La produzione di pale per turbine eoliche è stata basata sulla tecnologia del composito termoindurente. Tuttavia, i compositi termoplastici offrono riciclabilità e altri vantaggi. Quando i materiali termoplastici rinforzati vengono utilizzati per produrre pale del rotore, offrono vantaggi significativi rispetto ai termoindurenti. In primo luogo, i materiali termoplastici sono di plastica quando riscaldati e conservano la plasticità a differenza della plastica termoindurente permanente. Pertanto, al termine della vita operativa, le lame termoplastiche possono essere stampate mediante riscaldamento e riciclaggio. Supponendo che la produzione di lamierine ora usi centinaia di migliaia di tonnellate di materiali compositi ogni anno, ciò creerà un vantaggio di mercato sempre più importante.
1. Vantaggi e svantaggi
Vantaggio 1: riciclabile
Alla fine della sua vita utile, le lame termoplastiche possono essere riscaldate per formare qualcosa da riciclare.
Vantaggio 2: ciclo di indurimento breve
I materiali termoplastici risolvono anche gli ostacoli al ciclo di polimerizzazione, che ora rallentano la velocità di produzione delle lame termoindurenti. Le lame modellate possono essere smontate sotto il riscaldamento, accelerando ulteriormente il processo di produzione. I componenti possono essere co-polimerizzati o collegati riscaldando l'interfaccia locale e la saldatura. Le parti piccole possono utilizzare lo stampaggio a iniezione di pellet.
Vantaggio tre: forza e rigidità sono più alti
I materiali termoplastici rinforzati possono essere più resistenti dei termoindurenti allo stesso peso, il che si traduce in una struttura più leggera. L'ottimizzazione del design della lama per queste materie plastiche può comportare diverse configurazioni. Ad esempio, progettando una lama per renderla più simile a un'ala di un aereo, rinforzata con nervature e travi, i progettisti possono eliminare molti dei nuclei strutturali attualmente utilizzati nelle pale. Schiume e altri materiali d'anima assorbono la resina, aggiungendo peso e costi e devono essere modellate.
Durante l'uso, la sua resistenza alla pioggia, alla neve, ecc. È migliore di quella della plastica termoindurente, e di solito ha una maggiore tolleranza ai danni e una crescita più lenta delle crepe. A causa delle sue proprietà più prolungate, i materiali termoplastici hanno una migliore resistenza all'impatto e tendono a mostrare ammaccature visibili. A differenza dei materiali termoindurenti, sono nascosti nei laminati e non mostrano difetti sulla superficie.
Svantaggio 1: scarsa resistenza alla fatica
Le proprietà di fatica dei materiali termoplastici rinforzati sono piuttosto scadenti a causa della più debole connessione tra le fibre e la matrice plastica. La connessione tra i due è meccanica. È la contrazione della resina matrice attorno alla fibra durante il processo di polimerizzazione, non la connessione chimica. Gli agenti di accoppiamento convenzionali vengono utilizzati per migliorare l'adesione di fibre di vetro, fibre di carbonio e resine termoindurenti, ma hanno scarso effetto sulle resine termoplastiche.
Svantaggio 2: la prestazione di calore / umidità è generalmente peggiore della resina termoindurente
Le proprietà caldo / umido sono generalmente inferiori a quelle delle resine termoindurenti poiché l'umidità calda espande la matrice e allenta le connessioni meccaniche, facendo scorrere le catene molecolari della matrice lungo le fibre. Inoltre, la maggior parte delle resine termoplastiche è difficile da lavorare e la loro maggiore viscosità allo stato fuso significa che sono necessarie temperature di lavorazione e pressioni di polimerizzazione più elevate per garantire che la resina possa penetrare completamente nelle fibre continue a fibra lunga. A causa della necessità di stampi metallici e di un elevato consumo di energia, il costo aumenta.
2. Stato della ricerca in patria e all'estero
Esteri: Green Blade Project di Eire Composites
In Irlanda, l'unità di ricerca sulla tecnologia composita della Galway State University, il gruppo di ricerca della Limerick University e la società commerciale Eire Composites hanno ulteriormente studiato questa tecnologia più recente. Entrambe le università hanno studiato estensivamente i compositi APLC-12, e Eire Composites ha sviluppato attivamente la tecnologia di formatura dei liquidi per la produzione di pale composte da turbine eoliche termoplastiche e coperture di gondole. Nel progetto Green Blade, Eire Composites sta conducendo una collaborazione (attraverso la sua consociata, EireCompositeTeo), che include Mitsubishi Heavy Industries, Ahlstrom Fiberglass e Cyclics, per sviluppare e produrre insieme un campione di 12.6 metri di lunghezza ed eseguire test. Questo lavoro porterà naturalmente allo sviluppo futuro e alla certificazione di lame in materiale termoplastico full-size.
Esteri: BladeKing, il nuovo progetto di sviluppo della tecnologia blade danese Blade Company
Tra i numerosi produttori di pale di grandi dimensioni, l'azienda danese LM, che segue da vicino questo lavoro, è il più grande produttore mondiale di pale per turbine eoliche. L'azienda in circostanze normali difficilmente può rendere la produzione della lama abbastanza veloce da soddisfare i requisiti, quindi vuole dimezzare l'attuale ciclo di produzione e come parte del suo ultimo progetto di sviluppo tecnologico BladeKing. La società è stata attratta dalla capacità dei materiali termoplastici di ridurre i cicli di produzione e può rappresentare una possibile chiave per introdurre sul mercato nuove materie plastiche entro il 2015. Al fine di produrre pale molto grandi per le future turbine eoliche offshore, elevati livelli di automazione sono anche necessario. Questo è un altro obiettivo del progetto BladeKing: l'utilizzo di strati di fibra automatizzati o strati di nastro per accelerare la laminazione delle fibre nello stampo. RisoDTU e Aalborg University hanno condotto una ricerca sul progetto BladeKing insieme a LM, e il Danish National Advanced Technology Fund ha fornito una sponsorizzazione parziale.
Domestic: Zhongke Hengyuan collabora con RTP per sviluppare lame termoplastiche rinforzate con fibre lunghe
Hunan Zhongke Hengyuan Wind Power Industry Technology Co., Ltd. ha progettato e prodotto piccole turbine eoliche adatte per aree non fornite dalla rete. L'azienda utilizza lunghi materiali termoplastici rinforzati con fibra di vetro dalla RTP Corp. degli Stati Uniti per iniettare lame di turbine eoliche modellate. Secondo i rapporti, la società ha collaborato con RTP per sviluppare e utilizzare prodotti rinforzati con fibre molto lunghe perché hanno il più alto rapporto resistenza / peso nei materiali per stampaggio a iniezione. I lunghi materiali rinforzati con fibre di vetro offrono un modulo e una resistenza agli urti elevati, mantenendo la forma della lama indipendentemente dalle condizioni ambientali. Un'eccellente stabilità dimensionale può impedire efficacemente alle pale di cambiare l'angolo di curvatura, che migliora notevolmente l'efficienza della turbina, specialmente in condizioni molto umide e molto secche.
3. Riepilogo
Lo sviluppo accelerato del mercato globale dell'energia eolica ha permesso ai fornitori di pale non solo di espandere la loro capacità, ma anche di trovare tecnologie per accelerare il processo di produzione per soddisfare la domanda futura. I potenziali vantaggi delle resine termoplastiche possono aiutarli a raggiungere questo obiettivo, rafforzando nel contempo la fattibilità strutturale di pale molto grandi e risolvendo la riproducibilità delle lame dopo il pensionamento. Per il settore dell'energia eolica, queste plastiche reali possono rivelarsi una tecnologia rivoluzionaria a causa della crescente domanda.
