[发明专利]模塑材料

说明书

本发明涉及模塑材料，制备模塑材料的方法，以及模塑材料的用途，特别是但不排他地涉及用于制备风力涡轮机部件和/或叶片的预固化或部分固化的模塑材料。

背景技术

随着风力涡轮机叶片尺寸增加，其要求多层复合材料纤维和树脂增强材料的堆叠体。通常，铺叠树脂预浸渍的纤维增强材料(预浸件)来形成这些堆叠体。

本领域已知的是，纤维增强的复合材料中弯曲褶皱或纤维隆起极大地降低复合材料的机械性质，特别是强度和E-模量。因此，非常期望制备具有高度排列整齐的纤维的复合材料。

发明内容

本发明的目的是消除或者至少缓解上述问题和/或概要地提供益处。

根据本发明，提供如所附权利要求中所限定的材料、组合件和方法。

使用部分或完全固化的纤维增强的片状材料允许片材中非常高的纤维含量和高度排列整齐的纤维。此外，片材是固化的，这有助于片材的运输，因为不需要特殊条件如温度范围或湿度范围。此外，片材形状和固化状态的组合有助于调节片材适应模具的形状而无需牺牲在形成复合材料组件或部件的叠层(lay-up)中纤维的排列或者换言之平直度(straightness)。这对于复杂形状如风力涡轮机叶片的螺旋桨是特别重要的，其中期望的纤维分布是复杂的三维形状。

具有期望形状的组件可以从所述片状材料切割，以方便形成复合材料组件或部件的特定的铺叠。

在本发明非常优选的实施方式中，将固化的纤维增强的片状材料的至少一些元件设置为部分重叠的块材(tile)，从而提供许多基本上平行的元件边缘。这允许元件非常紧密地设置于模具的表面，通过调整元件间的重叠区域，可以实现基本上任何期望的增强纤维的整体分布。具体地，该元件可以这样设置在风力涡轮机叶片的横截面中，使得相应于从叶片的中心至横截面表面的距离，纤维基本上类似于具有深度剖面的湖中水的分布。在特别优选的实施方式中，基本上平行的元件边缘是这样的边缘，其基本上平行于固化的纤维增强的片状材料的元件的长度。这导致较短的树脂引导距离，因此更易于制造和较高的重复性。

固化的纤维增强的片状材料的元件可以沿复合材料结构体的长度的较短或较大部分提供。但是，通常优选的是，沿风力涡轮机叶片壳元件的长度的至少75％设置该元件，在许多情形，更优选的是沿复合材料结构体的长度的至少90％设置该固化的纤维增强的片状材料。

固化的纤维增强的片状材料包括可以用于增强目的的纤维如碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、天然纤维如基于纤维素的纤维如木纤维、有机纤维或其他纤维。在优选的实施方式中，纤维是平行于固化的纤维增强的片状材料的长度取向的单向纤维。这在固化的纤维增强的片状材料的长度提供非常高的强度和刚度。在某些应用中其他取向或取向的组合可能是合适的。其他适合取向的实例是相对于片状材料层的长度在+-45°,+-30°或0-90°取向的双轴纤维；在片状材料的长度且在+-45°取向的三轴纤维。这些取向提高复合材料的侧面强度(edgewise strength)和/或抗扭强度和刚度。

结构纤维可以包括断裂(即拉断)、选择性不连续或连续的纤维。结构可以由各种材料如碳、石墨、玻璃、金属化聚合物、芳族聚酰胺或其混合物制成。优选碳纤维和玻璃纤维，对于长度超过40米如50-60米的风力涡轮机壳优选碳纤维。结构纤维可以是由多种单独纤维制成的单独丝束，它们可以是织造织物或非织造织物。根据在最终层合体所需求的性质，纤维可以是单向的、双向的或多向的。通常，纤维具有圆形或者几乎圆形的横截面，直径为3至20μm，优选5至12μm。在用于制备固化层合体的预浸件中可以使用不同纤维。

示例性的单向结构纤维层由可得自Hexcel Corporation的碳纤维制成。用于制备单向纤维层的合适碳纤维包括:IM7碳纤维，其可以以含有6,000或12,000根单丝和重量分别为0.223g/m和0.446g/m的纤维商购；IM8-IM10碳纤维，其可以以含有12,000根单丝，重量为0.446g/m至0.324g/m的纤维商购；和AS7碳纤维，其可以以含有12,000根单丝和重量为0.800g/m的纤维商购。

此外，固化的纤维增强的片状材料包括树脂，所述树脂优选为热固性树脂如基于环氧的树脂，基于乙烯基酯的树脂，基于聚氨酯的树脂或另一合适热固性树脂。固化的纤维增强的片状材料可以包括超过一种类型的树脂，超过一种类型的纤维。在优选的实施方式中，固化的纤维增强的片状材料包括单向碳纤维和基于环氧的树脂或基于乙烯基酯的树脂，优选地，所述固化的纤维增强的片状材料基本上由单向碳纤维和基于环氧的树脂组成。