BR112019018836A2 - lâmina de turbina eólica feita de compósito de polímero termoplástico, parte da dita lâmina e método de produção - Google Patents
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Abstract
a invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica (1) compreendendo um invólucro externo formado pelo menos em parte de painéis (3) de compósito de polímero termoplástico, definindo um bordo de ataque (4) e um bordo de fuga (5) da lâmina de turbina eólica, e pelo menos um membro de reforço longitudinal (6) feito de polímero compósito, que se estende ao longo de um eixo longitudinal (a) da lâmina de turbina eólica dentro da dita lâmina de turbina eólica (1), o dito membro de reforço (6) estando disposto entre pelo menos um painel definindo o bordo de ataque (4) e pelo menos um painel definindo o bordo de fuga (5), distinguido em que o compósito de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica e em que pelo menos um painel (3) de compósito de polímero termoplástico está conectado ao membro de reforço (6) por uma interface tipo solda (7).
Description
“LÂMINA DE TURBINA EÓLICA FEITA DE COMPÓSITO DE POLÍMERO TERMOPLÁSTICO, PARTE DA DITA LÂMINA E MÉTODO DE PRODUÇÃO” [0001] A invenção refere-se ao campo de turbinas eólica, e mais particularmente às lâminas de turbinas eólica fabricada de composite de polímero termoplástico. A invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica, as partes da dita lâmina de turbina eólica e também o processo para fabricar a dita lâmina de turbina eólica.
[Técnica anterior] [0002] No presente, as lâminas de turbina eólica são principalmente compostas de composite polimérico no qual um reforço fibroso é incorporado em uma matriz polimérica. De fato, as propriedades requeridas para as lâminas de turbina eólica são em particular leveza, resistência estrutural relativamente alta e resistência à tração. Isto está principalmente associado com o fato de que as lâminas de turbina eólica devam suportar altas cargas mecânicas durante a operação da turbina eólica, especialmente na presença de rajadas fortes eólica. As fibras do reforço fibroso podem tipicamente ser compostas de vidro, carbono, cerâmica, mas também fibras naturais. A matriz polimérica principalmente compreende polímeros e garante que as fibras sejam mantidas no lugar, transmite as tensões entre as fibras e protege as fibras contra influências externas mecânicas e químicas. A matriz polimérica é geralmente termoendurecíveis e as partes feita de composite polimérico termoendurecível estão associadas uma com a outra usando resina termoendurecível (por exemplo adesivos de epóxi ou poliéster ou poliuretano).
[0003] Entretanto, os materiais compósitos termoendurecíveis têm diversas desvantagens, tais como altos custos quando da reciclagem destes materiais ou o acúmulo de quantidades grandes de resíduos se a reciclagem não for possível. As lâminas de turbina eólica que incorporam materiais termoplásticos foram propostas por exemplo no pedido WO2010025830; não obstante, os termoplásticos propostos são essencialmente propostos para formar a junta entre as várias partes de lâminas de turbina eólica, e eles têm uma sensibilidade relativamente alta à umidade ou altos pontos de fusão. O pedido US2017/0058864 descreve uma lâmina de turbina eólica ajustável construída a partir de materiais termoendurecíveis e/ou termoplásticos. A
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2/28 interface termoendurecível-termoplástico é soldada; não obstante, a lâmina contém uma grande porção dos materiais termoendurecíveis. Consequentemente, existe ainda uma necessidade quanto a lâminas de turbina eólica predominantemente compreendendo termoplásticos, e que são, portanto, recicláveis, enquanto oferecem propriedades mecânicas e químicas que atinjam as exigências do setor de energia eólica.
[0004] Quando da construção de uma lâmina de turbina eólica feita de composite polimérico, por exemplo pela moldagem por injeção de baixa pressão ou moldagem por infusão, o uso de resinas termoendurecíveis geralmente leva a tempos de ciclo longo. Além disso, estas partes feitas de composite polimérico são subsequentemente montadas durante o processo industrial antes da entrega para o local de instalação. Dado o longo ciclo de tempo observado quando do uso de uma matriz polimérica termoendurecível, tanto durante a fabricação das partes quanto durante a montagem, é necessário identificar polímeros que seriam capazes de reduzir os tempos de ciclo e, portanto, de reduzir o tempo de produção de lâminas de turbina eólica.
[0005] Além disso, as lâminas de turbina eólica geralmente têm um comprimento de aproximadamente 40 metros ou mais, algumas vezes de aproximadamente 90 ou 100 metros. Assim, a liberação das lâminas requer transporte de carga anormal. De modo a facilitar o manejo e instalação de lâminas de turbina eólica, é desejável ser capaz de fácil e rapidamente realizar pelo menos alguma da montagem no local de instalação.
[Problema técnico] [0006] A invenção, portanto, visa superar as desvantagens da técnica anterior. Em particular, a invenção visa prover uma lâmina de turbina eólica feita de compósito de polímero termoplástico, que possa ser fabricada mais rapidamente do que as lâminas de turbina eólica convencionais enquanto preferivelmente sejam predominantemente recicláveis e resistentes aos estresses mecânicos e químicos aos quais as lâminas de turbina eólica são submetidas em operação.
[0007] Um outro objetivo da invenção é prover um processo para fabricar lâminas de turbina eólica ou partes de lâminas de turbina eólica mais rapidamente do que os
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3/28 processos existentes e possibilitar montagem rápida e fácil, reparo ou ajustes no local de instalação.
[Breve descrição da invenção] [0008] Para esta finalidade, a invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica compreendendo um invólucro externo formada pelo menos em parte de painéis de composite de polímero termoplástico, definindo um bordo de ataque e um bordo de fuga da lâmina de turbina eólica, e pelo menos um membro de reforço feito de compósito polimérico, que se estende ao longo de um eixo longitudinal da lâmina de turbina eólica dentro da dita lâmina de turbina eólica, o dito membro de reforço estando disposto entre pelo menos um painel definindo o bordo de ataque e pelo menos um painel definindo o bordo de fuga, principalmente distinguido em que o compósito de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica e em que pelo menos um painel de compósito de polímero termoplástico é conectado ao membro de reforço por uma interface tipo solda.
[0009] De fato, o uso de um compósito polimérico compreendendo um polímero termoplástico (met)acrílico torna possível reduzir os tempos de ciclo comparado em particular com os polímeros termoendurecíveis convencionalmente usados nestes campos. Além disso, os polímeros termoplásticos (met)acrílicos usados dentro do contexto da invenção podem ser usados na maioria dos processos industriais habitualmente usados e, portanto, diferente dos termoplásticos tais como poliamidas, não requerem modificação do equipamento industrial correntemente usado na construção de lâminas de turbina eólica.
[0010] Além disso, estas lâminas de turbina eólica são facilmente recicláveis, diferente das lâminas compreendendo painéis feitos de compósitos poliméricos termoendurecíveis habitualmente usados neste campo. Finalmente, a presença de uma interface tipo solda proporciona a possibilidade, através de uma elevação na temperatura da interface, para produzir montagens, realizar ajustes no posicionamento do painel ou então reparos no local de instalação sem requerer uma instalação particular.
[0011] De acordo com outras características opcionais do processo:
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- o reforço fibroso está fundamentado nas fibras tendo uma razão de aspecto de pelo menos 1.000. Uma tal razão de aspecto torna possível obter lâminas de turbina eólica tendo propriedades mecânicas melhoradas.
- a lâmina de turbina eólica não compreende mais do que 50%, preferivelmente não mais do que 40%, mais preferivelmente não mais do que 30%, ainda mais preferivelmente não mais do que 20%, mais vantajosamente não mais do que 15% em peso e ainda mais vantajosamente não mais do que 10% em peso de polímeros termoendurecíveis tais como uma resina epóxi. Assim, a lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção tem um ganho muito significante em termos de tempo de produção e uma capacidade aumentada para ser reciclada. Igualmente, a lâmina de turbina eólica não compreende mais do que 10%, preferivelmente não mais do que 8%, vantajosamente não mais do que 7% em peso, mais vantajosamente não mais do que 6% em peso e ainda mais vantajosamente não mais do que 5% em peso de adesivos termoendurecíveis.
- o polímero termoplástico (met)acrílico é selecionado de uma resina polimérica termoplástica, habitualmente aludida como “xarope”, que é usada para impregnar o material de reforço, por exemplo um reforço fibroso, e que polimeriza rapidamente (por exemplo entre 30 segundos e 3 horas) com boa conversão de modo a aumentar a produtividade. Uma vez polimerizado, o xarope de polímero termoplástico constitui a matriz do material compósito. Uma composição líquida ou um xarope compreendendo um monômero (met)acrílico e um polímero (met)acrílico precursor é descrita na WO 2013/056845 e WO 2014/013028. Estes polímeros (met)acrílicos são particularmente adaptados para os processos industriais existentes para fabricar lâminas de turbina eólica e proporcionar às lâminas de turbina eólica
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5/28 propriedades mecânicas e químicas satisfatórias. Em particular, o polímero termoplástico (met)acrílico é selecionado de poli(metacrilato de metila) (PMMA) ou copolímeros de metacrilato de metila (MMA), ou misturas dos mesmos.
- o reforço fibroso compreende fibras selecionadas de fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de basalto ou fibras com base em polímero, ou fibras vegetais, sozinhas ou em uma mistura.
- a matriz polimérica termoplástica (met)acrílica também compreende um ou mais aditivos ou enchedores. Todos os aditivos e enchedores opcionais são adicionados ao xarope (met)acrílico líquido antes da impregnação e/ou polimerização. O compósito de polímero termoplástico também pode compreender outros aditivos e outros enchedores. Como aditivos, menção pode ser feita de aditivos orgânicos tais como modificadores de impacto ou copolímeros de bloco, estabilizantes térmicos, estabilizantes de UV, lubrificantes e misturas dos mesmos. O modificador de impacto está na forma de partículas finas tendo um núcleo elastomérico e pelo menos uma casca termoplástica, o tamanho das partículas sendo geralmente menores do que 1 pm e vantajosamente de 50 a 300 nm. O modificador de resistência a impacto é preparado pela polimerização de emulsão. A proporção de modificadores de impacto na matriz polimérica termoplástica é de 0 a 50%, preferivelmente 0 a 25%, e vantajosamente 0 a 20% em peso. Como enchedores, menção pode ser feita de nanotubos de carbono ou enchedores minerais incluindo nanoenchedores minerais (TiO2, silica).
- o polímero termoplástico (met)acrílico tem uma temperatura de transição vítrea (Tg) dentre 50°C e 160°C, preferivelmente dentre 70°C e 140°C, e ainda mais preferivelmente 90°C e 120°C. Além disso, o polímero termoplástico (met)acrílico ou uma porção do polímero termoplástico (met)acrílico tem um índice de fluxo de fusão (MFI) de acordo com a
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6/28
ISO 1133 (230°C/3,8 kg) entre menos do que 20 g/10 min. Preferivelmente, o índice de fluxo de fusão é menor do que 18 g/10 min, mais preferivelmente menos do que 16 g/10 min, vantajosamente menos do que 13 g/10 min. Isto torna possível facilitar a produção de lâminas de turbina eólica e também abre caminho para montagem, ajuste ou reparo fácil no local de instalação.
- o membro de reforço tem a forma de uma viga em Ί” compreendendo uma alma e duas flanges conectadas uma à outra pela alma.
- as flanges são preferencialmente formadas por uma pilha de tiras feitas de compósito de polímero termoplástico, que são preferivelmente préimpregnadas, ou pelas partes compósitas moldadas pela injeção ou infusão de baixa pressão. Esta pilha pode ser consolidada por soldagem.
- as flanges são conectadas à trama por uma interface tipo solda.
- as flanges são conectadas à alma por adesivo epóxi.
- o bordo de ataque é formado de uma única parte monolítica soldada ao membro de reforço. De fato, o uso de um polímero termoplástico (met)acrílico e uma interface tipo solda torna possível idealizar novos projetos de lâmina de turbina eólica e especialmente lâminas com um bordo de ataque formada de uma única parte monolítica soldada ao membro de reforço de modo a facilitar a montagem e melhorar a resistência ao desgaste no bordo de ataque.
- os painéis de compósito de polímero termoplástico que formam o invólucro externo incluem uma estrutura de baixa densidade, tal como madeira (por exemplo balsa), uma estrutura alveolar ou plástico expandido.
- a lâmina de turbina eólica compreende pelo menos um filamento resistivo posicionada na interface tipo solda.
- a interface tipo solda tem um comprimento de mais de 5 metros, preferivelmente maior do que 10 metros, mais preferivelmente maior do
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7/28 que 20 metros.
- a interface tipo solda estende-se ao longo de um eixo longitudinal da lâmina de turbina eólica.
[0012] A invenção também se refere a uma parte de lâmina de turbina eólica feita de composite de polímero termoplástico para formar uma lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção, principalmente distinguido em que o composite de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
[0013] Vantajosamente, o composite de polímero termoplástico desta parte de lâmina de turbina eólica é pelo menos parcialmente coberto com uma camada de polímero termoplástico (met)acrílico pelo menos 0,5 mm, preferivelmente pelo menos 1 mm, mais preferivelmente pelo menos 2 mm, ainda mais preferivelmente pelo menos 3 mm de espessura. O composite de polímero termoplástico por exemplo pode ser coberto com esta camada de polímero termoplástico (met)acrílico na superfície intencionada a ser soldada. Isto torna possível em particular evitar o aparecimento de zonas com uma concentração mais baixa de resina em uma interface tipo solda que levaria à fragilização da lâmina de turbina eólica.
[0014] A invenção também refere-se a um processo para fabricar uma lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção a partir de pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de composite de polímero termoplástico, o composite de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica, o dito processo compreendendo as etapas de:
- dispor pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito polimérico termoplástico adjacentemente ou com sobreposição em uma interface de montagem,
- aquecer para fundir a matriz polimérica termoplástica (met)acrílica na interface de montagem, e
- aplicar pressão na interface para soldar as pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito de polímero termoplástico juntas de modo a formar uma interface tipo solda.
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8/28 [0015] De acordo com outras características opcionais do processo:
- o processo também compreende uma etapa anterior de fabricação de partes de lâmina de turbina eólica, compreendendo as seguintes subetapas:
- impregnação de um reforço fibroso com uma composição (met)acrílica líquida,
- polimerização da composição (met)acrílica líquida, impregnando o dito reforço fibroso.
- a partes de lâmina de turbina eólica feita de compósito de polímero termoplástico são fabricadas pela moldagem por injeção de baixa pressão, moldagem por infusão ou moldando-se tiras pré-impregnadas com compósito de polímero termoplástico (met)acrílico.
- as partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito de polímero termoplástico são fabricadas em uma temperatura de menos do que 150°C, preferivelmente menos do que 120°C, ainda mais preferivelmente menos do que 100°C. De fato, a composição (met)acrílica líquida usada durante a fabricação das partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito de polímero termoplástico é líquida em uma temperatura bem abaixo dos pontos de fusão convencionais de termoplásticos convencionais. Assim, isto torna possível produzir partes de lâmina de turbina eólica de dimensões muito grandes sem ter que implementar processos em que as ditas partes são aquecidas até altas temperaturas.
- a matriz polimérica termoplástica (met)acrílica é fundida por uma técnica selecionada de: soldagem ultrassônica, soldagem por indução, soldagem com fio de resistência, soldagem por agitação com atrito, soldagem a laser, aquecimento pela radiação infravermelha ou ultravioleta, preferivelmente pela soldagem com fio de resistência.
- durante a etapa de aquecimento, a temperatura na interface de montagem está entre 160 e 300°C.
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9/28 [0016] Outras vantagens e traços da invenção tornar-se-ão evidentes na leitura da seguinte descrição dada por via de exemplo ilustrativo e não limitante, com referência às figuras anexas, que representam:
• Figura 1: uma instalação de turbina eólica.
• Figura 2: uma ilustração simplificada em vista em perspectiva de uma seção transversal de uma lâmina de turbina eólica, compreendendo um compósito de polímero termoplástico (met)acrílico e uma interface tipo solda.
• Figura 3: uma ilustração simplificada de uma ampliação de uma zona de junção entre um painel compósito de polímero termoplástico (met)acrílico e um membro de reforço compreendendo uma interface tipo solda.
• Figura 4: um fluxograma de uma modalidade preferida de um processo de fabricação de acordo com a invenção. As etapas com linhas tracejadas são opcionais.
• Figura 5: o diagrama simplificado ilustrando uma vista explodida em perspectiva de diferentes partes que constituem uma lâmina de turbina eólica.
[Descrição da invenção] [0017] No restante da descrição, a “interface tipo solda” corresponde à junta soldada entre partes, ou porções de partes. A mesma refere-se à zona fundida, isto quer dizer a zona de polímero termoplástico que foi no estado líquido durante a operação de soldagem. A soldagem de acordo com a invenção pode ser realizada com ou sem prover material enchedor termoplástico, especialmente material enchedor termoplástico (met)acrílico.
[0018] A “viga em I” de acordo com a invenção corresponda uma estrutura tendo uma seção transversal na forma de I ou H. Os elementos horizontais do “I” são aludidos como flanges enquanto que o elemento vertical é aludido como alma. A viga em I de acordo com a invenção é preferivelmente formada de compósito de polímero termoplástico.
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10/28 [0019] Para os propósitos da invenção, o termo “filamento resistive” significa um filamento compreendendo um material tendo uma resistividade maior do que 1 x 10-2 Ω mm2/m a 20°C, por exemplo maior do que 0,1 Ω mm2/m a 20°C. O filamento resistivo pode por exemplo compreender metal ou uma liga metálica ou quaisquer outros elementos condutivos orgânicos com base no carbono tal como uma película polimérica condutiva ou fio com base no negro de fumo, nanotubos de carbono, grafenos. Preferivelmente, o filamento resistivo tem um alto ponto de fusão, maior do que o ponto de amolecimento ou ponto de fluidez (por exemplo temperatura de transição vítrea) do polímero termoplástico (met)acrílico de acordo com a invenção. O ponto de fusão do filamento resistivo é preferivelmente maior do que 300°C, mais preferivelmente maior do que 500°C, por exemplo maior do que 750°C. No caso de uma película polimérica condutiva ou fio, os mesmos devem ter um ponto de fluidez pelo menos igual àquele do polímero termoplástico (met)acrílico.
[0020] Para os propósitos da invenção, a expressão “compósito polimérico” indica um material multicomponente compreendendo pelo menos dois componentes imiscíveis, em que pelo menos uma componente é um polímero e o outro componente por exemplo pode ser um reforço fibroso.
[0021] Para os propósitos da invenção, “reforço fibroso” ou “substrato fibroso” significam uma pluralidade de fibras, mechas unidirecionais ou uma esteira de filamento contínuo, panos, feltros ou não tecidos que que podem estar na forma de tiras, tramas, tranças, filamentos ou partes.
[0022] “Matriz” significa um material que serve como aglutinante que é capaz de transferir forças para o reforço fibroso. A “matriz polimérica” compreende polímeros, mas também pode compreender outros compostos ou materiais. Assim, a “matriz polimérica (met)acrílica” refere-se a qualquer tipo de compostos, polímeros, oligômeros, copolímeros ou copolímeros de bloco, tanto acrílico quanto metacrílico. Entretanto, não seria divergir do escopo da invenção se a matriz polimérica (met)acrílica compreendesse até 10% em peso, preferivelmente menos do que 5% em peso, de outros monômeros não acrílicos escolhidos por exemplo do grupo: butadieno, isopreno, estireno, estireno substituído, tal como a-metilestireno ou tercPetição 870190090005, de 11/09/2019, pág. 22/52
11/28 butilestireno, ciclossiloxanos, vinilnaftalenos e vinilpiridinas.
[0023] “Polímero” significa um copolímero ou um homopolímero. “Copolímero” significa um agrupamento de polímeros junto com diversas unidades monoméricas diferentes e “homopolímero” significa um agrupamento de polímeros junto com unidades monoméricas idênticas. “Copolímero de bloco” significa um polímero compreendendo uma ou mais sequências ininterruptas de cada uma das entidades poliméricas separadas, as sequências poliméricas sendo quimicamente diferentes uma da outra e sendo unidas uma à outra por uma ligação covalente. Estas sequências poliméricas também são conhecidas como blocos poliméricos.
[0024] Para os propósitos da invenção, o termo “iniciador de radical”, indica um composto que pode começar/iniciar a polimerização de um monômero ou monômeros. [0025] Para os propósitos da invenção, o termo “polimerização” indica o processo de conversão de um monômero ou de uma mistura de monômeros em um polímero.
[0026] Para os propósitos da invenção, o termo “monômero” indica uma molécula que pode passar por uma polimerização.
[0027] Para os propósitos da invenção, “polímero termoplástico” significa um polímero que é geralmente sólido na temperatura ambiente, que pode ser cristalino, semicristalino ou amorfo, e que amolece durante um aumento na temperatura, em particular depois de passar da sua temperatura de transição vítrea (Tg) e flui em temperatura mais alta e que pode exibir fusão óbvia na passagem do seu ponto de “fusão” (Tm) (quando o mesmo é semicristalino) e que se torna sólido novamente durante uma redução na temperatura abaixo do seu ponto de fusão e abaixo da sua temperatura de transição vítrea. Isto também se aplica aos polímeros termoplásticos levemente reticulados pela presença de monômeros ou oligômeros multifuncionais na formulação do “xarope” de (met)acrilato, em porcentagem em peso preferivelmente de menos do que 10%, preferivelmente menos do que 5%, e mais preferivelmente menos do que 2%, que podem ser termoformados quando aquecidos acima do ponto de amolecimento.
[0028] Para os propósitos da invenção, “polímero termoendurecível” significa um material plástico que é irreversivelmente transformado pela polimerização em uma
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12/28 rede polimérica insolúvel.
[0029] Um “monômero (met)acrílico” significa qualquer tipo de monômero acrílico e metacrílico.
[0030] Um “polímero (met)acrílico” significa um polímero essencialmente compreendendo monômeros (met)acrílicos, que representam pelo menos 50% em peso ou mais do polímero (met)acrílico.
[0031] Para os propósitos da invenção, o termo “PMMA” indica homo- e copolímeros de metacrilato de metila (MMA), a razão em peso de MMA no PMMA preferivelmente sendo pelo menos 70% em peso para o copolímero de MMA.
[0032] No resto da descrição, as mesmas referências são usadas para indicar os mesmos elementos.
[0033] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica, a estrutura da qual compreende um composite de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
[0034] Os polímeros termoplásticos (met)acrílicos que formam parte da matriz impregnando o reforço fibroso podem ser escolhidos de polímeros e copolímeros da família de acrílicos, tais como poliacrilatos. Eles são mais particularmente selecionados de polimetacrilato de metila (PMMA) ou derivados dos mesmos ou copolímeros de metacrilato de metila (MMA) ou misturas dos mesmos.
[0035] Preferivelmente, o polímero termoplástico (met)acrílico, que forma a matriz polimérica termoplástica (met)acrílica, tem uma temperatura de transição vítrea (Tg) dentre 50°C e 160°C, preferivelmente entre 70°C e 140°C, e ainda mais preferivelmente 90°C e 120°C. Este aspecto dá ao mesmo uma vantagem sobre outros polímeros termoplásticos tais como poliaminas. De fato, as poliaminas geralmente têm pontos de fusão muito altos, a saber de 200°C e mais altos, que não facilitam a montagem no local como é o caso de acordo com o processo da invenção. As temperaturas de transição vítrea ou pontos de fusão podem ser medidos pelos métodos bem conhecidos por aqueles habilitados na técnica. Preferivelmente, estas temperaturas são medidas pela Calorimetria de Varredura Diferencial de acordo com
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13/28 as condições especificadas nos padrões ISO 11357-2/2013 para Tg e ISO 113573/2011 para Tm. Além disso, o polímero termoplástico (met)acrílico ou uma porção do polímero termoplástico (met)acrílico tem um índice de fluxo de fusão (MFI) de acordo com a ISO 1133 (230°C/3,8 kg) de menos do que 20 g/10 min. Preferivelmente, o índice de fluxo de fusão é menor do que 18 g/10 min, mais preferivelmente menor do que 16 g/10 min, vantajosamente menor do que 13 g/10 min.
[0036] Além disso, preferivelmente, a lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção não compreende mais do que 50% em peso, mais preferivelmente não mais do que 40% em peso, mais preferivelmente não mais do que 30% em peso, vantajosamente não mais do que 20% em peso, mais vantajosamente não mais do que 15% em peso e ainda mais vantajosamente não mais do que 10% em peso de polímeros termoendurecíveis tais como resinas epóxi ou de poliéster ou poliuretano. Os polímeros termoendurecíveis têm até agora geralmente sido usados na fabricação de materiais compósitos poliméricos usados para a formação de lâminas de turbina eólica ou partes de lâmina de turbina eólica. Igualmente, de nodo preferível, a lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção não compreende mais do que 10% em peso, mais preferivelmente não mais do que 9% em peso e ainda mais preferivelmente não mais do que 8% em peso, vantajosamente não mais do que 7% em peso, mais vantajosamente não mais do que 6% em peso e ainda mais vantajosamente não mais do que 5% em peso de adesivos, preferivelmente adesivos termoendurecíveis. De fato, a união adesiva das diferentes partes de lâmina de turbina eólica é geralmente realizada com adesivo estrutural termoendurecível do tipo resina epóxi.
[0037] No contexto da invenção, o uso de painéis de compósito de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica torna possível reduzir significantemente a quantidade de polímero termoendurecível usado nas lâminas de turbina eólica e abre possibilidades que não foram consideradas para painéis de compósito polimérico termoendurecível, tais como reciclagem de uma maioria da lâmina, assim como montagem ou reparo no local facilitados.
[0038] Como será detalhado abaixo, a matriz polimérica termoplástica
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14/28 (met)acrílica pode ser obtida a partir da polimerização de uma composição (met)acrílica líquida compreendendo um monômero (met)acrílico ou uma mistura de monômeros (met)acrílicos, um polímero (met)acrílico precursor e pelo menos um iniciador de radical.
[0039] A matriz polimérica termoplástica (met)acrílica é formada de polímero termoplástico (met)acrílico, mas a mesma pode compreender ainda um ou mais aditivos e/ou um ou mais enchedores.
[0040] Os enchedores carbonáceos em particular ser carbono ativado, antracita natural, antracita sintética, negro de fumo, grafita natural, grafita sintética, nanoenchedores carbonáceos ou misturas dos mesmos. Eles são preferivelmente escolhidos de nanoenchedores carbonáceos, em particular grafenos e/ou nanotubos de carbono e/ou nanofibrilas de carbono ou misturas dos mesmos. Estes enchedores tornam possível conduzir eletricidade e calor, e consequentemente tornam possível melhorar a lubrificação da matriz polimérica quando a mesma é aquecida. Eles podem depois possibilitar uma redução aumentada nos tempos de ciclo ou facilitar a montagem, ajuste ou reparo no local de instalação.
[0041] Os enchedores minerais incluem em particular hidróxidos metálicos, que estão mais particularmente na forma de trihidrato de alumina (AI(OH)3) ou hidróxido de magnésio (Mg(OH)) ou óxido de magnésio (MgO), hidróxidos de cálcio e enchedores minerais tais como carbonato de cálcio, dióxido de titânio ou silica ou nanoenchedores minerais tais como nano dióxidos de titânio ou nanossílicas.
[0042] Como aditivos, menção pode ser feita de aditivos orgânico tais como modificadores de resistência a impacto ou copolímeros de bloco, estabilizantes térmicos, estabilizantes de UV, lubrificantes, modificadores de viscosidade, modificadores de pH (hidróxido de sódio), modificadores do tamanho da partícula (sulfato de sódio), biocidas, e misturas dos mesmos. Estes aditivos tornam possível melhorar em particular as propriedades reológicas, químicas e de adesão da matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
[0043] A porcentagem em peso de todos os aditivos e enchedores em relação ao peso total da matriz polimérica termoplástica (met)acrílica é preferivelmente menor do
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15/28 que 30%, preferivelmente menor do que 10%.
[0044] Reforço fibroso geralmente refere-se a uma pluralidade de fibras, mechas unidirecionais ou uma esteira de filamento contínuo, panos, feltros ou não tecidos que podem estar na forma de tiras, tramas, tranças, filamentos ou partes.
[0045] Um reforço fibroso compreende uma montagem de uma ou mais fibras, geralmente diversas fibras, a dita montagem sendo capaz de ter diferentes formas e dimensões; unidimensional, bidimensional ou tridimensional. A forma unidimensional corresponde às fibras longas lineares. As fibras podem ser descontínuas ou contínuas. As fibras podem estar dispostas aleatoriamente ou paralelas uma à outra, na forma de um filamento contínuo. A forma bidimensional corresponde aos reforços não tecido ou esteiras fibrosas ou mechas tecidas ou feixes de fibras, que também podem ser trançadas. Mesmo se a forma bidimensional tiver uma certa espessura e consequentemente em princípio uma terceira dimensão, a mesma é considerada ser bidimensional de acordo com a presente invenção. A forma tridimensional corresponde por exemplo aos reforços fibrosos não tecidos empilhados ou dobrados ou esteiras fibrosas ou feixes empilhados ou dobrados de fibras ou misturas dos mesmos; uma montagem da forma bidimensional na terceira dimensão.
[0046] As fibras podem ser descontínuas ou contínuas. Quando as fibras são contínuas, a montagem das mesmas forma panos. Preferivelmente, o reforço fibroso está fundamentado nas fibras contínuas. Uma fibra é definida pela sua razão de aspecto, que é a razão entre o comprimento e o diâmetro da fibra. As fibras usadas na presente invenção são fibras longas obtidas de fibras contínuas, ou fibras contínuas. As fibras têm uma razão de aspecto de pelo menos 1.000, preferivelmente pelo menos 1500, mais preferivelmente pelo menos 2.000, vantajosamente pelo menos 3.000 e mais vantajosamente pelo menos 5.000, ainda mais vantajosamente pelo menos 6.000, ainda mais vantajosamente pelo menos 7500 e o mais vantajosamente pelo menos 1.0000. As fibras contínuas têm uma razão de aspecto de pelo menos 1.000. As dimensões de uma fibra podem ser medidas pelos métodos bem conhecidos por aqueles habilitados na técnica. Preferivelmente, estas dimensões são medidas pela microscopia de acordo com a norma ISO 137.
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16/28 [0047] As origens das fibras que constituem o reforço fibroso podem ser naturais ou sintéticas. Os materiais naturais que podem ser mencionados incluem fibras vegetais, fibras de madeira, fibras animais ou fibras minerais. As fibras vegetais são, por exemplo, fibras de sisal, juta, cânhamo, linho, algodão, coco e banana. As fibras animais são por exemplo lã ou pelo. As fibras minerais também podem ser escolhidas de fibras de vidro, em particular dos tipos E, R ou S2, fibras de basalto, fibras de carbono, fibras de boro ou fibras de silica.
[0048] Os materiais sintéticos que podem ser mencionados incluem fibras poliméricas selecionadas de fibras poliméricas termoendurecíveis, termoplásticos poliméricos ou misturas dos mesmos. As fibras poliméricas podem consistir de poliamida (alifática ou aromática), poliéster, álcool polivinílico, poliolefinas, poliuretanos, cloreto de polivinila, polietileno, poliésteres insaturados, resinas epóxi e ésteres vinílicos.
[0049] Preferivelmente, o reforço fibroso da presente invenção compreende fibras vegetais, fibras de madeira, fibras animais, fibras minerais, fibras poliméricas sintéticas, fibras de vidro, fibras de basalto e fibras de carbono, sozinhas ou em uma mistura. Mais preferivelmente, o reforço fibroso da presente invenção compreende fibras de carbono ou fibras de vidro. Mais preferivelmente, o reforço fibroso da presente invenção essencialmente consiste de fibras de carbono ou fibras de vidro.
[0050] As fibras do reforço fibroso têm por exemplo um diâmetro dentre 0,005 μιτι e 100 μιτι, preferivelmente entre 1 μιτι e 50 μιτι, mais preferivelmente entre 5 μιτι e 30 μιτι e vantajosamente entre 10 μιτι e 25 μιτι.
[0051] Preferivelmente, as fibras do reforço fibroso da presente invenção são selecionadas de fibras contínuas para a forma unidimensional, ou de fibras longas ou contínuas para as formas bidimensional ou tridimensional do reforço fibroso.
[0052] A Figura 1 ilustra uma turbina eólica convencional 100 com um eixo horizontal compreendendo um mastro 101, um nacele 102 e um rotor com um eixo rotor substancialmente horizontal. O rotor compreende um cubo 103 e três lâminas de turbina eólica 1 estendendo-se radialmente a partir do cubo 103, cada uma tendo uma raiz 104 da lâmina de turbina eólica mais próxima do cubo 103 e uma ponta 105 da
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17/28 lâmina de turbina eólica mais afastada do cubo 103. O rotor é acionado pela energia eólica; o mesmo é conectado diretamente ou indiretamente (através de um multiplicador de velocidade engrenado) ao sistema mecânico que usará a energia coletada (bomba, gerador elétrico, etc.).
[0053] Como pode ser observado na figura 1, a lâmina de turbina eólica 1 geralmente tem uma forma de seção transversal que muda entre a ponta 105 e a raiz 104 da lâmina de turbina eólica, correspondendo a uma zona de acoplamento. A lâmina de turbina eólica 1 compreende um invólucro externo definindo uma superfície inferior 11 e uma superfície superior 12 e também um bordo de ataque 4 e um bordo de fuga 5. Este invólucro externo, pelo menos parcialmente definindo uma superfície externa da lâmina de turbina eólica 1, é formada, pelo menos em parte, dos painéis 3 de composite de polímero termoplástico. O invólucro externo é por exemplo mais particularmente formados pelos painéis 3 de composite de polímero termoplástico associados com um membro de reforço 6. Alternativamente, o membro de reforço 6 pode ser totalmente circundado pelos painéis 3 de composite de polímero termoplástico e assim não participam na formação do invólucro externo.
[0054] Os painéis 3 de composite de polímero termoplástico podem assumir várias formas tais como tiras, chapas, placas ou mais amplamente falando partes de compósito polimérico rígido.
[0055] Os painéis 3 de compósito de polímero termoplástico podem ser submetidos ainda a um tratamento subsequente com o objetivo de reforçar o invólucro externo e melhorar as propriedades mecânicas e químicas do mesmo. O tratamento por exemplo pode estar especificamente localizado em certas áreas da superfície externa da lâmina de turbina eólica 1, tais como ao longo do bordo de ataque 4. Neste caso, o tratamento pode compreender a deposição de uma camada protetiva de plástico ou metal cobrindo o bordo de ataque 4.
[0056] Como apresentado na figura 2, a lâmina de turbina eólica 1 também compreende pelo menos um membro de reforço longitudinal 6 feito de compósito de polímero termoplástico dentro da dita lâmina de turbina eólica 1, que se estende ao longo de um eixo longitudinal A da lâmina de turbina eólica. O membro de reforço 6
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18/28 está disposto entre pelo menos um painel definindo o bordo de ataque 4 e pelo menos um painel definindo o bordo de fuga 5.
[0057] Como apresentado na figura 2, a lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção pode ter um bordo de ataque formado de uma única parte monolítica soldada ao membro de reforço 6. De fato, a presente invenção, com base pelo menos em parte no uso de composite de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica torna possível produzir novos projetos de lâmina de turbina eólica tanto em termos de forma, como apresentado na figura 2 com um bordo de ataque formado de uma única parte monolítica soldada ao membro de reforço 6, quanto em termos do método de montagem como será detalhado abaixo.
[0058] Os elementos de painel 3 e o membro de reforço são conectados de modo a formar, juntos, pelo menos uma porção do invólucro externo da lâmina de turbina eólica.
[0059] O membro de reforço 6 comunica estabilidade aumentada e dureza local comparadas com o painel de compósito de polímero termoplástico sozinho. O membro de reforço 6 estende-se ao longo de um eixo longitudinal A da lâmina de turbina eólica dentro da dita lâmina de turbina eólica 1 de modo a estabilizar a estrutura da mesma. Preferivelmente, o membro de reforço 6 compreende um compósito de polímero termoplástico, o compósito de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
[0060] Como apresentado na figura 2, o membro de reforço 6 tem a forma de uma viga em Ί” compreendendo uma alma 61 e duas flanges 62 conectadas uma na outra pela alma 61. A alma pode ser formada de uma montagem compreendendo um compósito de polímero termoplástico incluindo uma estrutura de baixa densidade. Este arranjo forma uma estrutura tipo sanduíche onda estrutura de baixa densidade é circundada por um ou mais painéis de compósito de polímero termoplástico. Alternativamente, o membro de reforço 6 pode assumir a forma de um tubo tendo uma seção tendo um formato quadrilateral (preferivelmente quadrado ou retângulo) que pode assim corresponder a um membro de reforço compreendendo duas tramas e
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19/28 duas flanges.
[0061] Como apresentado na figura 3, as flanges 62 podem ser formadas por uma pilha de tiras 63 feitas de compósito de polímero termoplástico, o compósito de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica. Preferivelmente, as flanges 62 são conectadas à alma 61 por uma interface tipo solda 7. Alternativamente, as flanges 62 podem ser conectadas à alma 61 pelo adesivo de epóxi ou poliéster ou poliuretano.
[0062] A Figura 3 representa uma vista ampliada da interface tipo solda 7 conectando um painel de compósito de polímero termoplástico ao membro de reforço 6.
[0063] A interface tipo solda 7 tem uma espessura de mais de ou igual a 0,5 mm, preferivelmente maior do que ou igual a 1 mm, mais preferivelmente maior do que ou igual a 2 mm.
[0064] A espessura da interface tipo solda 7 pode ser medida pelos métodos convencionais, por exemplo de uma seção vertical da dita interface tipo solda 7.
[0065] Quando a interface tipo solda 7 torna possível conectar um painel de compósito de polímero termoplástico ao membro de reforço 6, então a mesma estende-se ao longo de um eixo longitudinal A da lâmina de turbina eólica. A Figura 3 representa apenas uma vista em corte da interface tipo solda 7, mas a última preferivelmente estende-se além do comprimento inteiro do membro de reforço. Assim, a interface tipo solda pode ter um comprimento de mais de 5 metros, preferivelmente maior do que 10 metros e ainda mais preferivelmente maior do que 20 metros.
[0066] Na representação de acordo com a figura 3, também é possível discernir a presença de uma estrutura de baixa densidade 8 entre dois painéis 3 de compósito de polímero termoplástico. De fato, preferivelmente, os painéis 3 de compósito de polímero termoplástico pelo menos parcialmente formando o invólucro externo inclui uma estrutura de baixa densidade 8. Este arranjo forma uma estrutura tipo sanduíche onda estrutura de baixa densidade 8 é circundada por um ou mais painéis 3 de compósito de polímero termoplástico. A estrutura de baixa densidade geralmente tem
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20/28 uma densidade de menos do que 200 kg/m3, preferivelmente menos do que 150 kg/m3, e ainda mais preferivelmente menos do que 75 kg/m3. A estrutura de baixa densidade é por exemplo selecionada de madeira (tal como balsa), uma estrutura alveolar ou expandida ou plástico espumado (tal como espuma expandida de poliestireno ou PET (tereftalato de polietileno) ou espuma de PVC (cloreto de polivinila).
[0067] De acordo com um outro aspecto, a invenção refere-se a uma parte de lâmina de turbina eólica 2 feita de compósito de polímero termoplástico para formar uma lâmina de turbina eólica 1 de acordo com a invenção, em que o compósito de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
[0068] Preferivelmente, o compósito de polímero termoplástico da parte de lâmina de turbina eólica 2 é pelo menos parcialmente coberto com uma camada de polímero termoplástico (met)acrílico de pelo menos 1 mm, preferivelmente pelo menos 2 mm, mais preferivelmente pelo menos 3 mm, de espessura, por exemplo em uma superfície intencionada a ser soldada. O compósito de polímero termoplástico é mais particularmente coberto com esta camada de polímero termoplástico (met)acrílico em uma zona de interface de montagem pretendida para formar a futura interface tipo solda. Isto torna possível em particular evitar o aparecimento de zonas com uma concentração mais baixa de polímero termoplástico. Alternativamente, a parte de lâmina de turbina eólica 2 pode ter pelo menos uma face coberta com a camada de polímero termoplástico (met)acrílico.
[0069] De acordo com um outro aspecto, e como apresentado na figura 5, a invenção refere-se a um processo para fabricar uma lâmina de turbina eólica 1 de acordo com a invenção a partir de pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito de polímero termoplástico, o compósito de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica, o dito processo compreendendo as etapas de:
- dispor 220 as duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito polimérico termoplástico adjacentemente ou com sobreposição em uma interface de montagem 71,
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- aquecer 230 para fundir a matriz polimérica termoplástica (met)acrílica na interface de montagem 71, e
- aplicar 240 pressão na interface para soldar as pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de composite de polímero termoplástico juntas de modo a formar uma interface tipo solda 7.
[0070] A matriz polimérica termoplástica (met)acrílica pode ser fundida por uma técnica selecionada de: soldagem ultrassônica, soldagem por indução, soldagem com fio de resistência, soldagem por agitação com atrito, soldagem a laser, aquecimento pela radiação infravermelha ou ultravioleta. A mesma é preferivelmente fundida pela soldagem com fio de resistência. A soldagem de acordo com a invenção pode ser realizada com ou sem prover material enchedor termoplástico (met)acrílico.
[0071] Preferivelmente, durante a etapa de aquecimento 230, a temperatura na interface de montagem 71 está entre 160 e 300°C. Esta temperatura pode ser medida convencionalmente pelo termômetro infravermelho.
[0072] Além disso, o processo 200 para fabricar uma lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção pode compreender uma etapa anterior 210 de fabricação de partes de lâmina de turbina eólica feita de compósito de polímero termoplástico, o compósito de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
[0073] A etapa 210 de fabricar partes de lâmina de turbina eólica compreende as seguintes subetapas:
- impregnação 211 de um reforço fibroso com uma composição (met)acrílica líquida,
- polimerização 212 da composição (met)acrílica líquida, impregnando o dito reforço fibroso.
[0074] Uma das vantagens da presente invenção é que as partes de lâmina de turbina eólica 2 feitas de compósito de polímero termoplástico pode ser fabricada em uma temperatura de menos do que 150°C, preferivelmente menos do que 140°C, ainda mais preferivelmente menos do que 125°C, vantajosamente menos do que 120°C, mais vantajosamente menos do que 110°C e ainda mais vantajosamente
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22/28 menos do que 100°C. Por exemplo, a etapa de impregnar o reforço fibroso com a composição (met)acrílica líquida é realizada em uma temperatura de menos do que 150°C, preferivelmente menos do que 120°C, ainda mais preferivelmente menos do que 100°C ou menos do que 80°C. De fato, a composição (met)acrílica líquida usada para a fabricação das partes de lâmina de turbina eólica 2 feitas de compósito de polímero termoplástico é líquida em uma temperatura bem abaixo dos pontos de fusão convencionais de termoplásticos convencionais. Assim, isto torna possível produzir partes de lâmina de turbina eólica que sejam de dimensões muito grandes sem ter que implementar processos em que as ditas partes são aquecidas até altas temperaturas. Assim, deve ser entendido que os processos que podem ser usados para a fabricação destas partes não requerem uma etapa de aquecimento em uma alta temperatura como teria sido o caso com um termoplástico convencional.
[0075] A etapa 210 de fabricar uma parte de lâmina de turbina eólica 2 também pode compreender uma subetapa 213 de deposição de uma camada de polímero termoplástico (met)acrílico. Esta deposição pode preferivelmente estar em uma zona de interface de montagem pretendida para formar a futura interface tipo solda. Alternativamente, a deposição é feita sobre a parte de lâmina de turbina eólica 2 inteira.
[0076] Com respeito à etapa 210 de fabricar partes de lâmina de turbina eólica, processos diferentes podem ser usados para fabricar estas partes. Menção pode ser feita de infusão de resina auxiliada por vácuo (VARI), pultrusão, moldagem por infusão a vácuo, moldagem por infusão pressurizada, moldagem em autoclave, moldagem por transferência de resina (RTM) e variantes dos mesmos tais como (HP-RTM, C-RTM, l-RTM), moldagem por reação-injeção (RIM), moldagem por reação-injeção reforçada (R-RIM) e variantes das mesmas, moldagem com pressão, moldagem com compressão, moldagem com compressão de líquido (LCM) ou moldagem de chapa (SMC) ou moldagem a granel (BMC). Preferivelmente, as partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito polimérico são fabricadas pela moldagem por injeção de baixa pressão, moldagem por infusão ou moldando-se tiras de compósito de polímero termoplástico (met)acrílico, por exemplo tiras pré-impregnadas.
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23/28 [0077] Um primeiro processo de fabricação preferido para fabricar partes de lâmina de turbina eólica é um processo de acordo com o qual a composição (met)acrílica líquida é transferida sobre o reforço fibroso pela impregnação do reforço fibroso em um molde. Os processos que requerem um molde são listados acima e incluem a palavra moldagem.
[0078] Um segundo processo de fabricação preferido para fabricar partes de lâmina de turbina eólica são processos de acordo com os quais a composição líquida é usada no processo de pultrusão. As fibras são guiadas através de um lote de resina compreendendo a composição de acordo com a invenção. As fibras na forma de reforço fibroso estão, por exemplo, na forma de uma mecha unidirecional ou uma esteira de filamento contínuo. Depois da impregnação no lote de resina, as fibras úmidas são puxadas através de uma matriz aquecida, onda polimerização ocorre.
[0079] Um terceiro processo de fabricação preferido é a infusão de resina auxiliada por vácuo (VARI).
[0080] O processo para fabricar partes de lâmina de turbina eólica, mas também partes ou produtos mecânicos ou estruturados pode compreender adicionalmente a etapa de pós-formação. A pós-formação envolve curvar e também modificar o formato da parte compósita. O processo para fabricar partes de lâmina de turbina eólica pode compreender adicionalmente uma etapa de rolagem.
[0081] As partes termoplásticas obtidas pelos processos de acordo com a invenção podem ser pós-formadas depois da polimerização da composição líquida da invenção. Formação esta que envolve curvar e também modificar o formato da parte compósita.
[0082] Com respeito à composição (met)acrílica líquida, a mesma pode compreender um monômero (met)acrílico, um polímero (met)acrílico precursor e um iniciador de radical como descrito na WO2013/056845 e WO2014/013028.
[0083] Além disso, durante a impregnação, enquanto se prepara o compósito polimérico, a viscosidade da composição (met)acrílica líquida ou xarope de impregnação deve ser regulada e adaptada de modo a não ficar muito fluida ou muito viscosa, de modo a impregnar corretamente cada fibra do reforço fibroso. Quando a
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24/28 umidificação é parcial, porque o xarope é muito fluido ou muito viscoso, zonas “nuas”, isto é, zonas não impregnadas, e zonas em que gotas de polímero se formam sobre as fibras, que são a causa da formação de bolha, respectivamente, aparecem. Estas zonas “nuas” e estas bolhas dão origem ao aparecimento de defeitos no material compósito final, que são a causa, inter alia, de uma perda de resistência mecânica do material compósito final. Além disso, no caso de uso sem impregnação, é desejável ter uma composição líquida que polimerize rapidamente com boa conversão, de modo a aumentar a produtividade.
[0084] Assim, a dita composição (met)acrílica líquida preferivelmente tem uma viscosidade dinâmica dentre 10 mPa*s e 10 .000 mPa*s a 25°C. A viscosidade dinâmica da composição líquida ou do xarope (met)acrílico está em uma faixa de 10 mPa*s a 1.0000 mPa*s, preferivelmente de 20 mPa*s a 7.000 mPa*s e vantajosamente de 20 mPa*s a 5.000 mPa*s. A viscosidade da composição (met)acrílica líquida, ou xarope (met)acrílico líquido, pode ser facilmente medida com um reômetro ou viscosímetro. A viscosidade dinâmica é medida a 25°C. Se o xarope (met)acrílico líquido exibe comportamento newtoniano, significando sem afinamento por cisalhamento, a viscosidade dinâmica é independente do cisalhamento em um reômetro ou a velocidade do fuso em um viscosímetro. Se a composição líquida exibe comportamento não newtoniano, isto é, com afinamento por cisalhamento, a viscosidade dinâmica é medida em uma taxa de cisalhamento de 1 s_1 a 25°C.
[0085] O monômero (met)acrílico, o monômero é selecionado de ácido acrílico, ácido metacrílico, monômeros alquilacrílicos, monômeros alquilmetacrílicos, monômeros hidroxialquilacrílicos e monômeros hidroxialquilmetacrílicos, e misturas dos mesmos.
[0086] Preferivelmente, o monômero (met)acrílico é selecionado de ácido acrílico, ácido metacrílico, monômeros hidroxialquilacrílicos, monômeros hidroxialquilmetacrílicos, monômeros alquilacrílicos, monômeros alquilmetacrílicos e misturas dos mesmos, o grupo alquila contendo 1 a 22 carbonos lineares, ramificados ou cíclicos; o grupo alquila preferivelmente contendo de 1 a 12 carbonos lineares, ramificados ou cíclicos.
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25/28 [0087] Vantajosamente, o monômero (met)acrílico é selecionado de metacrilato de metila, metacrilato de etila, metacrilato de metila, acrilato de etila, ácido metacrílico, ácido acrílico, acrilato de n-butila, acrilato de isobutila, metacrilato de n-butila, metacrilato de isobutila, acrilato de ciclohexila, metacrilato de ciclohexila, acrilato de isobornila, metacrilato de isobornila, acrilato de hidroxietila e metacrilato de hidroxietila, e misturas dos mesmos.
[0088] De acordo com uma modalidade preferida, pelo menos 50% em peso e preferivelmente pelo menos 60% em peso do monômero (met)acrílico é metacrilato de metila.
[0089] De acordo com uma primeira modalidade mais preferida, pelo menos 50% em peso, preferivelmente pelo menos 60% em peso, mais preferivelmente pelo menos 70% em peso, vantajosamente pelo menos 80% em peso e ainda mais vantajosamente 90% em peso do monômero é uma mistura de metacrilato de metila com opcionalmente pelo menos um outro monômero.
[0090] Com respeito ao polímero (met)acrílico precursor, menção pode ser feita de metacrilatos de polialquila ou acrilatos de polialquila. De acordo com uma modalidade preferida, o polímero (met)acrílico precursor é poli(metacrilato de metila) (PMMA).
[0091] De acordo com uma modalidade, o homo- ou copolímero de metacrilato de metila (MMA) compreende pelo menos 70%, preferivelmente pelo menos 80%, vantajosamente pelo menos 90% e mais vantajosamente pelo menos 95% em peso de metacrilato de metila.
[0092] De acordo com uma outra modalidade, o PMMA é uma mistura de pelo menos um homopolímero e pelo menos um copolímero de MMA, ou uma mistura de pelo menos dois homopolímeros ou dois copolímeros de MMA com um peso molecular médio diferente ou uma mistura de pelo menos dois copolímeros de MMA tendo uma composição diferente de monômeros.
[0093] O copolímero de metacrilato de metila (MMA) compreende de 70% a 99,7% em peso de metacrilato de metila e de 0,3% a 30% em peso de pelo menos um monômero contendo pelo menos uma insaturação etilênica que pode copolimerizar
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26/28 com metacrilato de metila.
[0094] Estes monômeros são bem conhecidos e menção pode particularmente ser feita de ácidos acrílico e metacrílico e (met)acrilatos de alquila em que o grupo alquila contém de 1 a 12 átomos de carbono. Por via de exemplos, menção pode ser feita de metacrilato de metila e (met)acrilato de etila, butila ou 2-etilhexila. Preferivelmente, o comonômero é um acrilato de alquila em que o grupo alquila contém de 1 a 4 átomos de carbono.
[0095] De acordo com uma primeira modalidade preferida, o copolímero de metacrilato de metila (MMA) compreende de 80% a 99,7%, vantajosamente de 90% a 99,7% e mais vantajosamente de 90% a 99,5% em peso de metacrilato de metila e de 0,3% a 20%, vantajosamente de 0,3% a 10% e mais vantajosamente de 0,5% a 10% em peso de pelo menos um monômero, contendo pelo menos uma insaturação etilênica, que pode copolimerizar com o metacrilato de metila. Preferivelmente, o comonômero é escolhido de metacrilato de metila e acrilato de etila e misturas dos mesmos.
[0096] O peso molecular médio ponderado do polímero (met)acrílico precursor deve ser alto, significando mais do que 50 .000 g/mol, preferivelmente mais do que 100 .000 g/mol. O peso molecular médio ponderado pode ser medido pela cromatografía de exclusão de tamanho.
[0097] O polímero (met)acrílico precursor é totalmente solúvel no monômero (met)acrílico ou na mistura de monômeros (met)acrílicos. Isso permite que a viscosidade do monômero (met)acrílico ou da mistura de monômeros (met)acrílicos seja aumentada. A composição ou solução líquidas obtidas são geralmente aludidas como “xarope” ou “pré-polímero”. O valor da viscosidade dinâmica do xarope (met)acrílico líquida está entre 10 mPa.s e 10.000 mPa.s. A viscosidade do xarope pode ser facilmente medida com um reômetro ou um viscosímetro. A viscosidade dinâmica é medida a 25°C. Vantajosamente, o xarope (met)acrílico líquido não contém nenhum solvente adicional intencionadamente adicionado.
[0098] O monômero (met)acrílico ou a mistura de monômeros (met)acrílicos na composição (met)acrílica líquida ou no xarope (met)acrílico líquido estão presentes
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27/28 em uma quantidade de pelo menos 40% em peso, preferivelmente de pelo menos 45% em peso, mais preferivelmente de pelo menos 50% em peso, vantajosamente de pelo menos 60% em peso e mais vantajosamente de pelo menos 65% em peso na composição (met)acrílica líquida.
[0099] O polímero (met)acrílico precursor na composição (met)acrílica líquida ou no xarope (met)acrílico líquido está presente em uma quantidade de pelo menos 10% em peso, preferivelmente de pelo menos 15% em peso, vantajosamente de pelo menos 18% em peso e mais vantajosamente de pelo menos 20% em peso na composição (met)acrílica líquida.
[0100] O polímero (met)acrílico precursor na composição (met)acrílica líquida ou no xarope (met)acrílico líquido está presente em uma quantidade de no máximo 60% em peso, preferivelmente de no máximo 50% em peso, vantajosamente de no máximo 40% em peso e mais vantajosamente de no máximo 35% em peso na composição (met)acrílica líquida.
[0101] A composição (met)acrílica líquida ou o xarope, os compostos de xarope são incorporados nas seguintes porcentagens em peso:
• o monômero (met)acrílico na composição líquida ou no xarope (met)acrílico está presente em proporções dentre 40% e 90% em peso e preferivelmente entre 45% e 85% em peso da composição consistindo do monômero (met)acrílico e do polímero (met)acrílico, • o polímero (met)acrílico na composição líquida ou no xarope (met)acrílico está presente em proporções dentre 10% e 60% em peso e vantajosamente entre 15% e 55% em peso da composição consistindo do(s) monômero(s) (met)acrílico(s) e do polímero (met)acrílico; preferivelmente, o polímero (met)acrílico na composição líquida está presente nas proporções dentre 18% e 30%, mais preferivelmente entre 20% e 25% em peso da composição consistindo do monômero (met)acrílico e do polímero (met)acrílico.
[0102] Com respeito ao iniciador de radical, menção pode ser feita de preferivelmente iniciadores de polimerização de radical solúveis em água ou
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28/28 lipossolúveis ou iniciadores de polimerização de radical parcialmente lipossolúveis. [0103] Os iniciadores de polimerização de radical solúveis em água são, em particular, persulfatos de sódio, potássio ou amônio, usados sozinhos ou na presença de agentes redutores tais como metabissulfitos ou hidrossulfitos de sódio, tiossulfato de sódio, formaldeído-sulfoxilato de sódio, uma mistura de sal dissódico do ácido 2hidróxi-2-sulfinoacético, sulfito de sódio e sal dissódico do ácido 2-hidróxi-2sulfoacético, ou ainda uma mistura de sal dissódico do ácido hidroxissulfinoacético e sal dissódico do ácido hidroxissulfoacético.
[0104] Os iniciadores de polimerização de radical lipossolúveis ou parcialmente lipossolúveis são, em particular, peróxidos ou hidroperóxidos e derivados de azobisisobutironitrila. Os peróxidos ou hidroperóxidos são usados em combinação com os agentes redutores descritos acima de modo a abaixar a sua temperatura de ativação.
[0105] A porcentagem em peso de iniciador em relação ao peso total de mistura de monômeros está preferivelmente entre 0,05% em peso e 3% em peso, preferivelmente entre 0,1% em peso e 2% em peso.
[0106] Como apresentado na figura 5, as lâminas de turbina eólica 1 de acordo com a invenção podem compreender uma pluralidade de partes 2 feitas de composite de polímero termoplástico em que o composite de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica e em que as ditas partes de lâmina de turbina eólica 2 têm zonas de interface de montagem 71, tornando possível soldá-las rápida e facilmente a um membro de reforço 6.
[0107] Assim, a invenção provê lâminas de turbina eólica que podem ser fabricadas mais rapidamente do que as lâminas de turbina eólica convencionais enquanto são recicláveis e satisfatórias de uma perspectiva mecânica e de estabilidade química. A invenção também permite montagens, reparos ou ajustes fáceis e rápidos no local de instalação.
[0108] Todas estas vantagens, portanto, contribuem para reduzir os custos de produção e instalação de tais turbinas eólicas.
Claims (33)
- REIVINDICAÇÕES1. Lâmina de turbina eólica (1) que compreende um invólucro externo formado pelo menos em parte de painéis (3) de compósito de polímero termoplástico, definindo um bordo de ataque (4) e um bordo de fuga (5) da lâmina de turbina eólica, e pelo menos um membro de reforço (6) feito de polímero compósito, que se estende ao longo de um eixo longitudinal (A) da lâmina de turbina eólica dentro da dita lâmina de turbina eólica (1), o dito membro de reforço (6) estando disposto entre pelo menos um painel definindo o bordo de ataque (4) e pelo menos um painel definindo o bordo de fuga (5), caracterizada pelo fato de que o compósito de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica e em que pelo menos um painel (3) de compósito de polímero termoplástico é conectado ao membro de reforço (6) por uma interface tipo solda (7).
- 2. Lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o reforço fibroso está fundamentado nas fibras tendo uma razão de aspecto de pelo menos 1.000.
- 3. Lâmina de turbina eólica de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que a mesma não compreende mais do que 50%, preferivelmente não mais do que 30%, em peso de polímero termoendurecível.
- 4. Lâmina de turbina eólica de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que a mesma não compreende mais do que 15%, preferivelmente não mais do que 10%, em peso de polímero termoendurecível.
- 5. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a mesma não compreende mais do que 10%, preferivelmente não mais do que 8%, em peso de adesivo termoendurecível.
- 6. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a mesma não compreende mais do que 6%, preferivelmente não mais do que 5%, em peso de adesivo termoendurecível.
- 7. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o polímero termoplástico (met)acrílico é selecionado de poli(metacrilato de metila) (PMMA) ou copolímeros de metacrilato de metila (MMA)Petição 870190090005, de 11/09/2019, pág. 41/522/6 ou misturas dos mesmos.
- 8. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o reforço fibroso compreende fibras selecionadas de fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de basalto ou fibras com base em polímero ou fibras vegetais, sozinhas ou em uma mistura.
- 9. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a matriz polimérica termoplástica também compreende um ou mais aditivos ou enchedores.
- 10. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o polímero termoplástico (met)acrílico tem uma temperatura de transição vítrea (Tg) dentre 50°C e 160°C.
- 11. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o membro de reforço (6) tem a forma de uma viga em “I” compreendendo uma alma (61) e duas flanges (62) conectadas uma à outra pela alma (61).
- 12. Lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que as flanges (62) são formadas por uma pilha de tiras (63) feitas de compósito de polímero termoplástico, que são preferivelmente préimpregnadas, ou pelas partes compósitas moldadas pela injeção de baixa pressão ou infusão.
- 13. Lâmina de turbina eólica de acordo com as reivindicações 11 e 12, caracterizada pelo fato de que as flanges (62) são conectadas à alma (61) por uma interface tipo solda (7).
- 14. Lâmina de turbina eólica de acordo com as reivindicações 11 e 12, caracterizada pelo fato de que as flanges (62) são conectadas à alma (61) pelo adesivo epóxi ou de poliéster ou poliuretano.
- 15. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que a interface tipo solda (7) tem uma espessura de mais de ou igual a 0,5 mm, preferivelmente maior do que ou igual a 1 mm.Petição 870190090005, de 11/09/2019, pág. 42/523/6
- 16. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que o bordo de ataque é formado de uma única parte monolítica soldada ao membro de reforço (6).
- 17. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que os painéis (3) de compósito de polímero termoplástico que forma o invólucro externo inclui uma estrutura de baixa densidade (8), tal como madeira, uma estrutura alveolar ou plástico expandido.
- 18. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizada pelo fato de que a mesma compreende pelo menos um filamento resistivo posicionado na interface tipo solda (7).
- 19. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizada pelo fato de que a interface tipo solda tem um comprimento de mais de 5 metros, preferivelmente maior do que 10 metros.
- 20. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo fato de que a interface tipo solda (7) estendese ao longo do eixo longitudinal (A) da lâmina de turbina eólica.
- 21. Parte de lâmina de turbina eólica (2) feita de compósito de polímero termoplástico para formar uma lâmina de turbina eólica (1) tal como definida em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o compósito de polímero termoplástico compreende um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica.
- 22. Parte de lâmina de turbina eólica (2) feita de compósito polimérico de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o compósito de polímero termoplástico é pelo menos parcialmente coberto com uma camada de polímero termoplástico (met)acrílico de pelo menos 1 mm de espessura.
- 23. Processo (200) para fabricar uma lâmina de turbina eólica (1) tal como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 18 a partir de pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito de polímero termoplástico, o compósito de polímero termoplástico compreendendo um reforço fibroso e uma matriz polimérica termoplástica (met)acrílica, o dito processo caracterizado pelo fato de quePetição 870190090005, de 11/09/2019, pág. 43/524/6 compreende as etapas de:- dispor (220) pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica (2) feitas de compósito polimérico termoplástico adjacentemente ou com sobreposição em uma interface de montagem (71),- aquecer (230) para fundir a matriz polimérica termoplástica (met)acrílica na interface de montagem (71), e- aplicar (240) pressão na interface para soldar as pelo menos duas partes de lâmina de turbina eólica feitas de compósito de polímero termoplástico juntas de modo a formar uma interface tipo solda (7).
- 24. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o mesmo também compreende uma etapa anterior de fabricação (210) de partes de lâmina de turbina eólica, compreendendo as seguintes subetapas:- impregnação (211) de um reforço fibroso com uma composição (met)acrílica líquida,- polimerização (212) da composição (met)acrílica líquida, impregnando o dito reforço fibroso.
- 25. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a composição (met)acrílica líquida compreende um monômero (met)acrílico, um polímero (met)acrílico precursor e um iniciadorde radical.
- 26. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o monômero (met)acrílico na composição (met)acrílica líquida está presente em uma quantidade de pelo menos 40% em peso, preferivelmente de pelo menos 45% em peso, mais preferivelmente de pelo menos 50% em peso, vantajosamente de pelo menos 60% em peso e mais vantajosamente de pelo menos 65% em peso da composição (met)acrílica líquida.
- 27. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o polímero (met)acrílico precursor na composição (met)acrílica líquida está presente em uma quantidade de pelo menos 10% em peso, preferivelmente de pelo menos 15% em peso, vantajosamente de pelo menos 18%Petição 870190090005, de 11/09/2019, pág. 44/525/6 em peso e mais vantajosamente de pelo menos 20% em peso da composição (met)acrílica líquida.
- 28. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o polímero (met)acrílico precursor na composição (met)acrílica líquida ou no xarope (met)acrílico líquido está presente em uma quantidade de no máximo 60% em peso, preferivelmente de no máximo 50% em peso, vantajosamente de no máximo 40% em peso e mais vantajosamente de no máximo 35% em peso da composição (met)acrílica líquida.
- 29. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que, na composição (met)acrílica líquida, os compostos são incorporados nas seguintes porcentagens em peso:• o monômero (met)acrílico na composição líquida ou no xarope (met)acrílico estão presentes em proporções dentre 40% e 90% em peso e preferivelmente entre 45% e 85% em peso da composição consistindo do monômero (met)acrílico e do polímero (met)acrílico, • o polímero (met)acrílico na composição líquida ou no xarope (met)acrílico estão presentes em proporções dentre 10% e 60% em peso e vantajosamente entre 15% e 55% em peso da composição consistindo do(s) monômero(s) (met)acrílico(s) e o polímero (met)acrílico; preferivelmente, o polímero (met)acrílico na composição líquida está presente em proporções dentre 18% e 30%, mais preferivelmente entre 20% e 25% em peso da composição consistindo do monômero (met)acrílico e do polímero (met)acrílico.
- 30. Processo de fabricação de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 29, caracterizado pelo fato de que as partes de lâmina de turbina eólica (2) feitas de compósito de polímero termoplástico são fabricadas pela moldagem por injeção de baixa pressão, moldagem por infusão ou moldando-se tiras pré-impregnadas com compósito de polímero termoplástico (met)acrílico.
- 31. Processo de fabricação de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 30, caracterizado pelo fato de que as partes de lâmina de turbina eólica (2) feitas de compósito de polímero termoplástico são fabricadas em umaPetição 870190090005, de 11/09/2019, pág. 45/526/6 temperatura de menos do que 150°C, preferivelmente menos do que 100°C.
- 32. Processo de fabricação de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 31, caracterizado pelo fato de que a matriz polimérica termoplástica é fundida (230) por uma técnica selecionada de: soldagem ultrassônica, soldagem por indução, soldagem com fio de resistência, soldagem por agitação com atrito, soldagem a laser, aquecimento pela radiação infravermelha ou ultravioleta, preferivelmente pela soldagem com fio de resistência.
- 33. Processo de fabricação de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 32, caracterizado pelo fato de que, durante a etapa de aquecimento (230), a temperatura na interface de montagem (71) está entre 160°C e 300°C.
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