CA3055485A1 - Pale d'eolienne en composite polymere thermoplastique, piece de ladite pale et methode de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur une pale d'éolienne (1) comportant une enveloppe extérieure, formée au moins en partie de panneaux (3) de composite polymère thermoplastique, définissant un bord d'attaque (4) et un bord de fuite (5) de la pale d'éolienne, et au moins un organe raidisseur (6) longitudinal en composite polymère, s'étendant suivant un axe longitudinal (A) de la pale d'éolienne à l'intérieur de ladite pale d'éolienne (1) ledit organe raidisseur (6) étant disposé entre au moins un panneau définissant le bord d'attaque (4) et au moins un panneau définissant le bord de fuite (5), caractérisé en ce que le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth) acrylique et en ce que au moins un panneau (3) de composite polymère thermoplastique est relié à l'organe raidisseur (6) par une interface de type soudure (7).
Description
PALE D'EOLIENNE EN COMPOSITE POLYMERE THERMOPLASTIQUE, PIECE DE
LADITE PALE ET METHODE DE FABRICATION
[0001] L'invention concerne le domaine des éoliennes, et plus particulièrement des pales d'éoliennes fabriquées à partir de composite polymère thermoplastique. L'invention concerne une pale d'éolienne, les pièces de ladite pale d'éolienne ainsi que le procédé
de fabrication de ladite pale d'éolienne.
LADITE PALE ET METHODE DE FABRICATION
[0001] L'invention concerne le domaine des éoliennes, et plus particulièrement des pales d'éoliennes fabriquées à partir de composite polymère thermoplastique. L'invention concerne une pale d'éolienne, les pièces de ladite pale d'éolienne ainsi que le procédé
de fabrication de ladite pale d'éolienne.
[0002] [Art antérieur]
[0003] Les pales d'éoliennes sont aujourd'hui composées principalement de composite polymère dans lesquels un renfort fibreux est incorporé dans une matrice de polymère. En effet, les propriétés requises pour les pales d'éolienne sont notamment légèreté, résistance structurelle relativement élevée et résistance à la traction. Cela est principalement lié au fait que les pales d'éoliennes doivent résister à des charges mécaniques élevées pendant le fonctionnement de l'éolienne notamment en présence de fortes rafales de vent. Les fibres du renfort fibreux peuvent typiquement être composées de verre, de carbone, de céramique, mais également de fibres naturelles. La matrice de polymère comporte principalement des polymères et assure le maintien des fibres en position, transmet les tensions entre les fibres et protège les fibres contre les influences mécaniques et chimiques extérieures. La matrice polymère est généralement thermodurcissable et les pièces en composite polymère thermodurcissable sont associées entre elles avec de la résine thermodurcissable (e.g. colles époxydes ou polyesters ou polyuréthanes).
[0004] Les matériaux composites thermodurcissables présentent toutefois plusieurs inconvénients, tels que des coûts élevés lors du recyclage de ces matières ou l'accumulation de quantités importantes de déchets si un recyclage n'est pas possible. Des pales d'éoliennes incorporant des matériaux thermoplastiques ont été proposées par exemple dans la demande W02010025830, néanmoins les thermoplastiques proposés sont essentiellement proposés pour constituer la jonction entre diverses pièces de pales d'éolienne, et elles présentent une sensibilité relativement élevées à l'humidité ou des températures de fusion élevées. La demande US2017/0058864 décrit une pale d'éolienne modulable construite à partir des matériaux thermodurcissables et/ou thermoplastiques. L'interface thermodur-thermoplastique est soudé, néanmoins la pale contient une grande partie des matériaux thermodurcissables. Par conséquent, il existe toujours un besoin pour des pales d'éolienne comportant majoritairement des thermoplastiques, et donc recyclables, tout en proposant des propriétés mécaniques et chimiques répondant aux besoins du secteur éolien.
[0005] Lors de la construction d'une pale d'éolienne en composite polymère, par exemple par moulage par injection basse pression ou moulage par infusion, l'utilisation de résines thermodurcissables conduit généralement à des temps de cycle longs. De plus, ces pièces en composite polymère sont ensuite assemblées au cours du processus industriel avant une livraison sur le site d'installation. Etant donné le temps de cycle long observé lors de l'utilisation d'une matrice en polymère thermodurcissable, aussi bien lors de la fabrication des pièces que de l'assemblage, il est nécessaire d'identifier des polymères qui seraient capables de réduire les temps de cycle et donc de réduire le temps de production des pales d'éoliennes.
[0006] De plus, les pales d'éoliennes ont généralement une longueur d'environ 40 mètres ou plus, parfois environ 90 ou 100 mètres. Ainsi, la livraison des pales nécessite des convois exceptionnels. Afin de faciliter la gestion et l'installation des pales d'éoliennes, il est souhaitable de pouvoir réaliser au moins une partie de l'assemblage de façon aisée et rapide directement sur le site d'installation.
[Problème technique]
[Problème technique]
[0007] L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour but de proposer une pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, pouvant être fabriquée plus rapidement que les pales d'éoliennes classiques tout en étant de préférence majoritairement recyclable, résistante aux contraintes mécaniques et chimiques auxquels sont soumises les .. pales d'éoliennes en fonctionnement.
[0008] L'invention a en outre pour but de proposer un procédé de fabrication de pale d'éolienne ou de pièce de pale d'éolienne plus rapide que les procédés existants et permettant, sur le site d'installation, un assemblage, une réparation ou des ajustements .. aisés et rapides.
[0009] [Brève description de l'invention]
[0010] A cet effet, l'invention porte sur une pale d'éolienne comportant une enveloppe extérieure formée, au moins en partie, de panneaux de composite polymère thermoplastique, définissant un bord d'attaque et un bord de fuite de la pale d'éolienne, et au moins un organe raidisseur en composite polymère, s'étendant suivant un axe longitudinal de la pale d'éolienne à l'intérieur de ladite pale d'éolienne, ledit organe raidisseur étant disposé entre au moins un panneau définissant le bord d'attaque et au moins un panneau définissant le bord de fuite, principalement caractérisé en ce que le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, et en ce qu'au moins un panneau de composite polymère thermoplastique est relié à l'organe raidisseur par une interface de type soudure.
.. [0011] En effet, l'utilisation de composite polymère comportant un polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réduire les temps de cycle par rapport notamment aux polymères thermodurcissables classiquement utilisé dans ces domaines. En outre, les polymères thermoplastiques (méth)acryliques utilisés dans le cadre de .. l'invention peuvent être utilisé dans les procédés industriels les plus utilisés et ne nécessitent donc pas, contrairement aux thermoplastiques tels que les polyamides, de modifier l'outillage industriel actuellement utilisé dans la construction des pales d'éoliennes.
[0012] De plus ces pales d'éolienne sont aisément recyclables contrairement aux pales comportant des panneaux en composites polymères thermodurcissables habituellement utilisés dans ce domaine. Enfin, la présence d'une interface de type soudure donne la possibilité, via une montée en température de l'interface, de réaliser des assemblages, des ajustements de positionnement de panneaux ou encore des réparations sur le site d'installation sans nécessiter une installation particulière.
[0013] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé :
- le renfort fibreux est à base de fibres présentant un rapport de forme d'au moins 1000. Un tel rapport de forme permet d'obtenir des pales d'éolienne ayant des propriétés mécaniques améliorées.
- la pale d'éolienne ne comprend pas plus de 50 %, de préférence pas plus de 40 %, de façon plus préférée pas plus de 30 %, de façon encore plus préférée pas plus de 20 %, de façon plus avantageuse pas plus de 15 % en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 10 % en poids de polymères thermodurcissables tel qu'une résine époxyde. Ainsi, la pale d'éolienne selon l'invention présente un gain très significatif en termes de temps de production et une capacité accrue à être recyclée. De même, la pale d'éolienne ne comprend pas plus de 10 %, de préférence pas plus de 8%, de de façon avantageuse pas plus de 7 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 6 %
en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 5 % en poids de colles thermodurcissables.
- le polymère thermoplastique (méth)acrylique est sélectionné
parmi une résine de polymère thermoplastique, couramment appelée sirop , qui est utilisée pour imprégner le matériau de renforcement, par exemple un renfort fibreux et qui polymérise rapidement (e.g. entre 30 secondes et 3 heures) avec une bonne conversion afin d'augmenter la productivité. Une fois polymérisé, le sirop polymère thermoplastique constitue la matrice du matériau composite. Une composition liquide ou un sirop comprenant un monomère (méth)acrylique et un polymère (méth)acrylique précurseur est décrit dans WO 2013/056845 et WO 2014/013028. Ces polymères (méth)acrylique sont 5 particulièrement adaptés aux procédés industriels existant de fabrication des pales d'éolienne et confèrent aux pales d'éolienne des propriétés mécaniques et chimiques satisfaisantes. En particulier, le polymère thermoplastique (méth)acrylique est sélectionné parmi le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ou les copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), ou leurs mélange.
- le renfort fibreux comporte des fibres sélectionnées parmi des fibres de carbone, ou des fibres de verre, ou des fibres de basalte ou des fibres à base de polymères, ou des fibres végétales, seules ou en mélange.
- la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique comprend en outre un ou plusieurs additifs ou charges. L'ensemble des additifs et charges facultatifs sont ajoutés au sirop (méth)acrylique liquide avant l'imprégnation et/ou la polymérisation. Le composite polymère thermoplastique peut comprendre aussi d'autres additifs et d'autres charges. Comme additifs, on peut citer des additifs organiques comme les modifiants chocs ou des copolymères à blocs, des stabilisateurs thermiques, des stabilisateurs aux UV, des lubrifiants et des mélanges de ceux-ci. Le modifiant chocs est sous forme de particules fines ayant un c ur élastomère et au moins une enveloppe thermoplastique, la taille des particules étant en général inférieure à 1 pm et avantageusement de 50 à 300 nm. Le modificateur de résistance aux chocs est préparé par polymérisation en émulsion. La proportion de modifiants chocs dans la matrice thermoplastique polymère est de 0 à 50 %, de préférence de 0 à 25 %, et avantageusement de 0 à 20 % en poids.
Comme charges, on peut citer des nanotubes de carbone ou des charges minérales, y compris des nanocharges minérales (TiO2, silice).
- le polymère thermoplastique (méth)acrylique possède une température de transition vitreuse (Tg) comprises entre 50 C et 160 C, de préférence comprises entre 70 C et 140 C, et de manière encore plus préférée 90 C et 120 C. En outre le polymère thermoplastique (méth)acrylique ou une partie du polymère thermoplastique (méth)acrylique possède un indice de fluage (MFI) selon l'ISO 1133 (230 C/3,8 kg) entre inférieur à
20 g/10 min. De préférence, l'indice de fluage est inférieur à
18 g/10 min, plus préférablement inférieur à 16 g/10 min, avantageusement inférieur à 13 g/10 min. Cela permet de faciliter la production des pales d'éolienne et ouvre aussi la voie à des assemblages, ajustement ou réparation aisés sur le site d'installation.
- l'organe raidisseur a la forme d'une poutre en I comportant une âme et deux semelles reliées entre elles par l'âme.
- les semelles sont formées préférentiellement par un empilement de rubans en composite polymère thermoplastique, de préférence pré-imprégnés, ou par des pièces composites moulés par infusion ou injection basse pression. Cet empilement peut être consolidé
par soudage.
- les semelles sont reliées à l'âme par une interface de type soudure.
- les semelles sont reliées à l'âme par de la colle époxyde.
- le bord d'attaque est constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur. En effet, l'utilisation d'un polymère thermoplastique (méth)acrylique et d'interface de type soudure permet d'envisager de nouvelles conceptions de pale d'éoliennes et notamment des pales dont le bord d'attaque est constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur de façon à faciliter l'assemblage et améliorer la résistance à l'usure sur le bord d'attaque.
- les panneaux de composite polymère thermoplastique formant l'enveloppe extérieure enferment une structure à faible densité, telle que du bois (e.g. balsa), une structure en nid d'abeille ou du plastique expansé.
- la pale d'éolienne comprend au moins un filament résistif positionné au niveau de l'interface de type soudure.
- l'interface de type soudure présente une longueur supérieure à
5 mètres, de préférence supérieure à 10 mètres, de façon plus préférée supérieure à 20 mètres.
- l'interface de type soudure s'étend suivant un axe longitudinal de la pale d'éolienne.
[0014] L'invention porte en outre sur une pièce de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique pour former une pale d'éolienne selon l'invention, principalement caractérisée en ce que le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0015] De façon avantageuse, le composite polymère thermoplastique de cette pièce de pale d'éolienne est recouverte au moins partiellement, d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique d'au moins 0,5 mm, de préférence d'au moins 1 mm, de façon plus préférée d'au moins 2 mm, de façon encore plus préférée d'au moins 3 mm d'épaisseur. Le composite polymère thermoplastique peut par exemple être recouvert de cette couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique sur la surface destinée à être soudée. Cela permet notamment d'éviter l'apparition de zones à
moindre concentration en résine au niveau d'une interface de type soudure qui pourrait entrainer une fragilisation de la pale d'éolienne.
[0016] L'invention porte en outre sur un procédé de fabrication d'une pale d'éolienne selon l'invention, à partir d'au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit procédé comprenant les étapes de :
- disposer au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage, - chauffer pour faire fondre la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface d'assemblage, et - appliquer une pression à l'interface pour souder ensemble les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de façon à former une interface de type soudure.
[0017] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé :
- le procédé comprend en outre une étape préalable de fabrication de pièce de pale d'éolienne, comprenant les sous-étapes suivantes :
- imprégnation d'un renfort fibreux avec une composition liquide (méth)acrylique, - polymérisation de la composition liquide (méth)acrylique, imprégnant ledit renfort fibreux.
- les pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique sont fabriquées par moulage par injection basse pression, moulage par infusion ou par moulage de rubans pré-imprégnés de composite polymère thermoplastique (méth)acrylique.
- les pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique sont fabriquées à une température inférieure à
150 C, de préférence inférieure à 120 C, de façon encore plus préférée inférieure à 100 C. En effet, la composition liquide (méth)acrylique, utilisée pour lors de la fabrication des pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, est liquide à une température bien inférieure aux températures de fusion classiques des thermoplastiques classiques. Ainsi, cela permet de réaliser les pièces de pale d'éolienne de très grande dimension sans avoir à mettre en uvre des procédés où lesdites pièces sont chauffées à des températures élevées.
- la matrice de polymères thermoplastiques (méth)acryliques est fondue par une technique sélectionnée parmi : soudage par ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif, soudage par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par infrarouge ou par rayonnement ultraviolet, de préférence par soudage par fil résistif.
- lors de l'étape de chauffage, la température au niveau de l'interface d'assemblage est comprise entre 160 et 300 C.
[0018] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux Figures annexées qui représentent :
= Figure 1, une installation éolienne.
= Figure 2, une illustration simplifiée en vue en perspective d'une coupe transversale d'une pale d'éolienne, comportant un composite polymère thermoplastique (méth)acrylique et une interface de type soudure.
= Figure 3, une illustration simplifiée d'un agrandissement d'une zone de jonction entre un panneau composite polymère thermoplastique (méth)acrylique et un organe raidisseur comportant une interface de type soudure.
= Figure 4, un schéma de procédé d'un mode de réalisation préféré
d'un procédé de fabrication selon l'invention. Les étapes en pointillées sont optionnelles.
= Figure 5, le schéma simplifié illustrant une vue éclatée en perspective de différentes pièces constituant une pale d'éolienne.
[Description de l'invention]
[0019] Dans la suite de la description, l' interface de type soudure , correspond au joint soudé entre des pièces, ou des parties de pièce. Elle se rapporte à la zone fondue, c'est-à-dire la zone de 5 polymère thermoplastique qui est passée à l'état liquide au cours de l'opération de soudage. Le soudage selon l'invention peut être réalisé avec ou sans apport de matière thermoplastique d'apport notamment (méth)acrylique.
[0020] La poutre en I selon l'invention correspond à une 10 structure ayant une section transversale en forme de I ou de H. Les éléments horizontaux du I sont appelés semelles, tandis que l'élément vertical est appelé âme. La poutre en I selon l'invention est de préférence constituée de composite polymère thermoplastique.
[0021] Par filament résistif on entend au sens de l'invention un filament comprenant un matériau présentant une résistivité
supérieure à 1 10-2 Q mm2/m à 20 C, par exemple supérieure à 0,1 Q
mm2/m à 20 C. Le filament résistif peut par exemple comprendre du métal ou un alliage de métal ou tous autres éléments organiques conducteurs à base de carbone comme un fil ou film polymérique conducteur à base de noir de carbone, de nanotubes de carbone, de graphènes.. De préférence, le filament résistif possède une température de fusion élevée et supérieure à la température de ramollissement ou écoulement (e.g. transition vitreuse) du polymère thermoplastique (méth)acrylique selon l'invention. La température de fusion du filament résistif est de préférence supérieure à 300 C, de façon plus préférée supérieure à 500 C, par exemple supérieure à
750 C. Dans le cas d'un fil ou film polymère conducteur, il devra présenter une température d'écoulement au moins égale à celle du polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0022] L'expression composite polymère , au sens de l'invention, désigne un matériau multicomposant comprenant au moins deux composants non miscibles dans lequel au moins un composant est un
.. [0011] En effet, l'utilisation de composite polymère comportant un polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réduire les temps de cycle par rapport notamment aux polymères thermodurcissables classiquement utilisé dans ces domaines. En outre, les polymères thermoplastiques (méth)acryliques utilisés dans le cadre de .. l'invention peuvent être utilisé dans les procédés industriels les plus utilisés et ne nécessitent donc pas, contrairement aux thermoplastiques tels que les polyamides, de modifier l'outillage industriel actuellement utilisé dans la construction des pales d'éoliennes.
[0012] De plus ces pales d'éolienne sont aisément recyclables contrairement aux pales comportant des panneaux en composites polymères thermodurcissables habituellement utilisés dans ce domaine. Enfin, la présence d'une interface de type soudure donne la possibilité, via une montée en température de l'interface, de réaliser des assemblages, des ajustements de positionnement de panneaux ou encore des réparations sur le site d'installation sans nécessiter une installation particulière.
[0013] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé :
- le renfort fibreux est à base de fibres présentant un rapport de forme d'au moins 1000. Un tel rapport de forme permet d'obtenir des pales d'éolienne ayant des propriétés mécaniques améliorées.
- la pale d'éolienne ne comprend pas plus de 50 %, de préférence pas plus de 40 %, de façon plus préférée pas plus de 30 %, de façon encore plus préférée pas plus de 20 %, de façon plus avantageuse pas plus de 15 % en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 10 % en poids de polymères thermodurcissables tel qu'une résine époxyde. Ainsi, la pale d'éolienne selon l'invention présente un gain très significatif en termes de temps de production et une capacité accrue à être recyclée. De même, la pale d'éolienne ne comprend pas plus de 10 %, de préférence pas plus de 8%, de de façon avantageuse pas plus de 7 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 6 %
en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 5 % en poids de colles thermodurcissables.
- le polymère thermoplastique (méth)acrylique est sélectionné
parmi une résine de polymère thermoplastique, couramment appelée sirop , qui est utilisée pour imprégner le matériau de renforcement, par exemple un renfort fibreux et qui polymérise rapidement (e.g. entre 30 secondes et 3 heures) avec une bonne conversion afin d'augmenter la productivité. Une fois polymérisé, le sirop polymère thermoplastique constitue la matrice du matériau composite. Une composition liquide ou un sirop comprenant un monomère (méth)acrylique et un polymère (méth)acrylique précurseur est décrit dans WO 2013/056845 et WO 2014/013028. Ces polymères (méth)acrylique sont 5 particulièrement adaptés aux procédés industriels existant de fabrication des pales d'éolienne et confèrent aux pales d'éolienne des propriétés mécaniques et chimiques satisfaisantes. En particulier, le polymère thermoplastique (méth)acrylique est sélectionné parmi le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ou les copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), ou leurs mélange.
- le renfort fibreux comporte des fibres sélectionnées parmi des fibres de carbone, ou des fibres de verre, ou des fibres de basalte ou des fibres à base de polymères, ou des fibres végétales, seules ou en mélange.
- la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique comprend en outre un ou plusieurs additifs ou charges. L'ensemble des additifs et charges facultatifs sont ajoutés au sirop (méth)acrylique liquide avant l'imprégnation et/ou la polymérisation. Le composite polymère thermoplastique peut comprendre aussi d'autres additifs et d'autres charges. Comme additifs, on peut citer des additifs organiques comme les modifiants chocs ou des copolymères à blocs, des stabilisateurs thermiques, des stabilisateurs aux UV, des lubrifiants et des mélanges de ceux-ci. Le modifiant chocs est sous forme de particules fines ayant un c ur élastomère et au moins une enveloppe thermoplastique, la taille des particules étant en général inférieure à 1 pm et avantageusement de 50 à 300 nm. Le modificateur de résistance aux chocs est préparé par polymérisation en émulsion. La proportion de modifiants chocs dans la matrice thermoplastique polymère est de 0 à 50 %, de préférence de 0 à 25 %, et avantageusement de 0 à 20 % en poids.
Comme charges, on peut citer des nanotubes de carbone ou des charges minérales, y compris des nanocharges minérales (TiO2, silice).
- le polymère thermoplastique (méth)acrylique possède une température de transition vitreuse (Tg) comprises entre 50 C et 160 C, de préférence comprises entre 70 C et 140 C, et de manière encore plus préférée 90 C et 120 C. En outre le polymère thermoplastique (méth)acrylique ou une partie du polymère thermoplastique (méth)acrylique possède un indice de fluage (MFI) selon l'ISO 1133 (230 C/3,8 kg) entre inférieur à
20 g/10 min. De préférence, l'indice de fluage est inférieur à
18 g/10 min, plus préférablement inférieur à 16 g/10 min, avantageusement inférieur à 13 g/10 min. Cela permet de faciliter la production des pales d'éolienne et ouvre aussi la voie à des assemblages, ajustement ou réparation aisés sur le site d'installation.
- l'organe raidisseur a la forme d'une poutre en I comportant une âme et deux semelles reliées entre elles par l'âme.
- les semelles sont formées préférentiellement par un empilement de rubans en composite polymère thermoplastique, de préférence pré-imprégnés, ou par des pièces composites moulés par infusion ou injection basse pression. Cet empilement peut être consolidé
par soudage.
- les semelles sont reliées à l'âme par une interface de type soudure.
- les semelles sont reliées à l'âme par de la colle époxyde.
- le bord d'attaque est constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur. En effet, l'utilisation d'un polymère thermoplastique (méth)acrylique et d'interface de type soudure permet d'envisager de nouvelles conceptions de pale d'éoliennes et notamment des pales dont le bord d'attaque est constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur de façon à faciliter l'assemblage et améliorer la résistance à l'usure sur le bord d'attaque.
- les panneaux de composite polymère thermoplastique formant l'enveloppe extérieure enferment une structure à faible densité, telle que du bois (e.g. balsa), une structure en nid d'abeille ou du plastique expansé.
- la pale d'éolienne comprend au moins un filament résistif positionné au niveau de l'interface de type soudure.
- l'interface de type soudure présente une longueur supérieure à
5 mètres, de préférence supérieure à 10 mètres, de façon plus préférée supérieure à 20 mètres.
- l'interface de type soudure s'étend suivant un axe longitudinal de la pale d'éolienne.
[0014] L'invention porte en outre sur une pièce de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique pour former une pale d'éolienne selon l'invention, principalement caractérisée en ce que le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0015] De façon avantageuse, le composite polymère thermoplastique de cette pièce de pale d'éolienne est recouverte au moins partiellement, d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique d'au moins 0,5 mm, de préférence d'au moins 1 mm, de façon plus préférée d'au moins 2 mm, de façon encore plus préférée d'au moins 3 mm d'épaisseur. Le composite polymère thermoplastique peut par exemple être recouvert de cette couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique sur la surface destinée à être soudée. Cela permet notamment d'éviter l'apparition de zones à
moindre concentration en résine au niveau d'une interface de type soudure qui pourrait entrainer une fragilisation de la pale d'éolienne.
[0016] L'invention porte en outre sur un procédé de fabrication d'une pale d'éolienne selon l'invention, à partir d'au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit procédé comprenant les étapes de :
- disposer au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage, - chauffer pour faire fondre la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface d'assemblage, et - appliquer une pression à l'interface pour souder ensemble les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de façon à former une interface de type soudure.
[0017] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé :
- le procédé comprend en outre une étape préalable de fabrication de pièce de pale d'éolienne, comprenant les sous-étapes suivantes :
- imprégnation d'un renfort fibreux avec une composition liquide (méth)acrylique, - polymérisation de la composition liquide (méth)acrylique, imprégnant ledit renfort fibreux.
- les pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique sont fabriquées par moulage par injection basse pression, moulage par infusion ou par moulage de rubans pré-imprégnés de composite polymère thermoplastique (méth)acrylique.
- les pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique sont fabriquées à une température inférieure à
150 C, de préférence inférieure à 120 C, de façon encore plus préférée inférieure à 100 C. En effet, la composition liquide (méth)acrylique, utilisée pour lors de la fabrication des pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, est liquide à une température bien inférieure aux températures de fusion classiques des thermoplastiques classiques. Ainsi, cela permet de réaliser les pièces de pale d'éolienne de très grande dimension sans avoir à mettre en uvre des procédés où lesdites pièces sont chauffées à des températures élevées.
- la matrice de polymères thermoplastiques (méth)acryliques est fondue par une technique sélectionnée parmi : soudage par ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif, soudage par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par infrarouge ou par rayonnement ultraviolet, de préférence par soudage par fil résistif.
- lors de l'étape de chauffage, la température au niveau de l'interface d'assemblage est comprise entre 160 et 300 C.
[0018] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux Figures annexées qui représentent :
= Figure 1, une installation éolienne.
= Figure 2, une illustration simplifiée en vue en perspective d'une coupe transversale d'une pale d'éolienne, comportant un composite polymère thermoplastique (méth)acrylique et une interface de type soudure.
= Figure 3, une illustration simplifiée d'un agrandissement d'une zone de jonction entre un panneau composite polymère thermoplastique (méth)acrylique et un organe raidisseur comportant une interface de type soudure.
= Figure 4, un schéma de procédé d'un mode de réalisation préféré
d'un procédé de fabrication selon l'invention. Les étapes en pointillées sont optionnelles.
= Figure 5, le schéma simplifié illustrant une vue éclatée en perspective de différentes pièces constituant une pale d'éolienne.
[Description de l'invention]
[0019] Dans la suite de la description, l' interface de type soudure , correspond au joint soudé entre des pièces, ou des parties de pièce. Elle se rapporte à la zone fondue, c'est-à-dire la zone de 5 polymère thermoplastique qui est passée à l'état liquide au cours de l'opération de soudage. Le soudage selon l'invention peut être réalisé avec ou sans apport de matière thermoplastique d'apport notamment (méth)acrylique.
[0020] La poutre en I selon l'invention correspond à une 10 structure ayant une section transversale en forme de I ou de H. Les éléments horizontaux du I sont appelés semelles, tandis que l'élément vertical est appelé âme. La poutre en I selon l'invention est de préférence constituée de composite polymère thermoplastique.
[0021] Par filament résistif on entend au sens de l'invention un filament comprenant un matériau présentant une résistivité
supérieure à 1 10-2 Q mm2/m à 20 C, par exemple supérieure à 0,1 Q
mm2/m à 20 C. Le filament résistif peut par exemple comprendre du métal ou un alliage de métal ou tous autres éléments organiques conducteurs à base de carbone comme un fil ou film polymérique conducteur à base de noir de carbone, de nanotubes de carbone, de graphènes.. De préférence, le filament résistif possède une température de fusion élevée et supérieure à la température de ramollissement ou écoulement (e.g. transition vitreuse) du polymère thermoplastique (méth)acrylique selon l'invention. La température de fusion du filament résistif est de préférence supérieure à 300 C, de façon plus préférée supérieure à 500 C, par exemple supérieure à
750 C. Dans le cas d'un fil ou film polymère conducteur, il devra présenter une température d'écoulement au moins égale à celle du polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0022] L'expression composite polymère , au sens de l'invention, désigne un matériau multicomposant comprenant au moins deux composants non miscibles dans lequel au moins un composant est un
11 polymère et l'autre composant peut par exemple être un renfort fibreux.
[0023] On entend par renfort fibreux ou substrat fibreux , au sens de l'invention, plusieurs fibres, des stratifils unidirectionnels ou un mat à filament continu, des tissus, des feutres ou des non-tissés qui peuvent être sous la forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces.
[0024] On entend par matrice , une matière servant de liant et capable de transférer des efforts au renfort fibreux. La matrice de polymère comporte des polymères mais peut également comporter d'autres composés ou matériaux. Ainsi, la matrice de polymère (méth)acrylique , se rapporte à tout type de composés, polymères, oligomères, copolymères ou copolymères à blocs, acryliques et méthacryliques. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de l'invention si la matrice de polymère (méth)acrylique comprend jusqu'à 10% en poids, de préférence moins de 5% en poids d'autres monomères non acryliques, choisis par exemple dans le groupe :
butadiène, isoprène, styrène, styrène substitué tel que l'a-methylstyrène ou le tert-butylstyrène, cyclosiloxanes, vinylnaphthalènes et vinyl pyridines.
[0025] Par polymère , on entend soit un copolymère soit un homopolymère. On entend par copolymère , un polymère regroupant plusieurs unités monomères différentes et par homopolymère , un polymère regroupant des unités monomères identiques. On entend par copolymère à blocs , un polymère comprenant une ou plusieurs séquences ininterrompues de chacune des espèces polymères distinctes, les séquences polymères étant chimiquement différentes l'une de l'autre et étant liées entre elles par une liaison covalente. Ces séquences polymères sont encore dénommées blocs polymères.
[0026] Le terme amorceur radicalaire , au sens de l'invention, désigne un composé qui peut démarrer/initier la polymérisation d'un monomère ou de monomères.
[0023] On entend par renfort fibreux ou substrat fibreux , au sens de l'invention, plusieurs fibres, des stratifils unidirectionnels ou un mat à filament continu, des tissus, des feutres ou des non-tissés qui peuvent être sous la forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces.
[0024] On entend par matrice , une matière servant de liant et capable de transférer des efforts au renfort fibreux. La matrice de polymère comporte des polymères mais peut également comporter d'autres composés ou matériaux. Ainsi, la matrice de polymère (méth)acrylique , se rapporte à tout type de composés, polymères, oligomères, copolymères ou copolymères à blocs, acryliques et méthacryliques. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de l'invention si la matrice de polymère (méth)acrylique comprend jusqu'à 10% en poids, de préférence moins de 5% en poids d'autres monomères non acryliques, choisis par exemple dans le groupe :
butadiène, isoprène, styrène, styrène substitué tel que l'a-methylstyrène ou le tert-butylstyrène, cyclosiloxanes, vinylnaphthalènes et vinyl pyridines.
[0025] Par polymère , on entend soit un copolymère soit un homopolymère. On entend par copolymère , un polymère regroupant plusieurs unités monomères différentes et par homopolymère , un polymère regroupant des unités monomères identiques. On entend par copolymère à blocs , un polymère comprenant une ou plusieurs séquences ininterrompues de chacune des espèces polymères distinctes, les séquences polymères étant chimiquement différentes l'une de l'autre et étant liées entre elles par une liaison covalente. Ces séquences polymères sont encore dénommées blocs polymères.
[0026] Le terme amorceur radicalaire , au sens de l'invention, désigne un composé qui peut démarrer/initier la polymérisation d'un monomère ou de monomères.
12 [0027] Le terme polymérisation , au sens de l'invention, désigne le procédé de conversion d'un monomère ou d'un mélange de monomères en un polymère.
[0028] Le terme monomère , au sens de l'invention, désigne une molécule qui peut subir une polymérisation.
[0029]On entend par polymère thermoplastique , au sens de l'invention, un polymère généralement solide à température ambiante, pouvant être cristallin, semi-cristallin ou amorphe, et qui se ramollit lors d'une augmentation de température, en particulier après passage de sa température de transition vitreuse (Tg) et s'écoule à plus haute température et pouvant observer une fusion franche au passage de sa température dite de fusion (Tf) (lorsqu'il est semi-cristallin), et qui redevient solide lors d'une diminution de température en dessous de sa température de fusion et en dessous de sa température de transition vitreuse. Cela s'applique également pour des polymères thermoplastiques légèrement réticulés par la présence de monomères ou oligomères multifonctionnels dans la formulation du sirop (méth)acrylate, en pourcentage massique de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5% et de façon préférée moins de 2% qui peuvent être thermoformés lorsqu'ils sont chauffés au-dessus de la température de ramollissement.
[0030] On entend par polymère thermodurcissable , au sens de l'invention, une matière plastique qui se transforme de manière irréversible par polymérisation en un réseau polymère insoluble.
[0031] On entend par monomère (méth)acrylique , tout type de monomère acrylique et méthacrylique.
[0032] On entend par polymère (méth)acrylique , un polymère comprenant essentiellement des monomères (méth)acryliques qui représentent au moins 50% en poids ou plus du polymère (méth)acrylique.
[0033] Le terme PMMA , au sens de l'invention, désigne des homo-et copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), le rapport en poids
[0028] Le terme monomère , au sens de l'invention, désigne une molécule qui peut subir une polymérisation.
[0029]On entend par polymère thermoplastique , au sens de l'invention, un polymère généralement solide à température ambiante, pouvant être cristallin, semi-cristallin ou amorphe, et qui se ramollit lors d'une augmentation de température, en particulier après passage de sa température de transition vitreuse (Tg) et s'écoule à plus haute température et pouvant observer une fusion franche au passage de sa température dite de fusion (Tf) (lorsqu'il est semi-cristallin), et qui redevient solide lors d'une diminution de température en dessous de sa température de fusion et en dessous de sa température de transition vitreuse. Cela s'applique également pour des polymères thermoplastiques légèrement réticulés par la présence de monomères ou oligomères multifonctionnels dans la formulation du sirop (méth)acrylate, en pourcentage massique de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5% et de façon préférée moins de 2% qui peuvent être thermoformés lorsqu'ils sont chauffés au-dessus de la température de ramollissement.
[0030] On entend par polymère thermodurcissable , au sens de l'invention, une matière plastique qui se transforme de manière irréversible par polymérisation en un réseau polymère insoluble.
[0031] On entend par monomère (méth)acrylique , tout type de monomère acrylique et méthacrylique.
[0032] On entend par polymère (méth)acrylique , un polymère comprenant essentiellement des monomères (méth)acryliques qui représentent au moins 50% en poids ou plus du polymère (méth)acrylique.
[0033] Le terme PMMA , au sens de l'invention, désigne des homo-et copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), le rapport en poids
13 de MMA dans le PMMA étant de préférence d'au moins 70 % en poids pour le copolymère de MMA.
[0034] Dans la suite de la description, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0035] Selon un premier aspect, la présente invention concerne une pale d'éolienne dont la structure comprend un composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0036] Les polymères thermoplastiques (méth)acryliques entrant dans la constitution de la matrice imprégnant le renfort fibreux, peuvent être choisis parmi les polymères et copolymères de la famille des acryliques comme les polyacrylates. Ils sont plus particulièrement sélectionnés parmi le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou ses dérivés ou les copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA) ou leurs mélanges.
[0037] De façon préférée, le polymère thermoplastique (méth)acrylique, formant la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, possède une température de transition vitreuse (Tg) comprises entre 50 C et 160 C, de préférence comprises entre 70 C et 140 C, et de manière encore plus préférée 90 C et 120 C. Par cet aspect, il présente un avantage par rapport à d'autres polymères thermoplastiques tels que les polyamines. En effet, les polyamines ont généralement des températures de fusion très élevées, à savoir à partir de 200 C et plus, ce qui ne facilite pas un assemblage sur site comme cela est le cas selon le procédé de l'invention. Les températures de transition vitreuse ou de fusion peuvent être mesurées par les méthodes bien connues de l'homme du métier. De préférence, ces températures sont mesurées par Calorimétrie Différentielle à Balayage selon les conditions spécifiées dans les normes ISO 11357-2/2013 pour Tg et ISO 11357-3/2011 pour Tf. En outre le polymère thermoplastique (méth)acrylique ou une partie du polymère thermoplastique (méth)acrylique possède un indice de
[0034] Dans la suite de la description, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0035] Selon un premier aspect, la présente invention concerne une pale d'éolienne dont la structure comprend un composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0036] Les polymères thermoplastiques (méth)acryliques entrant dans la constitution de la matrice imprégnant le renfort fibreux, peuvent être choisis parmi les polymères et copolymères de la famille des acryliques comme les polyacrylates. Ils sont plus particulièrement sélectionnés parmi le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou ses dérivés ou les copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA) ou leurs mélanges.
[0037] De façon préférée, le polymère thermoplastique (méth)acrylique, formant la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, possède une température de transition vitreuse (Tg) comprises entre 50 C et 160 C, de préférence comprises entre 70 C et 140 C, et de manière encore plus préférée 90 C et 120 C. Par cet aspect, il présente un avantage par rapport à d'autres polymères thermoplastiques tels que les polyamines. En effet, les polyamines ont généralement des températures de fusion très élevées, à savoir à partir de 200 C et plus, ce qui ne facilite pas un assemblage sur site comme cela est le cas selon le procédé de l'invention. Les températures de transition vitreuse ou de fusion peuvent être mesurées par les méthodes bien connues de l'homme du métier. De préférence, ces températures sont mesurées par Calorimétrie Différentielle à Balayage selon les conditions spécifiées dans les normes ISO 11357-2/2013 pour Tg et ISO 11357-3/2011 pour Tf. En outre le polymère thermoplastique (méth)acrylique ou une partie du polymère thermoplastique (méth)acrylique possède un indice de
14 fluage (MFI) selon l' ISO 1133 (230 C/3,8 kg) inférieur à
20 g/10 min. De préférence, l'indice de fluage est inférieur à
18 g/10 min, plus préférablement inférieur à 16 g/10 min, avantageusement inférieur à 13 g/10 min.
[0038] En outre, de façon préférée, la pale d'éolienne selon l'invention ne comprend pas plus de 50 % en poids, de façon plus préférée pas plus de 40 % en poids, de façon plus préférée pas plus de 30 % en poids, de façon avantageuse pas plus de 20 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 15 % en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 10 % en poids de polymères thermodurcissables tel que des résines époxydes ou polyesters ou polyuréthannes. Or jusqu'ici, les polymères thermodurcissables ont généralement été utilisés dans la fabrication des matériaux composite polymère utilisés pour la formation des pales d'éolienne ou pièces de pale d'éolienne. De même, de façon préférée, la pale d'éolienne selon l'invention ne comprend pas plus de 10 % en poids, de façon plus préférée pas plus de 9 % en poids et de façon encore plus préférée pas plus de 8 % en poids, de façon avantageuse pas plus de 7 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 6 % en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 5 % en poids de colles, de préférence de colles thermodurcissables. En effet, le collage des différentes pièces de pales d'éoliennes est généralement réalisé avec de la colle structurelle thermodurcissable de type résine époxyde.
[0039] Dans le cadre de l'invention, l'utilisation de panneaux de composite polymère thermoplastique, comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réduire significativement la quantité de polymère thermodurcissable utilisée dans les pales d'éolienne et ouvre des possibilités non envisageables avec des panneaux de composite polymère thermodurcissable telles qu'un recyclage d'une majorité de la pale, ainsi que des montages ou des réparations sur site facilitées.
[0040] Comme cela sera détaillé par la suite, la matrice de polymères thermoplastiques (méth)acryliques peut être obtenue à partir de la polymérisation d'une composition liquide (méth)acrylique comprenant un monomère (méth)acrylique ou un mélange de monomères (méth)acryliques, un polymère (méth)acrylique précurseur et au moins un amorceur radicalaire.
5 [0041] La matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique est formée de polymère thermoplastique (méth)acrylique mais elle peut comprendre en outre un ou plusieurs additifs et/ou une ou plusieurs charges.
[0042] Les charges carbonées peuvent être en particulier du charbon 10 actif, de l'anthracite naturel, de l'anthracite synthétique, du noir de carbone, du graphite naturel, du graphite synthétique, des nanocharges carbonées ou leurs mélanges. Elles sont de préférence choisies parmi des nanocharges carbonées, en particulier des graphènes et/ou des nanotubes de carbone et/ou des nanofibrilles de
20 g/10 min. De préférence, l'indice de fluage est inférieur à
18 g/10 min, plus préférablement inférieur à 16 g/10 min, avantageusement inférieur à 13 g/10 min.
[0038] En outre, de façon préférée, la pale d'éolienne selon l'invention ne comprend pas plus de 50 % en poids, de façon plus préférée pas plus de 40 % en poids, de façon plus préférée pas plus de 30 % en poids, de façon avantageuse pas plus de 20 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 15 % en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 10 % en poids de polymères thermodurcissables tel que des résines époxydes ou polyesters ou polyuréthannes. Or jusqu'ici, les polymères thermodurcissables ont généralement été utilisés dans la fabrication des matériaux composite polymère utilisés pour la formation des pales d'éolienne ou pièces de pale d'éolienne. De même, de façon préférée, la pale d'éolienne selon l'invention ne comprend pas plus de 10 % en poids, de façon plus préférée pas plus de 9 % en poids et de façon encore plus préférée pas plus de 8 % en poids, de façon avantageuse pas plus de 7 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 6 % en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 5 % en poids de colles, de préférence de colles thermodurcissables. En effet, le collage des différentes pièces de pales d'éoliennes est généralement réalisé avec de la colle structurelle thermodurcissable de type résine époxyde.
[0039] Dans le cadre de l'invention, l'utilisation de panneaux de composite polymère thermoplastique, comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réduire significativement la quantité de polymère thermodurcissable utilisée dans les pales d'éolienne et ouvre des possibilités non envisageables avec des panneaux de composite polymère thermodurcissable telles qu'un recyclage d'une majorité de la pale, ainsi que des montages ou des réparations sur site facilitées.
[0040] Comme cela sera détaillé par la suite, la matrice de polymères thermoplastiques (méth)acryliques peut être obtenue à partir de la polymérisation d'une composition liquide (méth)acrylique comprenant un monomère (méth)acrylique ou un mélange de monomères (méth)acryliques, un polymère (méth)acrylique précurseur et au moins un amorceur radicalaire.
5 [0041] La matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique est formée de polymère thermoplastique (méth)acrylique mais elle peut comprendre en outre un ou plusieurs additifs et/ou une ou plusieurs charges.
[0042] Les charges carbonées peuvent être en particulier du charbon 10 actif, de l'anthracite naturel, de l'anthracite synthétique, du noir de carbone, du graphite naturel, du graphite synthétique, des nanocharges carbonées ou leurs mélanges. Elles sont de préférence choisies parmi des nanocharges carbonées, en particulier des graphènes et/ou des nanotubes de carbone et/ou des nanofibrilles de
15 carbone ou leurs mélanges. Ces charges permettent de conduire l'électricité et la chaleur, et permettent par conséquent d'améliorer la lubrification de la matrice polymère lorsqu'elle est chauffée. Elles peuvent permettre alors une réduction accrue des temps de cycle ou faciliter l'assemblage, l'ajustement ou la réparation sur le site d'installation.
[0043] Les charges minérales comprennent notamment les hydroxydes métalliques, qui se présentent plus particulièrement sous forme de trihydate d'alumine (Al(OH)3) ou d'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)) ou oxyde de magnésium (MgO), les hydroxides de calcium et les charges minérales telles que le carbonate de calcium, le dioxyde de titane ou la silice ou les nanocharges minérales telles que les nanodioxide de titane ou les nanosilices.
[0044] En tant qu'additifs, il est possible de mentionner les additifs organiques tels que les modificateurs de la résistance aux impacts ou les copolymères séquencés, les stabilisateurs thermiques, les stabilisateurs UV, les lubrifiants, modificateurs de viscosité, les modificateurs de pH (soude), les modificateurs de granulométrie (sulfate de sodium), les biocides, et leurs mélanges. Ces additifs
[0043] Les charges minérales comprennent notamment les hydroxydes métalliques, qui se présentent plus particulièrement sous forme de trihydate d'alumine (Al(OH)3) ou d'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)) ou oxyde de magnésium (MgO), les hydroxides de calcium et les charges minérales telles que le carbonate de calcium, le dioxyde de titane ou la silice ou les nanocharges minérales telles que les nanodioxide de titane ou les nanosilices.
[0044] En tant qu'additifs, il est possible de mentionner les additifs organiques tels que les modificateurs de la résistance aux impacts ou les copolymères séquencés, les stabilisateurs thermiques, les stabilisateurs UV, les lubrifiants, modificateurs de viscosité, les modificateurs de pH (soude), les modificateurs de granulométrie (sulfate de sodium), les biocides, et leurs mélanges. Ces additifs
16 permettent d'améliorer notamment les propriétés rhéologiques, chimiques et d'adhérence de la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0045] Le pourcentage massique de l'ensemble des additifs et des charges par rapport au poids total de matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique est de préférence inférieur à 30%, de préférence inférieur à 10%.
[0046] Le renfort fibreux se rapporte généralement à plusieurs fibres, des stratifils unidirectionnels ou un mat à filament continu, des tissus, des feutres ou des non-tissés qui peuvent être sous la forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces.
[0047] Un renfort fibreux comprend un assemblage d'une ou plusieurs fibres, généralement plusieurs fibres, ledit assemblage pouvant avoir différentes formes et dimensions, unidimensionnelles, bidimensionnelles ou tridimensionnelles. La forme unidimensionnelle correspond à des fibres longues linéaires. Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Les fibres peuvent être agencées de façon aléatoire ou de façon parallèle les unes aux autres, sous la forme d'un filament continu. La forme bidimensionnelle correspond à des mats fibreux ou des renforts non tissés ou des stratifils tissés ou des faisceaux de fibres, qui peuvent également être tressés. Même si la forme bidimensionnelle a une certaine épaisseur et, par conséquent, en principe une troisième dimension, elle est considérée comme étant bidimensionnelle selon la présente invention. La forme tridimensionnelle correspond, par exemple, à des mats ou des renforcements fibreux non-tissés ou des faisceaux empilés ou pliés de fibres ou des mélanges de ceux-ci, un assemblage de la forme bidimensionnelle dans la troisième dimension.
[0048] Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Lorsque les fibres sont continues, leur assemblage forme des tissus. De façon préférée, le renfort fibreux est à base de fibres continues. Une fibre est définie par son facteur de forme, qui est le rapport entre la longueur et le diamètre de la fibre. Les fibres utilisées dans la
[0045] Le pourcentage massique de l'ensemble des additifs et des charges par rapport au poids total de matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique est de préférence inférieur à 30%, de préférence inférieur à 10%.
[0046] Le renfort fibreux se rapporte généralement à plusieurs fibres, des stratifils unidirectionnels ou un mat à filament continu, des tissus, des feutres ou des non-tissés qui peuvent être sous la forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces.
[0047] Un renfort fibreux comprend un assemblage d'une ou plusieurs fibres, généralement plusieurs fibres, ledit assemblage pouvant avoir différentes formes et dimensions, unidimensionnelles, bidimensionnelles ou tridimensionnelles. La forme unidimensionnelle correspond à des fibres longues linéaires. Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Les fibres peuvent être agencées de façon aléatoire ou de façon parallèle les unes aux autres, sous la forme d'un filament continu. La forme bidimensionnelle correspond à des mats fibreux ou des renforts non tissés ou des stratifils tissés ou des faisceaux de fibres, qui peuvent également être tressés. Même si la forme bidimensionnelle a une certaine épaisseur et, par conséquent, en principe une troisième dimension, elle est considérée comme étant bidimensionnelle selon la présente invention. La forme tridimensionnelle correspond, par exemple, à des mats ou des renforcements fibreux non-tissés ou des faisceaux empilés ou pliés de fibres ou des mélanges de ceux-ci, un assemblage de la forme bidimensionnelle dans la troisième dimension.
[0048] Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Lorsque les fibres sont continues, leur assemblage forme des tissus. De façon préférée, le renfort fibreux est à base de fibres continues. Une fibre est définie par son facteur de forme, qui est le rapport entre la longueur et le diamètre de la fibre. Les fibres utilisées dans la
17 présente invention sont des fibres longues obtenues à partir de fibres continues ou des fibres continues. Les fibres présentent un rapport de forme d'au moins 1000, de préférence au moins 1500, plus préférablement au moins 2000, avantageusement au moins 3000 et plus avantageusement au moins 5000, encore plus avantageusement au moins 6000, encore plus avantageusement au moins 7500 et le plus avantageusement au moins 10 000. Les fibres continues présentent un rapport de forme d'au moins 1000. Les dimensions d'une fibre peuvent être mesurées par les méthodes bien connues de l'homme du métier. De préférence, ces dimensions sont mesurées par microscopie selon la norme ISO 137.
[0049] Les origines des fibres constituant le renfort fibreux peuvent être naturelles ou synthétiques. En tant que matériau naturel, on peut mentionner des fibres végétales, des fibres de bois, des fibres animales ou des fibres minérales. Des fibres végétales sont, par exemple, des fibres de sisal, jute, chanvre, lin, coton, noix de coco, et des fibres de banane. Des fibres animales sont, par exemple, de la laine ou des poils. Les fibres minérales peuvent également être choisies parmi des fibres de verre, en particulier de type E, R ou S2, des fibres de basalte, des fibres de carbone, des fibres de bore ou des fibres de silice.
[0050] En tant que matériau synthétique, il peut être mentionné des fibres polymères choisies parmi des fibres de polymères thermodurcissables, de polymères thermoplastiques ou des mélanges de ceux-ci. Les fibres polymères peuvent être constituées de polyamide (aliphatique ou aromatique), polyester, alcool polyvinylique, polyoléfines, polyuréthanes, chlorure de polyvinyle, polyéthylène, polyesters insaturés, résines époxyde et esters vinyliques.
[0051] De préférence, le renfort fibreux de la présente invention comporte des fibres végétales, des fibres de bois, des fibres animales, des fibres minérales, des fibres polymères synthétiques, des fibres de verre, des fibres de basalte et des fibres de carbone, seules ou en mélange. De façon plus préférée, le renfort fibreux de la présente invention comporte des fibres de carbone ou des fibres
[0049] Les origines des fibres constituant le renfort fibreux peuvent être naturelles ou synthétiques. En tant que matériau naturel, on peut mentionner des fibres végétales, des fibres de bois, des fibres animales ou des fibres minérales. Des fibres végétales sont, par exemple, des fibres de sisal, jute, chanvre, lin, coton, noix de coco, et des fibres de banane. Des fibres animales sont, par exemple, de la laine ou des poils. Les fibres minérales peuvent également être choisies parmi des fibres de verre, en particulier de type E, R ou S2, des fibres de basalte, des fibres de carbone, des fibres de bore ou des fibres de silice.
[0050] En tant que matériau synthétique, il peut être mentionné des fibres polymères choisies parmi des fibres de polymères thermodurcissables, de polymères thermoplastiques ou des mélanges de ceux-ci. Les fibres polymères peuvent être constituées de polyamide (aliphatique ou aromatique), polyester, alcool polyvinylique, polyoléfines, polyuréthanes, chlorure de polyvinyle, polyéthylène, polyesters insaturés, résines époxyde et esters vinyliques.
[0051] De préférence, le renfort fibreux de la présente invention comporte des fibres végétales, des fibres de bois, des fibres animales, des fibres minérales, des fibres polymères synthétiques, des fibres de verre, des fibres de basalte et des fibres de carbone, seules ou en mélange. De façon plus préférée, le renfort fibreux de la présente invention comporte des fibres de carbone ou des fibres
18 de verre. De façon plus préférée, le renfort fibreux de la présente invention consiste essentiellement en des fibres de carbone ou des fibres de verre.
[0052] Les fibres du renfort fibreux ont par exemple un diamètre compris entre 0,005 pm et 100 pm, de préférence entre 1 pm et 50 pm, plus préférablement entre 5 pm et 30 pm et avantageusement, entre pm et 25 pm.
[0053] De préférence, les fibres du renfort fibreux de la présente invention sont choisies parmi des fibres continues pour la forme 10 unidimensionnelle, ou parmi les fibres longues ou continues pour la forme bidimensionnelle ou tridimensionnelle du renfort fibreux.
[0054] La figure 1 illustre une éolienne classique 100 à axe horizontal comportant avec un mât 101, une nacelle 102 et un rotor avec un arbre de rotor sensiblement horizontal. Le rotor comprend un moyeu 103 et trois pales d'éolienne 1 s'étendant radialement à
partir du moyeu 103, chacune ayant une racine 104 de la pale d'éolienne la plus proche du moyeu 103 et une pointe 105 de la pale d'éolienne la plus éloignée du moyeu 103. Le rotor est entraîné par l'énergie du vent, il est branché directement ou indirectement (via un multiplicateur de vitesse à engrenages) au système mécanique qui utilisera l'énergie recueillie (pompe, générateur électrique...).
[0055] Comme on le voit sur la Figure 1, la pale d'éolienne 1 présente généralement une forme de section transversale qui évolue entre la pointe 105 et la racine 104 de la pale d'éolienne, correspondant à
une zone d'attache. La pale d'éolienne 1 comporte une enveloppe extérieure définissant un intrados 11 et un extrados 12 ainsi qu'un bord d'attaque 4 et un bord de fuite 5. Cette enveloppe extérieure, définissant au moins partiellement une surface extérieure de la pale d'éolienne 1, est formée, au moins en partie, de panneaux 3 de composite polymère thermoplastique. L'enveloppe extérieure est par exemple plus particulièrement formée par les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique associés à un organe raidisseur 6.
Alternativement, l'organe raidisseur 6 peut être entièrement entouré
par les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique et donc ne pas participer à la formation de l'enveloppe extérieure.
[0052] Les fibres du renfort fibreux ont par exemple un diamètre compris entre 0,005 pm et 100 pm, de préférence entre 1 pm et 50 pm, plus préférablement entre 5 pm et 30 pm et avantageusement, entre pm et 25 pm.
[0053] De préférence, les fibres du renfort fibreux de la présente invention sont choisies parmi des fibres continues pour la forme 10 unidimensionnelle, ou parmi les fibres longues ou continues pour la forme bidimensionnelle ou tridimensionnelle du renfort fibreux.
[0054] La figure 1 illustre une éolienne classique 100 à axe horizontal comportant avec un mât 101, une nacelle 102 et un rotor avec un arbre de rotor sensiblement horizontal. Le rotor comprend un moyeu 103 et trois pales d'éolienne 1 s'étendant radialement à
partir du moyeu 103, chacune ayant une racine 104 de la pale d'éolienne la plus proche du moyeu 103 et une pointe 105 de la pale d'éolienne la plus éloignée du moyeu 103. Le rotor est entraîné par l'énergie du vent, il est branché directement ou indirectement (via un multiplicateur de vitesse à engrenages) au système mécanique qui utilisera l'énergie recueillie (pompe, générateur électrique...).
[0055] Comme on le voit sur la Figure 1, la pale d'éolienne 1 présente généralement une forme de section transversale qui évolue entre la pointe 105 et la racine 104 de la pale d'éolienne, correspondant à
une zone d'attache. La pale d'éolienne 1 comporte une enveloppe extérieure définissant un intrados 11 et un extrados 12 ainsi qu'un bord d'attaque 4 et un bord de fuite 5. Cette enveloppe extérieure, définissant au moins partiellement une surface extérieure de la pale d'éolienne 1, est formée, au moins en partie, de panneaux 3 de composite polymère thermoplastique. L'enveloppe extérieure est par exemple plus particulièrement formée par les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique associés à un organe raidisseur 6.
Alternativement, l'organe raidisseur 6 peut être entièrement entouré
par les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique et donc ne pas participer à la formation de l'enveloppe extérieure.
19 [0056] Les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique peuvent prendre des formes diverses telles que des bandes, des nappes, des plaques ou plus largement des pièces de composite polymère rigides.
[0057] Les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique peuvent en outre faire l'objet d'un traitement ultérieur visant à renforcer l'enveloppe extérieure et améliorer leurs propriétés mécaniques et chimiques. Le traitement peut par exemple être localisé
spécifiquement sur certaines zones de la surface extérieure de la pale d'éolienne 1 comme le long du bord d'attaque 4. Dans ce cas, le traitement peut comprendre le dépôt d'une couche de protection de matière plastique ou de métal recouvrant le bord d'attaque 4.
[0058] Comme cela est présenté en figure 2, la pale d'éolienne 1 comporte également au moins un organe raidisseur 6 longitudinal en composite polymère thermoplastique à l'intérieur de ladite pale d'éolienne 1, s'étendant suivant un axe longitudinal A de la pale d'éolienne. L'organe raidisseur 6 est disposé entre au moins un panneau définissant le bord d'attaque 4 et au moins un panneau définissant le bord de fuite 5.
[0059] Comme cela est présenté à la figure 2, la pale d'éolienne selon l'invention peut présenter un bord d'attaque constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur 6. En effet, la présente invention, basée au moins en partie sur l'utilisation de composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réaliser de nouvelles conceptions de pale d'éolienne aussi bien dans la forme comme cela est présenté à la figure 2 avec un bord d'attaque constitué en une seule pièce monolithique soudée à
l'organe raidisseur 6 que dans la méthode d'assemblage comme cela sera détaillé par la suite.
[0060] Les éléments de panneau 3 et l'organe raidisseur sont reliés de manière à constituer ensemble au moins une partie de l'enveloppe extérieure de la pale d'éolienne.
[0061] L'organe raidisseur 6 confère stabilité et rigidité locale accrues par rapport au panneau de composite polymère thermoplastique seul. L'organe raidisseur 6 s'étend suivant un axe longitudinal A
de la pale d'éolienne à l'intérieur de ladite pale d'éolienne 1 de façon à en stabiliser la structure. De préférence, l'organe raidisseur 6 comporte un composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
5 [0062] Comme cela est présenté en figure 2, l'organe raidisseur 6 a la forme d'une poutre en I comportant une âme 61 et deux semelles 62 reliées entre elles par l'âme 61. L'âme peut être formée d'un assemblage comportant un composite en polymères thermoplastiques enfermant une structure à faible densité. Cet agencement forme une 10 structure de type sandwich où la structure à faible densité est entourée par un ou plusieurs panneaux de composite polymère thermoplastique. Alternativement, l'organe raidisseur 6 peut prendre la forme d'un tube présentant une section ayant une forme de quadrilatère (de préférence carré ou rectangle) pouvant ainsi 15 correspondre à un organe raidisseur comportant deux âmes et deux semelles [0063] Comme cela est présenté dans la figure 3, les semelles 62 peuvent être formées par un empilement de ruban 63 en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique
[0057] Les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique peuvent en outre faire l'objet d'un traitement ultérieur visant à renforcer l'enveloppe extérieure et améliorer leurs propriétés mécaniques et chimiques. Le traitement peut par exemple être localisé
spécifiquement sur certaines zones de la surface extérieure de la pale d'éolienne 1 comme le long du bord d'attaque 4. Dans ce cas, le traitement peut comprendre le dépôt d'une couche de protection de matière plastique ou de métal recouvrant le bord d'attaque 4.
[0058] Comme cela est présenté en figure 2, la pale d'éolienne 1 comporte également au moins un organe raidisseur 6 longitudinal en composite polymère thermoplastique à l'intérieur de ladite pale d'éolienne 1, s'étendant suivant un axe longitudinal A de la pale d'éolienne. L'organe raidisseur 6 est disposé entre au moins un panneau définissant le bord d'attaque 4 et au moins un panneau définissant le bord de fuite 5.
[0059] Comme cela est présenté à la figure 2, la pale d'éolienne selon l'invention peut présenter un bord d'attaque constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur 6. En effet, la présente invention, basée au moins en partie sur l'utilisation de composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réaliser de nouvelles conceptions de pale d'éolienne aussi bien dans la forme comme cela est présenté à la figure 2 avec un bord d'attaque constitué en une seule pièce monolithique soudée à
l'organe raidisseur 6 que dans la méthode d'assemblage comme cela sera détaillé par la suite.
[0060] Les éléments de panneau 3 et l'organe raidisseur sont reliés de manière à constituer ensemble au moins une partie de l'enveloppe extérieure de la pale d'éolienne.
[0061] L'organe raidisseur 6 confère stabilité et rigidité locale accrues par rapport au panneau de composite polymère thermoplastique seul. L'organe raidisseur 6 s'étend suivant un axe longitudinal A
de la pale d'éolienne à l'intérieur de ladite pale d'éolienne 1 de façon à en stabiliser la structure. De préférence, l'organe raidisseur 6 comporte un composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
5 [0062] Comme cela est présenté en figure 2, l'organe raidisseur 6 a la forme d'une poutre en I comportant une âme 61 et deux semelles 62 reliées entre elles par l'âme 61. L'âme peut être formée d'un assemblage comportant un composite en polymères thermoplastiques enfermant une structure à faible densité. Cet agencement forme une 10 structure de type sandwich où la structure à faible densité est entourée par un ou plusieurs panneaux de composite polymère thermoplastique. Alternativement, l'organe raidisseur 6 peut prendre la forme d'un tube présentant une section ayant une forme de quadrilatère (de préférence carré ou rectangle) pouvant ainsi 15 correspondre à un organe raidisseur comportant deux âmes et deux semelles [0063] Comme cela est présenté dans la figure 3, les semelles 62 peuvent être formées par un empilement de ruban 63 en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique
20 comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique. De façon préférée, les semelles 62 sont reliées à l'âme 61 par une interface de type soudure 7.
Alternativement, les semelles 62 peuvent être reliées à l'âme 61 par de la colle époxydes ou polyesters ou polyuréthannes.
[0064] La figure 3 représente une vue agrandie de l'interface de type soudure 7 reliant un panneau de composite polymère thermoplastique à l'organe raidisseur 6.
[0065] L'interface de type soudure 7 présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm, de préférence supérieure ou égale à 1 mm, de façon plus préférée supérieure ou égale à 2 mm.
[0066] L'épaisseur de l'interface de type soudure 7 peut être mesurée par des méthodes conventionnelles par exemple à partir d'une coupe verticale de ladite interface de type soudure 7.
[0067] Lorsque l'interface de type soudure 7 permet de relier un panneau de composite polymère thermoplastique à l'organe raidisseur 6, alors elle s'étend suivant un axe longitudinal A de la pale
Alternativement, les semelles 62 peuvent être reliées à l'âme 61 par de la colle époxydes ou polyesters ou polyuréthannes.
[0064] La figure 3 représente une vue agrandie de l'interface de type soudure 7 reliant un panneau de composite polymère thermoplastique à l'organe raidisseur 6.
[0065] L'interface de type soudure 7 présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm, de préférence supérieure ou égale à 1 mm, de façon plus préférée supérieure ou égale à 2 mm.
[0066] L'épaisseur de l'interface de type soudure 7 peut être mesurée par des méthodes conventionnelles par exemple à partir d'une coupe verticale de ladite interface de type soudure 7.
[0067] Lorsque l'interface de type soudure 7 permet de relier un panneau de composite polymère thermoplastique à l'organe raidisseur 6, alors elle s'étend suivant un axe longitudinal A de la pale
21 d'éolienne. La figure 3 ne représente qu'une vue en coupe de l'interface de type soudure 7 mais cette dernière s'étend de préférence sur toute la longueur de l'organe raidisseur. Ainsi, l'interface de type soudure peut présenter une longueur supérieure à 5 mètres, de préférence supérieure à 10 mètres et de façon encore plus préférée, supérieure à 20 mètres.
[0068] Sur la représentation selon la figure 3, il est également possible de discerner la présence, entre deux panneaux 3 de composite polymère thermoplastique, d'une structure à faible densité 8. En effet, de façon préférée, les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique formant au moins partiellement l'enveloppe extérieure enferment une structure à faible densité 8. Cet agencement forme une structure de type sandwich où la structure à
faible densité 8 est entourée par un ou plusieurs panneaux 3 de composite polymère thermoplastique. La structure à faible densité
présente généralement une densité inférieure à 200 kg/m3, de préférence inférieure à 150 kg/m3, et de façon encore plu préférée inférieure à 75 kg/m3. La structure à faible densité est par exemple sélectionnée parmi du bois (tel que du balsa), une structure en nid d'abeille ou du plastique expansé ou moussé (tel que du polystyrène expansé ou de la mousse de PET (polyethylene terephtalate), ou de PVC (polychlorure de vinyle).
[0069] Selon un autre aspect, l'invention porte sur une pièce de pale d'éolienne 2 en composite polymère thermoplastique pour former une pale d'éolienne 1 selon l'invention où le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0070] De façon préférée, le composite polymère thermoplastique de la pièce 2 de pale d'éolienne est recouvert au moins partiellement d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique d'au moins 1 mm, de préférence d'au moins 2 mm, de façon plus préférée d'au moins 3 mm d'épaisseur par exemple sur une surface destinée à être soudée. Le composite polymère thermoplastique est plus particulièrement recouvert de cette couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau d'une zone d'interface
[0068] Sur la représentation selon la figure 3, il est également possible de discerner la présence, entre deux panneaux 3 de composite polymère thermoplastique, d'une structure à faible densité 8. En effet, de façon préférée, les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique formant au moins partiellement l'enveloppe extérieure enferment une structure à faible densité 8. Cet agencement forme une structure de type sandwich où la structure à
faible densité 8 est entourée par un ou plusieurs panneaux 3 de composite polymère thermoplastique. La structure à faible densité
présente généralement une densité inférieure à 200 kg/m3, de préférence inférieure à 150 kg/m3, et de façon encore plu préférée inférieure à 75 kg/m3. La structure à faible densité est par exemple sélectionnée parmi du bois (tel que du balsa), une structure en nid d'abeille ou du plastique expansé ou moussé (tel que du polystyrène expansé ou de la mousse de PET (polyethylene terephtalate), ou de PVC (polychlorure de vinyle).
[0069] Selon un autre aspect, l'invention porte sur une pièce de pale d'éolienne 2 en composite polymère thermoplastique pour former une pale d'éolienne 1 selon l'invention où le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0070] De façon préférée, le composite polymère thermoplastique de la pièce 2 de pale d'éolienne est recouvert au moins partiellement d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique d'au moins 1 mm, de préférence d'au moins 2 mm, de façon plus préférée d'au moins 3 mm d'épaisseur par exemple sur une surface destinée à être soudée. Le composite polymère thermoplastique est plus particulièrement recouvert de cette couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau d'une zone d'interface
22 d'assemblage destinée à former la future interface de type soudure.
Cela permet notamment d'éviter l'apparition de zones à moindre concentration en polymère thermoplastique. Alternativement, la pièce 2 de pale d'éolienne peut présenter au moins une face recouverte de la couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0071] Selon un autre aspect et comme cela est présenté en figure 5, l'invention porte sur procédé de fabrication d'une pale d'éolienne 1 selon l'invention, à partir d'au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit procédé
comprenant les étapes de :
- disposer 220 les deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage 71, - chauffer 230 pour faire fondre la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface d'assemblage 71, et - appliquer 240 une pression à l'interface pour souder ensemble les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de façon à former une interface de type soudure 7.
[0072] La matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique peut être fondue par une technique sélectionnée parmi : soudage par ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif, soudage par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par infrarouge ou par rayonnement ultraviolet. De préférence elle est fondue par soudage par fil résistif. Le soudage selon l'invention peut être réalisé avec ou sans apport de matière thermoplastique (méth)acrylique d'apport.
[0073] De façon préférée, lors de l'étape de chauffage 230, la température au niveau de l'interface d'assemblage 71 est comprise entre 160 et 300 C. Cette température peut être mesurée classiquement par thermomètre infrarouge.
Cela permet notamment d'éviter l'apparition de zones à moindre concentration en polymère thermoplastique. Alternativement, la pièce 2 de pale d'éolienne peut présenter au moins une face recouverte de la couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0071] Selon un autre aspect et comme cela est présenté en figure 5, l'invention porte sur procédé de fabrication d'une pale d'éolienne 1 selon l'invention, à partir d'au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit procédé
comprenant les étapes de :
- disposer 220 les deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage 71, - chauffer 230 pour faire fondre la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface d'assemblage 71, et - appliquer 240 une pression à l'interface pour souder ensemble les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de façon à former une interface de type soudure 7.
[0072] La matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique peut être fondue par une technique sélectionnée parmi : soudage par ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif, soudage par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par infrarouge ou par rayonnement ultraviolet. De préférence elle est fondue par soudage par fil résistif. Le soudage selon l'invention peut être réalisé avec ou sans apport de matière thermoplastique (méth)acrylique d'apport.
[0073] De façon préférée, lors de l'étape de chauffage 230, la température au niveau de l'interface d'assemblage 71 est comprise entre 160 et 300 C. Cette température peut être mesurée classiquement par thermomètre infrarouge.
23 [0074] En outre, le procédé 200 de fabrication d'une pale d'éolienne selon l'invention peut comprendre une étape 210 préalable de fabrication de pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0075] L'étape 210 de fabrication de pièce de pale d'éolienne, comprenant les sous-étapes suivantes :
- imprégnation 211 d'un renfort fibreux avec une composition liquide (méth)acrylique, - polymérisation 212 de la composition liquide (méth)acrylique, imprégnant ledit renfort fibreux.
[0076] Un des avantages de la présente invention est que les pièces 2 de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique peuvent être fabriquées à une température inférieure à 150 C, de préférence inférieure à 140 C, de façon encore plus préférée inférieure à 125 C, de façon avantageuse inférieure à 120 C, de façon plus avantageuse inférieure à 110 C et de façon encore plus avantageuse inférieure à
100 C. Par exemple, l'étape d'imprégnation du renfort fibreux avec la composition liquide (méth)acrylique est réalisée à une température inférieure à 150 C, de préférence inférieure à 120 C, de façon encore plus préférée inférieure à 100 C ou inférieure à 80 C.
En effet, la composition liquide (méth)acrylique, utilisée pour la fabrication des pièces 2 de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, est liquide à une température bien inférieure aux températures de fusion classiques des thermoplastiques classiques.
Ainsi, cela permet de réaliser les pièces de pale d'éolienne qui sont de très grande dimension sans avoir à mettre en uvre des procédés où lesdites pièces sont chauffées à des températures élevées. Ainsi, il faut comprendre que les procédés pouvant être utilisés pour fabriquer ces pièces ne nécessitent pas une étape de chauffage à une température élevée comme cela aurait pu être le cas avec un thermoplastique classique.
[0075] L'étape 210 de fabrication de pièce de pale d'éolienne, comprenant les sous-étapes suivantes :
- imprégnation 211 d'un renfort fibreux avec une composition liquide (méth)acrylique, - polymérisation 212 de la composition liquide (méth)acrylique, imprégnant ledit renfort fibreux.
[0076] Un des avantages de la présente invention est que les pièces 2 de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique peuvent être fabriquées à une température inférieure à 150 C, de préférence inférieure à 140 C, de façon encore plus préférée inférieure à 125 C, de façon avantageuse inférieure à 120 C, de façon plus avantageuse inférieure à 110 C et de façon encore plus avantageuse inférieure à
100 C. Par exemple, l'étape d'imprégnation du renfort fibreux avec la composition liquide (méth)acrylique est réalisée à une température inférieure à 150 C, de préférence inférieure à 120 C, de façon encore plus préférée inférieure à 100 C ou inférieure à 80 C.
En effet, la composition liquide (méth)acrylique, utilisée pour la fabrication des pièces 2 de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, est liquide à une température bien inférieure aux températures de fusion classiques des thermoplastiques classiques.
Ainsi, cela permet de réaliser les pièces de pale d'éolienne qui sont de très grande dimension sans avoir à mettre en uvre des procédés où lesdites pièces sont chauffées à des températures élevées. Ainsi, il faut comprendre que les procédés pouvant être utilisés pour fabriquer ces pièces ne nécessitent pas une étape de chauffage à une température élevée comme cela aurait pu être le cas avec un thermoplastique classique.
24 [0077] L'étape 210 de fabrication de pièce 2 de pale d'éolienne peut également comprendre une sous-étape 213 de dépôt d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique. Ce dépôt peut être de préférence au niveau d'une zone d'interface d'assemblage destinée à
former la future interface de type soudure. Alternativement, le dépôt est réalisé sur l'intégralité de la pièce 2 de pale d'éolienne.
[0078] En ce qui concerne l'étape 210 de fabrication de pièces de pale d'éolienne, différents procédés peuvent être utilisés pour fabriquer ces pièces. Il peut être mentionné l'infusion de résine assistée par le vide (VARI), la pultrusion, le moulage par infusion sous vide, le moulage par infusion sous pression, le moulage à
l'autoclave, le moulage par transfert de résine (RTM) et des variantes de celui-ci telles que (HP-RTM, C-RTM, I-RTM), le moulage par réaction-injection (RIM), le moulage par réaction-injection renforcée (R-RIM) et des variantes de celui-ci, le moulage à la presse, le moulage par compression, le moulage par compression de liquide (LCM) ou le moulage en feuille (SMC) ou le moulage en vrac (BMC). De préférence, les pièces de pale d'éolienne en composite polymère sont fabriquées par moulage par injection basse pression, moulage par infusion ou par moulage de rubans de composite polymère thermoplastique (méth)acrylique, par exemple des rubans pré-imprégnés.
[0079] Un premier procédé de fabrication préféré pour fabriquer des pièces de pale d'éolienne est un procédé selon lequel la composition liquide (méth)acrylique est transférée sur le renfort fibreux par imprégnation du renfort fibreux dans un moule. Les procédés nécessitant un moule sont énumérés ci-dessus et comprennent le mot moulage.
[0080] Un deuxième procédé de fabrication préféré pour fabriquer des pièces de pale d'éolienne sont des procédés selon lesquels la composition liquide est utilisée dans le procédé de pultrusion. Les fibres sont guidées par l'intermédiaire d'un lot de résine comprenant la composition selon l'invention. Les fibres sous forme de renfort fibreux sont, par exemple, sous la forme d'un stratifil unidirectionnel ou un mat de filament continu. Après imprégnation dans le lot de résine, les fibres mouillées sont tirées à travers une filière chauffée, où la polymérisation se produit.
[0081] Un troisième procédé de fabrication préféré est l'infusion de résine assistée par le vide (VARI).
5 [0082] Le procédé de fabrication de pièces de pale d'éolienne, mais également de pièces ou produits mécaniques ou structurés, peut comprendre en outre l'étape de post-formage. Le post-formage comprend une flexion ainsi qu'une modification de la forme de la pièce composite. Le procédé de fabrication de pièces de pale 10 d'éolienne peut comprendre en outre une étape de laminage.
[0083] Les pièces thermoplastiques obtenues par les procédés selon l'invention peuvent être post-formées après polymérisation de la composition liquide de l'invention. Le formage comprend une flexion ainsi qu'une modification de la forme de la pièce composite.
[0084]En ce qui concerne la composition liquide (méth)acrylique, elle peut comprendre un monomère (méth)acrylique, un polymère (méth)acrylique précurseur et un amorceur radicalaire tel que cela est décrit dans W02013/056845 et W02014/013028.
[0085] En outre, pendant l'imprégnation, lors de la préparation de composite polymère, la viscosité de la composition liquide (méth)acrylique, ou sirop d'imprégnation, doit être régulée et adaptée de manière à ne pas être trop fluide ou trop visqueux, afin d'imprégner correctement chaque fibre du renfort fibreux. Lorsque le mouillage est partiel, soit parce que le sirop est trop fluide ou trop visqueux, des zones nues , c'est-à-dire des zones non imprégnées, et des zones dans lesquelles des gouttes de polymère se forment sur les fibres, qui sont la cause de la formation de bulles, respectivement, apparaissent. Ces zones nues et ces bulles conduisent à l'apparition de défauts dans le matériau composite final, qui sont la cause, entre autres, d'une perte de résistance mécanique du matériau composite final. De plus, en cas d'utilisation sans imprégnation, il est souhaitable de disposer d'une composition liquide qui polymérise rapidement avec une bonne conversion afin d'augmenter la productivité.
[0086] Ainsi, ladite composition liquide (méth)acrylique présente de préférence une viscosité dynamique comprise entre 10 mPa*s et 000 mPa*s à 25 C. La viscosité dynamique de la composition liquide ou du sirop (méth)acrylique est dans une plage de 10 mPa*s 5 à 10000 mPa*s, de préférence de 20 mPa*s à 7000 mPa*s et avantageusement de 20 mPa*s à 5000 mPa*s. La viscosité de la composition liquide (méth)acrylique, ou sirop (méth)acrylique liquide, peut être aisément mesurée avec un rhéomètre ou un viscosimètre. La viscosité dynamique est mesurée à 25 C. Si le sirop 10 (méth)acrylique liquide présente un comportement newtonien, c'est-à-dire sans fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique est indépendante du cisaillement dans un rhéomètre ou de la vitesse du mobile dans un viscosimètre. Si la composition liquide présente un comportement non newtonien, c'est-à-dire avec fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique est mesurée à un taux de cisaillement de 1s-1 à 25 C.
[0087] Le monomère (méth)acrylique, le monomère est choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, des monomères alkylacryliques, des monomères alkylméthacryliques, des monomères hydroxyalkylacryliques et des monomères hydroxyalkylméthacryliques, et des mélanges de ceux-ci.
[0088] De préférence, le monomère (méth)acrylique est choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, des monomères hydroxyalkylacryliques, des monomères hydroxyalkylméthacryliques, des monomères alkylacryliques, des monomères alkylméthacryliques et des mélanges de ceux-ci, le groupe alkyle contenant de 1 à
22 carbones linéaires, ramifiés ou cycliques ; le groupe alkyle contenant de préférence de 1 à 12 carbones linéaires, ramifiés ou cycliques.
[0089]Avantageusement, le monomère (méth)acrylique est choisi parmi les méthacrylate de méthyle, méthacrylate d'éthyle, acrylate de méthyle, acrylate d'éthyle, acide méthacrylique, acide acrylique, acrylate de n-butyle, acrylate d'isobutyle, méthacrylate de n-butyle, méthacrylate d'isobutyle, acrylate de cyclohexyle, méthacrylate de cyclohexyle, acrylate d'isobornyle, méthacrylate d'isobornyle, acrylate d'hydroxyéthyle et méthacrylate de hydroxyéthyle, et des mélanges de ceux-ci.
[0090] Selon un mode de réalisation préféré, au moins 50 % en poids et de préférence au moins 60 % en poids du monomère (méth)acrylique est du méthacrylate de méthyle.
[0091] Selon un premier mode de réalisation plus préféré, au moins 50 % en poids, de préférence au moins 60 % en poids, plus préférablement au moins 70 % en poids, avantageusement au moins 80 %
en poids et encore plus avantageusement 90 % en poids du monomère est un mélange de méthacrylate de méthyle avec facultativement au moins un autre monomère.
[0092]En ce qui concerne le polymère (méth)acrylique précurseur, il peut être mentionné des méthacrylates de polyalkyle ou des acrylates de polyalkyle. Selon un mode de réalisation préféré, le polymère (méth)acrylique précurseur est le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA).
[0093] Selon un mode de réalisation, l'homo- ou copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend au moins 70 %, de préférence au moins 80 %, avantageusement au moins 90 % et plus avantageusement au moins 95 % en poids de méthacrylate de méthyle.
[0094] Selon un autre mode de réalisation, le PMMA est un mélange d'au moins un homopolymère et au moins un copolymère de MMA, ou un mélange d'au moins deux homopolymères ou deux copolymères de MMA
avec un poids moléculaire moyen différent, ou un mélange d'au moins deux copolymères de MMA ayant une composition de monomères différente.
[0095] Le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 70 % à 99,7 % en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,3 % à 30 %
en poids d'au moins un monomère contenant au moins une insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle.
[0096] Ces monomères sont bien connus et il peut être particulièrement mentionné les acides acrylique et méthacrylique et des (méth)acrylates d'alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient de 1 à 12 atomes de carbone. A titre d'exemples, il peut être mentionné l'acrylate de méthyle et le (méth)acrylate d'éthyle, de butyle ou de 2-éthylhexyle. De préférence, le comonomère est un acrylate d'alkyle dans lequel le groupe alkyle contient de 1 à
4 atomes de carbone.
[0097] Selon un premier mode de réalisation préféré, le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 80 % à 99,7 %, avantageusement de 90 % à 99,7 % et plus avantageusement de 90 % à
99,5 % en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,3 % à 20 %, avantageusement de 0,3 % à 10 % et plus avantageusement de 0,5 % à
% en poids d'au moins un monomère contenant au moins une 10 insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle. De préférence, le comonomère est choisi parmi l'acrylate de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et des mélanges de ceux-ci.
[0098] Le poids moléculaire moyen en poids du polymère (méth)acrylique précurseur doit être élevé, c'est-à-dire supérieur à 50 000 g/mol et de préférence supérieur à 100 000 g/mol. Le poids moléculaire moyen en poids peut être mesuré par chromatographie d'exclusion stérique.
[0099] Le polymère (méth)acrylique précurseur est totalement soluble dans le monomère (méth)acrylique ou dans le mélange de monomères (méth)acryliques. Il permet que la viscosité du monomère (méth)acrylique ou du mélange de monomères (méth)acryliques soit augmentée. La composition liquide ou solution obtenue est généralement appelée sirop ou prépolymère . La valeur de viscosité dynamique du sirop (méth)acrylique liquide est comprise .. entre 10 mPa.s et 10 000 mPa.s. La viscosité du sirop peut être aisément mesurée avec un rhéomètre ou un viscosimètre. La viscosité
dynamique est mesurée à 25 C. Avantageusement, le sirop (méth)acrylique liquide ne contient aucun solvant additionnel ajouté
volontairement.
[00100] Le monomère (méth)acrylique ou le mélange des monomères (méth)acryliques dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide sont présents à hauteur d'au moins % en poids, de préférence d'au moins 45 % en poids, de plus préféré d'au moins 50 % en poids, avantageusement d'au moins 60 % en 35 poids et plus avantageusement d'au moins 65 % en poids la composition liquide (méth)acrylique.
[00101] Le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide est présent à hauteur d'au moins 10 % en poids, de préférence d'au moins 15 %, avantageusement d'au moins 18 % et plus avantageusement d'au moins 20 % en poids dans la composition liquide (méth)acrylique.
[00102] Le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide est présent à hauteur d'au plus 60 % en poids, de préférence d'au plus 50 %, avantageusement d'au plus 40 % et plus avantageusement d'au plus 35 % en poids dans la composition liquide (méth)acrylique.
[00103]
La composition liquide (méth)acrylique ou le sirop, les composés du sirop sont incorporés dans les pourcentages en masse suivante :
= le monomère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 40 % et 90 % en poids et de préférence entre 45 % et 85 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, = le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 10 % et 60 % en poids et avantageusement entre 15 % et 55 % en poids de la composition consistant en le(s) monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, de façon préférée, le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide est présent dans des proportions comprises entre 18 % et 30 %, de façon plus préférée entre 20 et 25 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique.
[00104]
En ce qui concerne l'amorceur radicalaire, il peut être mentionné des amorceurs de polymérisation radicalaires de préférence hydrosolubles ou des amorceurs de polymérisation radicalaires liposolubles ou partiellement liposolubles.
[00105] Les amorceurs de polymérisation radicalaires hydrosolubles sont notamment les persulfates de sodium, de potassium ou d'ammonium, utilisés seuls ou en présence d'agents réducteurs tels que les métabisulfites ou hydrosulfites de sodium, le 5 thiosulfate de sodium, le formaldéhyde sulfoxylate de sodium, un mélange de sel disodique de 2-hydroxy-2-sulfinoacide acétique, de sulfite de sodium et de sel disodique de 2-hydroxy-2-sulfoacide acétique ou encore un mélange de sel disodique de l'hydroxysulfino d'acide acétique et de sel disodique de l'hydroxysulfo d'acide 10 acétique.
[00106] Les amorceurs de polymérisation radicalaires liposolubles ou partiellement liposolubles sont notamment des peroxydes ou hydroperoxydes et des dérivés de 1 ' azobisisobutyronitrile. Les peroxydes ou hydroperoxydes sont utilisés en combinaison avec les 15 agents réducteurs décrits précédemment de façon à baisser leur température d'activation.
[00107] Le pourcentage massique d'amorceur par rapport au poids total de mélange de monomères est de préférence compris entre 0,05%
en poids et 3% en poids, de préférence entre 0,1% en poids et 2% en 20 poids.
[00108] Comme cela est présenté à la figure 5, les pales d'éolienne 1 selon l'invention peuvent comprendre plusieurs pièces 2 en composite polymère thermoplastiques où le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de
former la future interface de type soudure. Alternativement, le dépôt est réalisé sur l'intégralité de la pièce 2 de pale d'éolienne.
[0078] En ce qui concerne l'étape 210 de fabrication de pièces de pale d'éolienne, différents procédés peuvent être utilisés pour fabriquer ces pièces. Il peut être mentionné l'infusion de résine assistée par le vide (VARI), la pultrusion, le moulage par infusion sous vide, le moulage par infusion sous pression, le moulage à
l'autoclave, le moulage par transfert de résine (RTM) et des variantes de celui-ci telles que (HP-RTM, C-RTM, I-RTM), le moulage par réaction-injection (RIM), le moulage par réaction-injection renforcée (R-RIM) et des variantes de celui-ci, le moulage à la presse, le moulage par compression, le moulage par compression de liquide (LCM) ou le moulage en feuille (SMC) ou le moulage en vrac (BMC). De préférence, les pièces de pale d'éolienne en composite polymère sont fabriquées par moulage par injection basse pression, moulage par infusion ou par moulage de rubans de composite polymère thermoplastique (méth)acrylique, par exemple des rubans pré-imprégnés.
[0079] Un premier procédé de fabrication préféré pour fabriquer des pièces de pale d'éolienne est un procédé selon lequel la composition liquide (méth)acrylique est transférée sur le renfort fibreux par imprégnation du renfort fibreux dans un moule. Les procédés nécessitant un moule sont énumérés ci-dessus et comprennent le mot moulage.
[0080] Un deuxième procédé de fabrication préféré pour fabriquer des pièces de pale d'éolienne sont des procédés selon lesquels la composition liquide est utilisée dans le procédé de pultrusion. Les fibres sont guidées par l'intermédiaire d'un lot de résine comprenant la composition selon l'invention. Les fibres sous forme de renfort fibreux sont, par exemple, sous la forme d'un stratifil unidirectionnel ou un mat de filament continu. Après imprégnation dans le lot de résine, les fibres mouillées sont tirées à travers une filière chauffée, où la polymérisation se produit.
[0081] Un troisième procédé de fabrication préféré est l'infusion de résine assistée par le vide (VARI).
5 [0082] Le procédé de fabrication de pièces de pale d'éolienne, mais également de pièces ou produits mécaniques ou structurés, peut comprendre en outre l'étape de post-formage. Le post-formage comprend une flexion ainsi qu'une modification de la forme de la pièce composite. Le procédé de fabrication de pièces de pale 10 d'éolienne peut comprendre en outre une étape de laminage.
[0083] Les pièces thermoplastiques obtenues par les procédés selon l'invention peuvent être post-formées après polymérisation de la composition liquide de l'invention. Le formage comprend une flexion ainsi qu'une modification de la forme de la pièce composite.
[0084]En ce qui concerne la composition liquide (méth)acrylique, elle peut comprendre un monomère (méth)acrylique, un polymère (méth)acrylique précurseur et un amorceur radicalaire tel que cela est décrit dans W02013/056845 et W02014/013028.
[0085] En outre, pendant l'imprégnation, lors de la préparation de composite polymère, la viscosité de la composition liquide (méth)acrylique, ou sirop d'imprégnation, doit être régulée et adaptée de manière à ne pas être trop fluide ou trop visqueux, afin d'imprégner correctement chaque fibre du renfort fibreux. Lorsque le mouillage est partiel, soit parce que le sirop est trop fluide ou trop visqueux, des zones nues , c'est-à-dire des zones non imprégnées, et des zones dans lesquelles des gouttes de polymère se forment sur les fibres, qui sont la cause de la formation de bulles, respectivement, apparaissent. Ces zones nues et ces bulles conduisent à l'apparition de défauts dans le matériau composite final, qui sont la cause, entre autres, d'une perte de résistance mécanique du matériau composite final. De plus, en cas d'utilisation sans imprégnation, il est souhaitable de disposer d'une composition liquide qui polymérise rapidement avec une bonne conversion afin d'augmenter la productivité.
[0086] Ainsi, ladite composition liquide (méth)acrylique présente de préférence une viscosité dynamique comprise entre 10 mPa*s et 000 mPa*s à 25 C. La viscosité dynamique de la composition liquide ou du sirop (méth)acrylique est dans une plage de 10 mPa*s 5 à 10000 mPa*s, de préférence de 20 mPa*s à 7000 mPa*s et avantageusement de 20 mPa*s à 5000 mPa*s. La viscosité de la composition liquide (méth)acrylique, ou sirop (méth)acrylique liquide, peut être aisément mesurée avec un rhéomètre ou un viscosimètre. La viscosité dynamique est mesurée à 25 C. Si le sirop 10 (méth)acrylique liquide présente un comportement newtonien, c'est-à-dire sans fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique est indépendante du cisaillement dans un rhéomètre ou de la vitesse du mobile dans un viscosimètre. Si la composition liquide présente un comportement non newtonien, c'est-à-dire avec fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique est mesurée à un taux de cisaillement de 1s-1 à 25 C.
[0087] Le monomère (méth)acrylique, le monomère est choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, des monomères alkylacryliques, des monomères alkylméthacryliques, des monomères hydroxyalkylacryliques et des monomères hydroxyalkylméthacryliques, et des mélanges de ceux-ci.
[0088] De préférence, le monomère (méth)acrylique est choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, des monomères hydroxyalkylacryliques, des monomères hydroxyalkylméthacryliques, des monomères alkylacryliques, des monomères alkylméthacryliques et des mélanges de ceux-ci, le groupe alkyle contenant de 1 à
22 carbones linéaires, ramifiés ou cycliques ; le groupe alkyle contenant de préférence de 1 à 12 carbones linéaires, ramifiés ou cycliques.
[0089]Avantageusement, le monomère (méth)acrylique est choisi parmi les méthacrylate de méthyle, méthacrylate d'éthyle, acrylate de méthyle, acrylate d'éthyle, acide méthacrylique, acide acrylique, acrylate de n-butyle, acrylate d'isobutyle, méthacrylate de n-butyle, méthacrylate d'isobutyle, acrylate de cyclohexyle, méthacrylate de cyclohexyle, acrylate d'isobornyle, méthacrylate d'isobornyle, acrylate d'hydroxyéthyle et méthacrylate de hydroxyéthyle, et des mélanges de ceux-ci.
[0090] Selon un mode de réalisation préféré, au moins 50 % en poids et de préférence au moins 60 % en poids du monomère (méth)acrylique est du méthacrylate de méthyle.
[0091] Selon un premier mode de réalisation plus préféré, au moins 50 % en poids, de préférence au moins 60 % en poids, plus préférablement au moins 70 % en poids, avantageusement au moins 80 %
en poids et encore plus avantageusement 90 % en poids du monomère est un mélange de méthacrylate de méthyle avec facultativement au moins un autre monomère.
[0092]En ce qui concerne le polymère (méth)acrylique précurseur, il peut être mentionné des méthacrylates de polyalkyle ou des acrylates de polyalkyle. Selon un mode de réalisation préféré, le polymère (méth)acrylique précurseur est le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA).
[0093] Selon un mode de réalisation, l'homo- ou copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend au moins 70 %, de préférence au moins 80 %, avantageusement au moins 90 % et plus avantageusement au moins 95 % en poids de méthacrylate de méthyle.
[0094] Selon un autre mode de réalisation, le PMMA est un mélange d'au moins un homopolymère et au moins un copolymère de MMA, ou un mélange d'au moins deux homopolymères ou deux copolymères de MMA
avec un poids moléculaire moyen différent, ou un mélange d'au moins deux copolymères de MMA ayant une composition de monomères différente.
[0095] Le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 70 % à 99,7 % en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,3 % à 30 %
en poids d'au moins un monomère contenant au moins une insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle.
[0096] Ces monomères sont bien connus et il peut être particulièrement mentionné les acides acrylique et méthacrylique et des (méth)acrylates d'alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient de 1 à 12 atomes de carbone. A titre d'exemples, il peut être mentionné l'acrylate de méthyle et le (méth)acrylate d'éthyle, de butyle ou de 2-éthylhexyle. De préférence, le comonomère est un acrylate d'alkyle dans lequel le groupe alkyle contient de 1 à
4 atomes de carbone.
[0097] Selon un premier mode de réalisation préféré, le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 80 % à 99,7 %, avantageusement de 90 % à 99,7 % et plus avantageusement de 90 % à
99,5 % en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,3 % à 20 %, avantageusement de 0,3 % à 10 % et plus avantageusement de 0,5 % à
% en poids d'au moins un monomère contenant au moins une 10 insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle. De préférence, le comonomère est choisi parmi l'acrylate de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et des mélanges de ceux-ci.
[0098] Le poids moléculaire moyen en poids du polymère (méth)acrylique précurseur doit être élevé, c'est-à-dire supérieur à 50 000 g/mol et de préférence supérieur à 100 000 g/mol. Le poids moléculaire moyen en poids peut être mesuré par chromatographie d'exclusion stérique.
[0099] Le polymère (méth)acrylique précurseur est totalement soluble dans le monomère (méth)acrylique ou dans le mélange de monomères (méth)acryliques. Il permet que la viscosité du monomère (méth)acrylique ou du mélange de monomères (méth)acryliques soit augmentée. La composition liquide ou solution obtenue est généralement appelée sirop ou prépolymère . La valeur de viscosité dynamique du sirop (méth)acrylique liquide est comprise .. entre 10 mPa.s et 10 000 mPa.s. La viscosité du sirop peut être aisément mesurée avec un rhéomètre ou un viscosimètre. La viscosité
dynamique est mesurée à 25 C. Avantageusement, le sirop (méth)acrylique liquide ne contient aucun solvant additionnel ajouté
volontairement.
[00100] Le monomère (méth)acrylique ou le mélange des monomères (méth)acryliques dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide sont présents à hauteur d'au moins % en poids, de préférence d'au moins 45 % en poids, de plus préféré d'au moins 50 % en poids, avantageusement d'au moins 60 % en 35 poids et plus avantageusement d'au moins 65 % en poids la composition liquide (méth)acrylique.
[00101] Le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide est présent à hauteur d'au moins 10 % en poids, de préférence d'au moins 15 %, avantageusement d'au moins 18 % et plus avantageusement d'au moins 20 % en poids dans la composition liquide (méth)acrylique.
[00102] Le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide est présent à hauteur d'au plus 60 % en poids, de préférence d'au plus 50 %, avantageusement d'au plus 40 % et plus avantageusement d'au plus 35 % en poids dans la composition liquide (méth)acrylique.
[00103]
La composition liquide (méth)acrylique ou le sirop, les composés du sirop sont incorporés dans les pourcentages en masse suivante :
= le monomère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 40 % et 90 % en poids et de préférence entre 45 % et 85 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, = le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 10 % et 60 % en poids et avantageusement entre 15 % et 55 % en poids de la composition consistant en le(s) monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, de façon préférée, le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide est présent dans des proportions comprises entre 18 % et 30 %, de façon plus préférée entre 20 et 25 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique.
[00104]
En ce qui concerne l'amorceur radicalaire, il peut être mentionné des amorceurs de polymérisation radicalaires de préférence hydrosolubles ou des amorceurs de polymérisation radicalaires liposolubles ou partiellement liposolubles.
[00105] Les amorceurs de polymérisation radicalaires hydrosolubles sont notamment les persulfates de sodium, de potassium ou d'ammonium, utilisés seuls ou en présence d'agents réducteurs tels que les métabisulfites ou hydrosulfites de sodium, le 5 thiosulfate de sodium, le formaldéhyde sulfoxylate de sodium, un mélange de sel disodique de 2-hydroxy-2-sulfinoacide acétique, de sulfite de sodium et de sel disodique de 2-hydroxy-2-sulfoacide acétique ou encore un mélange de sel disodique de l'hydroxysulfino d'acide acétique et de sel disodique de l'hydroxysulfo d'acide 10 acétique.
[00106] Les amorceurs de polymérisation radicalaires liposolubles ou partiellement liposolubles sont notamment des peroxydes ou hydroperoxydes et des dérivés de 1 ' azobisisobutyronitrile. Les peroxydes ou hydroperoxydes sont utilisés en combinaison avec les 15 agents réducteurs décrits précédemment de façon à baisser leur température d'activation.
[00107] Le pourcentage massique d'amorceur par rapport au poids total de mélange de monomères est de préférence compris entre 0,05%
en poids et 3% en poids, de préférence entre 0,1% en poids et 2% en 20 poids.
[00108] Comme cela est présenté à la figure 5, les pales d'éolienne 1 selon l'invention peuvent comprendre plusieurs pièces 2 en composite polymère thermoplastiques où le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de
25 polymère thermoplastique (méth)acrylique et où lesdites pièces 2 de pale d'éolienne comportent des zones d'interface d'assemblage 71 permettant de les souder rapidement et aisément à un organe raidisseur 6.
[00109] Ainsi, l'invention propose des pales d'éolienne pouvant 30 être fabriquées plus rapidement que les pales d'éolienne classiques tout en étant recyclables et satisfaisantes d'un point de vue stabilité mécanique et chimique. L'invention permet également assemblages, réparations ou ajustements aisés et rapides sur le site d'installation.
[00110] Tous ces avantages contribuent donc à réduire les coûts de production et d'installation de telles éoliennes.
[00109] Ainsi, l'invention propose des pales d'éolienne pouvant 30 être fabriquées plus rapidement que les pales d'éolienne classiques tout en étant recyclables et satisfaisantes d'un point de vue stabilité mécanique et chimique. L'invention permet également assemblages, réparations ou ajustements aisés et rapides sur le site d'installation.
[00110] Tous ces avantages contribuent donc à réduire les coûts de production et d'installation de telles éoliennes.
Claims (33)
1. Pale d'éolienne (1) comportant une enveloppe extérieure formée, au moins en partie, de panneaux (3) de composite polymère thermoplastique, définissant un bord d'attaque (4) et un bord de fuite (5) de la pale d'éolienne, et au moins un organe raidisseur (6) en composite polymère, s'étendant suivant un axe longitudinal (A) de la pale d'éolienne, à l'intérieur de ladite pale d'éolienne (1), ledit organe raidisseur (6) étant disposé entre au moins un panneau définissant le bord d'attaque (4) et au moins un panneau définissant le bord de fuite (5), caractérisée en ce que le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique et en ce que au moins un panneau (3) de composite polymère thermoplastique est relié à l'organe raidisseur (6) par une interface de type soudure (7).
2. Pale d'éolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le renfort fibreux est à base de fibres présentant un rapport de forme d'au moins 1000.
3. Pale d'éolienne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle ne comprend pas plus de 50 %, de préférence pas plus de 30%, en poids de polymère thermodurcissable.
4. Pale d'éolienne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle ne comprend pas plus de 15 %, de préférence pas plus de 10%, en poids de polymère thermodurcissable
5. Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle ne comprend pas plus de 10 %, de préférence pas plus de 8%, en poids de colle thermodurcissable.
6. Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle ne comprend pas plus de 6 %, de préférence pas plus de 5%, en poids de colle thermodurcissable
7. Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le polymère thermoplastique (méth)acrylique est sélectionné parmi le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ou les copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), ou leurs mélange.
8. Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le renfort fibreux comporte des fibres sélectionnées parmi des fibres de carbone, ou des fibres de verre, des fibres de basalte ou des fibres à base de polymères, ou des fibres végétales, seules ou en mélange.
9. Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la matrice de polymère thermoplastique comprend en outre un ou plusieurs additifs ou charges.
10.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le polymère thermoplastique (méth)acrylique possède une température de transition vitreuse (Tg) comprise entre 50°C et 160°C.
11.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'organe raidisseur (6) a la forme d'une poutre en I comportant une âme (61) et deux semelles (62) reliées entre elles par l'âme (61).
12.Pale d'éolienne selon la revendication 11, caractérisée en ce que les semelles (62) sont formées par un empilement de rubans (63) en composite polymère thermoplastique, de préférence pré-imprégnés, ou par des pièces composites moulés par infusion ou injection basse pression.
13.Pale d'éolienne selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que les semelles (62) sont reliées à l'âme (61) par une interface de type soudure (7).
14.Pale d'éolienne selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que les semelles (62) sont reliées à l'âme (61) par de la colle époxydes ou polyesters ou polyuréthanes.
15.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que l'interface de type soudure (7) présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm, de préférence supérieure ou égale à 1 mm.
16.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que le bord d'attaque est constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur (6).
17.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que les panneaux (3) de composite polymère thermoplastique formant l'enveloppe extérieure enferment une structure à faible densité (8), telle que du bois, une structure en nid d'abeille ou du plastic expansé.
18.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un filament résistif positionné au niveau de l'interface de type soudure (7).
19.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que l'interface de type soudure présente une longueur supérieure à 5 mètres, de préférence supérieure à 10 mètres.
20.Pale d'éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que l'interface de type soudure (7) s'étend suivant l'axe longitudinal (A) de la pale d'éolienne.
21.Pièce (2) de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique pour former une pale d'éolienne (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
22.Pièce (2) de pale d'éolienne en composite polymère selon la revendication 21 caractérisée en ce que le composite polymère thermoplastique est recouvert, au moins partiellement, d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique d'au moins 1 mm d'épaisseur.
23.Procédé (200) de fabrication d'une pale d'éolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, à partir d'au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit procédé comprenant les étapes de :
- disposer (220) au moins deux pièces (2) de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage (71), - chauffer (230) pour faire fondre la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface d'assemblage (71), et - appliquer (240) une pression à l'interface pour souder ensemble les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de façon à former une interface de type soudure (7).
- disposer (220) au moins deux pièces (2) de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage (71), - chauffer (230) pour faire fondre la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface d'assemblage (71), et - appliquer (240) une pression à l'interface pour souder ensemble les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique de façon à former une interface de type soudure (7).
24.Procédé de fabrication selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape préalable de fabrication (210) de pièce de pale d'éolienne, comprenant les sous-étapes suivantes :
- imprégnation (211) d'un renfort fibreux avec une composition liquide (méth)acrylique, - polymérisation (212) de la composition liquide (méth)acrylique, imprégnant ledit renfort fibreux.
- imprégnation (211) d'un renfort fibreux avec une composition liquide (méth)acrylique, - polymérisation (212) de la composition liquide (méth)acrylique, imprégnant ledit renfort fibreux.
25.Procédé de fabrication selon la revendication 24, caractérisé en ce que la composition liquide (méth)acrylique comprenne un monomère (méth)acrylique, un polymère (méth)acrylique précurseur et un amorceur radicalaire.
26.Procédé de fabrication selon la revendication 25, caractérisé en ce que le monomère (méth)acrylique dans la composition liquide (méth)acrylique est présent à hauteur d'au moins 40 % en poids, de préférence d'au moins 45 % en poids, de plus préféré d'au moins 50 % en poids, avantageusement d'au moins 60 % en poids et plus avantageusement d'au moins 65 % en poids la composition liquide (méth)acrylique.
27.Procédé de fabrication selon la revendication 25, caractérisé en ce que le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition liquide (méth)acrylique est présent à hauteur d'au moins 10 % en poids, de préférence d'au moins 15 %, avantageusement d'au moins 18 % et plus avantageusement d'au moins 20 % en poids de la composition liquide (méth)acrylique.
28.Procédé de fabrication selon la revendication 25, caractérisé en ce que le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide est présent à hauteur d'au plus 60 % en poids, de préférence d'au plus 50 %, avantageusement d'au plus 40 % et plus avantageusement d'au plus 35 % en poids de la composition liquide (méth)acrylique.
29. Procédé de fabrication selon la revendication 25, caractérisé en ce que dans la composition liquide (méth)acrylique, les composés sont incorporés dans les pourcentages en masse suivante :
.cndot. le monomère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 40 % et 90 % en poids et de préférence entre 45 % et 85 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, .cndot. le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 10 % et 60 % en poids et avantageusement entre 15 % et 55 % en poids de la composition consistant en le(s) monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, de façon préférée, le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide est présent dans des proportions comprises entre 18 % et 30 %, de façon plus préférée entre 20 et 25 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique.
.cndot. le monomère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 40 % et 90 % en poids et de préférence entre 45 % et 85 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, .cndot. le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide ou le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions comprises entre 10 % et 60 % en poids et avantageusement entre 15 % et 55 % en poids de la composition consistant en le(s) monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique, de façon préférée, le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide est présent dans des proportions comprises entre 18 % et 30 %, de façon plus préférée entre 20 et 25 % en poids de la composition consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique.
30.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 23 à 29, caractérisé en ce que les pièces (2) de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique sont fabriquées par moulage par injection basse pression, moulage par infusion ou par moulage de rubans pré-imprégnés de composite polymère thermoplastique (méth)acrylique.
31.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 23 à 30, caractérisé en ce que les pièces (2) de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique sont fabriquées à une température inférieure à 150°C, de préférence inférieure à 100 °C.
32.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 23 à 31, caractérisé en ce que la matrice de polymère thermoplastique est fondue (230) par une technique sélectionnée parmi : soudage par ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif, soudage par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par infrarouge ou par rayonnement ultraviolet, de préférence par soudage par fil résistif.
33.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 23 à 32, caractérisé en ce que, lors de l'étape de chauffage (230), la température au niveau de l'interface d'assemblage (71) est comprise entre 160°C et 300°C.
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