[發明專利]夾層板及其制造方法

有效

• 申請號: 201210561169.5
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103171179A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: E.格羅夫-尼爾森
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B33/00;B32B37/15;F03D11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

技術領域

本發明涉及夾層板，特別是用于風力渦輪機葉片的夾層板，該夾層板包括夾芯材料以及上層板部和下層板部，其中所述上層板部及下層板部包括熱塑性基質材料和加熱元件。本發明還涉及包括這種夾層板風力渦輪機葉片以及制造夾層板的方法。本發明還涉及風力渦輪機葉片的修整方法和除冰方法。

背景技術

風力渦輪機轉子的風力渦輪機葉片具有約40米或更長的長度，有時達到約90或100米。風力渦輪機葉片需要非常堅硬，因此通常組成包括金屬或復合材料的殼結構。用于風力渦輪機葉片的這種復合材料一般由用堅固纖維（諸如玻璃纖維、碳纖維或其它纖維）加強的塑性材料構成。使用纖維加強的熱塑性材料來制造的這類產品數量正日益增加。對于這些產品，可以將熱塑性纖維和加強纖維的混合材料置于模具中，并通過加熱模具來使其熔化。在被加熱的模具中，熱塑性基質材料熔化并且與加強纖維固結，以形成堅固的復合材料。然而，對于壁厚較大的大型結構或具有內部芯結構（其本身是絕熱的）的結構而言，加熱所述材料（尤其是夾芯結構的內部部分）幾乎是不可能的，或者至少是費時耗能的。

因此，熱塑性材料并不常用于具有較大壁厚或具有絕熱夾芯材料（諸如軟木、蜂窩元件、PVC泡沫）的產品中。代替使用熱塑性材料，熱固性聚合物材料（諸如聚酯、乙烯酯或環氧樹脂）通常用于這類復合材料中（參見WO?2010133587?A1）。

然而，熱固性復合材料具有一些缺點，諸如在循環利用那些材料時成本高，或者在不能循環利用時則會產生大量的廢料積累。

發明內容

因此，本發明的一個目的是要提供一種改進的用于風力渦輪機葉片的夾層板、風力渦輪機葉片本身以及改進的制造這種層壓板的方法。更具體地，本發明進一步的目的是要提供一種成本敏感的、任選地能夠容易地循環利用的、可靠的夾層板。另一目的是要提供風力渦輪機葉片的修整方法和除冰方法。

本發明的目的是通過根據權利要求1的夾層板、根據權利要求6的風力渦輪機葉片、根據權利要求11的制造夾層板的方法、根據權利要求14的修整方法和根據權利要求15的除冰方法來實現的。

根據本發明的夾層板包括：夾芯材料以及上層板部和下層板部，其中上層板部和/或下層板部包括熱塑性基質材料和加熱元件。夾芯材料特別地具有支撐結構的功能，其可以是具有上層板部和下層板部的葉片的內部芯，或者可以是構成（例如風力渦輪機葉片的）上部葉片殼或下部葉片殼的夾層板的芯層。如果葉片的長度和尺寸增加到40米或更大，則葉片通常由封閉或圍住一空腔或空間的上部和下部葉片殼構成。出于穩定性的原因，可以在上部葉片殼和下部葉片殼之間設置一個或多個腹板（例如內部隔離物或穩定器元件）。

根據本發明的夾層板的加熱元件包括導電纖維，其在熱塑性基質材料內部構成電路。所述導電纖維可通過流過纖維的電流而被加熱。由此，被加熱的導電纖維可以（例如在制造過程期間）用于加熱熱塑性基質材料。當電流產生足夠的熱量以將導電纖維加熱到高于熱塑性基質材料熔點的溫度時，熱塑性基質材料熔化并且在隨后的冷卻過程中與導電纖維固結。

對于本發明而言，導電纖維可以是具有足夠低的電阻的、能夠通過流過導電纖維的電流來加熱該纖維周圍的材料的任意纖維或金屬絲或絲線。可由引導電流通過電路的電流接觸或由利用振蕩磁場來感生在纖維構成的環形結構中流動的電流的感應加熱機構來向纖維提供加熱能量。這兩種技術以及用于加熱導電纖維的類似替代技術可被用來加熱纖維結構。

加熱元件被實現為加熱圍繞這些加熱元件的熱塑性材料，從而熔化熱塑性材料。為了實現熱塑性基質材料與導電纖維的固結，加熱元件被布置成用于對熱塑性基質材料塊進行加熱。因此，可以將加熱元件布置在大塊基質材料內的一個或多個層中，從而使得加熱元件適于向熱塑性基質材料提供足夠的熱量。為了增加熱塑性基質材料中被加熱區域的表面，可將每個加熱元件以直線或彎曲或曲折式構形布置在熱塑性基質材料層中。

加熱元件優選向熱塑性材料提供足夠的表面區域，例如通過包括多個線圈來替代直線結構，以減少加熱時間或在相同的加熱時間內熔化更大量的周圍的熱塑性基質材料。

如果導電纖維小，則加熱元件的數量將增加到在合理時間內加熱熱塑性基質材料塊的足夠的量。

在熔化和冷卻過程之后，所獲得的夾層板包括夾芯材料以及由固結的復合材料制成的上和下層板部，該復合材料包括熱塑性基質材料和作為加強元件的導電纖維。因此，導電纖維在制造過程期間是加熱元件，而在最終產品中是加強元件，因為它們為上和下層板部的熱塑性材料提供了足夠的強度和剛性。因此能夠以成本敏感和高效的方式生產可靠的層壓板。