專利名稱：夾層芯材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及夾層芯材，特別是用于在纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料中使用的夾層層壓制品的夾層芯材，并涉及用于這樣的夾層芯材的芯材元件。本發(fā)明還涉及包含這樣的夾層芯材的夾層層壓制品和風(fēng)輪機(jī)葉片，以及制造這樣的夾層芯材的方法。
背景技術(shù)：
為了制造輕質(zhì)和剛性的構(gòu)造，通常應(yīng)用夾層構(gòu)造。夾層構(gòu)造材料通常包括中心輕質(zhì)芯材，所述夾層芯材，和應(yīng)用在該夾層芯材的每一側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合層壓結(jié)構(gòu)的表層，其通常由纖維增強(qiáng)樹脂材料制成。
常用的夾層芯材為端紋的輕質(zhì)木材板、鋁制的蜂窩狀結(jié)構(gòu)、卡板或紙張、熱塑性泡沫材料板如PVC、PET泡沫或任何其他這樣的材料。所述夾層芯材通常作為整套工具供給，其中所有板經(jīng)過精確加工以彼此匹配。目前為止，將這些板放置在模具中都是由手工擺放完成的，因此耗時(shí)而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的夾層芯材、柔性芯材元件、夾層層壓制品和風(fēng)輪機(jī)葉片，以及制造這樣的夾層芯材的改進(jìn)方法，尤其是更有成本效益和更省時(shí)的工藝。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的夾層芯材、權(quán)利要求8的柔性芯材元件、權(quán)利要求9的夾層層壓制品、權(quán)利要求10的風(fēng)輪機(jī)葉片、和權(quán)利要求11的制造夾層芯材的方法來實(shí)現(xiàn)。
特別地，調(diào)整根據(jù)本發(fā)明的夾層芯材以用于制造夾層層壓制品。這樣的夾層層壓制品特別優(yōu)選作為纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料，該復(fù)合材料可用于各種技術(shù)產(chǎn)品中，如轎車、飛機(jī)、風(fēng)輪機(jī)葉片、儲(chǔ)罐等。根據(jù)本發(fā)明的夾層芯材包括一定數(shù)量的，即至少一個(gè)優(yōu)選多個(gè)(例如兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè))，具有縱向結(jié)構(gòu)的柔性芯材元件。
夾層芯材可以由任何材料制成，只要其能夠提供為基本縱向結(jié)構(gòu)即可。具有縱向結(jié)構(gòu)的元件是指在一個(gè)方向上的尺寸比在任何其他方向上的尺寸大幾十或上百倍的數(shù)量級(jí)。長度為約40-50米的常規(guī)風(fēng)輪機(jī)葉片的寬度通常為約3米。所述葉片的厚度通常為約2米，其與根部的直徑近似。還可以是基本上無端的(endless)芯材元件，其在制造夾層芯材所需的相應(yīng)長度處切割?！盁o端的”是指所述元件的長度比制造一個(gè)芯材部件所需的長度更長。
另外，所述柔性芯材元件是柔性元件，其適合于纏繞在線筒和/或卷筒上，并因此不同于常用的基本剛性的板狀芯材。因此，所述芯材可易于輸送或儲(chǔ)存。另外，所述芯材在其使用過程中例如在制造夾層層壓制品中可易于處理。
因此，根據(jù)本發(fā)明的夾層層壓制品包括這樣的夾層芯材和在所述夾層芯材的第一和/或第二表面上的至少一個(gè)夾層表層。優(yōu)選地，將一個(gè)或多個(gè)夾層表層設(shè)置在所述夾層芯材的每一表面上。所述夾層表層材料通常由纖維增強(qiáng)塑料材料制成以增強(qiáng)所述夾層層壓產(chǎn)品的剛性。根據(jù)本發(fā)明，所述夾層層壓制品主要在兩個(gè)維度上延伸，如轎車、飛機(jī)、風(fēng)輪機(jī)葉片等的板件或構(gòu)造部件。
因此，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)葉片包含如上文所述的夾層芯材或夾層層壓制品。風(fēng)輪機(jī)葉片通常主要在一個(gè)方向上延伸，而其他兩個(gè)維度上遠(yuǎn)小于第一個(gè)。因此，由具有縱向結(jié)構(gòu)的芯材元件制成的根據(jù)本發(fā)明的夾層芯材能夠節(jié)約成本，因?yàn)樵谥圃爝^程中不需要磨制或切割所述芯材的板。另外，芯材的廢料顯著減少，因?yàn)榭梢詫⑺鲂静脑m當(dāng)?shù)夭贾脼榕c最終產(chǎn)品的縱向延伸一致。這樣又降低了處理廢料芯材的成本。
在本發(fā)明的其他方面，制造這樣的夾層芯材的方法包括將一定數(shù)量的具有縱向結(jié)構(gòu)的芯材元件布置，即安置、部署、擠出等，到模具中的步驟。模具可以是任何適合于將所述夾層芯材制成所期望形狀的模具。模具可以具有兩半，其中通過彼此相對(duì)地按壓這兩半來壓制和完成該制成品。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是通過按期望布置所述柔性夾層芯元件來將所述夾層芯材適當(dāng)?shù)夭贾谩仓没蚍胖迷谀＞咧衅谕奈恢?。挨著第一元件，可以將第二、第三或多個(gè)元件放置在模具中。當(dāng)然，可以將所述夾層芯元件放置在一層中，其中各元件僅具有一個(gè)或兩個(gè)相鄰元件；或布置在包括多個(gè)層如兩層、三層、四層、五層或更多層的層疊體中。因此，可以采用同樣的夾層芯元件制造改進(jìn)的各種形狀的最終夾層芯材產(chǎn)品。這使得能夠有改進(jìn)的設(shè)計(jì)變化性。
本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方案和特征通過從屬權(quán)利要求給出，如下文描述所示。其他的實(shí)施方案可以通過結(jié)合下文中所描述的各實(shí)施方案的特征導(dǎo)出，并且可以將各個(gè)權(quán)利要求類別的特征以任何合適的方式相結(jié)合。
本發(fā)明的夾層芯材優(yōu)選包含一定數(shù)量的具有特定縱向，特別是基本上無端的，結(jié)構(gòu)的柔性夾層芯材元件。這樣的柔性芯材元件的優(yōu)選實(shí)例為包括絲束(tow)或線(thread)的那些，該絲束或線包含基本上柔性的材料?？梢詫⑦@樣的絲束或線在線筒或卷筒上供給或儲(chǔ)存以減少儲(chǔ)存和/或輸送成本。
所述芯材元件如所述絲束或線優(yōu)選包含一定數(shù)量的纖維和/或管材和/或軟管或由其制成。因此，每一絲束或線可以由纖維、管材、軟管或它們的混合物中的一種或多種組成。優(yōu)選預(yù)先制造這些纖維、管材或軟管并將它們結(jié)合在一起，尤其是如果多個(gè)纖維結(jié)合在一根絲束或線中時(shí)。這可以通過例如將纖維表面材料粘合或熔合在一起來完成以制造絲束。在一起結(jié)合成絲束的纖維的數(shù)目取決于期望的絲束厚度并可以增加，只要纖維固定得足夠結(jié)實(shí)以避免在夾層芯材制造過程中的任何纖維損耗即可。
可選擇地，通常中空的軟管可以填充有纖維或提供足夠穩(wěn)定性的任何其他材料?？梢酝ㄟ^粘合或熔合結(jié)合將這些軟管結(jié)合，或者可以通過外部連接件如纏繞在所述軟管上的任選的彈性環(huán)繞線來將它們固定以制造絲束。當(dāng)然，纖維或管材也可以采用這種固定方法。
為了減小所述芯的重量，所述芯材優(yōu)選為輕質(zhì)材料。因此，所述纖維或管材或軟管可以為中空的或填充有輕質(zhì)材料。用于填充例如軟管的優(yōu)選材料可以為微氣球(中空微球，micro balloon)、中空纖維或任何其他輕質(zhì)材料。所述微氣球或纖維材料例如可以為玻璃或塑料。所述軟管材料優(yōu)選包含玻璃纖維、紙、芳族聚酰胺纖維或任何其他的纖維材料。為了在完成的產(chǎn)品中或在其制造過程中強(qiáng)化所述夾層芯層，所述軟管材料可以為液體樹脂可滲透的。在這種情況下，用于將所述夾層芯元件彼此結(jié)合的液體樹脂在該樹脂的固化過程中可以部分地或全部地滲入所述軟管材料中以將其強(qiáng)化。
在其他實(shí)施方案中，所述芯材元件包括一定數(shù)量的，即至少一個(gè)或多個(gè)(例如，兩個(gè)、三個(gè)、或甚至更多個(gè))，編織纖維軟管，其任選地通過同時(shí)將纖維粗紗編織在芯周圍來制造，該芯特別是泡沫芯，例如包含聚氨酯泡沫的泡沫芯。所述泡沫芯可以通過擠出方法使用泡沫供應(yīng)管和在一定數(shù)量的線筒上供給的一定數(shù)量的纖維粗紗形式的芯材元件來制造。通過泡沫內(nèi)部件的共擠出以及將纖維粗紗纏繞在所述泡沫芯周圍，可以制造編織軟管。這些絲束具有改進(jìn)的可靠性并可以易于處理。更具體地，可以按需要完成所編織軟管的生產(chǎn)和泡沫形成。例如，甚至可以臨近模具進(jìn)行，其中在制造夾層層壓制品過程中將所述夾層芯材布置在該模具中。
可以將由此制得的絲束纏繞在線筒或卷筒上供用作夾層芯材。由于泡沫芯，和纖維粗紗如玻璃或碳纖維粗紗，所述絲束是輕質(zhì)的，但具有足夠的剛性用于例如給夾層層壓制品提供改善的剪切強(qiáng)度。
可選擇地，根據(jù)另一種實(shí)施方案的夾層芯材包含泡沫，例如無端的泡沫材料片，SP泡沫條帶，優(yōu)選具有圓形或矩形截面。如果將兩個(gè)或更多個(gè)芯材元件在模具中布置為彼此相鄰，那么矩形截面可以是優(yōu)選的。在這種情況下，能夠易于將由單一泡沫材料條帶制成的片置于所述模具中。
這樣的泡沫條帶可以通過擠出技術(shù)或可以在卷繞于線筒或卷筒上之前從更寬的板條或板上切割下來。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案的夾層芯材由配有加強(qiáng)纖維的芯材元件構(gòu)成。優(yōu)選將所述加強(qiáng)纖維設(shè)置在所述芯材元件的表面，以提高所述芯材的剪切強(qiáng)度。在兩個(gè)或更多個(gè)這些芯材元件的結(jié)合過程中，所述加強(qiáng)纖維結(jié)合到鄰近所述元件的芯材元件上，因此提高了所述夾層芯材的強(qiáng)度。所述加強(qiáng)纖維材料的實(shí)例為玻璃纖維、碳纖維等。
這些加強(qiáng)纖維添加到所述絲束外表面的其他優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)制所述夾層芯材使其具有提高的剪切強(qiáng)度。
如上所述的根據(jù)本發(fā)明的夾層芯材可以優(yōu)選用于制造夾層層壓制品或類似的纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料。包含具有縱向結(jié)構(gòu)的夾層芯材和位于該夾層芯材的第一和/或第二表面上的至少一個(gè)夾層表層的夾層芯層壓制品優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)由縱向芯材元件制造的層或片。優(yōu)選至少兩層或三層直至六層到十層的數(shù)目。當(dāng)將所述芯材元件以元件靠元件的方式放置在模具中時(shí)，也可以在所述層壓制品的側(cè)面具有堆疊的兩層，并且在所述層壓制品的中間具有三至五層，以調(diào)整所述夾層芯材的厚度。
當(dāng)將所述芯材元件布置在模具中時(shí)，優(yōu)選通過與用于結(jié)合周圍復(fù)合材料中的加強(qiáng)纖維的樹脂相同的樹脂來結(jié)合所述夾層芯材，所述周圍復(fù)合材料即第一和/或第二夾層表層中的材料。對(duì)于夾層層壓制品的制造，使用真空輔助樹脂注塑方法是有利的，其中將真空片或箔放置在所述層壓制品上方，施加真空，將樹脂灌注到所述層壓制品中并隨后借助冷卻并任選地在向所述層壓制品施壓的條件下固化或固結(jié)。因此，可以制造具有本發(fā)明夾層芯材的灌注樹脂的夾層層壓制品。所述樹脂灌注模塑方法是技術(shù)人員所公知的，從而技術(shù)人員能夠容易地使其適用于如本文所述的特定應(yīng)用。
在表層中和/或所述夾層芯材中用作基質(zhì)材料的合適的樹脂為環(huán)氧樹脂、聚酯樹月旨、乙烯酯樹脂、聚氨酯樹脂或其他熱固性塑料材料。然而，所述基質(zhì)材料還可以包含熱塑性材料如聚丙烯、ABS (丙烯腈苯乙烯)或類似樹脂，或由其構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的夾層芯材和夾層層壓制品可以優(yōu)選用于制造風(fēng)輪機(jī)葉片，因?yàn)檫@類葉片的整體縱向的形狀。由于所述柔性芯材元件具有縱向結(jié)構(gòu)如條帶、絲束或線本身，可以容易地將它們沿所述葉片的縱向方向放置到所述模具中。因此，可以獲得良好的風(fēng)輪機(jī)葉片剛性，特別是在其縱向方向。
特別地，在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)葉片中使用的夾層芯材具有支撐結(jié)構(gòu)的功能。可以將其布置成具有上部層壓制品部分和下部層壓制品部分的葉片的內(nèi)芯，或者構(gòu)成上部葉片殼或下部葉片殼的夾層層壓結(jié)構(gòu)的芯層。如果所述葉片的長度和尺寸增加到約5米或更大，那么所述葉片大體上由包圍或圍繞腔室或空間的上部和下部葉片殼構(gòu)成。出于穩(wěn)定性原因，可以在上部葉片殼和下部葉片殼之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)狀物(web)，例如內(nèi)部墊片或穩(wěn)定元件。因此，所述輕質(zhì)風(fēng)輪機(jī)葉片由于其改進(jìn)的剛性、經(jīng)調(diào)制的夾層芯材剪切強(qiáng)度、改進(jìn)的制造方法、特別是由于原料的易處理性(例如儲(chǔ)存、輸送等)和生產(chǎn)過程中廢料(例如芯材的碎屑)的減少等等而是有利的。
上述夾層芯材及其在各種應(yīng)用如夾層層壓制品或風(fēng)輪機(jī)葉片中的具體應(yīng)用可以通過本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案，將一定數(shù)量的具有縱向結(jié)構(gòu)的柔性芯材元件(例如絲束或線，基本上無端的泡沫材料條帶等)布置于模具中?！安贾谩笔侵笇⑺鋈嵝孕静脑院线m的預(yù)定樣式(pattern)直接地或間接地(例如在第一或下部表層上)放置、安置或鋪設(shè)在模具中。該布置步驟優(yōu)選通過自動(dòng)化方法完成。例如，可以使用條帶放置裝置如帶有自動(dòng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器臂的自動(dòng)裝置來將所述柔性芯材元件布置在模具中。所述柔性芯材元件可以制造并供給例如在儲(chǔ)存裝置上，或可以聯(lián)機(jī)(in line)生產(chǎn)，這意味著直接在將其置于模具中之前進(jìn)行生產(chǎn)。后者是所謂的“原位方法”，其中在所述模具之前制備所述元件，例如在自動(dòng)化生產(chǎn)線上。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法由于自動(dòng)化工序而節(jié)省時(shí)間和工時(shí)，并因此比常用的制造方法便宜。
對(duì)于這種自動(dòng)化方法，在將所述柔性芯材元件安置在所述模具中的步驟中，優(yōu)選從線筒和/或卷筒供給所述柔性芯材元件。當(dāng)所述柔性芯材元件為基本無端的形式時(shí)，可以將它們?cè)谶@樣的線筒或卷筒上儲(chǔ)存并輸送，并可以將它們放入自動(dòng)裝置中用于供給至所述模具。在已經(jīng)將所述柔性芯材元件的期望樣式布置在所述模具中之后，切割所述芯材元件。此后，可以將第二或另外的柔性芯材元件放置在同一模具中，例如作為第二或另外的芯材層或挨著第一條帶的另外的條帶。優(yōu)選地，將所述芯材元件的期望樣式預(yù)先限定并儲(chǔ)存在所述自動(dòng)裝置的加工單元的儲(chǔ)存裝置中。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，該方法包括通過膠或通過樹脂將所述芯材元件結(jié)合在一起的步驟。這通常在制成所述柔性芯材元件以供在線筒或卷筒上儲(chǔ)存或供給之前完成。例如，將一定數(shù)量的中空管材和/或纖維(例如，至少兩個(gè)，優(yōu)選三個(gè)或更多個(gè)，特別是6個(gè)、7個(gè)或8個(gè))布置成絲束并借助膠合或部分熔化所述管材或纖維的外表面的塑料(或樹脂)來固定，以獲得由一定數(shù)量的中空管材或纖維制成的芯材絲束。可選擇地，可以通過纏繞在多個(gè)管材或纖維上的線將所述中空管材或纖維結(jié)合在一起。所述線優(yōu)選是彈性環(huán)繞線，其以基本螺旋形的構(gòu)造纏繞在所述管材或纖維上。如果期望進(jìn)一步增強(qiáng)的管材強(qiáng)度或改善的固定，可以這種基本螺旋形的構(gòu)造將兩根或更多根線纏繞在所述管材上。例如，可以使用成相反的螺旋形布置的兩根線。
在這類夾層芯絲束中，可以使用泡沫材料的管材、纖維、條帶，其可具有中空或?qū)嵭牡慕孛娼Y(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述管材、纖維、條帶由輕質(zhì)材料制成和/或具有中空截面形狀，該中空截面形狀優(yōu)選填充有輕質(zhì)材料以降低所述芯材的重量。
在根據(jù)本發(fā)明方法的其他實(shí)施方案中，將多個(gè)具有基本上矩形形狀的柔性芯材元件布置為片狀形式。使用具有基本上矩形形狀的芯材元件是優(yōu)選的，因?yàn)榻档土怂鲂静膶拥目傊亓俊Ｔ蚴钱?dāng)使用具有基本上矩形形狀的元件時(shí)，相比由圓形元件制成的片，所述芯材元件之間的空間減小了。由于通常借助熔化樹脂或使用膠來結(jié)合所述芯材，因此由于所述芯材元件之間的小空間使得浸入所述芯材元件層內(nèi)的樹脂量或膠量盡可能小。用于結(jié)合的優(yōu)選樹脂是用在所述一個(gè)或多個(gè)夾層表層中的那些樹脂。因此，可以通過這種方法制造改進(jìn)的輕質(zhì)夾層芯材和/或夾層層壓制品。夾層芯元件的這種構(gòu)型的其他優(yōu)點(diǎn)是所述夾層層壓制品由于通過布置矩形形狀的芯材元件所提供的光滑表面而具有改善的抗彎強(qiáng)度。


通過結(jié)合考慮以下的具體描述和附圖，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解附圖僅用于舉例說明的目的而并非作為本發(fā)明范圍的限定。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的柔性芯材元件的立體圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的柔性芯材元件的立體圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的柔性芯材元件的立體圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的柔性芯材元件的截面； 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案的柔性芯材元件的制造工序； 圖6示出了纏繞在線筒上的根據(jù)圖2的柔性芯材元件的立體圖； 圖7示出了纏繞在線筒上的根據(jù)第六實(shí)施方案的柔性芯材元件的立體圖； 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的夾層層壓制品的截面；和 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的風(fēng)輪機(jī)葉片的制造工序。
在附圖中，貫穿全文，相同的附圖標(biāo)記指示相同的物體。圖中的物體不必按比例繪制。具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的柔性芯材元件3的立體圖，其包括七個(gè)由聚合物材料制成的管材12。各管材12構(gòu)造為具有中空管截面15。將這七個(gè)管材12布置成絲束的形式，其中在所述絲束的截面上所述絲束包括位于中間的一個(gè)管材12和圍繞這一中間管材12的六個(gè)管材12。通過熔化聚合物材料的表面并在它們對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)使它們彼此結(jié)合，將所述六個(gè)外部管材12結(jié)合至位于中間的管材12并結(jié)合至各自相鄰的管材12。
這種絲束對(duì)于用作柔性芯材元件3是有利的，因?yàn)樗囟ǖ娜犴g性使得能夠?qū)⑺p繞在線筒或卷筒上用于儲(chǔ)存、輸送并供給至模具。因此，借助相應(yīng)的自動(dòng)裝置，通過使用在線筒上供給的夾層芯材元件，可以自動(dòng)地完成至模具中的供給。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的類似柔性芯材元件3。在這種實(shí)施方案中，七個(gè)中空管材12以如圖1所示的類似方式布置，但通過環(huán)繞線2固定在一起。這些線2可以由塑料或纖維材料制成，其優(yōu)選為彈性的，從而可以易于以螺旋方式纏繞在絲束上。替代螺旋線2，可以布置纏繞在距絲束起始部位不同距離處的多條線來將管材12固定結(jié)合為絲束。因此，線2起到管材12的外部連接構(gòu)件的作用。
當(dāng)然，圖1所示的第一實(shí)施方案中所說明的通過熔融樹脂實(shí)現(xiàn)的結(jié)合(內(nèi)部連接)可以與這種外部連接相結(jié)合。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的柔性芯材元件3的立體圖。該實(shí)施方案的芯絲束包括用輕質(zhì)材料18填充的軟管13。軟管13的材料優(yōu)選對(duì)于所使用的注射樹脂為可滲透的，從而使得該樹脂能夠浸入所述軟管材料中，從而固定在周圍的芯材層或周圍的夾層層壓制品層中。填充至軟管13中的材料18優(yōu)選為非滲透性的，從而避免大量重質(zhì)樹脂的浸入。在圖3中，用微氣球18填充軟管13，微氣球18由于填充在該氣球中的大量空氣或其他氣體而是輕質(zhì)的。可選擇地，可以使用其他輕質(zhì)材料代替微氣球18，如中空纖維、管材、泡沫等。
在圖4中，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的柔性芯材元件3以其截面示出了。芯絲束3在表面上具有加強(qiáng)纖維7以改善柔性芯材元件3在芯材層中或在夾層層壓制品中的固定。除了結(jié)合為絲束的中空管材12數(shù)目不同并且加強(qiáng)纖維7嵌入絲束3的表面之外，大體結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方案的絲束的結(jié)構(gòu)類似。加強(qiáng)纖維7可以是任何常規(guī)的纖維材料，只要它可與用于所述芯層和/或夾層層壓制品表層的樹脂基質(zhì)材料相容以實(shí)現(xiàn)改善用這些絲束3制成的夾層層壓制品的剪切強(qiáng)度的有利效果即可。
圖5示出了在制造過程中的根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案的柔性芯材元件。柔性芯材元件3包括泡沫材料內(nèi)芯元件23和一定數(shù)量的纖維粗紗24 (例如，如圖5所示的六個(gè))，其全部結(jié)合成編織軟管5。
內(nèi)芯元件23的泡沫材料可以混合在泡沫成分混合機(jī)25中并借助泡沫供應(yīng)管26供應(yīng)至編織機(jī)。這可以例如借助擠出泡沫材料內(nèi)芯元件23的擠出機(jī)，通過共擠出同時(shí)圍繞共擠出的內(nèi)芯元件23編織纖維粗紗24來實(shí)現(xiàn)。所獲得的絲束具有適合用于制造本發(fā)明的纖維芯材或夾層層壓制品的纖維編織軟管結(jié)構(gòu)5。
圖6示出了在線筒20上供給的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的柔性芯材元件3的立體圖。優(yōu)選地，線筒20承載絲束3的基本上無端的部分以用于儲(chǔ)存、輸送或供給柔性芯材元件3。圖6中所示的絲束3具有圖2中所示的第二實(shí)施方案的大體結(jié)構(gòu)(general structure)。然而，它也可以具有任何前述示例性描述的截面和大體結(jié)構(gòu)等。
有利的在線筒20上供給的柔性芯材元件3的另一種實(shí)施例示于圖7中。根據(jù)這種實(shí)施方案，柔性芯元件3的截面具有基本上矩形的形狀4。這種截面的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在多個(gè)這些柔性芯材元件的片中，元件3之間的空間減小或完全消失。這是優(yōu)選的，因?yàn)樗鲚p質(zhì)材料通常浸有用于結(jié)合的樹脂，該樹脂填充在所用元件之間的空間中。如果在元件3之間沒有這樣的空間或僅有小的空間，那么這樣的片的重量明顯減小。
這例如顯示在圖8的夾層層壓制品10中，夾層層壓制品10包括第一表層8和第二表層9以及兩個(gè)表層8、9之間的夾層芯材層I。所述夾層芯材包括三層單層的如圖3中所示的根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的芯材元件3。柔性芯材元件3 (示于截面中)包括采用微氣球18填充的外部軟管。各柔性芯材元件3層幾乎完全由輕質(zhì)材料制成的元件3填充，幾乎沒有給樹脂留下空間，所述樹脂例如用在隨后的真空輔助樹脂注塑方法中用于制備根據(jù)本發(fā)明的夾層層壓制品。
圖9示出了采用自動(dòng)化方法來將芯材元件3放置到模具100中的根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)葉片的制造工序。柔性芯材元件在線筒20上供給。自動(dòng)裝置34以連續(xù)過程將所供給的芯絲束33輸送至模具100。自動(dòng)裝置34具有鋪放頭35，其用于以期望的樣式將所述柔性芯材元件布置到模具100中。在完成第一元件的放置之后，切割該元件并可以將第二元件和另外的元件放置到同一模具中，挨著第一元件或位于其上，直到實(shí)現(xiàn)所述夾層芯材的期望厚度和形狀。
之后，可以加熱所述模具以通過部分熔化所述元件外表面的塑料或樹脂來結(jié)合所述芯材元件。可選擇地，將第一和第二表層放置在所述夾層芯材的表面上，并按壓所有的三層，任選在加熱下，以形成根據(jù)本發(fā)明的夾層層壓制品。在這種情況下，所述表層的塑料或用于真空樹脂浸入過程的浸入樹脂可以浸入夾層芯材中，用以提高所述夾層層壓制品的穩(wěn)定性和剛性。如果例如待制造的部件如風(fēng)輪機(jī)葉片通過真空輔助樹脂注塑法制造的話，將真空片或箔放置在所述層壓制品的上方，施加真空，將樹脂灌注到所述層壓制品中，并隨后借助冷卻來固化或固結(jié)。這可以任選地在向所述層壓制品加壓的條件下進(jìn)行。因此，制得了具有本發(fā)明的夾層芯材的灌注樹脂的夾層層壓制品。
盡管已經(jīng)以優(yōu)選實(shí)施方案及其變體的形式公開了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)其作出眾多另外的修改和改變。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行了描述，但用于飛機(jī)、直升機(jī)、冷卻機(jī)的其他葉片、翼或旋翼、或轎車部件以及汽車工業(yè)或類似裝置中的部件也可以采用本發(fā)明的方法制造。具有本發(fā)明的夾層芯材或柔性芯材元件的夾層層壓制品層可以廣泛用于類似的技術(shù)領(lǐng)域中。為了清楚起見，應(yīng)當(dāng)理解貫穿本申請(qǐng)使用的“a (—個(gè))”或“an (—種)”不排除復(fù)數(shù)，并且“包括”不排除其他的步驟或元件。除非另外說明，“裝置”、“設(shè)備”或“元件”可以包括一定數(shù)量的獨(dú)立的裝置、設(shè)備或元件。
權(quán)利要求
1.夾層芯材(I)，特別是用于夾層層壓制品(10)的夾層芯材(I)，其中所述夾層芯材(I)包含一定數(shù)量的具有縱向結(jié)構(gòu)的柔性芯材元件(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層芯材，其中所述芯材元件(3)包括絲束或線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的夾層芯材，其中所述芯材元件(3)包含一定數(shù)量的纖維和/或管材和/或軟管。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的夾層芯材，其中所述芯材元件(3)包含一定數(shù)量的編織纖維軟管。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的夾層芯材，其中所述夾層芯材(I)包含泡沫。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的夾層芯材，其中所述芯材元件具有基本上矩形的截面。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的夾層芯材，其中所述芯材元件(3)配有加強(qiáng)纖維(7)。
8.用于前述任一權(quán)利要求的夾層芯材(I)的具有縱向結(jié)構(gòu)的柔性芯材元件(3)。
9.包含權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的夾層芯材(I)和位于所述夾層芯材(I)的第一和/或第二表面上的至少一個(gè)夾層表層(8、9)的夾層層壓制品(10)。
10.包含權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的夾層芯材(I)或權(quán)利要求8的柔性芯材元件(3)或權(quán)利要求9的夾層層壓制品(10)的風(fēng)輪機(jī)葉片。
11.制造夾層芯材(I)的方法，包括將一定數(shù)量的具有縱向結(jié)構(gòu)的柔性芯材元件(3)布置到模具(100)中的步驟。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中通過自動(dòng)化方法將所述芯材元件(3)布置到所述模具(100)中。
13.權(quán)利要求11或12所述的方法，其中當(dāng)布置到所述模具(100)中時(shí)，所述芯材元件(3)供給自線筒(20)和/或卷筒。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的方法，包括通過膠或樹脂將所述柔性芯材元件(3)結(jié)合到一起的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中將多個(gè)具有基本上矩形形狀(4)的柔性芯材元件(3)布置為片狀形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及夾層芯材(1)，特別是用于夾層層壓材料(10)的夾層芯材(1)，其中所述夾層芯材(1)包含一定數(shù)量的具有縱向結(jié)構(gòu)的柔性芯材元件(3)。本發(fā)明還涉及用于夾層芯材(1)的柔性芯材(3)、包括這類夾層芯材(1)的夾層層壓材料(10)和風(fēng)輪機(jī)葉片。另外，本發(fā)明涉及制造這類夾層芯材(1)的方法。
文檔編號(hào)B32B5/00GK103182802SQ201210582039
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者E.格羅夫-尼爾森 申請(qǐng)人:西門子公司