōu)選實施例中，第一類型纖維為碳纖維而第二類型纖維為玻璃纖維，或者第一類型纖維為玻璃纖維而第二類型纖維為碳纖維。尤為引人注意的是，用作為碳纖維的這些纖維類型連接復(fù)合材料是非常剛性和輕量的而用作為玻璃纖維的這些纖維類型連接復(fù)合材料是非常昂貴的。在另一個緊密相關(guān)的實施例中，第一類型纖維為碳纖維而第二類型纖維為玻璃纖維或者反過來第一類型纖維為玻璃纖維而第二類型纖維為碳纖維，并且第一和第二類型樹脂都是環(huán)氧基的。
“碳纖維”一詞在這里指的是主要成分為碳的纖維。因此，通過該定義碳纖維包括具有石墨、無定形碳或碳毫微管的纖維。因此，本定義包括例如通過聚丙烯腈方法和基于間距的方法所生產(chǎn)的碳纖維。
包含在過渡區(qū)和/或過渡部件和/或被連接的復(fù)合部件中的纖維可為不止一種類型纖維的混合物。例如，可使用玻璃纖維和碳纖維的組合，但是文中提及的兩種或多種纖維類型的任何組合都是可行的。所述混合物可為同類的，在獨立纖維層或區(qū)域中具有不同的集中度，或者在任何纖維層中具有不同的纖維集中度。纖維的混合可為有利的，由于這打開了材料特性的修整，例如，從組合的應(yīng)力/成本觀點方面。
用于復(fù)合部件、過渡區(qū)和任選的過渡部件的樹脂可被提供為液體、半固體或固體的樹脂。所述樹脂可為熱塑性樹脂或熱固性樹脂，然而最好使用熱固性樹脂，因為化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及處理的容易性。所述樹脂例如可基于不飽和聚酯基、聚亞安酯基、乙烯聚合酯、環(huán)氧基、熱塑性或相似化學(xué)成分的，包括所述成分的組合。在一個優(yōu)選實施例中，第一類型樹脂和第二類型樹脂具有基本相同的成分。由于其減小了相容性問題因此這是優(yōu)選的。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，樹脂為液體的并且樹脂通過樹脂注入法、樹脂傳遞模塑(RTM)或真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)被引入到包含若干層包含纖維的實體(例如，纖維束或包含文中所述纖維的任何其他適合的集合)。包含纖維的所述實體例如可為過渡區(qū)、過渡部件、復(fù)合部件、或它們中一個或多個的任意組合。除包含纖維的層以外，所述實體可(或可不)還包括樹脂和/或粘合劑。在一個實施例中，所述實體包括兩個相鄰層，所述層包含有在前述液體樹脂引入到該部分中之前在所述層之間沒有粘合劑或樹脂的纖維。在另一個實施例中，在前述液體樹脂引入到該部分中之前粘合劑和/或樹脂被提供在實體中包含纖維的所有層中。
粘合劑的主要功能是在纖維被放置在粘合劑的頂部上時固定纖維。這可通過使用粘性粘合劑，從而纖維粘于粘性粘合劑上而實現(xiàn)。所述粘合劑可為任何粘性材料，或者為具有粘性表面的固體，所述粘合劑例如可包括聚酯、聚亞安酯、乙烯聚合酯、環(huán)氧或類似成分，或者這些成分的組合。使用任一種材料或具有包括具有粘性表面的固體材料的粘性表面的材料的組合也在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。在一個部件或過渡區(qū)中可使用不止一種類型的粘合劑。例如，使用樹脂作為提供有所述樹脂的纖維束層之間的粘合劑或在第一層纖維束下面使用第二種類型的樹脂也在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述樹脂為固體。包含有在纖維布置期間通過粘合劑被預(yù)先固定的若干層定向纖維束的實體，以及固體樹脂系統(tǒng)在真空下被加熱以便于制備預(yù)固結(jié)或固結(jié)的預(yù)成型件，所述預(yù)成型件可為過渡區(qū)、過渡部件或被復(fù)合部件中的部分。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述樹脂為半固體并且起樹脂和粘合劑兩者的作用，即，在纖維布置期間，所述樹脂將固定纖維，而在隨后的處理期間，它用作主要材料。
樹脂可包括不止一種系統(tǒng)，例如，樹脂可包括兩種系統(tǒng)或甚至多種系統(tǒng)。使用不止一種樹脂系統(tǒng)以便于在可優(yōu)化隨后處理步驟的樹脂的特性方面可為有利的，例如在固結(jié)程序的粘性和定時/控制方面可為有利的。這些系統(tǒng)可基于相同的樹脂類型或不基于相同的樹脂類型，然而，所述系統(tǒng)最好基于相同的樹脂類型，例如兩種或多種環(huán)氧基系統(tǒng)。在另一個優(yōu)選實施例中，樹脂類型不同但是樹脂是相容的。在另一個優(yōu)選實施例中，所述樹脂包括兩種基本為環(huán)氧基的系統(tǒng)。兩種環(huán)氧基系統(tǒng)可包括共同成分。共同成分例如可為共同催化劑、共同胺成分或共同環(huán)氧成分，然而，共同成分最好為環(huán)氧成分。包括具有共同環(huán)氧成分的兩種環(huán)氧基系統(tǒng)的一種樹脂可包括第一環(huán)氧基系統(tǒng)的胺成分，所述胺成分將在第一較低溫度下(例如低于50℃，最好大約為室溫)與共同環(huán)氧成分起反應(yīng)。在該第一溫度下，第二環(huán)氧基系統(tǒng)最好不反應(yīng)或者發(fā)生反應(yīng)的比率非常低。由于第二環(huán)氧基系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的比率應(yīng)非常低，因此由被激活之前非常穩(wěn)定的催化劑進行催化是有利的。例如可通過紫外線、添加成分或通過加熱執(zhí)行所述激活；然而，最好通過加熱激活催化劑。
所述樹脂例如可作為離散點、作為試測線或組織線、連續(xù)或非連續(xù)層或者區(qū)域或其任意組合被分布。此外，樹脂或其他樹脂可在處理期間被注入。
除纖維和樹脂以外，復(fù)合部件、過渡區(qū)域和-如果存在的話-過渡部件例如可包括一種或多種填料(例如，便宜的惰性物料)和/或溶劑和/或稀釋液和/或流變劑和/或粘性調(diào)節(jié)劑。
傳統(tǒng)上來說，在固結(jié)之前和固結(jié)期間封閉在預(yù)成型件中的氣體通常是沿纖維的方向，即，在樹脂層的平面中被去除的。因此，結(jié)構(gòu)越大，氣體所要行進以從結(jié)構(gòu)中釋放的距離就越長。因此氣體被截留在固結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)的危險就隨著結(jié)構(gòu)的尺寸而增加了。明顯的是，當(dāng)用單向纖維增強時伴隨截留的氣體出現(xiàn)的問題是尤為顯著的?？赏茰y出的是，這是由于纖維的非常緊密的包裝而導(dǎo)致的，非常緊密的包裝可出現(xiàn)在由單向纖維增強的復(fù)合材料的一些區(qū)域中。然而，與截留的氣體相關(guān)的問題也可存在于其他類型的纖維定向中，例如，雙軸向定向或任意定向。因此在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述連接被制備以用于增強氣體在基本垂直于表面的方向從所述連接中去除。這可通過在過渡區(qū)中有非連續(xù)的樹脂層而實現(xiàn)。
“氣體”一詞在這里指的是被截留的大氣空氣以及與制備工藝相關(guān)的氣體產(chǎn)物、副產(chǎn)物和原材料。
本發(fā)明所涉及的方法適合于自動化處理。例如，在生產(chǎn)過渡區(qū)或過渡部件時，可有利地由自動機械分配包含纖維、樹脂和(任選地)粘合劑的層。在布置期間，由通過粘合劑至少部分固定的纖維推進所述自動化，這將防止或至少大大減少包含纖維的層中的干擾。此外，當(dāng)粘合劑僅涂覆于過渡區(qū)或過渡部件的水平投影的選定區(qū)域時，與將樹脂分布在整個水平投影上相比較節(jié)省了時間。
樹脂系統(tǒng)可包含這樣的成分，當(dāng)與裸露皮膚相接觸時，如果攝入或吸入的話，所述成分可能是刺激性或有害的。因此極為期望避免直接接觸。由于本發(fā)明所涉及的方法尤為適合于自動化，因此本發(fā)明所涉及的產(chǎn)品和方法對于工作環(huán)境帶來了顯著改進。


圖1示出了過渡區(qū)與一個復(fù)合部件之間的界面的總平面之間的角度的基本概念。
圖2示出了具有宏觀等級的本發(fā)明所涉及的連接的優(yōu)選實施例。
圖3示出了具有微觀等級和微觀等級層的細節(jié)的本發(fā)明所涉及的連接的優(yōu)選實施例。
圖4示出了具有包含纖維的交錯層的本發(fā)明所涉及的連接的另一個優(yōu)選實施例。
圖5示出了本發(fā)明所涉及的連接的又一個優(yōu)選實施例。
圖6示出了具有包含纖維的交錯層的連接的另一些優(yōu)選實施例的草圖。
圖7示出了靠近于纖維端部的應(yīng)力分布的草圖。
具體實施例方式
所有附圖都是高示意性的而不必為按比例的，而且圖中只示出了用于說明本發(fā)明所必需的部分，其他部分被省略或僅提及。
在一些附圖中示出了包含纖維的獨立層。為了增加清楚性，所示出的層數(shù)是有限的，而在一些情況中在實際的連接和復(fù)合部件中層數(shù)可能相當(dāng)大，例如為10層或100層。層之間的距離、層的厚度和角度是示意性部分的示例。
纖維增強復(fù)合材料的物理特性很大程度上由增強纖維支配。這包括例如熱膨脹系數(shù)、CTE、以及彈性模數(shù)等特性。因此，當(dāng)包含碳纖維的復(fù)合材料連接于由另一種類型纖維增強的復(fù)合材料時，充分的連接例如是相關(guān)的，這是由于碳纖維的CTE是非常低的并且甚至可為負的。然而，相同類型的連接可用于由另一種類型纖維增強的復(fù)合材料之間的強連接。所述纖維可為以上描述中所提及的纖維類型中的任意一種。本發(fā)明所涉及的連接例如可用于將碳纖維增強復(fù)合材料連接于玻璃纖維增強復(fù)合材料。
當(dāng)在待連接的復(fù)合部件(例如，第一和第二復(fù)合部件)之間在特性方面存在明顯差異時本發(fā)明所涉及的連接是最合理的。例如在復(fù)合材料的CTE中的差異可大于3×10-6℃-1或甚至大于5×10-6℃-1或者彈性模數(shù)中的差異可大于復(fù)合材料較低值的25％或者甚至大于復(fù)合材料較低值的100％。在許多情況中在特性方面具有更大差異的復(fù)合材料可通過本發(fā)明所涉及的連接進行連接。然而，當(dāng)特性方面的差異較小時也可使用本發(fā)明所涉及的連接。
過渡區(qū)應(yīng)具有成層結(jié)構(gòu)，即，包括包含纖維的層。層數(shù)可取決于連接的設(shè)計和復(fù)合材料的尺寸和類型較大的改變。在一些情況中，僅使用很少層，例如2、3、4、6或10層而在另一些情況中需要大量層(例如20、30、50、100或更多)以獲得所述連接的期望質(zhì)量。在處理期間層壓結(jié)構(gòu)的程度通常減小。例如，過渡區(qū)或過渡部件的預(yù)固結(jié)趨向于使得所述結(jié)構(gòu)同質(zhì)化。過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)是層狀的以便于增強纖維的控制定向，以推進復(fù)合部件之間的應(yīng)力減小的最佳化以及推進生產(chǎn)的容易性，例如增強自動化生產(chǎn)的適合性。
可以任何期望的定向(例如，單向、雙軸向或任意方向)在過渡區(qū)中提供纖維。然而，最好將纖維如此定向，以便于減小過渡區(qū)與復(fù)合部件之間的應(yīng)力和/或減小復(fù)合部件之間的應(yīng)力以及增強在使用期間經(jīng)受更高應(yīng)力的最終結(jié)構(gòu)的區(qū)域。
在過渡區(qū)中包含纖維的所有層中纖維定向可為相同的或可為不同的；然而，在一個優(yōu)選實施例中，在所有纖維層中纖維基本以相同方式定向。如果應(yīng)力分析建議多軸向纖維定向的話，一個或多個纖維層例如可以與其他層不同的方式被定向。在另一個優(yōu)選實施例中，包含第一類型纖維的層主要是單向的而包含第二類型纖維的層主要是雙軸向的。增強在使用期間經(jīng)受更高應(yīng)力的最終結(jié)構(gòu)的區(qū)域的另一種方式是增強所述區(qū)域中的纖維量。
所述樹脂例如可作為離散點、作為試測線或有條理的線(最好與纖維定向成一定角度)、連續(xù)或非連續(xù)層或者區(qū)域或其任意組合被分布。在一個優(yōu)選實施例中，氣體可通過樹脂的非連續(xù)層垂直于纖維的方向逸出。而且，樹脂或其他樹脂可在處理期間被注入。
樹脂可被設(shè)在包括纖維(例如單根纖維或纖維組、纖維束、纖維束-浸料、預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布、粗糙編織品等)的兩層之間。這是樹脂的優(yōu)選定位并且當(dāng)使用該位置時，樹脂最好被分布在非連續(xù)層中。然而，樹脂也可被設(shè)置得僅與包含纖維的一層相接觸，即，在過渡區(qū)或過渡部件的頂部或底部處相接觸。在這種情況下，最好在過渡區(qū)或過渡部件的底部處提供樹脂并且由于氣體不必總是通過樹脂層逸出因此所述樹脂可被設(shè)置在連續(xù)層中。在優(yōu)選實施例中，樹脂僅被提供在過渡區(qū)或過渡部件的頂部和/或底部處，即，僅在包含纖維的層之間提供粘合劑。在另一個優(yōu)選實施例中，樹脂僅被提供在過渡區(qū)或過渡部件的底部處，即，僅在包含纖維的層之間提供粘合劑。
在一個優(yōu)選實施例中，樹脂被提供得用于形成非連續(xù)層，因為這有助于在隨后過渡區(qū)、過渡部件或復(fù)合部件的凝固和/或固結(jié)期間氣體的去除。樹脂最好為半固體的并且可粘結(jié)于一層或多層的纖維和/或至少部分地固定一層或多層的纖維。在另一個優(yōu)選實施例中，樹脂被分布得用于形成固體或半固體顆粒的型式，并且這些顆粒例如可被噴灑在一纖維層上?；蛘?，這些離散的樹脂或粘合劑點例如可由以液體狀態(tài)提供的樹脂形成。液體樹脂也可被提供為一條線或幾條線，所述線可形成定向型式、隨意型式或組合型式。還提供了非連續(xù)性樹脂層作為樹脂板的不同方法，樹脂板中提供了多個穿通孔。如可從這些樹脂型式的示例中明白的是，在不背離本發(fā)明的發(fā)明理念的前提下，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可提供其他型式。
樹脂連續(xù)層的優(yōu)選實施例的示例為
-通過液體樹脂的分布制備的層；-通過將樹脂注入到包含纖維的層中或?qū)又g制備的層；-用固體樹脂板制備的層；-一些(但非所有)預(yù)浸料坯；等。
粘合劑應(yīng)至少部分地固定與粘合劑相接觸的纖維。所述粘合劑可為任何類型的粘合劑。所述粘合劑應(yīng)與樹脂相容，然而，最好是樹脂類型的粘合劑，更好的是，在包含相容化學(xué)性的意義上來說，所述粘合劑與過渡區(qū)、過渡部件或復(fù)合部件的樹脂相關(guān)。確保樹脂與粘合劑之間相容性的一種方法是使用基本相同的成分。在優(yōu)選實施例中，粘合劑的成分與粘合劑的成分相同。在過渡區(qū)、過渡部件或復(fù)合部件中使用不止一種類型的粘合劑在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。例如，粘合劑的一些部分可具有與樹脂相同的成分，而另一些部分可具有不同的成分。
在原則上可以與樹脂同樣的型式提供粘合劑，然而，最好以較不密集的型式提供粘合劑以節(jié)省時間。重要的是要牢記粘合劑的目的是確保包含纖維的層被至少部分地固定以幫助纖維布置。而且，通過至少部分地將相鄰纖維層彼此固定在一起，粘合劑通常將增加機械強度并且改善未固化和未固結(jié)的預(yù)成型件相對于沒有粘合劑的等效結(jié)構(gòu)的易操作性。確保便于纖維布置的一種方法是在纖維布置期間將粘合劑帶提供得靠近于纖維層開端所處的位置或粘合劑帶提供在纖維層開端所處的實際位置。其他實施例也是可行的，例如，點狀的、虛線或曲線的等等。原則上可使用連續(xù)層；然而，將降低使用粘合劑優(yōu)越于使用樹脂的優(yōu)點。在一些情況中，自動化可有助于粘合劑圖案的形成，其中粘合劑以連續(xù)線，例如z形圖案或十字形圖案被提供。本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可理解以下優(yōu)點，即，與全樹脂層或接近于全樹脂層或斜交簾布層縫合相比較，只提供了有限量的粘合劑，尤其是在處理期間節(jié)省時間和易于自動化方面具有優(yōu)勢。
三維形狀可用于減小復(fù)合部件之間的界面應(yīng)力。通過在纖維布置期間選擇性地開始和/或終止例如纖維束或包含纖維的其他類型的層可獲得所述三維形狀。通常，所述三維形狀將涉及沿至少一個軸線垂直于主應(yīng)力方向的大的接觸區(qū)域的形成。在圖1中可以看到通過減小過渡區(qū)和復(fù)合部件10之間的界面2的總平面與復(fù)合部件12的表面4之間的角度α，可增加接觸面積。遠大于包含纖維的相鄰層之間的垂直距離的距離分離錐形部分(2、4)中的纖維層的終端，因此將減小界面應(yīng)力。此外，如果角度α足夠低的話，包含第一復(fù)合部件的纖維的層的端部可從過渡區(qū)中的第二復(fù)合部件處被布置在包含纖維的相鄰層上面。這可導(dǎo)致纖維層的側(cè)與側(cè)連接，這與端與端連接相比較是有優(yōu)勢的。
靠近于過渡區(qū)的復(fù)合部件中的纖維例如可以基本平行于過渡區(qū)和復(fù)合部件之間的界面的總平面的方式定向、纖維可以基本平行于復(fù)合部件的表面的方式定向、纖維可以這些定向的組合方式定向、纖維可具有隨意性分布等。然而，靠近于過渡區(qū)的復(fù)合部件中的纖維最好基本平行于復(fù)合部件的表面的方式定向，因為這可在纖維之間提供側(cè)與側(cè)的連接(即使受限)。當(dāng)角度α較低時尤其是這種情況。角度α最好應(yīng)小于10°，但是當(dāng)角度α小于2°時可獲得更好的連接。如果所使用的纖維非常剛硬(諸如碳纖維)的話，在一些情況中α最好低至0.5°到1°或者甚至更低。
如果要連接厚復(fù)合材料的話，由于這將需要不合理的長過渡區(qū)，因此可能難于獲得低角度。在這樣的情況下，使用z形界面或者使用具有角度α的在彼此的頂部上的連接可能是有利的。例如這可通過將厚復(fù)合材料分離為多個較薄的復(fù)合部件或凸緣之后連接在彼此頂部上或相互靠近的復(fù)合部件或凸緣的較薄的對而實現(xiàn)。
可以各種方式制備過渡區(qū)。在一個優(yōu)選實施例中，過渡區(qū)包括過渡部件。所述過渡部件是包括包含纖維和樹脂的層的復(fù)合材料。在一個優(yōu)選實施例中，以與待連接的復(fù)合部件無關(guān)的方式制備過渡部件。在該實施例中所述過渡部件例如可被制備為預(yù)成型件并且在連接于復(fù)合部件之前被任選地預(yù)固結(jié)。用于制備包含過渡部件的連接的方法可包含以下步驟-為過渡部件提供包含第一類型纖維的至少一層；
-為過渡部件提供包含第二類型纖維的至少一層；-為過渡部件提供與包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-將過渡部件與第一復(fù)合部件相連接；-將過渡部件與第二復(fù)合部件相連接；-固結(jié)過渡部件；以及-任選地，與過渡部件的固結(jié)一起共同地固結(jié)第一和/或第二復(fù)合部件。
如果纖維類型被混合的話，分別包含第一類型纖維或第二類型纖維的層可為相同層。所述樹脂可(或不可)具有與一種復(fù)合部件相同的成分，然而，所述樹脂最好與復(fù)合部件的樹脂相容，或者更好的是，所述樹脂成分基本與一種或兩種復(fù)合部件的成分相同。就氣體可從垂直于樹脂層的過渡部件中去除的意義上來說，樹脂最好(但非必須)是非連續(xù)的。所述過渡部件例如也可在包含纖維的兩層或多層之間包括粘合劑，如果需要的話。一個或多個復(fù)合部件可與過渡部件的固結(jié)一起被共同地固結(jié)。在一個優(yōu)選實施例中，整個結(jié)構(gòu)在一個操作中被共同地固結(jié)。
在一個優(yōu)選實施例中，過渡部件最好在復(fù)合部件的連接之前被預(yù)固結(jié)。當(dāng)待連接的至少一個復(fù)合部件在形成連接之前被固結(jié)時，過渡部件的預(yù)固結(jié)是尤為有利的，這是由于預(yù)固結(jié)可減少固結(jié)期間的收縮。
在一個優(yōu)選實施例中，未固結(jié)或預(yù)固結(jié)的過渡部件可在未先期固結(jié)的情況下被輸送或長時間(諸如數(shù)周或數(shù)月)儲存。
過渡區(qū)的成層結(jié)構(gòu)的層通?；酒叫杏谶^渡區(qū)和至少一個復(fù)合部件之間的界面的總平面的方式定向或者所述層可以基本平行于至少一個復(fù)合部件的表面的方式定向。在一些實施例中，兩種選項都是可行的，因此應(yīng)取決于最終結(jié)構(gòu)的期望特性和所包含的復(fù)合部件類型選擇具體設(shè)計。
設(shè)計過渡區(qū)的一種方法是提供包含纖維的層的成分從第一復(fù)合部件的成分到第二復(fù)合部件的成分的漸變。在圖2中通過宏觀等級實現(xiàn)了該漸變?！昂暧^等級”一詞這里指的是過渡區(qū)包含多個層，每個層都包含具有基本與第一復(fù)合部件10相同的纖維成分14或基本與第二復(fù)合部件12相同的纖維成分16的纖維。在優(yōu)選實施例中，所述層的堆疊的第一側(cè)與第一復(fù)合部件10相連接而所述層的堆疊的第二側(cè)與第二復(fù)合部件12相連接。因此，所述層通常是平行于過渡區(qū)和至少一個復(fù)合部件之間的界面的總平面定向。
圖2中所示的過渡區(qū)最好被直接制備在一個或兩個復(fù)合部件上，但是其他制備方式也是可行的，例如包含獨立過渡部件的制備方式。第一復(fù)合部件與過渡區(qū)之間的界面無需與第二復(fù)合部件與過渡區(qū)之間的界面平行，然而在優(yōu)選實施例中這些界面基本是平行的，因為這有利于更容易的制造。
如圖2中所示的，例如可通過改變包含纖維的層的兩種類型的頻率可實現(xiàn)所述漸變。其他示例如下所述的序列堆(Bulk)A-B-A-堆B堆A-B-A-A-B-A-B-B-A-堆B堆A-B-A-A-A-B-A-A-B-A-B-B-A-B-B-B-A-基體B這里A是指包含具有基本與第一復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的層，B是指包含具有基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的層，堆是指復(fù)合部件。
所述序列無需是對稱的并且應(yīng)針對具體情況中的特性、層厚度等選擇最優(yōu)序列。序列的示例絕不是意味著排除有用序列的，并且在不背離本發(fā)明的發(fā)明理念的前提下，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員能夠提供多種序列。
當(dāng)過渡區(qū)被直接制備在一個或多個復(fù)合部件上時，可提供以下這些步驟制備所述連接-提供第一復(fù)合部件；-在第一復(fù)合部件上提供包含第一類型纖維的至少一層或?qū)⑵涮峁┑门c第一復(fù)合部件相連接或者在過渡區(qū)中包含纖維的先期層上提供包含第一類型纖維的至少一層；-在第一復(fù)合部件上提供包含第二類型纖維的至少一層或?qū)⑵涮峁┑门c第一復(fù)合部件相連接或者在過渡區(qū)中包含纖維的先期層上提供包含第二類型纖維的至少一層；-提供與過渡區(qū)中包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-將所述結(jié)構(gòu)與第二復(fù)合部件相連接；-固結(jié)所述過渡區(qū)；以及-與過渡區(qū)的固結(jié)一起任選地共同固結(jié)第一和/或第二復(fù)合部件。
如果期望的話，過渡區(qū)可同時被直接制備在第一和第二復(fù)合部件兩者上。
用于制備包含包括纖維的交錯層的連接的方法例如包含這些步驟-提供包含第一類型纖維的層；-提供用于至少部分地固定所述纖維的裝置，所述裝置例如包含粘合劑或樹脂；-提供包含第二類型纖維的層，所述層至少部分地交錯在包含第一類型纖維的層之間，包含第二類型纖維的所述層延伸得超過第一復(fù)合部件；-提供與包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-將所述結(jié)構(gòu)與第二復(fù)合部件相連接；-固結(jié)所述過渡區(qū)和第一復(fù)合部件；以及-與過渡區(qū)的固結(jié)一起任選地共同固結(jié)第二復(fù)合部件。
以相似的方式，過渡區(qū)可部分地包含于第二復(fù)合部件中。
過渡區(qū)可在任選地同時在過渡區(qū)和至少一個復(fù)合部件上執(zhí)行預(yù)固結(jié)之前被預(yù)固結(jié)。
用于包含纖維的層的纖維例如可被提供為預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布、粗糙編織品、預(yù)成型件、預(yù)固結(jié)的預(yù)成型件、單根纖維或纖維組、纖維束、束浸料坯或它們的組合。
逐漸改變包含纖維的層的成分的另一種方法涉及微觀等級?！拔⒂^等級”一詞這里指的是第一類型纖維和第二類型纖維被混合在包含纖維的過渡區(qū)中的至少一層中?；蛘撸嬖诎w維或具有第一類型纖維和第二類型纖維的中間特性的纖維類型的混合物的層；對于連接是關(guān)鍵性的具體特性(例如CTE和彈性模數(shù))應(yīng)是第一類型纖維和第二類型纖維的中間數(shù)。在圖3A中示出了微觀等級的一個示例，其中所述連接在第一復(fù)合部件10和第二復(fù)合部件12之間具有兩個微觀等級層20a和20b。由于在圖3A中是用10、20a、20b和12的相對陰影線示出的，因此第一類型纖維與第二類型纖維的比率最好從第一復(fù)合部件朝向第二復(fù)合部件逐漸減小。微觀等級部件20、20a和20b例如可由包含第一類型纖維和第二類型纖維的同質(zhì)混合物與樹脂的厚纖維粗糙編織品制備，但是本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員還將知道獲得微觀等級材料的其他方法。微觀等級部件例如可由多個包含纖維的較薄層制備。這些較薄層在圖3B和3C中被示為暗線22。這些層可如圖3B中所示的以通常平行于最終結(jié)構(gòu)的表面的方式定向或者如圖3C中所示的以平行于微觀等級的較大表面的方式定向。例如直接用包含例如一層纖維、一層纖維束或預(yù)浸料坯的較薄微觀等級層制備過渡區(qū)或過渡部件也在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
在微觀等級連接的優(yōu)選實施例中，包含第一類型纖維和第二類型纖維的混合物的微觀等級層中的纖維以同質(zhì)或非同質(zhì)的方式被分布在獨立層中。在圖3D中，示出了同質(zhì)分布的一個示例?？梢杂^察到第一類型纖維束15和第二類型纖維束17的集中是恒定的。甚至如圖3D中所示的，第一和第二類型纖維的定向也無需是相同的。在圖3E中示出了纖維束的不同質(zhì)分布的一個示例?？梢杂^察到第一類型纖維束15相對于第二類型纖維束17的集中在靠近于邊緣的位置處遠大于靠近于層中央的位置處的。同樣也可取代纖維束或與纖維束一起使用其他纖維源。在不同質(zhì)層中，第一類型纖維的集中和/或定向最好與第二類型纖維的集中和/或定向不同，但是本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員在考慮了這些示例的基礎(chǔ)上也可提供不同質(zhì)方式的其他示例。如果不止兩個復(fù)合部件被連接或者如果至少一個復(fù)合部件是不同質(zhì)方式的話，這種類型的層例如可為有利的。
圖4示出了包含兩種類型包含纖維的層或板的過渡區(qū)，一種類型50包含具有基本與第一復(fù)合部件10相同纖維成分的纖維，而另一種類型52包含具有基本與第二復(fù)合部件12相同纖維成分的纖維。就至少一種類型層的過渡區(qū)的一部分延伸得超過另一種類型層的意義上來說，這兩種類型的層部分地交錯。至少過渡區(qū)的一些部分用于與具有基本相同纖維成分的復(fù)合部件的連接。由于交錯層的存在使得接觸表面非常高因此正確條件下的連接非常牢固。在一個優(yōu)選實施例中，在圖4中所示的接觸區(qū)的一部分中兩種類型層都延伸得超過其他部分。
在優(yōu)選實施例中，過渡區(qū)至少部分地與一個復(fù)合部件或預(yù)成型件整體結(jié)合。在圖5中，示出了這樣一個實施例的示例。過渡區(qū)例如可包括包含在由包含第一類型纖維并且延伸得超過第一復(fù)合部件的層60增強的第一復(fù)合部件中開始的第二類型纖維的層62。從包含第一類型纖維的層端部到包含第二類型纖維的相鄰層端部的距離64最好應(yīng)足夠大以防止或減小層之間的應(yīng)力耦合(見以下所述的)。包含第一類型纖維的相鄰層端部之間的距離66最好應(yīng)足夠大以防止或減小層之間的應(yīng)力耦合。具有包含第二類型纖維的交錯層的過渡區(qū)最好被制備為第一復(fù)合材料的預(yù)制品的一部分。在一個優(yōu)選實施例中，包含第二類型纖維的層被提供為預(yù)浸料坯。所述預(yù)浸料坯可為單向預(yù)浸料坯，然而，令人驚奇的是，試驗結(jié)果表明，包含第二類型纖維的雙軸向預(yù)浸料坯提供了用于將預(yù)成型件與由第二類型纖維增強的結(jié)構(gòu)相連接的更好的基礎(chǔ)。因此可得出這樣一個理論，即，這是由于相對主纖維定向的層之間更好的連接不是平行的，然而，也可獲得其他效果。
試驗結(jié)果已示出，關(guān)于圖4和圖5中所述的實施例能夠成功地將玻璃纖維增強的用于風(fēng)輪機葉片的梁基底與碳纖維凸緣增強的梁相連接。高性能應(yīng)用中的成功指示出本發(fā)明的范圍。
在連接的優(yōu)選實施例中，過渡區(qū)包括包含從第一復(fù)合部件延伸到第二復(fù)合部件中的纖維的層和/或包含從第二復(fù)合部件延伸到第一復(fù)合部件中的纖維的層。該優(yōu)選實施例例如可在一次操作中建立。在圖6中示出了具有包含纖維的交錯層的更多優(yōu)選實施例。圖6A示出了這樣一種連接，其中包含纖維的每個復(fù)合部件的層都延伸到另一個復(fù)合部件10和12中。通常與纖維布置同時制備這種類型的連接，即，在一次操作中制備兩個復(fù)合部件和所述過渡區(qū)。在圖6A和B中包含纖維的所有層都延伸到另一個復(fù)合部件中，然而，除非要求達到期望強度否則不必如此。例如，如果所有層都延續(xù)到另一個復(fù)合材料中的話過渡區(qū)可能變得較厚，這又可導(dǎo)致加入到過渡區(qū)中的纖維的彎曲。在圖6B中作為過渡區(qū)范圍的一個示例，過渡區(qū)13已由虛線示出。
圖6B示出了具有基本垂直于復(fù)合部件表面的界面的兩個復(fù)合部件之間的整體連接。為了減小應(yīng)力末端條件的作用(見以下所述的)，纖維層的端部被提供為z圖案的。
在圖6B中所示的連接的優(yōu)選實施例中，在垂直于圖中所示平面的界面的尺度中也提供了z圖案。換句話說，在該優(yōu)選實施例中，由包含纖維的層端部限定的線不是直線。
圖6C示出了這樣一個示例，其中，為所述連接制備了復(fù)合部件10，其中基本具有與復(fù)合部件12相同纖維成分的層40中的復(fù)合部件12已被交錯于復(fù)合部件10中。在圖6D中形成了復(fù)合部件之間的連接。可觀察到的是，所述層40被彎曲以形成層42。所述彎曲不是預(yù)期的，但通過減小角度α可大大減小彎曲角，參照圖1以限定出所述角度α。在一個優(yōu)選實施例中，如已經(jīng)描述的，角度α通常保持在10°以下。層42可(或不可)包含樹脂(例如，預(yù)浸料坯或直接涂覆)，但是在過渡區(qū)的固結(jié)期間應(yīng)存在樹脂以確保固結(jié)的樹脂基體。
用于制備圖6A和6B中所示的連接的方法例如可包括以下步驟，在所述方法中，過渡區(qū)包括包含從第一復(fù)合部件延伸到第二復(fù)合部件中的纖維的層和/或包含從第二復(fù)合部件延伸到第一復(fù)合部件中的纖維的層-提供包含第一類型纖維的層，這些層中的至少一些延伸到類似于第二復(fù)合部件的一部分結(jié)構(gòu)中；-提供包含第二類型纖維的層，這些層中的至少一些延伸到類似于第一復(fù)合部件的一部分結(jié)構(gòu)中；-任選地，提供用于至少部分地固定所述纖維的裝置，所述裝置例如包含粘合劑或樹脂；-提供預(yù)包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-任選地，預(yù)固結(jié)所述結(jié)構(gòu)；以及-固結(jié)所述結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選實施例中，所述結(jié)構(gòu)是共同固結(jié)的，然而，在獨立操作中也可在所述結(jié)構(gòu)的選定部分上進行這些固結(jié)或預(yù)固結(jié)。
當(dāng)纖維增強材料受到力F的壓力時，基體材料，即，樹脂沿包含纖維的層受到同樣的壓力。然而，如果例如在用于交錯的情況中包含纖維的層受到不同的壓力的話，可在樹脂中形成包含纖維應(yīng)力的非連續(xù)層。在圖7B中示出了包含纖維的四層之間的樹脂中剪切應(yīng)力的示意圖。包含樹脂的層30a、30b和30d是連續(xù)層，諸如包含第二復(fù)合部件中的第二類型纖維的連續(xù)層，而包含纖維的層30c是非連續(xù)層，諸如包含從第一復(fù)合部件交錯到第二復(fù)合部件中的第一類型纖維的交錯層。主豎直線表示樹脂中的局部剪切應(yīng)力，即，豎直線表示經(jīng)歷平均剪切應(yīng)力的樹脂而成角線表示平均樹脂中經(jīng)歷的剪切應(yīng)力中的差異。可觀察到的是，在層30c端部附近存在剪切應(yīng)力方面的大局部差異。
在圖7A中層30c端部附近形成的剪切應(yīng)力表示為沿平行并靠近于層30c的線的樹脂中剪切應(yīng)力相對于樹脂中平均剪切應(yīng)力中變化的示意圖?？捎^察到在層30c端部處剪切應(yīng)力中的差異最大。此外，可觀察到在距離層30c端部一定距離處，剪切應(yīng)力大約為剪切應(yīng)力的平均值。當(dāng)包含纖維的層端部被設(shè)置得比剪切應(yīng)力的末端條件的范圍34更相互靠近時，所述剪切應(yīng)力可在層之間耦合因此在結(jié)構(gòu)中形成弱點、線或平面。為了減小或防止從一層的端部到附近層的端部的剪切應(yīng)力的耦合，交錯層端部之間的距離應(yīng)大于末端條件的范圍。由于難于確立末端條件的范圍，因此最好使用安全余量并且因此將兩個相鄰層的端部分開至少末端條件的范圍的兩倍。
確保相同類型纖維的最近的層端部之間的距離應(yīng)由相當(dāng)于末端條件的范圍的距離分開是合理的，最好具有安全余量，因此使用二的因數(shù)。
剪切應(yīng)力集中的實際范圍取決于因數(shù)的數(shù)量，諸如包含纖維的層和主要包含樹脂的層的厚度、纖維的類型、樹脂的類型等。例如可通過并且可通過標準方法或經(jīng)驗方法確立應(yīng)力集中的范圍。
當(dāng)要制備包含預(yù)成型件或復(fù)合部件的較大結(jié)構(gòu)時，可遵循這樣一種方法，其中未完全固結(jié)的材料至少被部分塑性成形。預(yù)成型件可在成形之前或之后被連接于另一個預(yù)成型件以提供較大結(jié)構(gòu)。預(yù)成型件也可被連接于其他結(jié)構(gòu)。所述連接最好(但非必須)包含錐形部分或包含第二類型纖維的層。當(dāng)材料具有基本相同的特性時，可難于使用圖1中所示的錐形部分以獲得合理連接，然而，特性中的差異越大就越應(yīng)注意。
本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員知道相關(guān)固結(jié)處理和處理參數(shù)，然而，作為固結(jié)程序的一部分，壓力最好被施加到結(jié)構(gòu)上和/或真空被施加到所述結(jié)構(gòu)上。所述壓力可通過圍繞所有結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的部分的真空密封中的真空被施加。壓力和/或真空最好在固結(jié)反應(yīng)開始之前被加到所述結(jié)構(gòu)上，因為這有助于氣體從所述結(jié)構(gòu)中的去除。
前面所述的連接和部分獨立制備的過渡部件可有利地被預(yù)固結(jié)以賦予更同質(zhì)材料更好的性能。過渡部件通常被看作是預(yù)成型件。
在一個優(yōu)選實施例中，過渡部件或過渡區(qū)(在以下部分中稱之為元件)通過預(yù)固結(jié)被處理以形成以下部分中所述的預(yù)固結(jié)元件。與提供為預(yù)浸料坯的纖維相比較，當(dāng)所述纖維被提供為音根纖維或纖維組、纖維束或纖維束-浸料坯時預(yù)固結(jié)是尤為有用的，這是由于在預(yù)固結(jié)處理期間可獲得更低的粘度。這將增加樹脂和/或纖維的重新分布，由于這增加了所獲得的產(chǎn)品的同質(zhì)性因此是極為有用的。然而，包含提供為預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布和/或粗糙編織品的纖維的元件的預(yù)固結(jié)也是有利的。
“預(yù)固結(jié)”一詞在這里指的是一種處理，通過所述處理，預(yù)成型件內(nèi)部的氣體被排出并且制造出低孔隙率的元件。預(yù)固結(jié)涉及樹脂的重新分布和(任選的)纖維的重新分布。而且，預(yù)固結(jié)可涉及樹脂的有限固結(jié)。由于其制造出密集的元件(在下文中稱之為預(yù)固結(jié)的元件)，因此預(yù)固結(jié)是尤為有用的。此外，由于在沒有先期固結(jié)的情況下的良好的再生性、低孔隙率、高同質(zhì)性、高強度、塑性定型能力、連接于其他元件和/或其他結(jié)構(gòu)的能力、適合于自動化的能力以及長貯存壽命，使得預(yù)固結(jié)的元件和從預(yù)固結(jié)的元件中制備的復(fù)合材料也將增值。
當(dāng)預(yù)固結(jié)涉及有限的固結(jié)時，該有限的固結(jié)可涉及高達占樹脂的完全固結(jié)將釋放的能量的50％的釋放量。然而，固結(jié)的程度最好局限于允許所述預(yù)固結(jié)元件塑性變形的程度。允許所述預(yù)固結(jié)元件塑性變形的固結(jié)程度又取決于樹脂以及取決于纖維類型和纖維含量。通常，有限的固結(jié)最好涉及占樹脂的完全固結(jié)將釋放的能量的小于20％的釋放量，更好的是，有限的固結(jié)最好涉及占樹脂的完全固結(jié)將釋放的能量的3到15％之間的釋放量。
通常來說，預(yù)固結(jié)處理應(yīng)降低元件的孔隙率，并且，所得到的預(yù)固結(jié)的元件的孔隙率最好按容積低于5％，更好的是，按容積低于2％，最好的是，按容積低于1％。在一些情況下，甚至1％的孔隙率都可較大地降低復(fù)合材料的特性。在這些情況中，應(yīng)該理解的是，可以低于1％的孔隙率良好地產(chǎn)生所述方法和所述預(yù)固結(jié)的元件。例如，按容積大約0.2％的再生孔隙率是環(huán)氧中具有60％碳纖維的復(fù)合材料實現(xiàn)的。孔隙率的降低可為例如將元件暴露于與預(yù)固結(jié)處理相關(guān)的壓力和/或真空中的結(jié)果。
由于密度是未知的并且在材料中是可變的，因此可能無法直接確立預(yù)固結(jié)的元件的孔隙率。因此，應(yīng)通過光學(xué)法根據(jù)物質(zhì)圖譜樣本(materialographic sample)確立孔隙率。由于材料包含非常柔軟的元件(即，樹脂)和非常堅硬的元件(即，纖維)，因此從未固結(jié)的預(yù)固結(jié)的元件中制備物質(zhì)圖譜樣本是很苛求的。為了確立可重復(fù)的結(jié)果，因此必須在物質(zhì)圖譜制備之前固結(jié)元件。該固結(jié)應(yīng)為無壓的以確?？紫堵什皇芴幚淼挠绊憽?br> 為了確?？刹倏v性，預(yù)固結(jié)的元件應(yīng)基本是無粘性的，即，應(yīng)容易地從任何相關(guān)表面上去除并且當(dāng)去除時不應(yīng)在表面上留有過多的樹脂量。
為了確保較長貯存壽命和/或輸送期間的穩(wěn)定性，重要的是樹脂塊的固結(jié)反應(yīng)的速率在室溫下足夠低并且催化劑-如果存在的話-不會不小心被激活。例如，如果催化劑由于加熱被激活的話，應(yīng)確保激活溫度大大高于儲存期間預(yù)期的最大溫度。
在優(yōu)選實施例中，預(yù)固結(jié)的元件的至少部分是可變形的。例如可通過預(yù)固結(jié)處理期間的平衡和有限的固結(jié)實現(xiàn)這一點。在一個優(yōu)選實施例中，至少一部分預(yù)固結(jié)的元件能夠關(guān)于平行于主纖維定向的軸線彎曲大于1cm的直徑，然而，在一些情況中預(yù)固結(jié)的元件可通過塑性變形彎曲大于5cm的直徑?？赏ㄟ^樹脂和/或纖維的重新布置或通過元件的三維形狀實現(xiàn)低彎曲直徑?！叭S形狀”一詞在這里指的是厚度(即，層的數(shù)量或纖維和/或樹脂的量)和/或平面投影的形狀相對于元件的主體被調(diào)節(jié)為元件的一部分。通常，只有一部分預(yù)固結(jié)元件被制備為非常彎曲，而具有更大直徑的關(guān)于軸線的彎曲，例如，50cm通?？赏ㄟ^預(yù)固結(jié)的元件的所有部分實現(xiàn)。
在預(yù)固結(jié)處理期間獲得的元件的剛度應(yīng)確保預(yù)固結(jié)的元件具有足夠的剛度以防止當(dāng)預(yù)固結(jié)的元件被放置在非平坦表面上時預(yù)固結(jié)的元件在纖維的長度方向上松弛并且仍然允許在平行于纖維長度方向上的軸線的塑性變形。
預(yù)固結(jié)處理通常例如通過部分固結(jié)而導(dǎo)致元件中樹脂粘性的增加。最好在室溫下粘性通過至少兩個因數(shù)中的一個因數(shù)而增加或者最好通過至少五個因數(shù)中的一個因數(shù)而增加，這是由于粘性中的增加將增強可操縱性、強度和非粘性。在一些情況中，粘性將通過更高的因數(shù)(例如，10、100或1000)而增加。例如，如果部分樹脂作為室溫下的液體被注入到元件中的話就是這樣一種情況。表示粘性增加的另一種方式是直接觀察粘性。未固結(jié)的元件中樹脂的粘性在執(zhí)行預(yù)固結(jié)處理的溫度下最好大約在10到10000cP之間，最好大約為500到5000cP。
具體地，取決于樹脂的成分，執(zhí)行預(yù)固結(jié)處理的溫度可顯著改變。通常，環(huán)氧基樹脂系統(tǒng)的預(yù)固結(jié)溫度為50到90℃，最好為60到80℃，然而，在一些系統(tǒng)中更高和更低的溫度也是可行的。
預(yù)固結(jié)處理可通過部分固結(jié)導(dǎo)致樹脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg的增加。在預(yù)固結(jié)處理期間樹脂的Tg最好至少增加2℃，或者最好至少增加5℃，由于Tg中的增加通常表示樹脂的平均分子量的增加，因此這將增強可操縱性、強度和非粘性。在一些情況中，Tg可更大地增加。當(dāng)未預(yù)固結(jié)的元件的Tg非常低時尤其會是這種情況。
在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明所涉及的具有環(huán)氧基樹脂系統(tǒng)的預(yù)固結(jié)的元件通常應(yīng)具有-10到+30℃的Tg并且最好應(yīng)具有-5到+10℃的Tg。在一些情況中，預(yù)固結(jié)的元件的樹脂的Tg高于0℃，最好大于3℃。對于未固結(jié)的元件來說，樹脂的Tg應(yīng)低于5℃，最好低于2℃。
在一些情況中，沒有暴露于真空中的預(yù)固結(jié)的元件的固結(jié)將產(chǎn)生具有相當(dāng)于真空固結(jié)元件的特性的材料，這是由于在固結(jié)之前的預(yù)固結(jié)處理期間消除或大大減小了孔隙率。這可用在例如當(dāng)在其中建立真空可能非常耗時的較大結(jié)構(gòu)中制備連接的情況中。
在預(yù)固結(jié)和/或固結(jié)元件的優(yōu)選方法中，元件被放置在例如板、模具等反應(yīng)器表面上。反應(yīng)器表面最好是平坦的并且將經(jīng)受得起加熱和/或真空。之后向元件施加壓力?？赏ㄟ^壓力機或-最好-真空密封中的真空施加所述壓力。如果使用真空的話，那么應(yīng)在壓制之前獲得真空密封。所述真空密封例如可包括真空袋，或者可包括反應(yīng)器表面和以真空密封方式連接于反應(yīng)器表面的撓性蓋?？赏ㄟ^反應(yīng)器表面或通過真空袋或撓性蓋中的開口抽出氣體。之后激活預(yù)固結(jié)或固結(jié)?？稍谑┘訅毫χ昂?或期間和/或之后發(fā)生所述激活。所述激活包括樹脂粘性的降低。例如可通過物理方式(例如，加熱、添加溶劑、壓力等)和/或通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)這一點。在預(yù)固結(jié)處理期間，可發(fā)生或可不發(fā)生有限的固結(jié)。當(dāng)孔隙率已被減小到期望程度或者實現(xiàn)了預(yù)固結(jié)的另一個目的時，終止預(yù)固結(jié)處理。該終止例如可作為第一樹脂系統(tǒng)的排出或預(yù)固結(jié)的元件冷卻到一定溫度下的結(jié)果，其中固結(jié)反應(yīng)足夠緩慢和/或預(yù)固結(jié)元件的粘性足夠高以獲得期望儲存壽命所需的穩(wěn)定性。
在一個優(yōu)選實施例中，待預(yù)固結(jié)或待固結(jié)的元件具有至少一個非連續(xù)樹脂層，盡管氣體可在預(yù)固結(jié)或固結(jié)處理期間被排出。因此，氣體無需通過樹脂層的一個平面或包括纖維的層的平面中從元件中被去除。因此，大大減小了傳輸距離和在預(yù)固結(jié)的元件中具有截留氣體的危險。在更優(yōu)選的實施例中，所有樹脂層-任選地，除纖維頂層頂部上或纖維底層下面的層以外-都是非連續(xù)的。
用于確保在預(yù)固結(jié)或固結(jié)期間氣體可連續(xù)地從元件中被去除的方法的示例包括從元件的中心開始朝向表面移動的預(yù)固結(jié)處理的逐漸激活或從側(cè)部或邊緣開始穿過元件移動的預(yù)固結(jié)處理的逐漸激活。例如可通過僅從反應(yīng)表面加熱，因此從與反應(yīng)表面相接觸的元件的側(cè)部逐漸激活，或者通過控制微波加熱，因此從元件的內(nèi)側(cè)逐漸激活預(yù)固結(jié)處理并且朝向表面移動而實現(xiàn)這一點。
具有包含定向纖維的層的層狀結(jié)構(gòu)的特性很大程度上取決于結(jié)構(gòu)的主要元件的分布，即樹脂、纖維和孔隙率。與纖維相比較樹脂具有低強度，如果存在太厚樹脂層的話可通過結(jié)構(gòu)提供裂紋擴展的通道?？紫堵士娠@著降低結(jié)構(gòu)的強度，但是該逆境取決于孔的尺寸、形狀和分布，例如，小的影響，隔離的球形孔是有限的，而布置在樹脂和纖維之間接觸面中的較大孔對于結(jié)構(gòu)來說是毀滅性的。因此能夠控制元件的分布是至關(guān)重要的。
預(yù)固結(jié)或固結(jié)期間重新分布或同質(zhì)性的程度取決于壓縮過程中樹脂的粘性，即，粘性越低，元件的重新分布越容易。通過利用預(yù)固結(jié)處理可使得樹脂的粘性大大低于現(xiàn)有技術(shù)中的可行的粘性，這是由于所述結(jié)構(gòu)不局限于在處理期間支持具體形狀。當(dāng)預(yù)固結(jié)涉及樹脂的有限固結(jié)時，由于有限的固結(jié)增加了可操縱性并且減小了預(yù)固結(jié)的元件的粘性，因此可進一步減小粘性。因此，預(yù)固結(jié)通常允許樹脂和/或纖維的重新分布達到比直接固結(jié)可實現(xiàn)的更大的程度。所獲得的預(yù)固結(jié)的元件可具有非常低的孔隙率以及更為同質(zhì)性的結(jié)構(gòu)。這例如可產(chǎn)生具有低明顯層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，即，與僅包含在固結(jié)之前未預(yù)固結(jié)的元件的相應(yīng)復(fù)合結(jié)構(gòu)相比較，其中的層更不明顯。
本發(fā)明所涉及的連接和方法可用于兩種不相容復(fù)合部件的連接，同時使用本發(fā)明所涉及的連接和方法也可連接具有相容特性的復(fù)合部件。當(dāng)試圖連接兩種不相容復(fù)合部件時可最好地體現(xiàn)本發(fā)明的范圍。不相容復(fù)合部件的示例為在特性(諸如熱膨脹系數(shù)和/或彈性模數(shù)等)方面具有較大差異的復(fù)合部件。
本發(fā)明所涉及的連接和方法對于風(fēng)輪機葉片的制備是尤為有用的。例如在風(fēng)輪機葉片的梁的制備期間，可使用所述連接將主要由玻璃纖維增強的部分(例如，基底)與梁的主要由碳纖維增強的部分(例如主要部分)相連接。當(dāng)用碳纖維增強的復(fù)合材料替代用玻璃纖維增強的復(fù)合材料的部分時，由于可顯著減小葉片的重量，因此在制造更大的葉片時本發(fā)明是尤為有用的。
附圖標記說明2 過渡區(qū)預(yù)復(fù)合部件之間界面的總平面4 復(fù)合部件的表面α 角度10 復(fù)合部件12 復(fù)合部件13 過渡區(qū)14 包含具有基本與復(fù)合部件10相同成分的纖維的層15 第一類型纖維束16 包含具有基本與復(fù)合部件12相同成分的纖維的層17 第二類型纖維束20 具有微觀等級的層20a 具有微觀等級的層20b 具有微觀等級的層22 包含纖維的層F 力30 包含纖維的層30a、b、d 包含纖維的連續(xù)層
30c 包含纖維的非連續(xù)層32 表示經(jīng)歷應(yīng)力與平均樹脂中的差異的線34 應(yīng)力的末端條件的范圍40 基本具有與復(fù)合部件相同纖維成分的層42 基本具有與復(fù)合部件相同纖維成分并且被彎曲以遵循界面形狀的層50 包含第一類型纖維的板或?qū)?2 包含第二類型纖維的板或?qū)?0 包含第一類型纖維的層62 包含第二類型纖維的層64 包含第一類型纖維的層與包含第二類型纖維的相鄰層之間的距離66 包含第二類型纖維的相鄰層之間的距離
權(quán)利要求
1.包含第一類型纖維和第一樹脂的第一復(fù)合部件與包含第二類型纖維和第二樹脂的第二復(fù)合部件之間的一種連接，其特征在于所述連接包含具有成層結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)。
2.依照權(quán)利要求1所述的連接，其特征在于，第一復(fù)合部件的至少一個物理特性明顯不同于第二復(fù)合部件的物理特性。
3.依照權(quán)利要求2所述的連接，其特征在于，第一復(fù)合部件的熱膨脹系數(shù)明顯不同于第二復(fù)合部件的熱膨脹系數(shù)，最好熱膨脹系數(shù)中的差異大于3×10-6℃-1。
4.依照權(quán)利要求2所述的連接，其特征在于，第一復(fù)合部件的彈性模數(shù)明顯不同于第二復(fù)合部件的彈性模數(shù)，最好彈性模數(shù)中的差異大于大于較低值的25％。
5.依照權(quán)利要求1到4中任意一項所述的連接，其特征在于，第一類型纖維是從由碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、合成纖維(例如，丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或者PBO纖維等)、生物纖維(例如，大麻纖維、黃麻纖維、纖維素纖維等)、礦物纖維(例如，RockwoolTM等)、金屬纖維(例如，鋼、鋁、黃銅、銅等)或硼纖維或其任意組合構(gòu)成的組中選擇出來的，第一類型纖維最好是碳纖維。
6.依照權(quán)利要求1到5中任意一項所述的連接，其特征在于，第二類型纖維是從由碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、合成纖維(例如，丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或者PBO纖維等)、生物纖維(例如，大麻纖維、黃麻纖維、纖維素纖維等)、礦物纖維(例如，RockwoolTM等)、金屬纖維(例如，鋼、鋁、黃銅、銅等)或硼纖維或其任意組合構(gòu)成的組中選擇出來的，第二類型纖維最好與第一類型纖維不是相同類型的，第二類型纖維最好是玻璃纖維。
7.依照權(quán)利要求1到6中任意一項所述的連接，其特征在于，所述第一類型樹脂和第二類型樹脂其中至少一種樹脂是基于不飽和聚酯基、聚亞安酯基、乙烯聚合酯、環(huán)氧基、熱塑性、相似化學(xué)成分的或者這些的組合。
8.依照權(quán)利要求7所述的連接，其特征在于，第一類型樹脂和第二類型樹脂具有基本相同的成分。
9.依照權(quán)利要求1到8中任意一項所述的連接，其特征在于，過渡區(qū)和至少一個所述復(fù)合部件之間的界面的總平面與一個所述復(fù)合部件的表面構(gòu)成了小于大約10°的總體角，最好與一個所述復(fù)合部件的表面構(gòu)成小于大約2°的總體角。
10.依照權(quán)利要求1到9中任意一項所述的連接，其特征在于，過渡區(qū)中的層包含定向纖維，最好為單向纖維或雙軸向纖維。
11.依照權(quán)利要求1到10任意一項所述的連接，其特征在于，纖維可被提供為預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布、粗糙編織品、預(yù)成型件、預(yù)固結(jié)的預(yù)成型件、音根纖維或纖維組、纖維束、束浸料坯、或其組合等。
12.依照權(quán)利要求1到11任意一項所述的連接，其特征在于，在制備所述連接時至少一個復(fù)合部件至少部分未固結(jié)。
13.依照權(quán)利要求1到12任意一項所述的連接，其特征在于，在制備所述連接時至少一個復(fù)合部件基本或完全固結(jié)。
14.依照權(quán)利要求1到13任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)包括過渡部件。
15.依照權(quán)利要求14所述的連接，其特征在于，所述過渡部件被直接制備在至少一個復(fù)合部件上。
16.依照權(quán)利要求14到15任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡部件是至少一個復(fù)合部件的組成部分。
17.依照權(quán)利要求14所述的連接，其特征在于，所述過渡部件獨立于所述復(fù)合部件被制備，最好在連接于所述復(fù)合部件之前所述過渡部件預(yù)固結(jié)。
18.依照權(quán)利要求1到17中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)的所述成層結(jié)構(gòu)的層基本平行于過渡區(qū)和至少一個所述復(fù)合部件之間的界面的總平面。
19.依照權(quán)利要求1到18中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)包含宏觀等級，即，多個層，每個層都包含具有基本與第一復(fù)合部件相同的纖維成分或基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維，最好，所述層的堆疊的第一側(cè)與第一復(fù)合部件相連接而所述層的堆疊的第二側(cè)與第二復(fù)合部件相連接。
20.依照權(quán)利要求1到18中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)和/或過渡部件包含微觀等級，即，至少一個層，所述層包括包含第一類型纖維和第二類型纖維的混合物的纖維或者包括具有第一類型纖維和第二類型纖維的中間特性的纖維或纖維混合物。
21.依照權(quán)利要求20所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)和/或過渡部件包含至少包含纖維的兩層，并且當(dāng)從第一復(fù)合部件朝向第二復(fù)合部件離開時第一類型纖維與第二類型纖維的比率從任意一層向相鄰的層減小。
22.依照權(quán)利要求20到21中任意一項所述的連接，其特征在于，纖維層包含纖維粗糙編織品或機織織品或無紡布織物和樹脂，所述纖維粗糙編織品或機織織品或無紡布織物包含第一類型纖維和第二類型纖維的混合物。
23.依照權(quán)利要求20所述的連接，其特征在于，包含第一類型纖維和第二類型纖維的混合物的所述層中的纖維以同質(zhì)的方式被分布，最好第一類型纖維的集合和/或定向不同于第二類型纖維的集合和/或定向。
24.依照權(quán)利要求1到17中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)的所述成層結(jié)構(gòu)的層基本平行于至少一個所述復(fù)合部件的表面。
25.依照權(quán)利要求1到17或24中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)包括包含纖維的層，每個所述層都具有與第一復(fù)合部件或第二復(fù)合部件中任意一個基本相同的纖維成分，并且在過渡區(qū)的一部分中，包含具有基本與一個復(fù)合部件相同纖維成分的纖維的層延伸得超過包含具有基本與另一個復(fù)合部件相同纖維成分的纖維的層。
26.依照權(quán)利要求1到17或24中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)至少部分與第一復(fù)合部件整體形成，并且包含具有基本與第二復(fù)合部件相同纖維成分的纖維的交錯層從所述第一復(fù)合部件中延伸得超過所述第一復(fù)合部件，或者反過來從所述第二復(fù)合部件中延伸得超過所述第二復(fù)合部件。
27.依照權(quán)利要求26所述的連接，其特征在于，交錯的覆蓋距離大于包含具有基本與第一復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層與包含具有基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層之間的界面應(yīng)力的末端條件的范圍，最好交錯的覆蓋距離大于包含具有基本與第一復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層與包含具有基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層之間的界面應(yīng)力的末端條件的范圍的兩倍。
28.依照權(quán)利要求26到27的任意一項所述的連接，其特征在于，在第一復(fù)合部件中包含具有基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層的端部之間的距離大于包含具有基本與第一復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層與包含具有基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層之間的界面應(yīng)力的末端條件的范圍，最好大于包含具有基本與第一復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層與包含具有基本與第二復(fù)合部件相同的纖維成分的纖維的纖維層之間的界面應(yīng)力的末端條件的范圍的兩倍。
29.依照權(quán)利要求1到17或24中任意一項所述的連接，其特征在于，所述過渡區(qū)包含包括從第一復(fù)合部件延伸到第二復(fù)合部件中的纖維的層和/或包括從第二復(fù)合部件延伸到第一復(fù)合部件中的纖維的層，所連接的結(jié)構(gòu)最好在一次操作中建立。
30.依照權(quán)利要求1到28中任意一項所述的連接，其特征在于，第一類型纖維為碳纖維而第二類型纖維為玻璃纖維或者反過來第一類型纖維為玻璃纖維而第二類型纖維為碳纖維，第一和第二類型樹脂最好都是環(huán)氧基的。
31.過渡部件，具有增強得用于連接于第一復(fù)合部件的區(qū)域和增強得用于連接于第二復(fù)合部件的區(qū)域，所述過渡部件包括包含纖維的層。
32.一種方法，用于將包含第一類型纖維和第一樹脂的復(fù)合部件連接于包含第二類型纖維和第二樹脂的復(fù)合部件，其中所述連接包括成層結(jié)構(gòu)。
33.用于制備權(quán)利要求32所涉及的連接的方法，所述連接包括過渡部件，所述方法包括以下步驟-為過渡部件提供包含第一類型纖維的至少一層；-為過渡部件提供包含第二類型纖維的至少一層；-為過渡部件提供與包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-將過渡部件與第一復(fù)合部件相連接；-將過渡部件與第二復(fù)合部件相連接；-固結(jié)過渡部件；以及-任選地，與過渡部件的固結(jié)一起共同地固結(jié)第一和/或第二復(fù)合部件。
34.用于制備權(quán)利要求33所涉及的連接的方法，還包括預(yù)固結(jié)過渡部件的步驟。
35.用于制備權(quán)利要求32所涉及的連接的方法，所述連接被制備在第一復(fù)合部件上并且包含以下步驟-提供第一復(fù)合部件；-在第一復(fù)合部件上提供包含第一類型纖維的至少一層或?qū)⑵涮峁┑门c第一復(fù)合部件相連接或者在過渡區(qū)中包含纖維的先期層上提供包含第一類型纖維的至少一層；-在第一復(fù)合部件上提供包含第二類型纖維的至少一層或?qū)⑵涮峁┑门c第一復(fù)合部件相連接或者在過渡區(qū)中包含纖維的先期層上提供包含第二類型纖維的至少一層；-提供與過渡區(qū)中包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-將所述結(jié)構(gòu)與第二復(fù)合部件相連接；-固結(jié)所述過渡區(qū)；以及-任選地與過渡區(qū)的固結(jié)一起共同固結(jié)第一和/或第二復(fù)合部件。
36.用于制備權(quán)利要求32所涉及的連接的方法，其中過渡區(qū)至少部分地與第一復(fù)合部件整體形成，所述方法包含以下步驟-提供包含第一類型纖維的層；-任選地，提供用于至少部分地固定所述纖維的裝置，所述裝置例如包含粘合劑或樹脂；-提供包含第二類型纖維的層，所述層至少部分地交錯在包含第一類型纖維的層之間，包含第二類型纖維的所述層延伸得超過第一復(fù)合部件；-提供與包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-將所述結(jié)構(gòu)與第二復(fù)合部件相連接；-固結(jié)所述過渡區(qū)和第一復(fù)合部件；以及-任選地，與過渡區(qū)的固結(jié)一起任選地共同固結(jié)第二復(fù)合部件。
37.用于制備權(quán)利要求36所涉及的連接的方法，還包括預(yù)固結(jié)過渡區(qū)和(任選地)第一復(fù)合部件的步驟。
38.用于制備權(quán)利要求32所述的連接的方法，其特征在于，所述過渡區(qū)包含包括從第一復(fù)合部件延伸到第二復(fù)合部件中的纖維的層和/或包括從第二復(fù)合部件延伸到第一復(fù)合部件中的纖維的層，并且所述方法包含以下步驟-提供包含第一類型纖維的層，這些層中的至少一些延伸到類似于第二復(fù)合部件的一部分結(jié)構(gòu)中；-提供包含第二類型纖維的層，這些層中的至少一些延伸到類似于第一復(fù)合部件的一部分結(jié)構(gòu)中；-任選地，提供用于至少部分地固定所述纖維的裝置，所述裝置例如包含粘合劑或樹脂；-提供與包含纖維的至少一層相接觸的樹脂；-任選地，預(yù)固結(jié)所述結(jié)構(gòu)；以及-固結(jié)所述結(jié)構(gòu)。
39.依照權(quán)利要求32到38任意一項所涉及的方法，其特征在于，用于包含纖維的至少一層的纖維被提供為以下一種或多種預(yù)浸料坯、半浸料坯、機織織品或無紡布、粗糙編織品、預(yù)成型件、預(yù)固結(jié)的預(yù)成型件、音根纖維或纖維組、纖維束、束浸料坯或它們的組合。
40.依照權(quán)利要求32到38任意一項所涉及的方法，其特征在于，至少一部分樹脂由樹脂注入法和/或樹脂傳遞模塑和/或真空輔助樹脂傳遞模塑提供。
41.依照權(quán)利要求32到40任意一項所涉及的方法，其特征在于，所述固結(jié)涉及在所述結(jié)構(gòu)上提供壓力和/或真空，最好在開始固結(jié)反應(yīng)之前。
42.權(quán)利要求1到30任意一項所涉及的用于連接兩個較不相容的復(fù)合部件的連接的使用，所述兩個復(fù)合部件最好具有不同的特性，諸如熱膨脹系數(shù)和/或彈性模數(shù)。
43.權(quán)利要求1到30任意一項所涉及的用于制備風(fēng)輪機葉片的連接的使用，最好是用于制備風(fēng)輪機葉片的梁，更好的是，用于將風(fēng)輪機葉片的梁的主要由碳纖維增強的部分與風(fēng)輪機葉片的梁的主要由玻璃纖維增強的部分相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有不相容特性的復(fù)合部件(10、12)之間的一種連接以及用于制備所述連接的方法。所述復(fù)合部件分別包含第一和第二類型纖維以及樹脂。所述連接在復(fù)合部件(10、12)之間包括過渡區(qū)(52)，所述過渡區(qū)(52)具有成層結(jié)構(gòu)。所述過渡區(qū)可任選地包含過渡部件，并且所述過渡部件可任選地與一個或多個復(fù)合部件整體形成。所應(yīng)理解存在連接的部分的不相容特性的例子為剛性(例如，彈性模數(shù))或熱膨脹系數(shù)中的較大差異。
文檔編號B32B27/04GK1809450SQ03826229
公開日2006年7月26日 申請日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者A·貝克, F·A·H·哈恩 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)公司