Die Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen basiert auf der Duroplast-Technologie. Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten jedoch Recyclingfähigkeit und andere Vorteile. Wenn verstärkte Thermoplaste zur Herstellung von Rotorblättern verwendet werden, bieten sie erhebliche Vorteile gegenüber Duroplasten. Erstens sind Thermoplaste Kunststoff, wenn sie erhitzt werden und behalten Plastizität bei, im Gegensatz zu permanenten Duroplasten. Daher können thermoplastische Klingen am Ende der Nutzungsdauer durch Erhitzen und Recycling geformt werden. Geht man davon aus, dass die Herstellung von Messern jährlich hunderttausende Tonnen Verbundwerkstoffe verwendet, wird dies einen zunehmend wichtigen Marktvorteil schaffen.
1. Vor- und Nachteile
Vorteil 1: Recycelbar
Am Ende ihrer Nutzungsdauer können thermoplastische Klingen erhitzt werden, um etwas für das Recycling zu bilden.
Vorteil 2: Kurzer Aushärtezyklus
Thermoplaste lösen auch die Hindernisse für den Aushärtungszyklus, die jetzt die Produktionsgeschwindigkeit von Duroplastblättern verlangsamen. Geformte Klingen können unter Erwärmung entformt werden, was den Produktionsprozess weiter beschleunigt. Komponenten können gemeinsam ausgehärtet oder verbunden werden, indem die lokale Schnittstelle erwärmt und geschweißt wird. Kleinteile können Pellet-Spritzgießen verwenden.
Vorteil drei: Stärke und Steifigkeit sind höher
Verstärkte Thermoplaste können bei gleichem Gewicht stärker sein als Duroplaste, was zu einer leichteren Struktur führt. Die Optimierung des Blattdesigns für diese Kunststoffe kann zu unterschiedlichen Konfigurationen führen. Zum Beispiel können Konstrukteure, indem sie eine Schaufel so konstruieren, dass sie mehr wie ein Flugzeugflügel wirkt, der mit Rippen und Trägern verstärkt ist, viele der derzeit in den Schaufeln verwendeten Strukturkerne eliminieren. Schäume und andere Kernmaterialien absorbieren das Harz, erhöhen das Gewicht und die Kosten und müssen geformt werden.
Im Gebrauch ist seine Beständigkeit gegen Regen, Schnee usw. besser als die von duroplastischen Kunststoffen, und es hat gewöhnlich eine höhere Schadenstoleranz und ein langsameres Risswachstum. Aufgrund seiner länger anhaltenden Eigenschaften haben Thermoplaste eine bessere Schlagfestigkeit und neigen dazu, sichtbare Dellen zu zeigen. Im Gegensatz zu duroplastischen Verbundwerkstoffen sind sie in Laminaten verborgen und weisen keine Defekte auf der Oberfläche auf.
Nachteil 1: schlechte Ermüdungsbeständigkeit
Die Ermüdungseigenschaften von verstärkten Thermoplasten sind aufgrund der schwächeren Verbindung zwischen den Fasern und der Kunststoffmatrix eher schlecht. Die Verbindung zwischen den beiden ist mechanisch. Es ist die Kontraktion des Matrixharzes um die Faser während des Härtungsprozesses, nicht die chemische Verbindung. Herkömmliche Kupplungsmittel werden verwendet, um die Bindung von Glasfasern, Kohlenstoffasern und wärmehärtbaren Harzen zu verbessern, haben jedoch eine geringe Wirkung auf thermoplastische Harze.
Nachteil 2: Die Hitze- / Naßleistung ist im allgemeinen schlechter als bei wärmehärtendem Harz
Die Heiß / Nass-Eigenschaften sind im Allgemeinen denen der wärmehärtbaren Harze unterlegen, da die heiße Feuchtigkeit die Matrix ausdehnt und die mechanischen Verbindungen lockert, was bewirkt, dass die Matrixmolekülketten entlang der Fasern gleiten. Außerdem sind die meisten thermoplastischen Harze schwierig zu verarbeiten, und ihre höhere Viskosität im geschmolzenen Zustand bedeutet, dass höhere Verarbeitungstemperaturen und Härtungsdrücke erforderlich sind, um sicherzustellen, dass das Harz vollständig in langfaserige Endlosfasern eindringen kann. Aufgrund der Notwendigkeit von Metallformen und hohem Energieverbrauch steigen die Kosten.
2. Forschungsstand im In- und Ausland
Ausländisch: Green Blade-Projekt von Eire Composites
In Irland haben die Forschungsgruppe für Verbundtechnologie an der Galway State University, das Forschungsteam der Universität Limerick und die Handelsgesellschaft Eire Composites diese neueste Technologie weiter untersucht. Beide Universitäten haben die APLC-12-Verbundwerkstoffe intensiv untersucht, und Eire Composites hat aktiv die Flüssigformtechnologie für die Herstellung von thermoplastischen Komposit-Windturbinenschaufeln und Gondelabdeckungen entwickelt. Im Rahmen des Green Blade-Projekts leitet Eire Composites eine Zusammenarbeit (über seine Tochtergesellschaft EireCompositeTeo), zu der Mitsubishi Heavy Industries, Ahlstrom Fiberglass und Cyclics gehören, um gemeinsam eine 12,6 Meter lange Rotorblattprobe zu entwickeln und herzustellen sowie Tests durchzuführen. Diese Arbeit wird natürlich zur zukünftigen Entwicklung und Zertifizierung von Full-Size-Thermoplast-Composite-Klingen führen.
Ausländisch: Das neue Blade-Technologie-Entwicklungsprojekt der dänischen Blade Company, BladeKing
Das dänische Unternehmen LM, das diese Arbeiten sehr eng begleitet, ist unter mehreren großen Schaufelherstellern der weltweit größte Hersteller von Rotorblättern für Windkraftanlagen. Das Unternehmen kann unter normalen Umständen die Produktion der Rotorblätter kaum schnell genug machen, um die Anforderungen zu erfüllen. Daher möchte es den aktuellen Produktionszyklus um die Hälfte reduzieren und im Rahmen seines neuesten Entwicklungsprojekts für Blade-Technologie, BladeKing. Das Unternehmen wurde von der Fähigkeit von Thermoplasten angezogen, die Produktionszyklen zu reduzieren, und es könnte als ein Schlüssel zur Markteinführung neuer Kunststoffe bis 2015 dienen. Um sehr große Rotorblätter für künftige Offshore-Windkraftanlagen zu produzieren, sind hohe Automatisierungsgrade erforderlich auch benötigt. Dies ist ein weiterer Schwerpunkt des BladeKing-Projekts: Die Verwendung von automatisierten Faserlagen oder Bandschichten beschleunigt die Laminierung von Fasern in der Form. RisoDTU und die Universität Aalborg haben zusammen mit LM Forschungsarbeiten zum BladeKing-Projekt durchgeführt, und der Danish National Advanced Technology Fund war Teilsponsoring.
Domestic: Zhongke Hengyuan arbeitet mit RTP zusammen, um langfaserverstärkte Thermoplastklingen zu entwickeln
Hunan Zhongke Hengyuan Wind Power Industry Technology Co., Ltd entwickelt und produziert kleine Windkraftanlagen geeignet für Bereiche, die nicht vom Netz zur Verfügung gestellt. Das Unternehmen verwendet langglasfaserverstärkte Thermoplaste von RTP Corp. aus den Vereinigten Staaten, um gegossene Windturbinenschaufeln zu spritzen. Berichten zufolge arbeitete das Unternehmen mit RTP zusammen, um sehr lange faserverstärkte Produkte zu entwickeln und zu verwenden, da sie das höchste Festigkeits- / Gewichtsverhältnis bei Spritzgießmaterialien aufweisen. Langglasfaserverstärkte Materialien bieten einen hohen Modul und Schlagzähigkeit und behalten die Form der Klinge unabhängig von den Umgebungsbedingungen bei. Eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität kann wirksam verhindern, dass die Blätter den Luvwinkel ändern, was den Wirkungsgrad der Turbine besonders bei sehr feuchten und sehr trockenen Bedingungen stark verbessert.
3. Zusammenfassung
Die beschleunigte Entwicklung des globalen Windenergiemarktes hat den Blattzulieferern ermöglicht, nicht nur ihre Kapazitäten zu erweitern, sondern auch Technologien zu finden, die den Produktionsprozess beschleunigen, um die zukünftige Nachfrage zu decken. Die potenziellen Vorteile von thermoplastischen Harzen können ihnen dabei helfen, dies zu erreichen, während sie gleichzeitig die strukturelle Machbarkeit von sehr großen Schaufeln verstärken und die Reproduzierbarkeit von Schaufeln nach dem Ruhestand auflösen. Für den Bereich der Windenergie können sich diese echten Kunststoffe aufgrund der steigenden Nachfrage als revolutionäre Technologie erweisen.
