ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ НЕИЗВИТАЯ ТКАНЬ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Российский патент 2022 года по МПК D04H3/04 

Настоящее изобретение относится к однонаправленной неизвитой ткани, изготовленной из стеклоровингов для производства волоконных композиционных материалов, содержащей первый стабилизирующий слой на ее нижней стороне и второй стабилизирующий слой на ее верхней стороне, и ее использованию.

Для производства волоконных композиционных материалов могут быть использованы текстильные или волоконные сборки, предварительно пропитанные матрицей из смолы, соответствующей пластику, подлежащему армированию, также называемые препрегом, и могут быть подвергнуты дальнейшей обработке для производства компонентов, изготавливаемых из пластика, армированного волокном, такой как обработка в автоклаве с использованием давления и тепла. Также широко известно использование сухих текстильных сборок, т.е. не пропитанных смолой, которых подвергают дальнейшей обработке посредством способов впрыска смоляной смеси, в частности способов с вакуумной поддержкой, для производства компонентов, изготавливаемых из армированных волокном пластических материалов. Их намного легче драпировать, чем предварительно пропитанные текстильные сборки. В случае с более сложными компонентами, в частности, для дальнейшей обработки, осуществляемой позже посредством процессов впрыска смоляной смеси, может быть преимущественным заранее драпировать текстильную сборку, также называемую предварительной заготовкой или предварительно отформованной частью, до достижения необходимой формы по меньшей мере в небольшой степени и в зависимости от конкретного случая зафиксировать эту форму путем добавления небольшого количества связующего вещества и приложения небольшого тепла и/или давления.

Текстильные сборки могут представлять собой полотна с густым ворсом, маты,тканые полотна, плетеные полотна, трикотажные полотна и, в частности,

неизвитые ткани. Неизвитые ткани могут быть образованы из одного, двух или более слоев волокон, размещенных параллельно друг другу. Ткань, в которой все слои имеют по существу одну и ту же ориентацию волокон, т. е. где в каждом слое подавляющее большинство волокон, например, 95% или более волокон, имеет одну и ту же ориентацию, называется однонаправленной неизвитой тканью. Если она имеет слои, имеющие две разные ориентации волокон, она называется биаксиальной неизвитой тканью. Если она имеет слои, имеющие более двух разных ориентаций волокон, она называется мультиаксиальной неизвитой тканью. Как правило, однонаправленная неизвитая ткань имеет один слой волокна, биаксиальная неизвитая ткань имеет два слоя волокна и мультиаксиальная неизвитая ткань имеет три или более слоев волокна.

Волокна могут представлять собой элементарные нити, комплексные нити, т. е. пучки крученых элементарных нитей и/или элементарных нитей с саржевым переплетением, или ровинги, т. е. некрученые пучки приблизительно параллельных связанных в пучок бесконечных элементарных нитей. Благодаря использованию элементарных нитей, размещенных параллельно друг другу, ровинги имеют преимущество, заключающееся в особенно преимущественных армирующих свойствах и высоком объемном содержании в процентах волокна.

В частности, в неизвитых тканях ровинги могут быть распределены для достижения тонкой листовой текстильной сборки. В однонаправленной неизвитой ткани отдельные ровинги могут быть размещены более или менее на расстоянии друг от друга или частично, или полностью совмещены друг с другом. Небольшое количество, некоторые из, большое количество, подавляющее большинство ровингов или все ровинги могут быть распределены.

Волокна могут быть изготовлены, например, из углерода или стекла, при этом углеволокна имеют по существу более высокую прочность на растяжение, чем стекловолокна. При их дальнейшей обработке для текстильных сборок, в частности в форме неизвитых тканей, сложнее обращаться со стекловолокнами, поскольку они имеют по существу более гладкие поверхности, чем углеволокна, и, таким образом, имеют склонность к скольжению относительно друг друга. В частности, волокна могут проскальзывать или скользить во время подачи однонаправленных слоев на вязальные машины до момента сшивания. Углеволокна, напротив, могут спутываться друг с другом из-за их более шероховатых поверхностей и, таким образом, удерживать друг друга в заранее определенном положении. Однако стекловолокна по существу дешевле углеволокон.

Целью настоящего изобретения является предоставление альтернативной однонаправленной неизвитой ткани из стеклоровингов.

Цель достигается за счет однонаправленной неизвитой ткани из стеклоровингов для производства волоконных композиционных материалов, содержащей первый стабилизирующий слой на ее нижней стороне и второй стабилизирующий слой на ее верхней стороне, при этом они пришиты друг к другу переплетением цепочкой.

Путем предоставления двух стабилизирующих слоев и переплетения цепочкой может быть улучшена легкость обращения с однонаправленной неизвитой тканью из стеклоровингов, поскольку можно более эффективно предотвратить проскальзывание ровингов и можно улучшить драпируемость ткани. Это касается, в частности, однонаправленных неизвитых тканей, содержащих только один слой из стеклоровинга.

Под шитьем понимается механическое соединение посредством процесса сшивания. Это можно выполнять, например, на основовязальной машине или вязально-прошивной машине. Используемая нить поэтому может называться швейной нитью или вязальной нитью. Переплетение цепочкой имеет преимущество перед другими способами сшивания, такими как переплетение «трико» или «петли 2x1», или вязание и т. д., заключающееся в том, что петельные столбики, образованные во время сшивания, не имеют поперечных связей. Было установлено, что значительное увеличение драпируемости ткани является не единственным преимуществом. Предпочтительно стеклоровинги проходят в продольном направлении однонаправленной неизвитой ткани.

Особенно предпочтительно переплетение цепочкой проходит по существу параллельно стеклоровингам. Тем самым может быть дополнительно улучшен описанный эффект хорошей драпируемости и пропитываемости. Более того, это помогает достичь того, что неизвитая ткань имеет лишь незначительную волнистость поверхности вплоть до ее отсутствия, что также обеспечивает превосходную драпируемость. Этот эффект особенно заметен, когда сшивание выполняют с точным соблюдением калибра.

Преимущественно переплетение цепочкой имеет плотность расположения петель от 5 петель на дюйм до 12 петель на дюйм. Это обеспечивает хорошую стабилизацию неизвитой ткани, в то же время обеспечивая достижение хорошей драпируемости без волнистости поверхности и хорошие свойства пропитки.

В предпочтительных вариантах осуществления по меньшей мере один стабилизирующий элемент присутствует параллельно направлению неизвитой ткани. Он может присутствовать в бесконечной форме или с конечной размерностью длины. Это может упростить прямолинейное и прямое помещение неизвитой ткани в пресс-форму для дальнейшей обработки для производства компонента, изготавливаемого из армированного волокном композиционного материала.

Преимущественно по меньшей мере один стабилизирующий элемент является стержнеобразным. Таким образом, могут быть улучшены механические свойства однонаправленной неизвитой ткани с учетом армирующих свойств в компонентах, изготовленных из армированного волокном композиционного материала.

Предпочтительно по меньшей мере один стабилизирующий элемент образован из стекловолокна и смолы. Способ пултрузии представляет собой непрерывный производственный процесс для производства частей из пластика, армированного волокном, пултрудатов. Благодаря своим превосходным механическим свойствам они, в свою очередь, могут быть использованы в качестве армирования при производстве материалов в виде армированного волокном композиционного материала. Преимущественно смолу пултрудата выбирают таким образом, чтобы она соответствовала матрице из смолы конечного армированного волокном композиционного материала.

Предпочтительно первый и/или второй стабилизирующий слой образован в виде слоя уточной нити и/или в виде полотна с густым ворсом и/или в виде мата.

Маты представляют собой нетканые листовые объекты (также называемые неткаными полотнами), которые могут быть изготовлены из рубленых или бесконечных, чаще всего беспорядочно уложенных спряденных нитей или волокон. Полотна с густым ворсом также представляют собой нетканые листовые объекты (также называемые неткаными полотнами) из статистически беспорядочных бесконечных волокон, которые также могут быть спряденными.

Под слоями уточной нити понимаются слои отдельных элементарных нитей, нитей или ровингов, расположенных на большом расстоянии друг от друга, имеющих ориентацию, отличную от ориентации однонаправленной неизвитой ткани. Расстояние, равное по меньшей мере половине ширины стеклоровингов неизвитой ткани, считается большим расстоянием. Если стеклоровинги имеют разные значения ширины, полагают, что половина медианного значения значений ширины является подходящим размером.

Предпочтительно по меньшей мере один стабилизирующий слой содержит слой уточной нити, при этом слой уточной нити размещен под углом в диапазоне от 65° до 110°, предпочтительно от 80° до 100°, к направлению неизвитой ткани, при этом направление неизвитой ткани определяется ориентацией стеклоровингов слоя однонаправленной ткани или слоев неизвитой ткани. Это помогает достичь наилучшего стабилизирующего эффекта в стабилизирующем слое за счет превосходного сцепления в направлении, поперечном направлению неизвитой ткани. Особенно предпочтительно оба стабилизирующих слоя содержат слой уточной нити, размещенный по существу под тем же углом к направлению неизвитой ткани. Особенно предпочтительно один или даже оба стабилизирующих слоя состоят из такого слоя уточной нити.

В случае, если по меньшей мере один стабилизирующий слой содержит такой слой уточной нити, этот слой уточной нити предпочтительно представлен материалом в виде стекловолокна. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что выбор смолы для производства, армированного волокном композиционного материала дополнительно не ограничен типом слоя уточной нити. Преимущественно по меньшей мере один слой уточной нити содержит стеклоровинги, имеющие вес от 34 текс до 300 текс, предпочтительно от 40 текс до 150 текс, особенно предпочтительно от 40 текс до 80 текс, для достижения наилучшего стабилизирующего эффекта с уменьшением при этом материала в стабилизирующем слое.

В случае, если оба стабилизирующих слоя содержат слой уточной нити, слои уточной нити преимущественно соединяют согласно сетке. Это помогает достичь более равномерной или более однородной конструкции ткани. Более того, стеклоровинги укладывают особенно плотно для того, чтобы, когда две или более однонаправленных неизвитых тканей размещают одну поверх другой для дальнейшей обработки, их слои из стеклоровинга находились на меньшем расстоянии друг от друга. В целом, сшивание согласно сетке слоев уточной нити, положительно влияет на механические свойства получаемых в результате компонентов материала в виде армированного волокном композиционного материала.

Предпочтительно однонаправленную неизвитую ткань из стеклоровингов согласно настоящему изобретению используют для производства компонентов ветровых турбин, предпочтительно компонентов лопатки ротора, особенно предпочтительно ремней лопатки ротора. Однонаправленные неизвитые ткани согласно настоящему изобретению позволяют производить армированные волокном композиционные материалы, обладающие превосходными прочностными характеристиками, такие как необходимы для компонентов ветровых турбин, в частности для компонентов лопатки ротора и особенно для ремней лопатки ротора.

Настоящее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на предпочтительный иллюстративный вариант осуществления.

На чертежах:

на фиг. 1 схематически показана конструкция лопатки ротора ветровой турбины;

на фиг. 2 схематически показан вид в разрезе конструкции лопатки ротора

ветровой турбины;

на фиг. 3 схематически показана конструкция ремня лопатки ротора;

на фиг. 4 схематически показана конструкция стеклоровинга;

на фиг. 5 схематически показана конструкция однонаправленной неизвитой

ткани, содержащей два стабилизирующих слоя полотна с густым ворсом;

на фиг. 6 схематически показана конструкция однонаправленной неизвитой ткани, содержащей два стабилизирующих слоя, образованных в виде мата;

на фиг. 7 схематически показана конструкция однонаправленной неизвитой ткани, содержащей два стабилизирующих слоя, образованных в виде слоев уточной нити;

на фиг. 8 схематически показаны виды спереди и сзади переплетения цепочкой;

на фиг. 9 схематически показаны виды спереди и сзади переплетения «трико-цепочка»;

на фиг. 10 схематически показаны виды спереди и сзади переплетения «трико»;

на фиг. 11 схематически показан вид в плане однонаправленной неизвитой ткани, содержащей переплетение «трико-цепочка»;

на фиг. 12 схематически показан вид в плане однонаправленной неизвитой ткани, содержащей переплетение цепочкой; и

на фиг. 13 схематически показана конструкция однонаправленной неизвитой ткани, содержащей два стабилизирующих слоя полотна с густым ворсом и стабилизирующий элемент в слое ткани.

Благодаря своим прочностным характеристикам армированные волокном композиционные материалы, изготовленные с использованием однонаправленных неизвитых тканей из стеклоровингов, предлагаемых в данном документе, особенно подходят для производства компонентов для ветровых турбин. На фиг. 1 схематически показана базовая конструкция лопатки 100 ротора ветровой турбины. Лопатка 100 ротора прикреплена к поворотной оси ветровой турбины в виде удлиненной части профиля 102 у основания. Ниже кожуха 110 на верхней стороне и нижней стороне ремень 104 проходит поперек стенок 106, работающих на срез, только одна из которых показана на фиг. 1.

Ремни проходят ближе к передней кромке 114, чем задней кромке 116. На фиг. 2 схематически показана лопатка 200 ротора в поперечном разрезе, содержащая ремни 204 и стенки 202, работающие на срез, при этом показано каждое из положений задней кромки 208 и передней кромки 206. Ремни 204 проходят вдоль всей лопатки ротора от профиля у основания до законцовки лопатки.

Ремни 104 принимают главную нагрузку от усилий, действующих на лопатку 100 ротора, когда дует ветер, и передают их посредством ступицы оси на гондолу ветровой турбины для генерирования электрической энергии из кинетической энергии ветра. Именно поэтому ремни должны иметь особенно высокую жесткость на растяжение на продольном удлинении лопатки ротора, по причине чего особенно подходит армированный волокном композиционный материал на основе однонаправленной неизвитой ткани. Однонаправленные неизвитые ткани могут также быть использованы на участках, представленных передней и задней кромками. Из-за разных механических требований биаксиальные, триаксиальные или мультиаксиальные ткани могут также быть использованы для других компонентов лопатки ротора, таких как кожух 110, армирования 108 стенки, работающей на срез, главная область 112 или профиль 102 у основания.

На фиг. 3 схематически показана базовая конструкция ремня 300 лопатки ротора. Множество неизвитых тканей 304 были уложены друг над другом в соответствии с формой ремня 300, который требуется произвести, обработаны смолой 302, и эта общая конструкция, содержащая смолу, была отверждена. Это может быть выполнено с использованием различных способов, известных специалисту в данной области техники: в способе RTM (литьевое прессование полимера), например, смолу 302 впрыскивают в закрытую пресс-форму, в которую ранее были помещены неизвитые ткани 304. В способе вакуумной инфузии неизвитые ткани 304 помещают в пресс-форму и покрывают воздухонепроницаемой пластиковой пленкой. Смола 302 всасывается в ткани 304 между пресс-формой и пленкой с помощью вакуума. После того, как смола 302 отверждена, пластиковую пленку удаляют и ремень 300 извлекают из пресс-формы. Подходящие смолы и параметры процесса известны специалисту в данной области техники.

На фиг. 4 схематически показан стеклоровинг 400, содержащий множество стеклянных элементарных нитей 402. Обычно стеклоровинги имеют диаметр от приблизительно 12 мкм до приблизительно 24 мкм. Для производства ремней лопатки ротора, в частности, могут подходить стеклоровинги 400, имеющие диаметр от приблизительно 17 мкм до 24 мкм. Типичные веса составляют от приблизительно 1000 текс до 9600 текс, предпочтительно от 2400 до 4800 текс.

На фиг. 5—7 и фиг. 13 схематически показана конструкция различных однонаправленных неизвитых тканей 500, 600, 700, 1300, изготовленных из стеклоровингов 502, 602, 702, 1302 для производства армированных волокном композиционных материалов, содержащих первый стабилизирующий слой 504, 604, 704, 1304 на их нижней стороне и второй стабилизирующий слой 506, 606, 706, 1306 на их верхней стороне, сшитые вместе вязальной нитью 508, 608, 708, 1308. Для лучшего установления деталей на графических материалах однонаправленные неизвитые ткани 500, 600, 700, 1300, показанные со ссылкой на настоящий пример, являются вариантами, которые сшиты с точным соблюдением калибра и по существу параллельно стеклоровингам 502, 602, 702, 1302. Стеклоровинги 502, 602, 702, 1302 образуют незафиксированный свободно распределяемый слой, при этом для лучшего понимания стеклоровинги 502, 602, 702, 1302 показаны расположенными по существу на расстоянии друг от друга и слегка распределенными. В дополнительных вариантах сшивание также может выполняться не с точным соблюдением калибра и/или параллельно стеклоровингам 502, 602, 702, 1302. Как в результате сшивания с точным соблюдением калибра, так и в результате параллельного сшивания получают неизвитые ткани особенно равномерной конструкции без повреждения волокон и со сниженной расположенностью к волнистости поверхности. Это положительно влияет на механические свойства полученных в результате компонентов, изготовленных из армированного волокном композиционного материала. Более того, расстояние между стеклоровингами 502, 602, 702, 1302 или в зависимости от конкретного случая их совмещение и степень их распределения могут различаться. Неизвитые ткани 500, 600, 700, соответствующие фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7, отличаются тем, что каждый из стабилизирующих слоев 504, 604, 704, 1304, 506, 606, 706, 1306 имеет отличную конфигурацию. В настоящих примерах каждый из обоих стабилизирующих слоев 504, 506, 604, 606, 704, 706 имеет одну и ту же конфигурацию. В примере, показанном на фиг. 5, оба стабилизирующих слоя 504, 506 представляют собой полотно с густым ворсом, в примере, показанном на фиг. 6, оба стабилизирующих слоя 604, 606 представляют собой мат и в примере, показанном на фиг. 7, оба стабилизирующих слоя 704, 706 представляют собой слой уточной нити. В вариантах, не показанных на графических материалах, каждый из обоих стабилизирующих слоев может иметь отличную конфигурацию и может иметь несколько слоев. В случае с вариантом, имеющим стабилизирующие слои, содержащие слой уточной нити, такой как показан на фиг. 7, слой уточной нити или по меньшей мере один из двух слоев уточной нити может также содержать уточные нити, которые размещены менее равномерно, которые в зависимости от конкретного случая могут быть размещены менее параллельно.

Следует отметить, что в примерах, показанных в данном документе, неизвитые ткани 500, 600, 700 имеют точно три слоя, а именно два стабилизирующих слоя на обеих сторонах слоя из стеклоровинга. В вариантах, не показанных на графических материалах, неизвитые ткани могут также содержать три, четыре, пять или более стабилизирующих слоев и два, три, четыре или более однонаправленных слоев из стеклоровинга. Они могут также содержать дополнительные неуказанные слои. Все предусмотренные слои могут быть размещены в порядке, приспособленном под необходимое применение.

Преимущественно два внешних слоя являются стабилизирующими слоями.

Однонаправленная неизвитая ткань 1300 согласно примеру, показанному на фиг. 13, аналогично ткани, показанной на фиг. 5, имеет полотно с густым ворсом в качестве первого и второго стабилизирующего слоя 1304, 1306 соответственно. Она отличается от примеров согласно фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, в частности, тем, что она содержит по меньшей мере один стабилизирующий элемент 1312 параллельно ориентации неизвитой ткани. В примере, показанном на фиг. 13, изображена неизвитая ткань 1300, имеющая четыре стеклоровинга 1302 и один стабилизирующий элемент 1312. В вариантах вместо каждого пятого стеклоровинга 1302 большее или меньшее количество стеклоровингов 1302 может также быть заменено стабилизирующим элементом 1312. В данном документе стабилизирующие элементы могут быть размещены с равными или неравными промежутками. В примере, показанном на фиг. 13, стабилизирующий элемент 1312 является стержнеобразным и образован в виде пултрудата, изготовленного из стекловолокна и смолы. В вариантах это также могут быть пултрудаты, изготовленные из других волокон, отличных от стекловолокон, или смола может быть неотвержденной или лишь частично отвержденной.

Предпочтительно смолу для пултрузии приспосабливают под матрицу из смолы армированного волокном композиционного материала, который требуется произвести.

В примере, показанном на фиг. 7, содержащем слои уточной нити в виде стабилизирующих слоев 704, 706, слои уточной нити образованы из стеклоровингов, имеющих вес от 34 текс до 300 текс, предпочтительно от 40 текс до 150 текс, особенно предпочтительно от 40 текс до 80 текс. В данном документе оба стабилизирующих слоя 704, 706 размещены по существу под тем же углом к ориентации неизвитой ткани, а именно приблизительно 90°. В вариантах слой уточной нити может также быть размещен под углом в диапазоне от 65° до 110°, предпочтительно от 80° до 100°, к ориентации неизвитой ткани. В настоящем примере отдельные уточные нити расположены на расстоянии друг от друга, ненамного превышающем ширину ровинга 702, и связаны вместе согласно сетке путем сшивания со стеклоровингами 702 с использованием вязальных нитей 708.

Следует отметить, что материал стабилизирующих слоев, а также вязальные нити для сшивания приспосабливают под смолу, используемую для дальнейшей обработки для производства компонента из пластика, армированного волокном.

В частности, могут быть использованы гибридные волокна. Также возможно обеспечить неизвитую ткань связующим веществом для того, чтобы зафиксировать ее необходимый контур или придать ей форму в качестве предварительной заготовки.

Наличие двух стабилизирующих слоев в предлагаемых однонаправленных неизвитых тканях из стеклянных ровингов позволяет сшивать вместе три слоя, т. е. первый стабилизирующий слой, слой неизвитой ткани и второй стабилизирующий слой, переплетением цепочкой. Конструкция переплетения цепочкой схематически показана на фиг. 8 для первой и второй нити 804, 806 на лицевой стороне 800 и обратной стороне 802. Для сравнения на фиг. 9 показано переплетение «трико-цепочка» и на фиг. 10 аналогичным образом показано переплетение «трико» для первой и второй нити 904, 906 и 1004, 1006 соответственно на лицевой стороне 900 и 1000 соответственно и обратной стороне 902 и 1002 соответственно. В переплетении «трико» и переплетении «трико-цепочка», которые в отличие от переплетения цепочкой также могут быть использованы в однонаправленных неизвитых тканях из ровингов, содержащих только один стабилизирующий слой, вязальная нить всегда или по меньшей мере частично направлена поперек ровингов, даже если сшивание выполняют параллельно ровингам. В результате этого, когда однонаправленные неизвитые ткани помещают в пресс-формы и они деформируются в поперечном направлении, может возникнуть коробление, что приводит к волнистости поверхности в неизвитой ткани.

Это схематически показано на фиг. 11 для однонаправленной неизвитой ткани 1100, изготовленной из стеклоровингов 1102 и вязальных нитей 1104, сшиваемых переплетением «трико-цепочка». Когда сшивание выполняют переплетением «трико», образование волнистости поверхности является еще больше выраженным. После того, как был произведен композиционный материал, волнистость поверхности может привести к меньшей прочности и жесткости, чем требовалось, в полученном в результате компоненте и может считаться производственным дефектом. Кроме того, в результате переплетения «трико-цепочка» или переплетения «трико» может быть снижена драпируемость однонаправленной неизвитой ткани в поперечном направлении, что может привести к сминанию и/или образованию складок и, как результат, к снижению прочности, когда неизвитую ткань помещают в пресс-форму для дальнейшей обработки. Кроме того, в зависимости от калибра вязальной нити направление вязальной нити 1104 поперек ровингов 1102 может привести к нежелательному утолщению неизвитой ткани. Более того, в зависимости от калибра вязальной нити и натяжения при сшивании, в частности когда сшивание выполняют не с точным соблюдением калибра, материал может быть смещен в точке входа иглы, что может привести к волнистости и стягиваниям стеклянных ровингов 1102.

Это, в свою очередь, может привести к образованию дефектов, или так называемых «рыбьих глаз», в полостях в месте входа иглы, в котором собирается смола, когда в ткань вводят смолу. Поскольку отвержденная смола является зачастую хрупкой и со многими смолами вязальная нить соединяется только с трудном с матрицей из смолы, в граничной области между вязальной нитью и матрицей из смолы под динамической нагрузкой могут возникать микроскопические трещины, которые позже могут приводить к повреждениям по причине преждевременной усталости материала.

Когда вязальные нити 1204 сшиты переплетением цепочкой, как схематически показано на фиг. 12, они проходят параллельно ровингам 1202, проходящим прямо, как прежде. Переплетение цепочкой обеспечивает намного лучшее деформационное поведение в поперечном направлении по сравнению с переплетением «трико» или переплетением «трико-цепочка» с тем, чтобы можно было предотвратить образование складок и сминание, когда неизвитую ткань размещают в пресс-форме до впрыска смоляной смеси. Таким образом, драпируемость по существу лучше в переплетении цепочкой, чем в переплетении «трико» или переплетении «трико-цепочка». Более того, неизвитые ткани могут быть помещены в более плоском состоянии без сглаживания. В частности, переплетение цепочкой может быть выполнено таким образом, что в стеклоровингах не выполняют отверстий и во время дальнейшей обработки не образуется каких-либо нежелательных участков смолы. Чем выше процентное содержание вязальных нитей по отношению к однонаправленной неизвитой ткани согласно настоящему изобретению, тем лучше пропитывающие свойства. Однако, если процентное содержание вязальной нити слишком высокое, это негативно сказывается на драпируемости, так что неизвитая ткань становится более жесткой. Для производства ремней лопатки ротора, в частности, плотность расположения петель от 5 петель на дюйм до 12 петель на дюйм оказалась подходящей ввиду хорошей драпируемости с сохранением при этом хороших пропитывающих свойств. С целью повышения скорости пропитки могут быть предоставлены более толстые вязальные нити и/или меньшие интервалы между вязальными нитями.

Однако в целом неизвитая ткань согласно настоящему изобретению, содержащая переплетение цепочкой, при равных параметрах имеет лучшие пропитывающие свойства для смолы, чем соответствующие неизвитые ткани, содержащие другие системы переплетения, такие как переплетение «трико» или переплетение «трико-цепочка». Следует отметить, что в переплетении цепочкой по сравнению с другими способами сшивания может наблюдаться лучшая драпируемость, даже когда сшивание выполняют под другим углом, нежели параллельно ровингам.

Испытания показали, что по сравнению с однонаправленными неизвитыми тканями из стеклоровингов, имеющими только один стабилизирующий слой и переплетение «трико» или переплетение «трико-цепочка», при всех прочих равных условиях и параметрах процесса однонаправленная неизвитая ткань из стеклянных ровингов согласно настоящему изобретению, содержащая два стабилизирующих слоя и переплетение цепочкой, может обеспечить достижение увеличения прочности на растяжение в диапазоне от приблизительно 25% до 40% в армированном стекловолокном многослойном композиционном материале.

Если рассмотреть, например, ремень лопатки ротора, который имеет максимальную толщину приблизительно 100 мм, неизвитые ткани, имеющие поверхностную плотность 1200 г/кв. м, требуют приблизительно 110—120 слоев однонаправленной неизвитой ткани из стеклоровингов, имеющей только один стабилизирующий слой и переплетение «трико» или переплетение «трико-цепочка», в то время как когда используется однонаправленная неизвитая ткань из стеклоровингов, имеющая два стабилизирующих слоя и переплетение цепочкой, для производства ремня лопатки ротора, имеющего аналогичную прочность и жесткость, требуются только 100—110 уложенных друг над другом слоев однонаправленной неизвитой ткани. Меньшее количество слоев неизвитой ткани имеет преимущество, заключающееся в том, что производство ремня требует меньшего времени укладки и меньших количеств смолы. Достигаемое в результате снижение веса ремня и, следовательно, также веса лопатки ротора может также иметь следствием то, что также может быть снижен вес гондолы и башни ветровой турбины.

Среди прочего, испытания на растяжение в соответствии с требованиями DIN EN ISO 527-5 были проведены для трех вариантов однонаправленной неизвитой ткани, изготовленной из стеклоровингов. Все три варианта, приведенные в данном документе в качестве примера, представляли собой отвержденные слоистые композиционные материалы на эпоксидной смоле, а именно смоляной системе, имеющейся в продаже под названием HEXION RIMR135/ RIMH137, на основе двух уложенных друг над другом однонаправленных неизвитых тканей из стеклянных ровингов для достижения минимальной толщины, установленной стандартом. Образец 1 включал две неизвитые ткани из стеклянных ровингов из стекловолокон, доступных под названием NEG Hybon 2002 с 2400 текс или номинальной поверхностной плотностью 944 г/кв. м, каждая из которых содержала первый и второй стабилизирующий слой, размещаемые в виде слоев уточной нити NEG Hybon 2002 с 68 текс или номинальной поверхностной плотностью 12 г/кв. м и под углом приблизительно 87° к ориентации основной ткани и в среднем 1,8 петель на см. Сшивание выполняли вязальной нитью 76 дтекс, изготовленной из полиэстера, переплетением цепочкой по отношению к слоям уточной нити не согласно сетке при плотности расположения петель 10 петель на дюйм по существу параллельно стеклоровингам. Образец 2 отличался от образца 1 тем, что две неизвитые ткани из стеклоровинга были изготовлены из стекловолокон, доступных под названием 3B W2020 с 2400 текс или номинальной поверхностной плотностью 944 г/кв. м, таким образом волокон, изготовленных из высокомодульного стекла. Образец 3 представлял собой эталонный образец, который отличался от образца 1 тем, что он содержал только один стабилизирующий слой, однако при этом был образован таким же образом, что и образец 1 или образец 2, и тем, что сшивание, в отличие от сшивания в образце 1 и образце 2, осуществляли переплетением «трико».

Испытания на растяжение в соответствии с требованиями DIN EN ISO 527-5 показали, что средняя прочность на растяжение составляет 1166 МПа для образца 1, 1270 МПа для образца 2 и 907 МПа для эталонного образца 3.

Поскольку из соображений производства объемное содержание волокна варьировалось приблизительно 53±2 % об., фактическое содержание было измерено для каждого образца, и измеренная прочность на растяжение была линейно переведена в содержание волокна 53 % об.

Замеры образцов, включающих другие смоляные системы, другие стеклоровинги, другие стабилизирующие слои, в частности также с полотнами с густым ворсом и матами, а также с другими вариантами слоев уточной нити, в частности в отношении их веса, расстояния между ними или ориентации, а также со сшиванием согласно сетке и/или с точным соблюдением калибра и со сшиванием, имеющим другие плотности расположения петель, также показали увеличение прочности на растяжение.

Перечень позиционных обозначений

100 лопатка ротора

102 профиль у основания

104 ремень

106 стенка, работающая на срез

108 армирование стенки, работающей на срез

110 кожух

112 главная область

114 передняя кромка

116 задняя кромка

200 лопатка ротора

202 стенка, работающая на срез

204 ремень

206 передняя кромка

208 задняя кромка

300 ремень

302 смола

304 неизвитая ткань

400 ровинг

402 элементарная нить

500 неизвитая ткань

502 стеклоровинг

504 первый стабилизирующий слой

506 второй стабилизирующий слой

508 вязальная нить

600 неизвитая ткань

602 стеклоровинг

604 первый стабилизирующий слой

606 второй стабилизирующий слой

608 вязальная нить

700 неизвитая ткань

702 стеклоровинг

704 первый стабилизирующий слой

706 второй стабилизирующий слой

708 вязальная нить

800 лицевая сторона

802 обратная сторона

804 первая нить

806 вторая нить

900 лицевая сторона

902 обратная сторона

904 первая нить

906 вторая нить

1000 лицевая сторона

1002 обратная сторона

1004 первая нить

1006 вторая нить

1100 неизвитая ткань

1102 ровинг

1104 вязальная нить

1200 неизвитая ткань

1202 ровинг

1204 вязальная нить

1300 неизвитая ткань

1302 стеклоровинг

1304 первый стабилизирующий слой

1306 второй стабилизирующий слой

1308 вязальная нить

1310 слой ткани

1312 стабилизирующий элемент.

Цель настоящего изобретения заключается в производстве компонентов, изготовленных из армированных волокном композиционных материалов, в частности для производства ремней лопатки ротора. Для этого предоставлена однонаправленная неизвитая ткань (700), изготовленная из стеклоровингов (702), при этом указанная неизвитая ткань содержит первый стабилизирующий слой (704) на ее нижней стороне и второй стабилизирующий слой (706) на ее верхней стороне, при этом эти слои прошиты вместе (708) переплетением цепочкой. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Однонаправленная неизвитая ткань из стеклоровингов для производства волоконных композиционных материалов, содержащая первый стабилизирующий слой (504, 604, 704, 1304) на своей нижней стороне и второй стабилизирующий слой (506, 606, 706, 1206) на своей верхней стороне, отличающаяся тем, что они пришиты друг к другу переплетением цепочкой (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308).

2. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 1, отличающаяся тем, что переплетение цепочкой (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308) проходит по существу параллельно стеклоровингам (400, 502, 602, 702, 1202, 1302).

3. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что переплетение цепочкой (508, 608, 708, 804, 806, 1204, 1308) имеет плотность расположения петель от 5 петель на дюйм до 12 петель на дюйм.

4. Однонаправленная неизвитая ткань по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что присутствует по меньшей мере один стабилизирующий элемент (1312) параллельно направлению неизвитой ткани.

5. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один стабилизирующий элемент (1312) является стержнеобразным.

6. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 5, отличающаяся тем, что по меньшей мере один стабилизирующий элемент образован в виде пултрудата (1312) из стекловолокна и смолы.

7. Однонаправленная неизвитая ткань по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что первый и/или второй стабилизирующий слой (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) образован в виде слоя (704, 706) уточной нити, и/или в виде полотна (504, 506, 1304, 1306) с густым ворсом, и/или в виде мата (604, 606).

8. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 7, где по меньшей мере один стабилизирующий слой (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) содержит слой (704, 706) уточной нити, отличающаяся тем, что слой (704, 706) уточной нити размещен под углом в диапазоне от 65° до 110° к направлению неизвитой ткани.

9. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 8, отличающаяся тем, что слой (704, 706) уточной нити размещен под углом в диапазоне от 80° до 100° к направлению неизвитой ткани.

10. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что оба стабилизирующих слоя (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) содержат слой (704, 706) уточной нити, размещенный по существу под тем же углом к направлению неизвитой ткани.

11. Однонаправленная неизвитая ткань по любому из пп. 7-10, где по меньшей мере один стабилизирующий слой (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) содержит слой (704, 706) уточной нити, отличающаяся тем, что слой (704, 706) уточной нити изготовлен из стеклоровингов.

12. Однонаправленная неизвитая ткань по п. 11, отличающаяся тем, что слой (704, 706) уточной нити изготовлен из стеклоровингов (704, 706), имеющих вес от 34 текс до 300 текс.

13. Однонаправленная неизвитая ткань по любому из пп. 7-12, где оба стабилизирующих слоя (504, 506, 604, 606, 704, 706, 1304, 1306) содержат слой (704, 706) уточной нити, отличающаяся тем, что слои (704, 706) уточной нити сшиты согласно сетке.

14. Применение однонаправленной неизвитой ткани по любому из пп. 1-13 для производства компонентов (100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 200, 202, 204, 300) ветровых турбин.

15. Применение по п. 14, характеризующееся тем, что производят компоненты (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 202, 204, 300) лопатки ротора.

16. Применение по п. 14 или 15, характеризующееся тем, что производят ремни (104, 204, 300) лопатки ротора.