[发明专利]用于在包括纤维材料的板材上提供锥形边缘的方法以及设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于在包括纤维材料的板材上提供锥形边缘的方法以及设备。锥形纤维材料可以用来制造风力涡轮机叶片。

背景技术

本发明涉及用于对复合结构(诸如风力涡轮机叶片)中使用的层或者板层进行倒棱的技术，层或者板层在本文中通称为板材。

复合结构典型地包括一个或多个板材，在本文中还称为板层，每个板层为纤维加强板材，可以包括热塑性或者热固性树脂基体。在制造复合结构期间，例如在层叠或者喷射模塑过程期间，纤维可以由基体预浸渍为“预浸体”，或者基体可以浸渍到纤维板材中。可替换地，纤维加强板材可以通过树脂箔仅在一侧被预浸渍，即“半浸渍”。作为进一步的替换，纤维材料能够例如诸如在VARTM(真空辅助树脂传递模塑)中通过真空辅助传递至干纤维材料叠层而嵌有层压结构的基体树脂。通常使用的树脂是热固性树脂，其黏度当加热时降低，稍后当继续加热以凝固时黏度升高以变成固态。

板层通常以层式或层压式布置彼此上下叠置。单板层式复合结构也是可以的，其中多个单厚度的板层在它们的边缘处重叠。板层能够由泡沫芯体支撑以限定该芯体上或围绕该芯体的表皮，例如以提供夹层结构。

在风力涡轮机叶片中，该结构在从叶片根部到叶片末端的叶展方向上以及在翼弦(chordwise)方向上都通常是锥形的。为此，一些板层可以在该结构的端部的内侧终止或者“降低”，留下其他连续板层进一步朝向该端部延伸。但是，这种板层降低会引起层压结构的弱化，从而引起损坏，诸如分层或者破裂。边缘倒棱有助于强化负荷路径以及最大化板层之间的界面的表面积。这允许使用更厚的板层，这样利于层叠处理，因为在层压结构中于是需要较少的层来实现所需总体厚度。

复合结构中所使用的板层难以有效、精确及可重复地尤其以浅锥度进行倒棱，而为了最大化边缘界面的表面积，浅锥度是期望的。板层是柔性的并且是可压缩的，因而在倒棱处理所施加的力下趋于不可预测地移动。而且，板层会因倒棱处理生成的热而劣化。这在预浸体的情况下尤其是个问题，如果通过热使基体凝固或者以其他方式转化热的话。例如，倒棱期间生成的热会引起热塑性基体软化或熔化并堵塞倒棱工具。如果基体软化或熔化，那么倒棱工具还可能不可预测地拖动该板层，有可能使得板层扭曲，因而无法确定切削的准确度。

板层锥化工具的一些例子公开于EP1786617。这些包括类似于剃刀的指状铣刀，但指状铣刀不适合于切削纤维嵌入基体的预浸体，因为纤维在预浸体板层中的封闭集成防止了指状铣刀在纤维之间贯穿。而且，在干纤维构成的板材中，纤维例如通过缝合而被保持于一起并且定向成各种角度，阻止了指状铣刀在纤维之间贯穿。EP1786617还公开了具有倾斜面的面铣刀，其绕与包含锥形边缘的平面正交的轴线转动。当如EP1786617中所示那样构造时，面铣刀施加热量至预浸体板层会劣化板层并熔化其基体；使用砂带磨光机等的其他研磨技术也存在这个问题。而且，在干纤维板层中，当如EP1786617中所示那样构造时，面铣刀向板层施加平行于锥形边缘的侧力，这趋向使板层以及其中的各纤维扭曲，因而无法确定切削的精度。

WO2012013193公开了这样的技术，其中预浸体板层被夹在冷冻钢块之间，砂轮布置成平移过板层的自由边缘以从该边缘移除材料从而产生倒棱，供给冷冻剂的喷嘴布置成与砂轮协作地移动。虽然这是一个有效的技术，但是仍存在改进的空间，尤其是利于例如风力涡轮机叶片的大规模制造。因此，需要一种用于对纤维材料板材的边缘以可控方式及以适于高数量叶片制造的稳定的质量进行倒棱的处理。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于对纤维材料板材的边缘以可控方式及以适于例如风力涡轮机叶片的大规模制造的一致质量进行倒棱的技术。本发明的另一目的是利于降低会导致风力涡轮机叶片中的层压结构弱化的板层降低的风险。

这些目的通过在包括纤维材料的板材上提供锥形边缘的方法来实现。所述方法包括移动所述板材同时实施以下步骤：

-将所述板材移动经过冷冻装置，所述板材至少在所述板材的第一边缘处设置有嵌有所述纤维材料的物质，所述物质在室温下尤其在20摄氏度下处于非固态，

-使用所述冷冻装置冷却所述第一边缘，使得所述第一边缘处的所述物质变成固态，

-在使用所述冷冻装置将所述物质冷却为固态的同时将所述板材移动经过机加工装置，以及

-在将所述板材移动经过机加工装置的步骤期间，用所述机加工装置机加工所述第一边缘以提供第一锥形边缘。