Výroba lopatiek veterných turbín bola založená na termosetovej kompozitnej technológii. Termoplastické kompozity však ponúkajú recyklovateľnosť a ďalšie výhody. Keď sa na výrobu rotorových listov používajú spevnené termoplasty, ponúkajú výrazné výhody oproti termosetom. Po prvé, termoplasty sú pri zahrievaní plastové a zachovávajú si plasticitu na rozdiel od trvalých termosetov. Na konci životnosti môžu byť termoplastické nože tvarované ohrevom a recykláciou. Za predpokladu, že výroba nožov teraz ročne využíva stovky tisíc ton kompozitných materiálov, vytvorí to čoraz dôležitejší trhový prínos.
1. Výhody a nevýhody
Výhoda 1: Recyklovateľná
Na konci svojej životnosti sa termoplastické nože môžu ohrievať, aby vytvorili niečo na recykláciu.
Výhoda 2: Krátky cyklus vytvrdzovania
Termoplasty tiež riešia prekážky vytvrdzovacieho cyklu, ktoré teraz spomaľujú výrobnú rýchlosť termosetových kotúčov. Tvarované nože sa môžu vykurovať, čím sa ďalej urýchľuje výrobný proces. Komponenty sa môžu spolu vytvrdiť alebo spojiť zahrievaním miestneho rozhrania a zváraním. Malé časti môžu použiť vstrekovacie formy na pelety.
Výhodou tri: pevnosť a tuhosť sú vyššie
Vystužené termoplasty môžu byť silnejšie ako termosety s rovnakou hmotnosťou, čo má za následok ľahšiu štruktúru. Optimalizácia konštrukcie čepele pre tieto plasty môže mať za následok rôzne konfigurácie. Napríklad navrhovaním čepele, aby sa to viac podobalo krídlu lietadla, vystužené rebrami a trámy, môžu návrhári odstrániť mnohé z jadier, ktoré sa v súčasnosti používajú v čepeľoch. Peny a iné jadrové materiály absorbujú živicu, pridávajú hmotnosť a náklady a musia byť tvarované.
Pri používaní je jeho odolnosť voči dažďu, snehu atď. Lepšia ako odolnosť voči termosetovým plastom a zvyčajne má vyššiu toleranciu na poškodenie a pomalší rast trhlín. Vďaka svojim dlhodobejším vlastnostiam majú termoplasty lepšiu odolnosť voči nárazu a majú tendenciu vykazovať viditeľné prehĺbenia. Na rozdiel od termosetových kompozitov sú skryté v laminátoch a nevykazujú na povrchu chyby.
Nevýhoda 1: slabá odolnosť proti únavám
Únavové vlastnosti vystužených termoplastov sú pomerne slabé kvôli slabšiemu spojeniu medzi vláknami a plastovou matricou. Spojenie medzi nimi je mechanické. Je to kontrakcia matricovej živice okolo vlákna počas procesu vytvrdzovania, nie chemického spojenia. Na zlepšenie lepenia sklenených vlákien, uhlíkových vlákien a termosetových živíc sa používajú konvenčné kopulačné činidlá, ale majú malý účinok na termoplastické živice.
Nevýhoda 2: Výkonnosť tepla a vlhkosti je všeobecne horšia ako termosetová živica
Horúce / mokré vlastnosti sú všeobecne nižšie ako vlastnosti teplom tvrditeľných živíc, pretože horúca vlhkosť rozširuje matricu a uvoľňuje mechanické spojenia, čo spôsobuje, že matricové molekulové reťazce kĺžu po vláknach. Okrem toho sa väčšina termoplastických živíc ťažko spracováva a ich vyššia viskozita v roztavenom stave znamená, že sú potrebné vyššie spracovacie teploty a vytvrdzovacie tlaky, aby sa zabezpečilo, že živica môže úplne preniknúť do nekonečných vlákien s dlhými vláknami. Kvôli potrebe kovových foriem a vysokej spotrebe energie stúpa cena.
2. Stav výskumu doma iv zahraničí
Zahraničie: Projekt Green Elade z kompozitov Eire
V Írsku jednotka pre výskum kompozitných technológií v Galway State University, výskumný tím na univerzite v meste Limerick a obchodná spoločnosť Eire Composites ďalej študovali túto najnovšiu technológiu. Obidve univerzity majú značne študované kompozity APLC-12 a Eire Composites aktívne vyvíja technológiu tvárnenia kvapalín na výrobu termoplastických kompozitných lopatiek veterných turbín a krytov gondoly. V projekte Green Blade spoločnosť Eire Composites vedie spoluprácu (prostredníctvom svojej dcérskej spoločnosti EireCompositeTeo), ktorá zahŕňa spoločnosti Mitsubishi Heavy Industries, Ahlstrom Fiberglass a Cyclics, spoločne vyvíjať a vyrábať 12,6 meter dlhú vzorku čepele a vykonávať testovanie. Táto práca bude prirodzene viesť k budúcemu vývoju a certifikácii termoplastických kompozitných čepelí v plnej veľkosti.
Zahraničné: nový projekt spoločnosti BladeKing pre dánsku spoločnosť Blade Company
Medzi niekoľkými veľkými výrobcami čeľustí dánska spoločnosť LM, ktorá tesne nadväzuje na túto prácu, je najväčším svetovým výrobcom lopatiek veternej turbíny. Spoločnosť za normálnych okolností ťažko dokáže vyrábať čepieľku tak rýchlo, aby splnila požiadavky, a tak chce znížiť súčasný výrobný cyklus o polovicu a ako súčasť svojho najnovšieho vývojového projektu blade technológií BladeKing. Spoločnosť bola priťahovaná schopnosťou termoplastov znižovať výrobné cykly a môže slúžiť ako možný kľúč na uvedenie nových plastov na trh do roku 2015. Aby sa vyrobili veľmi veľké lopatky pre budúce veterné turbíny na mori, vysoká úroveň automatizácie je tiež potrebné. Toto je ďalšie zameranie projektu BladeKing: použitie automatizovaných vrstiev vlákien alebo pásových vrstiev na urýchlenie laminovania vlákien vo forme. RisoDTU a Univerzita Aalborg uskutočnili spolu s LM výskum na projekte BladeKing a dánsky National Advanced Technology Fund poskytol čiastočné sponzorstvo.
Domáce: Zhongke Hengyuan spolupracuje s RTP na vývoji termoplastických nožov vystužených dlhými vláknami
Hunan Zhongke Hengyuan Vietor Power Industry Technology Co, Ltd navrhol a vyrobil malé veterné turbíny vhodné pre oblasti, ktoré nie sú dodávané do siete. Spoločnosť RTP Corp. v Spojených štátoch používa termoplasty vystužené dlhými sklenenými vláknami na vstrekovanie tvarovaných lopatiek veternej turbíny. Podľa správ spoločnosť spolupracovala s RTP na vývoji a používaní veľmi dlhých vláknových výrobkov, pretože majú najvyšší pomer pevnosti a hmotnosti v vstrekovacích materiáloch. Materiály vystužené dlhými sklenenými vláknami poskytujú vysokú odolnosť voči modulu a nárazu, pričom zachovávajú tvar čepele bez ohľadu na okolité podmienky. Vynikajúca rozmerová stabilita môže účinne zabrániť tomu, aby ostričky zmenili uhol nábehu, čo výrazne zlepšuje účinnosť turbíny, najmä vo veľmi vlhkých a veľmi suchých podmienkach.
3. Zhrnutie
Zrýchlený vývoj globálneho trhu s veternými elektrárňami umožnil dodávateľom blade nielen rozšíriť svoju kapacitu, ale aj nájsť technológie na urýchlenie výrobného procesu s cieľom uspokojiť budúci dopyt. Potenciálne výhody termoplastických živíc im môžu pomôcť dosiahnuť to, a zároveň posilniť štrukturálnu uskutočniteľnosť veľmi veľkých lopatiek a vyriešiť reprodukovateľnosť lopatiek po odchode do dôchodku. V oblasti veternej energie sa tieto skutočné plasty môžu stať revolučnou technológiou kvôli rastúcemu dopytu.
