專利名稱：用于檢測真空輔助樹脂傳遞模塑成型處理中的泄漏的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過真空輔助樹脂傳遞模塑成型制造包括纖維加強材料的 復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其中纖維材料被注入以液體樹脂，其中所述方法包括以下步驟a)提 供包括剛性模具部分和第二模具部分的成形結(jié)構(gòu)，b)將纖維材料放置在剛性模具部分 中，C)將第二模具部分與剛性模具部分密封以形成模具腔，d)將未固化的流體樹脂源 連接于至少一個與模具腔連通的樹脂入口，e)連接與模具腔連通的至少一個真空出口， f)通過所述至少一個真空出口將成形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部排空，g)通過所述至少一個樹脂入口將 未固化的樹脂從未固化的樹脂源供給到模具腔，從而用樹脂填充模具腔，以及h)固化樹 脂，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種用于檢測在真空輔助樹脂傳遞模塑成型處理期間空氣泄漏的 裝置，該裝置包括具有內(nèi)部的密封容器、第一入口以及第一出口，其中第一入口和第一 出口設(shè)置成能夠與密封容器的內(nèi)部連通，并且其中第一出口連接于真空源。因此，本發(fā)明涉及一種用于通過VARTM (真空輔助樹脂傳遞模塑成型)制造纖 維復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和裝置，其中液體聚合物(也稱作樹脂)被填充到模具腔中，纖維材料 已經(jīng)在先插入到模具腔中，并且在模具腔中產(chǎn)生真空，從而吸入聚合物。聚合物可以是 熱固性塑料或熱塑性塑料。
背景技術(shù)：
真空注入或VARTM是用于模塑成型纖維復(fù)合模具的工藝，其中均勻分布的纖維 在第一模具部分中被分層，所述纖維是粗砂，即成束的纖維帶，成帶的粗砂或墊，其或 者是由單獨的纖維制成的氈墊，或者是由纖維粗砂制成的織物墊。通常由彈性真空袋制 成的第二模具部分隨后被放置在纖維材料上方。通過在模具腔內(nèi)在第一模具部分的內(nèi)側(cè) 和真空袋之間產(chǎn)生真空，一般為80%至95%的完全真空，液體聚合物能夠被吸入，并且 能夠利用其中所含的纖維材料填充模具腔。所謂的分布層或分布管(也稱為入口通道) 在真空袋和纖維材料之間使用，以獲得盡可能穩(wěn)固和高效的聚合物分布。在大多數(shù)情況 下，所應(yīng)用的聚合物是聚酯、乙烯基酯或環(huán)氧，并且纖維加強最通常的是基于玻璃纖維 或碳纖維，但是也可以是塑料纖維、植物纖維或金屬纖維。在填充模具的過程期間，經(jīng)由模具腔中的真空出口產(chǎn)生真空(該處的所述真空 理解為低壓或負(fù)壓)，由此將液體聚合物經(jīng)由入口通道吸入到模具腔中，以填充所述模具 腔。隨著前方的流動朝真空通道移動，聚合物由于負(fù)壓在模具腔中從入口通道沿所有方 向擴散。因此，重要的是最優(yōu)地定位入口通道和真空通道，以獲得模具腔的完全填充。 然而，確保聚合物在整個模具腔中的完全分布通常是困難的，因此這通常導(dǎo)致所謂的干 點，即纖維材料未充分注有樹脂的區(qū)域。因此，干點是纖維材料未注入以及存在氣穴的 區(qū)域，氣穴難以或者不可能通過控制真空壓力或者入口側(cè)可能的過壓來去除。關(guān)于真空 注入，使用真空袋形式的彈性模具部分和剛性模具部分，能夠例如在通過在相應(yīng)的位置刺破真空袋以及通過例如借助于注射器針頭吸出空氣來填充模具的過程之后對干點進行 修復(fù)。液體聚合物能夠可選地注入在相應(yīng)的位置中，這也可以例如通過注射器針頭來完 成。這是耗時且麻煩的過程。在大的模具部分的情況下，人需要站立在真空袋上。這 是不理想的，特別是在聚合物沒有變硬時，因為這可能導(dǎo)致插入的纖維材料中的變形， 并因此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部弱化，這可能例如引起彎曲效應(yīng)(buckling effect)。另外，第一模具部分和真空袋之間和/或真空袋本身中的密封的泄漏導(dǎo)致有效 地排空模具腔或有效地利用樹脂填充模具腔的問題，因而也是上述干點的原因。即使非 常小的孔也能導(dǎo)致這些問題，并且由于纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)(例如風(fēng)力渦輪葉片)當(dāng)今可能具有 大于60米的長度和數(shù)百平方米的表面面積，所以找到這些泄漏是非常耗時的，因而延長 了層壓結(jié)構(gòu)的總制造時間。US 2007/057413描述了一種樹脂注入裝置和系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用密封的外蓋內(nèi) 部，并且通過保持內(nèi)部的真空以及觀察在4至6分鐘的觀察時間內(nèi)是否發(fā)生壓降來測量泄 漏。因此，在已經(jīng)排空內(nèi)部之后觀察泄漏。US 3,818,752描述了一種用于檢測封閉腔室中的泄漏的復(fù)雜系統(tǒng)。通過向封閉腔 室和基準(zhǔn)腔室施加負(fù)壓以使這兩個腔室壓力平衡而檢測泄漏。流量限制閥連接在這兩個 腔室之間，并且流量傳感器并聯(lián)地跨過流量限制閥連接。流量傳感器測得的流量指示封 閉腔室中的泄漏。沒有現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于在VARTM工藝的排空過程期間檢測泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是獲得一種新的方法和裝置，其克服或改進了現(xiàn)有技術(shù)的至少一 個缺點，或者提供可用的替代方案。根據(jù)本發(fā)明，這是通過一種上述技術(shù)的方法而實現(xiàn)的，其中在排空過程的步驟 f)期間測量通過所述至少一個真空出口的氣流水平。因此，能夠通過測量氣流的量來檢 測空氣泄漏。優(yōu)選地，還在步驟g)期間對真空出口提供抽吸作用(即真空)，至少直至 樹脂前的流動到達所述真空出口。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，第二模具部分是真空袋。但是，第二模具部分也 可以是另一柔性材料，其可適于與剛性模具部分密封。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，還在步驟f)期間測量壓力水平。因此，能夠基于通過真 空出口的氣流和模具腔的真空水平二者來判定空氣泄漏。根據(jù)有利的實施方式，一旦壓力水平降到真空閾值以下且氣流水平降到氣流閾 值水平以下便開始步驟g)。因此，確保了壓力水平對于填充過程是合適的，并且不存在 空氣泄漏，從而確保了樹脂填充過程的最佳條件。根據(jù)另一個有利的實施方式，模具腔包括多個單獨的模具腔部分，每個部分均 設(shè)有單獨的真空出口，并且其中對通過每個真空出口的氣流水平進行測量。因此，能夠 對單獨的模具腔部分中的一個識別空氣泄漏的位置，例如，如果給定的模具腔部分的氣 流水平超過給定的閾值水平。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，每個單獨的模具腔部分覆蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)的10至100 平方米之間的第一表面區(qū)域，可替代地，為15至75平方米之間，或者可替代地為20至50平方米之間。也就是說，完成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的面向剛性模具部分的表面應(yīng)當(dāng)位于這些區(qū) 段中的一個內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，成形結(jié)構(gòu)具有帶第一側(cè)和第二側(cè)的橫向方向和 縱向方向。因此，模具腔可以通過沿成形結(jié)構(gòu)的第一側(cè)和/或第二側(cè)設(shè)置多個真空出口 而在縱向方向和/或橫向方向上劃分為若干個單獨的模具腔部分。優(yōu)選地，這些真空出 口沿著成形結(jié)構(gòu)基本均勻地分布。這些真空出口也可以設(shè)置在成形結(jié)構(gòu)的端部。本發(fā)明的目的還通過一種上述類型的裝置而實現(xiàn)，其中該裝置還包括用于測量 氣流的流量傳感器，該傳感器設(shè)置成能夠測量通過密封容器的內(nèi)部的氣流量，該密封容 器也稱作器皿。因此，本發(fā)明的目的還通過這種裝置而實現(xiàn)，該裝置可以使用在上述方 法中。所述密封容器或器皿用作用于收集來自填充過程的過量樹脂的溢流容器。根據(jù)該裝置的有利實施方式，流量傳感器連接于第一入口。然而，流量傳感器 也可以連接于第一出口。根據(jù)另一個有利的實施方式，所述裝置還包括用于測量壓力水平的壓力轉(zhuǎn)換 器。因此，相應(yīng)的模具腔部分的真空水平能夠同時被測量。根據(jù)又一個有利的實施方式，所述裝置還包括用于測量密封容器中的樹脂水平 的樹脂水平傳感器。因此，能夠在VARTM過程期間測量溢出或收集的樹脂的量，從而 能夠控制完成的復(fù)合結(jié)構(gòu)中的樹脂的量或重量。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施方式中，容器包括具有開口的容器部件和密封 于該開口的可拆卸蓋。所述蓋能夠例如經(jīng)由密封環(huán)和緊固夾密封于所述容器部件。因 此，所述蓋能夠從容器中移除，并且已經(jīng)收集在容器中的樹脂能夠隨后傾倒處以便處理。根據(jù)有利的實施方式，第一入口和/或第一出口和/或壓力轉(zhuǎn)換器通過所述蓋連 接于容器。因此，所有的傳感器、入口以及出口能夠共同從所述容器部件移除，從而使 得從所述容器部件清空樹脂變得更容易。所述裝置還可包含附加的入口，從而能夠在VARTM過程期間連接于附加的真空 出口。所述裝置還可包含附加的出口。另外，諸如壓縮機或真空泵的單個真空源可以連 接于多于一個裝置。本發(fā)明的目的還通過使用上述用于真空輔助樹脂傳遞模塑成型工藝的裝置而實 現(xiàn)。另外，該目的是通過一種用于真空輔助樹脂傳遞模塑成型的系統(tǒng)而實現(xiàn)的，該系統(tǒng) 包括剛性模具部分、用于密封該剛性模具部分的柔性模具部分、以及多個上述裝置。


以下參照附圖所示的實施方式詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1示出了用于制造風(fēng)力渦輪葉片殼部件的模具；圖2示出了穿過用于制造葉片殼部件的模具的剖視圖；圖3示出了用于在VARTM工藝中使用的根據(jù)本發(fā)明的密封容器；以及圖4示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的密封容器的剖視圖。
具體實施例方式圖1示出了從上方看到的固體模具部分1。模具部分1具有與葉片殼部件2的外 表面相反的模塑表面。葉片殼部件2具有前邊緣3和后邊緣4。模具部分1包括第一側(cè) 緣5和第二側(cè)緣6。葉片殼部件2通過VARTM工藝制造，其中纖維插件或另一種纖維材 料布置在模具腔中。模具腔經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的多個裝置30排空，每個裝置30均包括第 一入口 14、第一出口 16、密封容器31以及真空源18。通過使裝置30繞模具腔均勻地分 布，每個裝置有效地排空整個模具腔的單獨部分。因此，模具腔被分成多個單獨的模具 腔部分8-13，這些模具腔部分能夠單獨地監(jiān)測。圖2示出了穿過通過真空注入制造用于風(fēng)力渦輪的葉片的葉片殼部件的模具的 剖視圖，并示出了固體或剛性模具部分1，模具部分1的頂側(cè)與完成的葉片殼半部的外 部頂側(cè)配合。例如玻璃纖維或碳纖維的纖維插件24放置在固體模具部分1的內(nèi)部頂側(cè) 上。該層也可以是包括芯材(例如發(fā)泡聚合物或輕質(zhì)木材)的被纖維層覆蓋的夾層結(jié)構(gòu)， 并還可包括縱向延伸的加強部分，稱作主薄層(main laminate)，例如在本申請人的WO 06/058540中所描述。撕開層25或剝開板層放置在纖維插件24上方，其可以是網(wǎng)狀的或穿孔薄膜，并 且分布網(wǎng)或流動層26放置在撕開層25上方。多個Ω形入口輪廓體21、22、27放置在 分布網(wǎng)/流動層26上方，所述輪廓體包括面向分布網(wǎng)26的縱向槽。在其上方放置有氣 密真空袋23。在模具的凸緣處，設(shè)有穿孔真空管20形式的真空通道。真空管20與根據(jù)本發(fā)明的裝置30連通，并且入口輪廓體21、22、27利用液體 聚合物與聚合物源連通。真空通道20中的真空在形成于固體模具部分1和真空袋23之 間的模具腔中產(chǎn)生真空，從而聚合物在擴散并注入纖維插件24時，經(jīng)過入口輪廓體21、 22、27被向下拉入或吸入分布網(wǎng)26中，并沿著所述分布網(wǎng)26經(jīng)過撕開層25。在完成固 化后，通過撕開層25移除真空袋23、入口輪廓體和分布網(wǎng)26。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置30的一部分的示意圖，以立體圖示出。裝置30 包括密封容器31，容器31則包括容器部件32和密封于容器部件32的蓋34。圖4示出 了密封容器31的橫截面，其中為了清楚起見，去掉了圖3中所示的一些部件。蓋34可 以例如經(jīng)由密封環(huán)54和緊固夾密封于容器部件32。第一入口管36通過蓋34連接，使得入口管36能夠與密封容器31的內(nèi)部58連 通。另外，第一出口管40通過蓋34連接，使得出口管40能夠與密封容器31的內(nèi)部58 連通。入口管36連接于模具腔，并且出口管40連接于真空源或壓縮機18。氣體質(zhì)量流 量傳感器38連接于入口管36，以測量通過容器31的內(nèi)部58的氣流量。另外，諸如膜壓 力轉(zhuǎn)換器的壓力轉(zhuǎn)換器42通過蓋34連接。因此，還能夠檢測真空水平，即密封容器31 的內(nèi)部58的壓力和模具腔或各個模具腔部分8-13的真空水平。如果確定對于給定的裝置，氣流量超過預(yù)定的閾值(對于給定的真空水平)，那 么操作人員便知道模具腔中存在泄漏。如果僅僅單個裝置識別出這種泄漏，則能夠得出 泄漏存在于相應(yīng)的模具腔部分8-13中的結(jié)論。如果多于一個裝置識別出泄漏，則確定 泄漏可能位于相應(yīng)的模具腔部分8-13之間的邊界周圍。通過使用流量傳感器，VARTM 工藝的操作人員能夠比本領(lǐng)域已知的其他系統(tǒng)快得多地識別泄漏和這種泄漏的位置。另 外，這種泄漏最常發(fā)生在剛性模具部分1和真空袋23之間的密封處，即在葉片殼部件2的前邊緣3或后邊緣4附近，或者在模具部分1的第一側(cè)緣5或第二側(cè)緣6附近。這些 知識還能夠加速識別這種泄漏的過程。另外，蓋34可包括用于測量樹脂56的水平并因此測量容器部件32內(nèi)的樹脂的 體積的水平轉(zhuǎn)換器。因此，操作人員能夠通過從供給到模具腔的樹脂的量中減去密封容 器31的內(nèi)部58中樹脂的量來容易地計算注入復(fù)合結(jié)構(gòu)的樹脂的量或重量。因此，更容 易控制完成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的重量并在復(fù)合結(jié)構(gòu)固化之前確定何時停止填充過程。流量傳感器38、壓力轉(zhuǎn)換器42以及水平轉(zhuǎn)換器44分別經(jīng)由線46、48、50連接于 連接器52，連接器52可以例如連接于計算機，該計算機用于分別監(jiān)測氣流量、真空水平以 及溢入到密封容器31中的樹脂的量。所述傳感器或轉(zhuǎn)換器可以例如是4-20mA的電路。已經(jīng)參照優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明的范圍不限于所示的實施 方式，并且可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下進行改動和變型。附圖標(biāo)記列表1 模具部分2 風(fēng)力渦輪葉片殼部件3 前邊緣4 后邊緣5 第一緣6 第二緣8-13模具腔部分14 第一入口16 第一出口18真空源/壓縮機20真空通道21樹脂入口通道/真空通道22樹脂入口通道/真空通道23 真空袋24纖維材料25撕開層/剝開板層26 分布網(wǎng)27樹脂入口通道/真空通道28 固體模具部分30 裝置31 密封容器32 容器部件34 蓋36 入口管38 質(zhì)量流量傳感器40 出口管42 壓力轉(zhuǎn)換器
44樹脂水平傳感器/轉(zhuǎn)換器46，48，50 線52輸出/連接器
54密封環(huán)
權(quán)利要求
1.一種用于通過真空輔助樹脂傳遞模塑成型制造包括纖維加強材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其中纖維材料被注入以液體樹脂，所述方法包括以下步驟a)提供包括剛性模具部分和第二模具部分的成形結(jié)構(gòu)，b)將纖維材料放置在所述剛性模具部分中，c)將所述第二模具部分與所述剛性模具部分密封以形成模具腔，d)將未固化的流體樹脂源連接于至少一個與所述模具腔連通的樹脂入口，e)連接與所述模具腔連通的至少一個真空出口，f)通過所述至少一個真空出口將所述成形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部排空，g)通過所述至少一個樹脂入口將未固化的樹脂從未固化的樹脂源供給到所述模具 腔，從而用樹脂填充所述模具腔，以及h)固化樹脂，以形成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述步驟f)的排空過程期間測量通過所述至少一個真空出口的氣流 水平。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述第二模具部分是真空袋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其中，在所述步驟f)期間測 量壓力水平。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，一旦所述壓力水平降到真空閾值以下并且所述氣 流水平降到氣流閾值水平以下便開始所述步驟g)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述模具腔包 括多個單獨的模具腔部分，每個模具腔部分均設(shè)有單獨的真空出口，其中對通過每個真 空出口的氣流水平進行測量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，每個單獨的模具腔部分覆蓋所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的10 至100平方米的第一表面區(qū)域，可替代地為15至75平方米之間，或者可替代地為20至 50平方米之間。
7.一種用于在真空輔助樹脂傳遞模塑成型過程期間檢測空氣泄漏的裝置，所述裝置 包括具有內(nèi)部的密封容器(30)、第一入口(14)以及第一出口(16)，其中所述第一入口 (14)以及第一出口(16)設(shè)置成能夠與所述密封容器(30)的內(nèi)部連通，并且其中所述第一 出口(16)連接于真空源(18)，其特征在于，所述裝置還包括用于測量空氣流量的流量傳 感器(38)，所述流量傳感器(38)設(shè)置成能夠測量通過所述密封容器(30)的內(nèi)部的氣流 量。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述流量傳感器連接于所述第一入口。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其中，所述裝置還包括用于測量壓力水平的壓力轉(zhuǎn) 換器(42)。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項所述的裝置，其中，所述裝置還包括用于測量所述密封 容器中的樹脂水平的樹脂水平傳感器(44)。
11.如權(quán)利要求7-10中任一項所述的裝置，其中，所述容器包括具有開口的容器部件 和密封于所述開口的可拆卸蓋。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述第一入口和/或第一出口和/或壓力轉(zhuǎn)換器通過所述蓋連接于所述容器。
13.如權(quán)利要求7-12中任一項所述的裝置在真空輔助樹脂傳遞模塑成型過程中的使用。
14.一種用于真空輔助樹脂傳遞模塑成型的系統(tǒng)，包括剛性模具部分、用于密封所述 剛性模具部分的柔性模具部分、以及多個根據(jù)權(quán)利要求7-12中任一項所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于通過真空輔助樹脂傳遞模塑成型制造包括纖維加強材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。所述纖維材料被注入以液體樹脂，并且所述方法包括以下步驟a)提供包括剛性模具部分和第二模具部分的成形結(jié)構(gòu)，b)將纖維材料放置在所述剛性模具部分中，c)將所述第二模具部分與所述剛性模具部分密封以形成模具腔，d)將未固化的流體樹脂源連接于至少一個與所述模具腔連通的樹脂入口，e)連接與所述模具腔連通的至少一個真空出口，f)通過所述至少一個真空出口將所述成形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部排空，g)通過所述至少一個樹脂入口將未固化的樹脂從未固化的樹脂源供給到所述模具腔，從而用樹脂填充所述模具腔，以及h)固化樹脂，以形成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)。在所述步驟f)的排空過程期間，測量通過所述至少一個真空出口的氣流水平。
文檔編號G01M3/32GK102015264SQ200980114868
公開日2011年4月13日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者K·希布斯拜 申請人:Lm玻璃纖維制品有限公司