[发明专利]可成形芯块用于树脂浸渍工艺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及芯块(core block)用于树脂浸渍工艺(resin impregnation process)如真空辅助的树脂传递模塑的用途，以及形成复合材料结构的方 法和可通过该方法获得的复合材料结构。

背景技术

因此本发明涉及纤维复合材料结构的制造方法和通过VARTM(真 空辅助的树脂传递模塑)获得的复合材料结构，其中液态聚合物(又称作 树脂)被填充到其中事先已插入了纤维材料的模腔中，在所述模腔中产生 真空因而吸入所述聚合物。所述聚合物可以为热固性塑料或热塑性塑 料。

真空灌注或VARTM是用于模制纤维复合材料模制件的工艺，其中 均匀分布的纤维被层置在模具部件之一中，所述纤维为粗纱即纤维带的 束、粗纱带或垫，其中所述垫是由单根的纤维制成的毡垫(felt mats)或由 纤维粗纱制成的编织垫。第二模具部件通常由弹性的真空袋(vacuum bag) 制成，并被随后置于所述纤维材料之上。通过在所述模具部件的内侧与 所述真空袋之间的模腔中产生真空，通常为完全真空(total vacuum)的 80-95％，可将液态聚合物吸入并填充到其中含有所述纤维材料的所述模 腔中。在所述真空袋与纤维材料之间使用了所谓的分配层或分配管(又称 作入口通道)，以获得尽可能充分和有效的聚合物分配。在大多数情况下 施加的聚合物为聚酯或环氧树脂，所述纤维增强大多是基于玻璃纤维或 碳纤维。

在填充模具的过程中，通过模腔中的真空出口产生真空，借此将液 态聚合物经由所述入口通道吸入模腔中以填充所述模腔，就此而言所述 真空应被理解为低压或负压。从所述入口通道，随着流动前沿移向所述 真空通道，由于所述负压聚合物沿各个方向分散在模腔内。因此，为获 得模腔的完全填充，最佳地设置入口通道和真空通道非常重要。然而， 要保证聚合物在整个模腔内的完全分布通常是困难的，并由此这通常导 致所谓的干斑，即纤维材料未被树脂充分浸渍的区域。因此，干斑是这 样的区域，在此处纤维材料未被浸渍，并且此处可能存在气眼(air pockets)，它们很难或不可能通过控制真空压力和可能地入口端超压来 除去。对于真空灌注，采用刚性模具部件和真空袋形式的弹性模具部件， 可以在填充模具的过程之后通过例如在相应的位置刺穿所述袋和通过 例如用注射器针头抽出空气来修复干斑。可任选地在所述相应位置注入 液态聚合物，并且这例如也可用注射器针头来完成。这是一个非常耗时 且费力的过程。在大模具部件的情形下，工作人员必须站在所述真空袋 上。这是不希望的，特别是在聚合物尚未硬化时，因为这会导致插入的 纤维材料的变形和由此导致结构的局部削弱，这可能导致例如弯曲效应 (buckling effects)。

专利文献公开了使用半透膜的例子，其增大了真空起作用的区域， 并由此减少了上述问题。就此而言术语半透膜是指能透过气体但不能透 过液态聚合物的膜。由此，如果遍布纤维插入物设置半透膜，则可以更 容易地除去或完全防止气眼。

一般地，所述复合材料结构包括覆盖有纤维增强材料，例如一或多 个纤维增强聚合物层的芯材料。所述芯材料可用作这些层之间的隔离物 以形成夹层结构，并且为了降低复合材料结构的重量其通常由刚性的轻 质材料制成。在浸渍过程中为保证液态树脂的有效分配，所述芯材料可 以提供有树脂分配网络，例如通过在芯材料的表面中提供通道或沟槽。 EP 0831987和EP 01304211分别公开了其中使用了这种芯材料的方法和 复合材料结构。

例如，由于随着时间的推移风力涡轮机(wind turbine)的叶片已经变 得越来越大，并且现在可能会超过60米长，所以对于制造这种叶片由于 更多的纤维材料必须要用聚合物浸渍，浸渍时间变长了。另外，由于大 型壳元件如叶片的浸渍需要控制流动前沿来避免干斑，所以灌注过程变 得更加复杂，其中所述控制可例如包括与时间相关的入口通道和真空通 道控制。这增加了吸入或注入聚合物所需的时间。因而所述聚合物必须 更长时间地保持液态，通常也导致固化时间的增加。

WO2007/098769记述了一种优化复合材料结构制造工艺的方法。

本发明的一个目的是获得通过例如VARTM工艺制造复合材料结构 例如夹层结构的新方法，其克服或改善现有技术的至少一种缺点或其能 够提供有用的备选方案。本发明的一个目的还在于提供可通过所述新方 法获得的新的并且经改进的复合材料结构。

发明内容