BR112019009436B1 - Componente compósito, turbina eólica, e, método para produzir um componente compósito - Google Patents

Componente compósito, turbina eólica, e, método para produzir um componente compósito Download PDF

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Abstract

A invenção refere-se a um componente compósito (10) distinguido pela estrutura da camada seguinte a) uma camada (11) que consiste, pelo menos parcialmente, em polietileno, b) uma camada (12) que consiste, pelo menos parcialmente, em um elastômero, c) uma camada (13) que consiste, pelo menos parcialmente, em um componente termofixado ou termoplástico, em que a camada (11) é arranjada diretamente sobre a camada (12), e em que a camada (12) é arranjada diretamente sobre a camada (13), e em que um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17) é arranjado entre as camadas (12) e (13) de modo que alguns dos cordões trançados (15) sejam completamente embutidos, pelo menos em locais, na camada (12), e alguns dos cordões trançados (16) são completamente embutidos, pelo menos em locais, na camada (13), e alguns dos cordões trançados (17) são parcialmente embutidos, pelo menos em locais, na camada (12), e são parcialmente embutidos na camada (13).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um componente compósito, ao uso de um componente compósito da invenção, a uma turbina eólica para uma instalação de energia eólica, e a um método para produzir um componente compósito.
[002] As pás de rotor para instalações de energia eólica são conhecidas há algum tempo e foram descritas, por exemplo, em DE 10 2004 007 487 A1 e DE 10 319 246 A1. Em operação, eles são expostos a altas cargas como resultado da pressão do vento, erosão, variações de temperatura, radiação UV incidente e precipitação. Especialmente em locais com clima tropical, apresentando mudanças bruscas nos efeitos do clima e alta umidade atmosférica, tal como no Brasil ou em Taiwan, por exemplo, embora também na Alemanha, há uma tendência de erosão das pás do rotor.
[003] Com velocidades de ponta da pá de até 300 km/h, o efeito de grãos de areia, partículas de sal, insetos, gotas de chuva ou outros particulados transportados pelo ar é abrasivo. A superfície das pás do rotor está fortemente exposta a esta abrasão, particularmente na região da borda frontal, e nesses locais a superfície do rotor é submetida à ablação e há, portanto, uma perda de aerodinâmica e estabilidade. Para reduzir a erosão da ponta da pá e o custo e esforço de manutenção e reparo associados, é possível limitar a velocidade máxima do conversor, embora em detrimento do desempenho. Uma abordagem racional é, portanto, melhorar a resistência à erosão das pás do rotor.
[004] Ao mesmo tempo, no entanto, as pás do rotor devem ser extremamente leves, a fim de minimizar as cargas de flexão atuando sobre um cubo de pás do rotor, quando presente, e também sobre os mancais associados e a torre da instalação de energia eólica.
[005] As pás de rotor e elementos de pás de rotor são habitualmente produzidos em um processo de moldagem, em que os materiais de fibra e/ou materiais de núcleo, especialmente madeira de balsa, são inseridos em um molde de elemento de pá do rotor e tratados com uma resina de cura para formar um material compósito robusto. A resina empregada na produção de pás de rotor ou elementos de pá de rotor frequentemente compreende resinas epóxi. Estas resinas são altamente adequadas para construir a base de uma pá de rotor ou um elemento de pá de rotor composto de material de fibra e resina.
[006] De modo a proteger as pás de rotor ou os elementos de pás de rotor contra efeitos de intemperismo e, em particular, de erosão, foram feitas tentativas para usar uma camada de superfície com um processo de revestimento de gel como descrito em DE 10 344 379 A1. Uma desvantagem neste caso é que, com um processo deste tipo, é necessário observar um tempo de processamento mínimo até que a mistura de revestimento de gel tenha reagido a uma extensão tal que possa ser preenchida com material de fibra. Isto retarda o processo de produção indesejada de uma pá de rotor ou de um elemento de rotor. Com o processo de revestimento de gel, além disso, não é possível interromper a produção de um elemento de pá de rotor ou de uma pá de rotor em qualquer ponto desejado de modo a permitir a ligação entre a camada de revestimento de revestimento de gel e a resina de infusão.
[007] Também foram feitas tentativas para aderir lâminas de superfície sobre a pá de rotor ou o elemento de pá de rotor ou prendê-las por outros meios subsequentemente na pá de rotor ou no elemento de pá de rotor, possivelmente de modo liberável. Por exemplo, lâminas de poliuretano são aderidas às pás do rotor. Uma outra possibilidade da técnica anterior, de acordo com a DE 10 2009 002 501 A1, é produzir um compósito reticulado composto por lâmina de superfície e resina de infusão. Este processo também é possível particularmente com lâminas de poliuretano. O poliuretano possui alta resistência à abrasão. No entanto, é desejável que a resistência à abrasão das pás do rotor e dos elementos da pá do rotor seja ainda melhorada.
[008] O US 2009/0208721 A1 descreve um componente compósito que consiste em três camadas. A primeira camada é uma camada termofixa. A segunda e terceira camadas são, cada uma, uma camada termoplástica. Fibras foram adicionadas à camada termofixa e à segunda camada termoplástica (intermediária).
[009] GB 846 868 A descreve um laminado, com um filament ligado em duas camadas do laminado.
[0010] O WO 2018/045087 A1 descreve um componente compósito feito de polímero termoplástico e elastômeros. O polímero termoplástico consiste em um plástico reforçado com fibra.
[0011] O DE 197 38 388 A1 descreve um produto semiacabado reforçado com matéria têxtil como lâmina com uma matriz termoplástica que consiste em camadas principais e camadas intermediárias sem poros. Pelo menos uma camada principal consiste em uma dobra de reforço impregnada com termoplásticos do mesmo tipo básico ou com outros termoplásticos compatíveis, e consolidada, esta dobra compreendendo tecidos de fibra de vidro sobreposta, tecidos de fibra tecidos, tecidos de fibra em malha ou reforço de fibra unidirecional.
[0012] O US 4.412.687 A descreve um componente compósito, em que a camada de polietileno é ligada à camada de elastômero. Existe, portanto, uma camada de adesivo entre a camada de polietileno e a camada de elastômero.
[0013] Os plásticos compósitos descritos em WO 2010/118860 consistem em uma camada externa de resina sintética termofixável, e uma camada elastomérica, e uma camada carreadora de metal e/ou plástico. As camadas são juntadas em uma única operação com tratamento térmico ou com irradiação com luz UV. Assim como outros campos de aplicação, o WO 2010/118860 também descreve o uso do componente plástico compósito em pás de rotor de helicópteros ou turbinas eólicas.
[0014] Foi um objetivo da presente invenção prover um componente, mais particularmente uma pá de rotor, que se distingue pela resistência ao desgaste muito alta e resistência à abrasão, cuja produção requer pouco tempo e baixas temperaturas, e que ao mesmo tempo tem uma alta longevidade. Este objeto é alcançado por um componente compósito (10) construção da camada seguinte a) uma camada (11) consistindo, pelo menos parcialmente, em polietileno, b) uma camada (12) consistindo, pelo menos parcialmente, em um elastômero, c) uma camada (13) consistindo, pelo menos parcialmente, em um componente termofixo ou termoplástico, em que a camada (11) é arranjada diretamente sobre a camada (12), e em que a camada (12) é arranjada diretamente sobre a camada (13), e em que um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17) é arranjado entre as camadas (12) e (13) de modo que alguns dos cordões trançados (15) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (12), alguns dos cordões trançados (16) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (13), e alguns dos cordões trançados (17) sejam embutidos, pelo menos em locais, parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13).
[0015] Surpreendentemente, surgiu que através do uso, de acordo com a invenção, de um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17), é possível melhorar a aderência entre a camada (12) e a camada (13). Os cordões trançados (15, 16, 17) que formam o tecido têxtil (14) podem alternar aqui, ao longo das fibras, entre as camadas individuais (12) e (13). O cordão trançado neste arranjo é embutido, pelo menos em locais, completamente na camada (12) ou (13), ou durante a transição entre as camadas (12) e (13) é embutido pelo menos no lugar parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13). Esta transição dos cordões trançados (15, 16, 17) entre as camadas (12) e (13) melhora substancialmente a aderência das camadas umas às outras, uma vez que a divisão das camadas exigiria que todas as fibras do cordão trançado fossem cortadas ou fossem rasgadas de uma das camadas (12) ou (13).
[0016] Além disso, as propriedades mecânicas e térmicas das camadas individuais (12) e (13) também são melhoradas, uma vez que o uso do tecido têxtil (13) nas camadas (12) e (13) resulta na formação de um compósito polimérico com fibra que une as propriedades positivas das fibras e do material da matriz.
[0017] Um cordão trançado é um feixe, um fio de cabo ou um fio multifilamentar composto de fibras (filamentos) arranjadas em paralelo. De acordo com a invenção, os cordões trançados (15, 16, 17) são, de preferência, cordões trançados feitos de fibras de UHMW-PE, fibras de carbono, fibras de vidro ou misturas das mesmas, preferivelmente cordões trançados feitos de fibras de vidro.
[0018] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que os cordões trançados (15) que são embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (12) são interespaçados predominantemente com o elastômero da camada (12) nos locais nos quais os cordões trançados (15) são embutidos na camada (12).
[0019] Se os cordões trançados (15) são intercalados predominantemente com o elastômero da camada (12), isto é, o elastômero preenche predominantemente os espaços entre as fibras individuais dos cordões trançados (15), a ligação dos cordões trançados (15) na camada (12) é particularmente forte.
[0020] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que os cordões trançados (16) que são embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (13) são intercaladas predominantemente com o componente termofixo ou termoplástico da camada (13) no locais em que os cordões trançados (16) são embutidos na camada (13).
[0021] Se os cordões trançados (16) são intercalados predominantemente com o componente termofixo da camada (13), isto é, o componente termofixo preenche predominantemente os espaços entre as fibras individuais dos cordões trançados (16), a ligação dos cordões trançados (16) na camada (13) é particularmente forte.
[0022] Dada a preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que os cordões trançados (17) que são embutidos, pelo menos em locais, parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13) são intercalados predominantemente com o elastômero da camada (12) ou com o componente termofixo ou termoplástico a partir da camada (13) nos locais nos quais os cordões trançados (17) são parcialmente embutidos na camada (12) e parcialmente na camada (13).
[0023] É preferido, de acordo com a invenção, que o valor em Tex de ISO 1144 e DIN 60905 dos filamentos individuais dos cordões trançados esteja entre 250 e 2500 tex. É preferível aqui se o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados tiver um valor em torno de 300, 600, 1200 ou 2400 tex. Em uma forma de realização, é preferido que o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados tenha um valor de cerca de 300, preferivelmente um valor entre 270 e 330 tex. Em uma segunda forma de realização, é preferido que o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados tenha um valor de cerca de 600, preferivelmente um valor entre 540 e 660 tex. Em uma terceira forma de realização, é preferido que o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados tenha um valor de cerca de 1200, preferivelmente um valor entre 1080 e 1320 tex. Em uma quarta forma de realização, é preferido que o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados tenha um valor de cerca de 2400, preferivelmente um valor entre 2160 e 2640 tex. Em uma forma de realização, é preferido que o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados tenha um valor maior que, ou igual a, 250, de preferência, um valor maior que, ou igual a, 540 tex, mais preferivelmente um valor maior que, ou igual a, 1080 tex. Preferência particular é dada a um componente compósito (10) da invenção, em que os cordões trançados (15, 16, 17) são intercalados predominantemente ou completamente com o elastômero da camada (12) ou com o componente termofixo ou termoplástico da camada (13).
[0024] Investigações internas mostraram, surpreendentemente, que particularmente em um valor ISO 1144 e DIN 60905 Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados maiores ou iguais a 250 tex, o processo de intercalar os cordões trançados (15,16,17) com o elastômero da camada (12) ou com o componente termofixo ou termoplástico a partir da camada (13) procede de forma particularmente eficaz e os cordões trançados, portanto, podem ser intercaladas predominantemente a completamente com o material. A um valor em Tex abaixo de 250 tex, os filamentos individuais são tão finos que a mistura reacional usada para produzir os componentes termofixos ou termoplásticos é incapaz de penetrar entre os filamentos individuais dos cordões trançados. Isto é surpreendente na medida em que a suposição até agora era que, particularmente a valores baixos de Tex entre 250 tex, as maiores forças capilares melhorariam a penetração dos cordões trançados pela respectiva mistura reacional. Surgiu, além disso, que os cordões trançados cujos filamentos individuais têm um valor em Tex abaixo de 250 tex carecem da resistência necessária (tração).
[0025] De igual modo, emergiu que, se o valor em Tex dos filamentos individuais dos cordões trançados for maior que 2500 tex, os filamentos individuais e/ou o cordão trançado formado(s) pelos filamentos tornam- se/torna-se tão espesso(s) que as espessuras requeridas na parte das camadas (13) ou (12) tornam-se muito altos para que um equilíbrio ideal seja atingido entre as resistências ao desgaste e à abrasão e o peso do componente compósito.
[0026] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que o tecido têxtil é um tecido tecido, tecido de fibra de vidro sobreposta, tecidos em malha ou trançado, de preferência um tecido de fibra de vidro sobreposta ou tecido.
[0027] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que o tecido têxtil se projeta para além das camadas (11) e/ou (12) nos lados compridos do componente compósito.
[0028] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que os cordões trançados (15, 16, 17) são trançados em conjunto por um fio de costura.
[0029] De acordo com a invenção, a camada (12) é arranjada diretamente entre a camada (11) e a camada (13), e não há mais camadas entre as camadas (11), (12) e (13).
[0030] Em uma forma de realização preferida da presente invenção, o polietileno é um polietileno de alto peso molecular (HMW-PE), um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE) ou politetrafluoroetileno (PTFE), de preferência, um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW- PE).
[0031] O polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE), em particular, é distinguido por muito boas resistências ao desgaste e à abrasão, mesmo diante de meios abrasivos. Investigações internas mostraram que usando uma camada (11) que consiste, pelo menos parcialmente, em UHMW- PE no componente compósito da invenção, a resistência ao desgaste e à abrasão do componente compósito, particularmente das pás do rotor, pode ser significativamente melhorada.
[0032] Um polietileno de alto peso molecular (HMW-PE) no contexto da presente invenção significa um polietileno de alto peso molecular tendo uma massa molar média de 500 a 1.000 kg/mol. Um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE) no contexto da presente invenção significa um polietileno molecular ultra alto tendo uma massa molar média maior que 1.000 kg/mol. No contexto da presente invenção, é preferido que o UHMW- PE usado tenha uma massa molar média entre 1.000 kg/mol e 10.000 kg/mol, mais preferivelmente uma massa molar média entre 1.000 kg/mol e 5.000 kg/mol, especialmente preferencialmente entre 3.000 kg/mol e 5.000 kg/mol. A massa molar média é determinada aritmeticamente usando uma equação de Margolis. O polietileno usado pode ser um polietileno linear ou reticulado.
[0033] O polietileno de peso molecular ultra alto usado preferencialmente tem uma densidade de 0,93 a 0,94 g/cm3.
[0034] Em uma forma de realização preferida da presente invenção, a camada (11) compreende adicionalmente um estabilizador de UV, que protege o polietileno contra o envelhecimento causado pela luz ultravioleta. Os estabilizadores de UV preferidos são absorventes de UV orgânicos e inorgânicos, selecionados mais particularmente da lista abrangendo benzofenonas, benzotriazóis, oxalanilidas, feniltriazinas, negro de fumo, dióxido de titânio, pigmentos de óxido de ferro e óxido de zinco, ou derivados de 2,2,6,6-tetrametilpiperidina, tal como, bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil) sebacato (estabilizadores de luz de amina impedida (HALS)).
[0035] A resistência a longo prazo para a luz UV pode ser intensificada através da presença do estabilizador de UV.
[0036] É particularmente preferido que a camada (11) consistindo, pelo menos parcialmente, em polietileno seja predominantemente de polietileno, mais particularmente, consistindo em polietileno numa extensão maior que 50% em peso, de preferência maior que 80% em peso, mais preferivelmente maior que 95% em peso, consistindo mais particularmente em polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE), com base no peso total da camada.
[0037] Dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que o elastômero é uma borracha de etileno-propileno (EPM), borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM), borracha de etileno-acrilato (EAM), borracha de fluorocarboneto (FKM), borracha de acrilato (ACM), elastômero de poliuretano (preferencialmente elastômero de poliuretano termoplástico), etileno-acetato de vinila (EVA) ou borracha de acrilonitrila- butadieno (NBR), de preferência, uma borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM).
[0038] É particularmente preferido que a camada (12) consistindo, pelo menos parcialmente, em um elastômero consistindo predominantemente em elastômero, mais particularmente consistindo em um elastômero em uma extensão maior que 50% em peso, preferivelmente maior que 80% em peso, mais preferencialmente maior que 95% em peso, consistindo mais particularmente em borracha de etileno-propileno-dieno, com base no peso total da camada.
[0039] Em uma forma de realização da presente invenção, a camada (12) consiste em duas zonas do elastômero. Investigações internas mostraram que a produção de um componente compósito da invenção é particularmente vantajosa se em primeiro lugar uma primeira zona do elastômero é aplicada à camada (11). Subsequentemente, em uma segunda etapa, uma segunda zona do elastômero é aplicada à primeira zona do elastômero. Ambas as zonas do elastômero formam a camada (12). Provou-se aqui ser vantajoso e, portanto, preferido se o tecido têxtil (14) estiver embutido apenas na segunda zona da camada (12).
[0040] Em uma forma de realização preferida da presente invenção, a camada (12) compreende adicionalmente pelo menos um aditivo selecionado do grupo consistindo em acrilatos, metacrilatos, resinas epoxi, resinas fenólicas, novolacs, hexametilenotetramina, hexametoximetilmelamina e guanidinas. Estes aditivos são adequados para melhorar a resistência da camada (12) e/ou para melhorar a aderência da camada (12) às outras camadas.
[0041] Polímeros referidos como elastômero no contexto da presente invenção são elasticamente deformáveis mas retêm a sua forma, com um ponto de transição vítrea localizado abaixo da temperatura de serviço (por exemplo, 25°C). Sob cargas de tração e pressão, os plásticos são capazes de se deformarem elasticamente, mas revertem depois para sua forma original e não deformada.
[0042] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que o componente termofixo ou termoplástico é um sistema de resina polimérica à base de epóxido, à base de poliuretano, à base de metil metacrilato, à base de (met)acrilato ou à base de (met)acrilamida. É particularmente preferido que a camada (13) que consiste, pelo menos parcialmente, em um componente termofixo ou em um componente termoplástico seja predominantemente de um componente termofixo ou termoplástico, consistindo mais particularmente em uma extensão maior que 50% em peso, de preferência, mais que 80% em peso, mais preferencialmente mais que 95% em peso de um componente termofixo ou termoplástico.
[0043] No contexto desta invenção, um termoplástico é um plástico que depois de curado não pode mais ser deformado por aquecimento sem que o plástico seja destruído.
[0044] No contexto desta invenção, um termoplástico é um plástico que dentro de uma certa faixa de temperatura pode ser (termoplasticamente) deformado reversivelmente, a deformação do plástico, por aquecimento até que o estado líquido de fusão seja alcançado, e resfriamento, sendo repetido como muitas vezes como desejado.
[0045] De acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção, a camada (13) é um componente termofixo ou termoplástico reforçado com fibra, as fibras sendo, de preferência, fibras de UHMW-PE (por exemplo, fibras Dyneema), fibras de carbono, fibras de aramida ou fibras de vidro. As fibras em questão não são os cordões trançados (15,16,17), mas fibras que estão presentes apenas na camada (13).
[0046] Os componentes termofixos ou termoplásticos reforçados com fibras são notáveis pela alta estabilidade mecânica e térmica para um peso específico baixo e, portanto, são muito adequados para a construção da base de uma pá de rotor ou de um elemento de pá de rotor.
[0047] Preferido de acordo com a invenção é um componente compósito, em que a camada (13) compreende adicionalmente pelo menos um aditivo selecionado do grupo que consiste em acrilatos, metacrilatos, resinas fenólicas e novolacs.
[0048] Do mesmo modo preferido, é um componente compósito da invenção em que o componente termofixo compreende um sistema de resina polimérica com uma matriz de resina epóxi que antes da cura toma a forma de um sistema multicomponente e inclui pelo menos um componente compreendendo um agente de cura de amina e adicionalmente pelo menos um aditivo selecionado da lista consistindo em hexametilenotetramina, hexametoximetilmelamina e guanidinas.
[0049] É dada preferência a um componente compósito (10) da invenção, em que o componente compósito é uma pá de rotor, de preferência uma pá de rotor de uma turbina eólica.
[0050] Em uma forma de realização preferida de acordo com a invenção, o componente compósito é uma pá de rotor tendo um lado de pressão, um lado de sucção, uma borda traseira e uma borda frontal (1110) (também chamado de borda da pá do rotor dianteira), em que a borda frontal estende-se ao longo da direção longitudinal da pá do rotor entre uma ponta e uma raiz da pá do rotor. É preferido aqui se a borda frontal da pá do rotor tiver as camadas (11), (12) e (13), e o lado de pressão, lado de sucção e/ou borda traseira da pá do rotor, de preferência, não ou não completamente, tenha as camadas (11) e (12).
[0051] Em uma forma de realização particularmente preferida, o componente compósito é uma pá de rotor, em que as camadas (11), (12) e (13) são arranjadas em uma região localizada na borda frontal (1110), e a região tem uma largura ortogonal ao eixo longitudinal da pá do rotor de 5 a 35 cm, de preferência 10 a 20 cm, mais preferencialmente 14 a 18 cm, e um comprimento ao longo do eixo longitudinal da pá do rotor que corresponde a pelo menos 10%, de preferência pelo menos 15%, mais preferencialmente pelo menos 20% do comprimento total da pá do rotor e/ou um comprimento ao longo do eixo longitudinal da pá do rotor que corresponde a no mínimo 35%, preferivelmente no mínimo 30%, mais preferencialmente no mínimo 25% do comprimento total da pá do rotor.
[0052] É preferido, além disso, que a camada (11) e/ou a camada (12) independentemente uma da outra tenham uma espessura de 100 a 5.000 μm, preferivelmente uma espessura de 300 a 900 μm, mais preferivelmente uma espessura de 400 a 600 μm.
[0053] Investigações internas mostraram que com essas espessuras de camada há um equilíbrio muito bom entre as resistências ao desgaste e à abrasão e o peso do componente compósito. Se a camada (11) for muito espessa, o peso do componente compósito é aumentado sem melhoria substancial nas resistências ao desgaste e à abrasão. Se a camada (11) é muito fina, no entanto, as resistências ao desgaste e à abrasão diminuem.
[0054] É preferido de acordo com a invenção um componente compósito distinguido pela construção da camada seguinte a) uma camada (11) consistindo em pelo menos parcialmente por um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE), b) uma camada (12) consistindo, pelo menos parcialmente, em borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM), c) uma camada (13) consistindo pelo menos parcialmente em um componente termofixo ou termoplástico, o componente termofixo sendo um sistema de resina polimérica à base de epóxido; em que um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17) é arranjado entre as camadas (12) e (13) de modo que alguns dos cordões trançados (15) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (12), alguns dos cordões trançados (16) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (13), e alguns dos cordões trançados (17) sejam embutidos, pelo menos, em locais parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13), em que o tecido têxtil é um tecido de fibra de vidro sobreposta ou tecido, em que os cordões trançados (15,16,17) são cordões trançados feitos de fibra de vidro, em que as fibras de vidro preferencialmente têm um valor em Tex de ISO 1144 entre 250 e 2500 tex, e a camada (11) e/ou camada (12), independentemente entre si, têm preferencialmente uma espessura de 100 a 5.000 μm, mais preferivelmente uma espessura de 300 a 900 μm, muito preferivelmente uma espessura de 400 a 600 μm.
[0055] Preferido de acordo com a invenção é um componente compósito distinguido pela construção da camada seguinte a) uma camada (11) consistindo em uma extensão de mais que 50% em peso, de preferência mais que 80% em peso, mais preferencialmente mais que 95% em peso de um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE), b) uma camada (12) consistindo em uma extensão de mais que 50% em peso, de preferência mais que 80% em peso, mais preferivelmente mais que 95% em peso de uma borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM), c) uma camada (13) consistindo em uma extensão de mais que 50% em peso, de preferência mais que 80% em peso, mais preferencialmente mais que 95% em peso de um componente termofixo ou termoplástico, o componente termofixo sendo um sistema de resina polimérica à base de epóxido; em que um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, menos, em locais parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13), em que o tecido é um tecido de fibra de vidro sobreposta ou tecido, em que os cordões trançados (15,16,17) são cordões trançados feitos de fibra de vidro, em que as fibras de vidro preferencialmente têm um valor em Tex de ISO 1144 entre 250 e 2500 tex, e a camada (11) e/ou camada (12), independentemente entre si, tem/têm preferencialmente uma espessura de 100 a 5.000 μm, mais preferivelmente uma espessura de 300 a 900 μm, muito preferivelmente uma espessura de 400 a 600 μm.
[0056] É preferido de acordo com a invenção um componente compósito distinguido pela construção da camada seguinte a) uma camada (11) consistindo em pelo menos parcialmente por um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE), b) uma camada (12) consistindo, pelo menos parcialmente, em borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM), c) uma camada (13) consistindo pelo menos parcialmente em um componente termofixo ou termoplástico, o componente termofixo sendo um sistema de resina polimérica à base de epóxido; em que um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17) é arranjado entre as camadas (12) e (13) de modo que alguns dos cordões trançados (15) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (12), alguns dos cordões trançados (16) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (13), e alguns dos cordões trançados (17) sejam embutidos, pelo menos, em locais parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13), em que o tecido é um tecido de fibra de vidro sobreposta ou tecido, em que os cordões trançados (15, 16, 17) são cordões trançados feitos de fibra de vidro, em que as fibras de vidro preferencialmente têm um valor em Tex de ISO 1144 maior ou igual a 250 tex, e a camada (11) e/ou camada (12), independentemente entre si, tem/têm preferencialmente uma espessura de 100 a 5.000 μm, mais preferivelmente uma espessura de 300 a 900 μm, muito preferivelmente uma espessura de 400 a 600 μm.
[0057] Um outro aspecto da presente invenção refere-se a uma turbina eólica compreendendo um componente compósito da invenção. É particularmente preferido neste caso que a turbina eólica seja a de uma instalação de energia eólica e que o componente compósito da invenção seja arranjado em pelo menos um elemento de pá de rotor, mais particularmente em pelo menos uma borda de pá de rotor, de preferência, uma borda da pá do rotor frontal. É particularmente preferido que o componente compósito da invenção esteja arranjado em todas as bordas da pá do rotor, de preferência em todas as bordas da pá do rotor frontal, de uma instalação de energia eólica.
[0058] Um aspecto adicional em relação à presente invenção refere-se a um uso do componente compósito da invenção em turbinas eólicas, pás de rotor de turbinas eólicas, hélices de aviões ou helicópteros, aerofólios de aviões ou helicópteros, pás de rotor de aviões ou helicópteros, aletas de turbina de unidades de propulsão, componentes de carroceria de veículos, área de casco ou quilha de embarcação ou áreas de contato de equipamentos esportivos. É particularmente preferido o uso de acordo com a invenção nas bordas da pá do rotor, de preferência nas bordas da pá do rotor dianteiras, de uma instalação de energia eólica.
[0059] O componente compósito da invenção também pode ser empregado, no entanto, em outras áreas nas quais a erosão das superfícies deve ser evitada. Estes estão de acordo com a invenção, por exemplo: - hélices, aerofólios, pás de hélice de aviões ou helicópteros, - aletas de turbina de unidades de propulsão, - componentes de carroceria de veículos, - área de casco ou quilha de embarcação, ou - áreas de contato de equipamentos esportivos.
[0060] Um aspecto adicional em relação à presente invenção refere-se a um método para produzir um componente compósito da invenção, compreendendo as seguintes etapas: - produzir ou prover uma camada (11) consistindo pelo menos parcialmente em polietileno, - produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um elastômero, - revestir um lado da camada produzida ou provida (11) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um elastômero, - produzir ou prover um tecido têxtil e colocar um tecido têxtil na mistura reacional revestida para produzir um elastômero, de modo que alguns dos cordões trançados sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na mistura reacional, - vulcanizar a mistura reacional produzida ou provida ou permitir vulcanizar, para resultar em uma camada (12) consistindo, pelo menos parcialmente, em um elastômero, - produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um componente termofixo ou termoplástico, - revestir a camada produzida (12) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um componente termofixo ou termoplástico, de modo que alguns dos cordões trançados sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na mistura reacional para produzir um componente termofixo ou termoplástico, - curar a mistura reacional produzida ou provida para produzir um componente termofixo ou termoplástico, ou permitir que cure, para resultar em uma camada (13) consistindo, pelo menos parcialmente, em um componente termofixo ou termoplástico.
[0061] Um aspecto adicional em relação à presente invenção refere-se a um método para produzir um componente compósito da invenção, compreendendo as seguintes etapas: - produzir ou prover uma camada (11) consistindo pelo menos parcialmente em polietileno, - produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um elastômero, - revestir um lado da camada produzida ou provida (11) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um elastômero, - vulcanizar a mistura reacional produzida ou provida ou permitir que ela vulcanize, para resultar em uma primeira zona de uma camada (12), - produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um elastômero, - revestir a primeira zona da camada (12) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um elastômero, - produzir ou prover um tecido têxtil e colocar o tecido sobre a mistura reacional revestida para produzir um elastômero, de modo que alguns dos cordões trançados sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na mistura reacional, - vulcanizar a mistura reacional produzida ou provida ou permitir que ela vulcanize, para resultar em uma segunda zona da camada (12), que forma completamente a camada (12), - produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um componente termofixo ou termoplástico, - revestir a camada produzida (12) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um componente termofixo ou termoplástico, de modo que alguns dos cordões trançados sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na mistura reacional para produzir um componente termofixo ou termoplástico, - curar a mistura reacional produzida ou provida para produzir um componente termofixo ou termoplástico, ou permitir que cure, para resultar em uma camada (13) consistindo, pelo menos parcialmente, em um componente termofixo ou termoplástico.
[0062] Um aspecto adicional em relação à presente invenção refere-se a um componente compósito produzido por um método da invenção.
[0063] No contexto da presente invenção, é preferido que dois ou mais dos aspectos indicados acima sejam preferidos de serem realizados ao mesmo tempo; especialmente preferidas são as combinações de tais aspectos e das características correspondentes que são evidentes das reivindicações anexas.
[0064] A Fig. 1 mostra uma representação esquemática de uma instalação de energia eólica com elemento de pá de rotor de acordo com a invenção; - Fig. 2 mostra esquematicamente uma forma de realização de um elemento de pás de rotor de acordo com a invenção; - Fig. 3 mostra na representação esquemática um detalhe do elemento da pá do rotor da Fig. 2; a Fig. 1 mostra uma instalação de energia eólica 1.000 tendo uma torre 1200 e uma nacele 1300. Há um rotor 1400 na nacele 1300 tendo três pás de rotor 1100 e uma roda 1500. Em operação, o rotor 1400 é ajustado em movimento de rotação pelo vento e, assim, aciona um gerador na nacele 1300. As pás do rotor 1100 da instalação de energia eólica 1.000 possuem uma base (camada 13) compreendendo um componente termofixo que é revestido em locais com uma lâmina de superfície (camada 11) de polietileno; uma camada de elastômero (camada 12) é localizada entre a lâmina de superfície e a base. Essa construção é elucidada com mais detalhes com referência às figuras subsequentes.
[0065] A Fig. 2 mostra um elemento de pá de rotor 1110 da pá de rotor 1110, especificamente a borda de pá de rotor 1110 principal. A borda de pá de rotor 1110 dianteira 1110 possui uma lâmina de superfície 11. Esta lâmina consiste, neste exemplo de trabalho, de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE). A lâmina de superfície 11 (camada 11) é juntada através de uma camada de fixação 12 (camada 12) à base do elemento de pá de rotor 13 (camada 13). A base 13 (camada 13) do elemento de pá de rotor consiste aqui, pelo menos parcialmente, em um componente termofixo. No exemplo de trabalho, o componente termofixo é uma resina epóxi. A camada de afixação 12 (camada 12) consiste, pelo menos parcialmente, em um elastômero. Como um resultado da afixação da lâmina de superfície 11 (camada 11) à base 13 (camada 13) por meio de um elastômero, é possível juntar UHMW-PE à resina epóxi. A lâmina de superfície de UHMW-PE 11 (camada 11) é particularmente resistente a cargas abrasivas do tipo que ocorrem durante a operação de instalações de energia eólica, especialmente nas bordas do rotor.
[0066] A Fig. 3 mostra um detalhe do elemento de pá de rotor 1110. Neste local no elemento de pá de rotor 1110, o elemento de pá de rotor 1110 possui a seguinte construção de camada: Uma primeira camada (11) consistindo, pelo menos parcialmente, em polietileno, uma camada (12) consistindo parcialmente em um elastômero, e pelo menos uma camada (13) como base, consistindo, pelo menos parcialmente, em um componente termofixo. Um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17) é arranjado entre as camadas (12) e (13), de modo que alguns dos cordões trançados (15) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (12), alguns dos cordões trançados (16) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na camada (13), e alguns dos cordões trançados (17) sejam embutidos pelo menos em alguns locais parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13). Neste exemplo de trabalho, os cordões trançados consistem em fibras de vidro, o componente termofixo é uma resina epóxi, o polietileno é um polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW- PE), e o elastômero é EPDM.

Claims (13)

1. Componente compósito (10), caracterizado pelo fato de que compreende a construção da camada seguinte: a) uma camada (11) compreendendo um polietileno de ultraalto peso molecular, PEUAPM, b) uma camada (12) compreendendo um elastômero que é borracha de etileno-propileno-dieno, EPDM, c) uma camada (13) compreendendo um termofixo ou termoplástico que é um sistema de resina polimérica à base de epóxido, em que a camada (11) é arranjada diretamente sobre a camada (12), e em que a camada (12) é arranjada diretamente sobre a camada (13), e em que um tecido têxtil (14) com cordões trançados (15, 16, 17) é arranjado entre as camadas (12) e (13) de modo que alguns dos cordões trançados (15) sejam embutidos pelo menos em locais completamente na camada (12), alguns dos cordões trançados (16) sejam embutidos pelo menos em locais completamente na camada (13), e alguns dos cordões trançados (17) sejam embutidos pelo menos em locais parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13) de tal modo que pelo menos um dos cordões trançados (17) se estenda por sobre a camada (12) e a camada (13).
2. Componente compósito (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor em Tex de ISO 1144 dos filamentos individuais dos cordões trançados (15, 16, 17) está entre 250 e 2500 tex.
3. Componente compósito (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor em Tex de ISO 1144 dos filamentos individuais dos cordões trançados (15, 16, 17) tem um valor maior que, ou igual a, 250 tex.
4. Componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os cordões trançados (15) que são embutidos pelo menos em locais completamente na camada (12) são intercalados predominantemente com o elastômero da camada (12) nos locais nos quais os cordões trançados (15) são embutidos na camada (12).
5. Componente compósito (10) de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os cordões trançados (16) que são embutidos pelo menos em locais completamente na camada (13) são intercalados predominantemente com o componente termofixo da camada (13) nos locais nos quais os cordões trançados (16) são embutidos na camada (13).
6. Componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os cordões trançados (17), que são embutidos pelo menos em locais parcialmente na camada (12) e parcialmente na camada (13), são intercalados predominantemente com o elastômero da camada (12) ou com o componente termofixo da camada (13) nos locais nos quais os cordões trançados (17) são parcialmente embutidos na camada (12) e parcialmente na camada (13).
7. Componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a camada (11) e/ou a camada (12), independentemente uma da outra, tem/têm uma espessura de 100 a 5.000 μm.
8. Componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o tecido têxtil (14) é um tecido têxtil, tecido de fibra de vidro sobreposta, tecido em malha ou trançado.
9. Componente compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os cordões trançados (15, 16, 17) são cordões trançados feitos de fibras de PEUAPM, fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida ou misturas das mesmas.
10. Componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o tecido têxtil (14) é um tecido de fibra de vidro sobreposta ou tecido, em que os cordões trançados (15, 16, 17) são cordões trançados feitos de fibras de vidro.
11. Componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o componente compósito (10) é uma pá de rotor.
12. Turbina eólica, caracterizada pelo fato de que compreende um componente compósito (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
13. Método para produzir um componente compósito (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: produzir ou prover uma camada (11) compreendendo um polietileno de ultra-alto peso molecular (PEUAPM), produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um elastômero, revestir um lado da camada produzida ou provida (11) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um elastômero, produzir ou prover um tecido têxtil (14) e colocar um tecido têxtil (14) na mistura reacional revestida para produzir um elastômero, de modo que alguns dos cordões trançados (15, 16, 17) sejam embutidos, pelo menos em locais, completamente na mistura reacional, vulcanizar a mistura reacional produzida ou provida ou permiti-la a vulcanizar, para resultar em uma camada (12) compreendendo um elastômero, produzir ou prover uma mistura reacional para produzir um termofixo ou termoplástico, revestir a camada produzida (12) com a mistura reacional produzida ou provida para produzir um termofixo ou termoplástico, de modo que alguns dos cordões trançados (15, 16, 17) sejam embutidos pelo menos em locais completamente na mistura reacional para produzir um termofixo ou termoplástico, curar a mistura reacional produzida ou provida para produzir um termofixo ou termoplástico, ou permiti-la a curar, para resultar em uma camada (13) compreendendo um termofixo ou termoplástico.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 09/11/2017, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS