热塑泡沫助力海上风力发电机瘦身

来源:复材技术网

发布时间:2016年10月14日下午 01:10:00

在这个“以瘦为美”的时代,“肥胖”的海上风力发电机成功减肥!拯救它的到底是何方神圣?  

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图注:由热塑性塑料夹层材料制成的转子叶片。

随着海上风力发电机逐步变得庞大,运输,组装,拆卸和处理如此庞大的转子叶片成为运营商的一大难题。Fraunhofer的研究人员与行业专家合作开发的高耐用热塑性塑料泡沫及复合材料,不仅减轻了叶片的重量而且使其可以回收利用。由于其特殊性能,新材料也适合汽车等行业的其它轻量级构件。他们的第一个产品将在于10月19日至26日举办的2016年Düsseldorf国际塑料及橡胶博览会上呈现。

如今,海上风电场变得更加庞大的趋势有增无减。为了最大化能源产量,风力发电机的转子叶片长度达80米,转子直径超过160米。由于叶片的长度受限于其重量,有必要开发高强度的轻量级体系材料。重量低不仅使风力发电机容易组装和拆卸,也提高了海上的稳定性。在欧盟的WALiD(成本效益显著,设计先进的轻量级风力叶片)项目中,位于Pfinztal的Fraunhofer化学技术研究所(ICT)的科学家们与十个工业及研究团队密切合作从事轻量级转子叶片的设计。他们希望通过改进设计和材料,减少叶片的重量,从而提高其使用寿命。

热塑性塑料正在替代热固性材料

目前,风力发电机的转子叶片主要是手工制造的热固性树脂体系。然而,由于该体系材料难以熔化,造成了材料回收的困难。最好的情况也不过是将颗粒热固性塑料垃圾回收,用作一些简单应用的填料。Fraunhofer ICT的项目协调员Florian Rapp介绍说:“在WALiD项目中,我们追求的是一个全新的叶片设计。我们正在实现材料类别的转换,并首次使用热塑性塑料转子叶片。热塑性塑料的可熔性有助于我们利用自动化生产设备有效处理。”他们的目标是把玻璃和碳纤维分离以实现热塑性基体材料的重复利用。

项目团队使用由热塑性塑料泡沫和纤维增强型塑料制成的夹层材料来制造转子叶片的外壳,以及内部支撑结构的某些部分。一般,转子叶片承受最大载荷的区域采用碳纤维增强型热塑性塑料,而应力较小的部分采用玻璃纤维增强型塑料。至于夹层的核心,Rapp和他的团队正在开发热塑性塑料泡沫,并将其与纤维增强型热塑性塑料制成的覆盖层连接。这样的组合提高了转子叶片的机械强度、效率、耐久性和寿命。Rapp 豪言:“我们与热塑泡沫正在开辟新的天地。”

轻量级建筑材料的新用途

ICT的热塑泡沫比现有的材料体系性能更加优越,从而使其在汽车,航空和船舶等行业有全新的应用。比如车辆的护目镜和座位采用的就是泡沫材料,但承受载荷的结构并不能采用泡沫材料。目前市场上的泡沫存在着一些问题,例如,因泡沫热稳定性差,靠近引擎的部位不会安装泡沫绝缘层。Rapp表示:“相比之下,我们的可熔性塑料泡沫具有热稳定性,适合作为绝缘材料安在接近引擎的部位。它们耐高温性能好,其中发泡聚苯乙烯泡沫(EPS)和发泡聚丙烯(EPP)就是很好的例子。机械性能的增强也使它们可用于车门模块或成为夹层复合材料的强化元素。”它们可以快速加工,节省材料。

另一个优势是,软木等热塑性塑料泡沫比可再生夹层核心材料更容易获得。这些新型材料在研究所的泡沫挤压车间制成。Rapp关于工艺的解释是:“塑料颗粒熔化后,将发泡剂混合到聚合物熔体中使材料起泡沫。接下来,这些发泡的,稳定的颗粒和半成品可以按需成型和切削。”在泡沫聚合物领域,从材料开发以及挤压型泡沫颗粒和半成品的制造到工艺介质和组件的完成,ICT泡沫技术研究小组覆盖了整个热塑性塑料泡沫的生产链。

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