EP3596338A1 - Pale d'eolienne en composite polymere thermoplastique, piece de ladite pale et methode de fabrication - Google Patents

Pale d'eolienne en composite polymere thermoplastique, piece de ladite pale et methode de fabrication

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EP3596338A1
EP3596338A1 EP18714569.3A EP18714569A EP3596338A1 EP 3596338 A1 EP3596338 A1 EP 3596338A1 EP 18714569 A EP18714569 A EP 18714569A EP 3596338 A1 EP3596338 A1 EP 3596338A1
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EP
European Patent Office
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meth
wind turbine
acrylic
turbine blade
thermoplastic polymer
Prior art date
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Pending
Application number
EP18714569.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Virginia Bozsak
Guillaume Cledat
Pierre Gerard
Mark Hiemstra
Henk Minnema
Dirk Jan Kootstra
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0025—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings
    • B29D99/0028—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to the field of wind turbines, and more particularly blades of wind turbines manufactured from thermoplastic polymer composite.
  • the invention relates to a wind turbine blade, the parts of said wind turbine blade and the method of manufacturing said wind turbine blade.
  • Wind turbine blades are today mainly composed of polymer composite in which a fibrous reinforcement is incorporated in a polymer matrix. Indeed, the properties required for wind turbine blades include lightness, relatively high structural strength and tensile strength. This is mainly due to the fact that the wind turbine blades must withstand high mechanical loads during the operation of the wind turbine especially in the presence of strong gusts of wind.
  • the fibers of the fibrous reinforcement may typically be composed of glass, carbon, ceramic, but also natural fibers.
  • the polymer matrix mainly comprises polymers and maintains the fibers in position, transmits the tensions between the fibers and protects the fibers against external mechanical and chemical influences.
  • the polymer matrix is generally thermosetting and the thermosetting polymer composite parts are associated with each other with thermosetting resin (e.g., epoxy glues or polyesters or polyurethanes).
  • thermosetting composite materials have several disadvantages, such as high costs in recycling these materials or the accumulation of large quantities of waste if recycling is not possible.
  • Wind turbine blades incorporating thermoplastic materials have been proposed for example in the application WO2010025830, however the proposed thermoplastics are essentially proposed to constitute the junction between various pieces of wind turbine blades, and they have a relatively high sensitivity to humidity or high melting temperatures.
  • US2017 / 0058864 discloses a modulable wind turbine blade constructed from thermosetting and / or thermoplastic materials. Thermodur-thermoplastic interface is welded, however the blade contains a large part of the thermosetting materials. Therefore, there is still a need for wind turbine blades mainly comprising thermoplastics, and therefore recyclable, while offering mechanical and chemical properties that meet the needs of the wind energy sector.
  • thermosetting resins When constructing a polymer composite wind turbine blade, for example by low-pressure injection molding or infusion molding, the use of thermosetting resins generally leads to long cycle times. In addition, these polymer composite parts are then assembled during the industrial process before delivery to the installation site. Given the long cycle time observed when using a thermosetting polymer matrix, both in the manufacture of the parts and the assembly, it is necessary to identify polymers that would be able to reduce the times. cycle and therefore reduce the production time of wind turbine blades.
  • wind turbine blades generally have a length of about 40 meters or more, sometimes about 90 or 100 meters.
  • the delivery of the blades requires exceptional convoys.
  • the invention therefore aims to overcome the disadvantages of the prior art.
  • the invention aims to propose a wind turbine blade of thermoplastic polymer composite, which can be manufactured faster than conventional wind turbine blades while preferably being predominantly recyclable, resistant to the mechanical and chemical stresses to which the blades of wind turbines in operation are subjected.
  • the invention further aims to provide a method of manufacturing wind turbine blade or piece of wind turbine blade faster than existing methods and allowing, on the installation site, an assembly, a repair or easy and quick adjustments.
  • the invention relates to a wind turbine blade comprising an outer casing formed, at least in part, of thermoplastic polymer composite panels, defining a leading edge and a trailing edge of the blade of wind turbine, and at least one polymeric composite stiffening member extending along a longitudinal axis of the wind turbine blade within said wind turbine blade, said stiffening member being disposed between at least one panel defining the edge and at least one panel defining the trailing edge, characterized in that the thermoplastic polymer composite comprises a fibrous reinforcement and a (meth) acrylic thermoplastic matrix, and in that at least one polymer composite panel thermoplastic is connected to the stiffening member by a weld type interface.
  • thermosetting polymers conventionally used in these fields.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymers used in the context of the invention can be used in the most widely used industrial processes and therefore do not require, unlike thermoplastics such as polyamides, to modify the industrial tools currently used. in the construction of wind turbine blades.
  • these wind turbine blades are easily recyclable unlike blades comprising thermosetting polymer composite panels usually used in this field.
  • the presence of a weld type interface makes it possible, via a rise in temperature of the interface, to make assemblies, panel positioning adjustments or repairs to the installation site without requiring installation. special.
  • the fiber reinforcement is based on fibers having a shape ratio of at least 1000. Such a shape ratio makes it possible to obtain wind turbine blades having improved mechanical properties.
  • the wind turbine blade does not comprise more than 50%, preferably not more than 40%, more preferably not more than 30%, even more preferably not more than 20%, more advantageously not more than 15% by weight and even more preferably not more than 10% by weight of thermosetting polymers such as an epoxy resin.
  • thermosetting polymers such as an epoxy resin.
  • the wind turbine blade according to the invention has a very significant gain in terms of production time and an increased capacity to be recycled.
  • the wind turbine blade does not comprise more than 10%, preferably not more than 8%, advantageously not more than 7% by weight, more advantageously not more than 6% by weight and so still more advantageous not more than 5% by weight of thermosetting glues.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer is selected from a thermoplastic polymer resin, commonly called “syrup", which is used to impregnate the reinforcing material, for example a fiber reinforcement and which polymerizes rapidly (eg between 30 seconds and 3 hours) with a good conversion to increase productivity.
  • the thermoplastic polymer syrup constitutes the matrix of the composite material.
  • a liquid composition or a syrup comprising a (meth) acrylic monomer and a polymer
  • (meth) acrylic precursor is described in WO 2013/056845 and WO 2014/013028. These (meth) acrylic polymers are particularly suited to existing industrial processes for manufacturing wind turbine blades and give wind turbine blades satisfactory mechanical and chemical properties.
  • the thermoplastic polymer is described in WO 2013/056845 and WO 2014/013028.
  • (meth) acrylic is selected from poly (methyl methacrylate) (PMMA) or copolymers of methyl methacrylate
  • the fiber reinforcement comprises fibers selected from carbon fibers, or glass fibers, or basalt fibers or polymer-based fibers, or vegetable fibers, alone or as a mixture.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix further comprises one or more additives or fillers. All additives and optional fillers are added to the liquid (meth) acrylic syrup prior to impregnation and / or polymerization.
  • the thermoplastic polymer composite may also include other additives and fillers.
  • additives there may be mentioned organic additives such as impact modifiers or block copolymers, thermal stabilizers, UV stabilizers, lubricants and mixtures thereof.
  • the impact modifier is in the form of fine particles having an elastomeric core and at least one thermoplastic envelope, the size of the particles being generally less than 1 ⁇ m and advantageously from 50 to 300 nm.
  • the impact modifier is prepared by emulsion polymerization.
  • the proportion of impact modifiers in the thermoplastic polymer matrix is 0 to 50%, preferably 0 to 25%, and preferably 0 to 20% by weight.
  • fillers mention may be made of carbon nanotubes or mineral fillers, including mineral nanocharges (T1O2, silica).
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer has a glass transition temperature (Tg) between 50 ° C and 160 ° C, preferably between 70 ° C and 140 ° C, and even more preferably 90 ° C and 120 ° vs.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer or a portion of the (meth) acrylic thermoplastic polymer has a creep index (MFI) according to ISO 1133 (230 ° C / 3.8 kg) between less than 20 g / 10 min. .
  • MFI creep index
  • the creep index is less than 18 g / 10 min, more preferably less than 16 g / 10 min, preferably less than 13 g / 10 min. This facilitates the production of wind turbine blades and also paves the way for easy assembly, adjustment or repair at the installation site.
  • the stiffening member has the form of an "I" beam comprising a core and two flanges interconnected by the core.
  • the soles are preferably formed by a stack of thermoplastic polymer composite strips, preferably pre-impregnated, or by composite parts molded by infusion or low-pressure injection. This stack can be consolidated by welding.
  • the soles are connected to the core by a welding type interface.
  • the soles are connected to the core by epoxy glue.
  • the leading edge is formed in one piece monolithic welded to the stiffening member.
  • a thermoplastic polymer (meth) acrylic and welding type interface makes it possible to envisage new designs of blades of wind turbines and in particular blades whose leading edge is constituted in one piece monolithic welded to the stiffening member to facilitate assembly and improve the wear resistance on the leading edge.
  • the thermoplastic polymer composite panels forming the outer casing enclose a low density structure, such as wood (eg balsa), a honeycomb structure or expanded plastic.
  • the wind turbine blade comprises at least one resistive filament positioned at the welding type interface.
  • the solder type interface has a length greater than 5 meters, preferably greater than 10 meters, more preferably greater than 20 meters.
  • the solder type interface extends along a longitudinal axis of the wind turbine blade.
  • the invention further relates to a piece of thermoplastic polymer composite wind turbine blade to form a wind turbine blade according to the invention, mainly characterized in that the thermoplastic polymer composite comprises a fibrous reinforcement and a matrix of thermoplastic polymer (meth) acrylic.
  • thermoplastic polymer composite of this piece of wind turbine blade is covered at least partially with a layer of thermoplastic polymer.
  • thermoplastic polymer composite may for example be covered with this layer of (meth) acrylic thermoplastic polymer on the surface to be welded. This makes it possible in particular to avoid the appearance of zones with a lower concentration of resin at a welding type interface which could lead to embrittlement of the wind turbine blade.
  • the invention further relates to a method of manufacturing a wind turbine blade according to the invention, from at least two pieces of wind turbine blade thermoplastic polymer composite, the thermoplastic polymer composite having a fibrous reinforcement and a thermoplastic (meth) acrylic polymer matrix, said process comprising the steps of:
  • thermoplastic polymer composite wind turbine blade disposing at least two pieces of thermoplastic polymer composite wind turbine blade adjacent or overlapping at an assembly interface
  • the method further comprises a prior step of manufacturing a piece of wind turbine blade, comprising the following substeps:
  • thermoplastic polymer composite wind turbine blade parts are manufactured by low pressure injection molding, infusion molding or by molding precoated tapes of thermoplastic (meth) acrylic polymer composite.
  • the thermoplastic polymer composite wind turbine blade parts are manufactured at a temperature below 150 ° C, preferably below 120 ° C, even more preferably below 100 ° C.
  • the (meth) acrylic liquid composition used for the manufacture of thermoplastic polymer composite wind turbine blade parts is liquid at a temperature much lower than the conventional melting temperatures of conventional thermoplastics.
  • the matrix of (meth) acrylic thermoplastic polymers is melted by a technique selected from: ultrasonic welding, induction welding, resistive wire welding, friction stir welding, laser welding, infrared or ultraviolet radiation heating, preferably by resistive wire welding. during the heating step, the temperature at the assembly interface is between 160 and 300 ° C.
  • Figure 2 a simplified illustration in perspective view of a cross section of a wind turbine blade, comprising a thermoplastic polymeric composite (meth) acrylic and a welding type interface.
  • FIG. 3 is a simplified illustration of an enlargement of a junction zone between a thermoplastic (meth) acrylic polymer composite panel and a stiffening member comprising a welding type interface.
  • Figure 4 a process diagram of a preferred embodiment of a manufacturing method according to the invention. The dotted steps are optional.
  • FIG. 5 the simplified diagram illustrating an exploded perspective view of different parts constituting a wind turbine blade.
  • the "welding type interface” corresponds to the welded joint between parts, or part parts. It relates to the melted zone, that is to say the zone of thermoplastic polymer which has passed to the liquid state during the welding operation.
  • the welding according to the invention can be carried out with or without input thermoplastic material including (meth) acrylic.
  • the "I-beam” according to the invention corresponds to a structure having a cross section in the form of I or H.
  • the horizontal elements of the "I” are called soles, while the vertical element is called the core.
  • the I-beam according to the invention is preferably made of thermoplastic polymer composite.
  • resistive filament in the sense of the invention a filament comprising a material having a resistivity greater than 1 10 ⁇ 2 ⁇ mm 2 / m at 20 ° C, for example greater than 0.1 ⁇ mm 2 / m at 20 ° C.
  • the resistive filament may for example comprise metal or a metal alloy or any other organic conductive elements based on carbon such as a conductive polymeric wire or film based on carbon black, carbon nanotubes, graphenes.
  • the resistive filament has a high melting temperature and greater than the softening temperature or flow (eg glass transition) of the thermoplastic polymer (meth) acrylic according to the invention.
  • the melting temperature of the resistive filament is preferably greater than 300 ° C, more preferably greater than 500 ° C, for example greater than 750 ° C. In the case of a conductive wire or polymer film, it must have a flow temperature at least equal to that of the (meth) acrylic thermoplastic polymer.
  • polymer composite within the meaning of the invention, denotes a multicomponent material comprising at least two immiscible components in which at least one component is a polymer and the other component may for example be a fibrous reinforcement.
  • fibrous reinforcement or "fibrous substrate” is intended to mean several fibers, unidirectional rovings or a continuous filament mat, fabrics, felts or nonwovens which may be under the shape of strips, tablecloths, braids, wicks or pieces.
  • matrix means a material serving as a binder and capable of transferring forces to the fibrous reinforcement.
  • polymer matrix includes polymers but may also include other compounds or materials. Thus, the "polymer matrix
  • (meth) acrylic refers to any type of acrylic, methacrylic, block, copolymer, copolymer, oligomer, copolymer or copolymer. However, it would not be departing from the scope of the invention if the (meth) acrylic polymer matrix comprises up to 10% by weight, preferably less than 5% by weight of other non-acrylic monomers, chosen, for example, from group: butadiene, isoprene, styrene, substituted styrene such as methylstyrene or tert-butylstyrene, cyclosiloxanes, vinylnaphthalenes and vinylpyridines.
  • non-acrylic monomers chosen, for example, from group: butadiene, isoprene, styrene, substituted styrene such as methylstyrene or tert-butylstyrene, cyclosiloxanes, vinylnaphthalenes
  • polymer is meant either a copolymer or a homopolymer.
  • copolymer means a polymer comprising several different monomer units and “homopolymer” means a polymer comprising identical monomeric units.
  • block copolymer means a polymer comprising one or more uninterrupted sequences of each of the different polymeric species, the polymer blocks being chemically different from one another and being linked together by a covalent bond. These polymer blocks are still referred to as polymer blocks.
  • radical initiator within the meaning of the invention, denotes a compound that can start / initiate the polymerization of a monomer or monomers.
  • polymerization within the meaning of the invention, refers to the process for converting a monomer or a mixture of monomers into a polymer.
  • thermoplastic polymer is intended to mean a polymer that is generally solid at ambient temperature, that can be crystalline, semi-crystalline or amorphous, and that softens during a temperature increase, in particular after passing its glass transition temperature (Tg) and flows at a higher temperature and can observe a frank fusion at the passage of its so-called melting temperature (Tf) (when it is semi-crystalline), and which becomes solid again during a temperature decrease below its melting temperature and below its glass transition temperature.
  • Tg glass transition temperature
  • Tf melting temperature
  • thermoplastic polymers slightly crosslinked by the presence of multifunctional monomers or oligomers in the formulation of the "syrup" (meth) acrylate, in weight percentage, preferably less than 10%, preferably less than 5%, and so preferred less than 2% which can be thermoformed when heated above the softening temperature.
  • thermosetting polymer means a plastic material which is irreversibly converted by polymerization into an insoluble polymer network.
  • (meth) acrylic monomer any type of acrylic and methacrylic monomer.
  • (meth) acrylic polymer means a polymer essentially comprising (meth) acrylic monomers which represent at least 50% by weight or more of the polymer
  • PMMA refers to homopolymers and copolymers of methyl methacrylate (MMA), the ratio by weight MMA in PMMA is preferably at least 70% by weight for the MMA copolymer.
  • the present invention relates to a wind turbine blade whose structure comprises a thermoplastic polymer composite comprising a fiber reinforcement and a matrix of thermoplastic polymer (meth) acrylic.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymers used in the constitution of the matrix impregnating the fibrous reinforcement may be chosen from polymers and copolymers of the family of acrylics such as polyacrylates. They are more particularly selected from polymethyl methacrylate (PMMA) or its derivatives or copolymers of methyl methacrylate (MMA) or mixtures thereof.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • MMA methyl methacrylate
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer forming the thermoplastic (meth) acrylic polymer matrix, has a glass transition temperature (Tg) of between 50 ° C. and 160 ° C., preferably between 70 ° C. and 70 ° C. ° C and 140 ° C, and even more preferably 90 ° C and 120 ° C.
  • Tg glass transition temperature
  • polyamines generally have very high melting temperatures, ie from 200 ° C and higher, which does not facilitate on-site assembly as is the case according to the method of the invention. Glass transition or melting temperatures can be measured by methods well known to those skilled in the art.
  • these temperatures are measured by Differential Scanning Calorimetry according to the conditions specified in ISO 11357-2 / 2013 for Tg and ISO 11357-3 / 2011 for Tf.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer or a part of the (meth) acrylic thermoplastic polymer has a creep (MFI) according to ISO 1133 (230 ° C / 3.8 kg) less than 20 g / 10 min.
  • the creep index is less than 18 g / 10 min, more preferably less than 16 g / 10 min, preferably less than 13 g / 10 min.
  • the wind turbine blade according to the invention does not comprise more than 50% by weight, more preferably not more than 40% by weight, more preferably not more than 30% by weight. by weight, advantageously not more than 20% by weight, more advantageously not more than 15% by weight and even more advantageously not more than 10% by weight of thermosetting polymers such as epoxy resins or polyesters or polyurethanes . So far, thermosetting polymers have generally been used in the manufacture of polymer composite materials used for the formation of wind turbine blades or blades of wind turbine blades. Likewise, preferably, the wind turbine blade according to the invention does not comprise more than 10% by weight, more preferably not more than 9% by weight and even more preferably not more than 8% by weight.
  • thermosetting glues preferably thermosetting glues.
  • the gluing of the different pieces of wind turbine blades is generally carried out with thermosetting structural glue of the epoxy resin type.
  • thermoplastic polymer composite panels comprising a fibrous reinforcement and a matrix of thermoplastic polymer (meth) acrylic significantly reduces the amount of thermosetting polymer used in the blades of wind turbine and opens up possibilities not possible with panels of thermosetting polymer composite such as a recycling of a majority of the blade, as well as mountings or repairs on site facilitated.
  • the matrix of (meth) acrylic thermoplastic polymers can be obtained from the polymerizing a (meth) acrylic liquid composition comprising a (meth) acrylic monomer or a mixture of (meth) acrylic monomers, a precursor (meth) acrylic polymer and at least one radical initiator.
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix is formed of (meth) acrylic thermoplastic polymer but it may further comprise one or more additives and / or one or more fillers.
  • the carbonaceous fillers may be in particular activated carbon, natural anthracite, synthetic anthracite, carbon black, natural graphite, synthetic graphite, carbon nanofillers or mixtures thereof. They are preferably chosen from carbon nanofillers, in particular graphenes and / or carbon nanotubes and / or carbon nanofibrils or mixtures thereof. These charges make it possible to conduct electricity and heat, and consequently make it possible to improve the lubrication of the polymer matrix when it is heated. They can then reduce cycle times or facilitate assembly, adjustment or repair at the installation site.
  • the inorganic fillers include metal hydroxides, which are more particularly in the form of alumina trihydate (Al (OH) 3) or magnesium hydroxide (Mg (OH)) or magnesium oxide (MgO) calcium hydroxides and mineral fillers such as calcium carbonate, titanium dioxide or silica or mineral nanofillers such as titanium nanodioxide or nanosilices.
  • metal hydroxides which are more particularly in the form of alumina trihydate (Al (OH) 3) or magnesium hydroxide (Mg (OH)) or magnesium oxide (MgO) calcium hydroxides and mineral fillers such as calcium carbonate, titanium dioxide or silica or mineral nanofillers such as titanium nanodioxide or nanosilices.
  • additives it is possible to mention organic additives such as impact resistance modifiers or block copolymers, thermal stabilizers, UV stabilizers, lubricants, viscosity modifiers, pH modifiers. (soda), particle size modifiers (sodium sulphate), biocides, and mixtures thereof.
  • organic additives such as impact resistance modifiers or block copolymers, thermal stabilizers, UV stabilizers, lubricants, viscosity modifiers, pH modifiers. (soda), particle size modifiers (sodium sulphate), biocides, and mixtures thereof.
  • the weight percentage of all additives and fillers relative to the total weight of (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix is preferably less than 30%, preferably less than 10%.
  • the fibrous reinforcement generally relates to a plurality of fibers, unidirectional rovings or a continuous filament mat, fabrics, felts or nonwovens which may be in the form of strips, plies, braids, locks or pieces.
  • a fibrous reinforcement comprises an assembly of one or more fibers, generally several fibers, said assembly being able to have different shapes and dimensions, one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional.
  • the one-dimensional shape corresponds to long linear fibers.
  • the fibers may be discontinuous or continuous.
  • the fibers may be arranged randomly or in parallel with one another in the form of a continuous filament.
  • the two-dimensional form is fibrous mats or non-woven reinforcements or woven rovings or bundles of fibers, which may also be braided. Even though the two-dimensional shape has a certain thickness and, therefore, in principle a third dimension, it is considered to be two-dimensional according to the present invention.
  • the three-dimensional shape corresponds, for example, to non-woven fibrous mats or reinforcements or stacked or folded bundles of fibers or mixtures thereof, an assembly of the two-dimensional form in the third dimension.
  • the fibers may be discontinuous or continuous. When the fibers are continuous, their assembly forms tissues.
  • the fibrous reinforcement is based on continuous fibers.
  • a fiber is defined by its form factor, which is the ratio of the length and diameter of the fiber.
  • the fibers used in the The present invention is long fibers obtained from continuous fibers or continuous fibers.
  • the fibers have a shape ratio of at least 1000, preferably at least 1500, more preferably at least 2000, advantageously at least 3000 and more preferably at least 5000, still more preferably at least 6000, still more preferably at least 7500 and most preferably at least 10,000.
  • the continuous fibers have a shape ratio of at least 1000.
  • the dimensions of a fiber can be measured by methods well known to those skilled in the art. Preferably, these dimensions are measured by microscopy according to the ISO 137 standard.
  • the origins of the fibers constituting the fibrous reinforcement may be natural or synthetic.
  • a natural material mention may be made of vegetable fibers, wood fibers, animal fibers or mineral fibers.
  • Vegetable fibers are, for example, sisal fibers, jute, hemp, linen, cotton, coconut, and banana fibers.
  • Animal fibers are, for example, wool or hair.
  • the mineral fibers may also be chosen from glass fibers, in particular of the E, R or S2 type, basalt fibers, carbon fibers, boron fibers or silica fibers.
  • polymeric fibers selected from thermosetting polymer fibers, thermoplastic polymers or mixtures thereof.
  • the polymeric fibers may consist of polyamide (aliphatic or aromatic), polyester, polyvinyl alcohol, polyolefins, polyurethanes, polyvinyl chloride, polyethylene, unsaturated polyesters, epoxy resins and vinyl esters.
  • the fiber reinforcement of the present invention comprises vegetable fibers, wood fibers, animal fibers, mineral fibers, synthetic polymer fibers, glass fibers, basalt fibers and carbon fibers. , alone or in mixture. More preferably, the fiber reinforcement of the present invention comprises carbon fibers or fibers of glass. More preferably, the fibrous reinforcement of the present invention consists essentially of carbon fibers or glass fibers.
  • the fibers of the fiber reinforcement have, for example, a diameter of between 0.005 ⁇ and 100 ⁇ , preferably between 1 ⁇ and 50 ⁇ , more preferably between 5 ⁇ and 30 ⁇ and advantageously between 10 ⁇ and 25 ⁇ .
  • the fibers of the fibrous reinforcement of the present invention are selected from continuous fibers for the unidimensional shape, or from long or continuous fibers for the two-dimensional or three-dimensional form of the fibrous reinforcement.
  • FIG. 1 illustrates a conventional wind turbine 100 with a horizontal axis comprising, with a mast 101, a nacelle 102 and a rotor with a substantially horizontal rotor shaft.
  • the rotor comprises a hub 103 and three wind turbine blades 1 extending radially from the hub 103, each having a root 104 of the wind turbine blade closest to the hub 103 and a tip 105 of the wind turbine blade. the furthest away from the hub 103.
  • the rotor is driven by the wind energy, it is connected directly or indirectly (via a gear speed multiplier) to the mechanical system that will use the energy collected (pump, electric generator, etc.). ).
  • the wind turbine blade 1 generally has a cross sectional shape that changes between the tip 105 and the root 104 of the wind turbine blade, corresponding to an attachment zone.
  • the wind turbine blade 1 comprises an outer casing defining a lower surface 11 and an upper surface 12 as well as a leading edge 4 and a trailing edge 5.
  • This outer casing defines at least partially an outer surface of the airfoil.
  • wind turbine 1 is formed, at least in part, of panels 3 of thermoplastic polymer composite.
  • the outer casing is for example more particularly formed by the panels 3 of thermoplastic polymer composite associated with a stiffening member 6.
  • the stiffening member 6 can be entirely surrounded by the panels 3 of thermoplastic polymer composite and therefore do not participate in the formation of the outer envelope.
  • the panels 3 of thermoplastic polymer composite may take various forms such as strips, sheets, plates or more largely rigid polymer composite parts.
  • the panels 3 of thermoplastic polymer composite may further be subject to further processing to strengthen the outer shell and improve their mechanical and chemical properties.
  • the treatment may for example be specifically located on certain areas of the outer surface of the wind turbine blade 1 as along the leading edge 4.
  • the treatment may comprise the deposition of a protective layer of material plastic or metal covering the leading edge 4.
  • the wind turbine blade 1 also comprises at least one longitudinal stiffening member 6 made of thermoplastic polymer composite inside said wind turbine blade 1, extending along a longitudinal axis A of the wind turbine blade.
  • the stiffening member 6 is disposed between at least one panel defining the leading edge 4 and at least one panel defining the trailing edge 5.
  • the wind turbine blade according to the invention may have a leading edge formed in one piece monolithic welded to the stiffening member 6.
  • the present invention based on at least in part on the use of thermoplastic polymer composite having a fiber reinforcement and a (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix makes it possible to realize new wind turbine blade designs both in shape as shown in Figure 2 with a leading edge formed in one piece monolithic welded to the stiffening member 6 than in the method of assembly as will be detailed later.
  • the panel elements 3 and the stiffening member are connected so as to constitute together at least a portion of the outer casing of the wind turbine blade.
  • the stiffening member 6 imparts increased stability and local stiffness compared to the thermoplastic polymer composite panel alone.
  • the stiffening member 6 extends along a longitudinal axis A of the wind turbine blade inside said wind turbine blade 1 of to stabilize the structure.
  • the stiffening member 6 comprises a thermoplastic polymer composite, the thermoplastic polymer composite comprising a fibrous reinforcement and a (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix.
  • the stiffening member 6 has the form of an "I" beam having a core 61 and two flanges 62 interconnected by the core 61.
  • the core can be formed an assembly comprising a thermoplastic polymer composite enclosing a low density structure. This arrangement forms a sandwich type structure where the low density structure is surrounded by one or more thermoplastic polymer composite panels.
  • the stiffening member 6 may take the form of a tube having a section having a quadrilateral shape (preferably square or rectangle) and can thus correspond to a stiffening member having two cores and two soles
  • the flanges 62 may be formed by a ribbon stack 63 of thermoplastic polymer composite, the thermoplastic polymer composite having a fiber reinforcement and a matrix of thermoplastic polymer (meth) acrylic.
  • the flanges 62 are connected to the core 61 by a weld type interface 7.
  • the flanges 62 may be connected to the core 61 by glue epoxies or polyesters or polyurethanes.
  • FIG. 3 represents an enlarged view of the weld type interface 7 connecting a thermoplastic polymer composite panel to the stiffening member 6.
  • the weld type interface 7 has a thickness greater than or equal to 0.5 mm, preferably greater than or equal to 1 mm, more preferably greater than or equal to 2 mm.
  • the thickness of the solder type interface 7 can be measured by conventional methods, for example from a vertical section of said solder type interface 7.
  • the weld type interface 7 makes it possible to connect a thermoplastic polymer composite panel to the stiffening member 6, then it extends along a longitudinal axis A of the blade wind turbine.
  • Figure 3 shows only a sectional view of the weld type interface 7 but the latter preferably extends over the entire length of the stiffening member.
  • the weld type interface may have a length greater than 5 meters, preferably greater than 10 meters and even more preferably greater than 20 meters.
  • a low density structure 8 On the representation according to Figure 3, it is also possible to discern the presence, between two panels 3 of thermoplastic polymer composite, a low density structure 8.
  • the panels 3 of composite thermoplastic polymer forming at least partially the outer casing enclose a low density structure 8.
  • This arrangement forms a sandwich type structure where the low density structure 8 is surrounded by one or more panels 3 of thermoplastic polymer composite.
  • the low density structure generally has a density of less than 200 kg / m 3 , preferably less than 150 kg / m 3 , and even more preferably less than 75 kg / m 3 .
  • the low density structure is for example selected from wood (such as balsa), a honeycomb structure or expanded or foamed plastic (such as expanded polystyrene or PET foam (polyethylene terephthalate), or PVC (polyvinyl chloride).
  • the invention relates to a piece of wind turbine blade 2 made of thermoplastic polymer composite to form a wind turbine blade 1 according to the invention wherein the thermoplastic polymer composite comprises a fiber reinforcement and a matrix of thermoplastic polymer (meth) acrylic.
  • the thermoplastic polymer composite of the piece 2 of the wind turbine blade is at least partially covered with a thermoplastic (meth) acrylic polymer layer of at least 1 mm, preferably at least 2 mm. mm, more preferably at least 3 mm thick for example on a surface to be welded.
  • the thermoplastic polymer composite is more particularly covered with this (meth) acrylic thermoplastic polymer layer at an interface zone. assembly to form the future weld type interface. This makes it possible in particular to avoid the appearance of zones with a lower concentration of thermoplastic polymer.
  • the piece 2 of the wind turbine blade may have at least one face covered with the layer of (meth) acrylic thermoplastic polymer.
  • the invention relates to a method of manufacturing a wind turbine blade 1 according to the invention, from at least two pieces of wind turbine blade.
  • thermoplastic polymer composite the thermoplastic polymer composite comprising a fibrous reinforcement and a (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix, said method comprising the steps of:
  • thermoplastic polymer matrix (meth) acrylic at the level of the assembly interface 71
  • the (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix can be melted by a technique selected from: ultrasonic welding, induction welding, resistive wire welding, friction stir welding, laser welding, infrared or radiation heating. ultraviolet. Preferably it is melted by resistive wire welding.
  • the welding according to the invention can be carried out with or without the addition of thermoplastic material
  • the temperature at the assembly interface 71 is between 160 and 300 ° C. This temperature can be measured conventionally by infrared thermometer.
  • the method 200 for manufacturing a wind turbine blade according to the invention may comprise a prior step 210 for manufacturing thermoplastic polymer composite wind turbine blade parts, the thermoplastic polymer composite comprising a fibrous reinforcement. and a thermoplastic polymer matrix
  • the step 210 of manufacturing a piece of wind turbine blade comprising the following sub-steps:
  • the pieces of thermoplastic polymer composite wind turbine blade 2 may be manufactured at a temperature below 150 ° C., preferably below 140 ° C., even more preferably lower. at 125 ° C, advantageously below 120 ° C, more preferably below 110 ° C and even more preferably below 100 ° C.
  • the step of impregnating the fibrous reinforcement with the liquid (meth) acrylic composition is carried out at a temperature of less than 150 ° C., preferably less than 120 ° C., even more preferably less than 100 ° C. less than 80 ° C.
  • the (meth) acrylic liquid composition used for the manufacture of thermoplastic polymer composite wind turbine blade parts 2 is liquid at a temperature much lower than the conventional melting temperatures of conventional thermoplastics.
  • This makes it possible to produce the pieces of wind turbine blades that are of very large size without having to implement processes where said parts are heated to high temperatures.
  • the methods that can be used to make these parts do not require a heating step at a high temperature as could have been the case with a conventional thermoplastic.
  • the step 210 of manufacture of turbine blade part 2 may also comprise a sub-step 213 for depositing a layer of (meth) acrylic thermoplastic polymer. This deposit may preferably be at an assembly interface area intended to form the future weld type interface. Alternatively, the deposit is made on the entire part 2 of the wind turbine blade.
  • VARI Vacuum-assisted resin infusion
  • RTM resin transfer molding
  • HP-RTM, C-RTM, I-RTM reaction-injection molding
  • R-RIM reinforced injection-reaction molding
  • press molding compression molding, liquid compression molding (LCM) or sheet molding (SMC) or bulk molding (BMC).
  • the polymer composite wind turbine blade parts are manufactured by low pressure injection molding, infusion molding or by molding thermoplastic (meth) acrylic polymer composite tapes, for example prepreg tapes.
  • a first preferred manufacturing method for manufacturing wind turbine blade parts is a method in which the (meth) acrylic liquid composition is transferred to the fibrous reinforcement by impregnating the fibrous reinforcement in a mold. Processes requiring a mold are listed above and include the word molding.
  • a second preferred manufacturing method for manufacturing wind turbine blade parts are processes in which the liquid composition is used in the pultrusion process.
  • the fibers are guided via a batch of resin comprising the composition according to the invention.
  • the fibers in the form of fibrous reinforcement are, for example, in the form of a unidirectional roving or a continuous filament mat. After impregnation in the resin batch, the wet fibers are drawn through a heated die, where the polymerization occurs.
  • a third preferred method of manufacture is vacuum-assisted resin infusion (VARI).
  • the method of manufacturing wind turbine blade parts may further comprise the post-forming step.
  • Post-forming involves bending and changing the shape of the composite part.
  • the method of manufacturing wind turbine blade parts may further comprise a rolling step.
  • thermoplastic parts obtained by the processes according to the invention may be post-formed after polymerization of the liquid composition of the invention. Forming includes bending and changing the shape of the composite part.
  • the (meth) acrylic liquid composition may comprise a (meth) acrylic monomer, a precursor (meth) acrylic polymer and a radical initiator as described in WO2013 / 056845 and WO2014 / 013028.
  • (Meth) acrylic, or impregnating syrup must be regulated and adapted so as not to be too fluid or too viscous, to properly impregnate each fiber fiber reinforcement.
  • wetting is partial, either because the syrup is too fluid or too viscous, "bare" areas, that is to say non-impregnated areas, and areas in which drops of polymer are formed on the fibers , which are the cause of the formation of bubbles, respectively, appear.
  • These "bare” zones and these bubbles lead to the appearance of defects in the final composite material, which are the cause, inter alia, of a loss of mechanical strength of the final composite material.
  • said (meth) acrylic liquid composition preferably has a dynamic viscosity of between 10 mPa * s and 10,000 mPa * s at 25 ° C.
  • the dynamic viscosity of the liquid composition or (meth) acrylic syrup is in the range of 10 mPa * s to 10,000 mPa * s, preferably 20 mPa * s to 7000 mPa * s and preferably 20 mPa * s to 5000 mPa.s.
  • the viscosity of the liquid (meth) acrylic composition, or liquid (meth) acrylic syrup can be easily measured with a rheometer or viscometer. The dynamic viscosity is measured at 25 ° C. If the syrup
  • (Meth) acrylic liquid exhibits a non-tonian behavior, that is to say without shear thinning, the dynamic viscosity is independent of the shear in a rheometer or the speed of the mobile in a viscometer. If the liquid composition exhibits non-Newtonian behavior, i.e. with shear thinning, the dynamic viscosity is measured at a shear rate of 1 to 25 ° C.
  • the (meth) acrylic monomer is selected from acrylic acid, methacrylic acid, alkylacrylic monomers, alkylmethacrylic monomers, hydroxyalkylacrylic monomers and hydroxyalkylmethacrylic monomers, and mixtures thereof.
  • the (meth) acrylic monomer is chosen from acrylic acid, methacrylic acid, hydroxyalkylacrylic monomers, hydroxyalkylmethacrylic monomers, alkylacrylic monomers, alkylmethacrylic monomers and mixtures thereof, the group alkyl containing from 1 to 22 linear, branched or cyclic carbons; the alkyl group preferably containing from 1 to 12 linear, branched or cyclic carbons.
  • the (meth) acrylic monomer is chosen from methyl methacrylate, ethyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, methacrylic acid, acrylic acid, n-butyl acrylate and isobutyl acrylate.
  • At least 50% by weight and preferably at least 60% by weight of the (meth) acrylic monomer is methyl methacrylate.
  • At least 50% by weight preferably at least 60% by weight, more preferably at least 70% by weight, advantageously at least 80% by weight and even more advantageously 90% by weight.
  • By weight of the monomer is a mixture of methyl methacrylate with optionally at least one other monomer.
  • the precursor (meth) acrylic polymer there may be mentioned polyalkyl methacrylates or polyalkyl acrylates. According to a preferred embodiment, the polymer
  • (meth) acrylic precursor is poly (methyl methacrylate)
  • the homopolymer or copolymer of methyl methacrylate (MMA) comprises at least 70%, preferably at least 80%, advantageously at least 90% and more advantageously at least 95% by weight of methyl methacrylate.
  • the PMMA is a mixture of at least one homopolymer and at least one MMA copolymer, or a mixture of at least two homopolymers or two MMA copolymers with a different average molecular weight, or a mixture of at least two MMA copolymers having a different monomer composition.
  • the methyl methacrylate (MMA) copolymer comprises from 70% to 99.7% by weight of methyl methacrylate and from 0.3% to 30% by weight of at least one monomer containing at least one ethylenic unsaturation. which can copolymerize with methyl methacrylate.
  • the comonomer is an alkyl acrylate wherein the alkyl group contains from 1 to 4 carbon atoms.
  • the methyl methacrylate (MMA) copolymer comprises from 80% to 99.7%, advantageously from 90% to 99.7% and more advantageously from 90% to 99.5%. by weight of methyl methacrylate and from 0.3% to 20%, advantageously from 0.3% to 10% and more preferably from 0.5% to 10% by weight of at least one monomer containing at least one ethylenic unsaturation which can copolymerize with methyl methacrylate.
  • the comonomer is selected from methyl acrylate and ethyl acrylate, and mixtures thereof.
  • the weight average molecular weight of the precursor (meth) acrylic polymer must be high, that is to say greater than 50,000 g / mol and preferably greater than 100,000 g / mol.
  • the weight average molecular weight can be measured by size exclusion chromatography.
  • the (meth) acrylic precursor polymer is totally soluble in the (meth) acrylic monomer or in the monomer mixture
  • the liquid composition or solution obtained is generally called “syrup” or “prepolymer”.
  • the dynamic viscosity value of the liquid (meth) acrylic syrup is between 10 mPa.s and 10,000 mPa.s.
  • the viscosity of the syrup can be easily measured with a rheometer or viscometer.
  • the dynamic viscosity is measured at 25 ° C.
  • Liquid (meth) acrylic contains no additional solvents added voluntarily.
  • the (meth) acrylic monomer or the mixture of the (meth) acrylic monomers in the (meth) acrylic liquid composition or the liquid (meth) acrylic syrup are present at a level of at least 40% by weight, preferably at least 40% by weight. at least 45% by weight, more preferably at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight and more preferably at least 65% by weight the (meth) acrylic liquid composition.
  • the precursor (meth) acrylic polymer in the (meth) acrylic liquid composition or the liquid (meth) acrylic syrup is present in at least 10% by weight, preferably at least 15%, advantageously at least 10% by weight. at least 18% and more preferably at least 20% by weight in the (meth) acrylic liquid composition.
  • the precursor (meth) acrylic polymer in the liquid (meth) acrylic composition or the liquid (meth) acrylic syrup is present up to at most 60% by weight, preferably at most 50%, advantageously from at most 40% and more preferably at most 35% by weight in the liquid composition
  • the (meth) acrylic liquid composition or the syrup, the syrup compounds are incorporated in the following percentages by mass:
  • the (meth) acrylic monomer in the liquid composition or the (meth) acrylic syrup are present in proportions of between 40% and 90% by weight and preferably between 45% and 85% by weight of the monomer composition (meth) acrylic and the (meth) acrylic polymer,
  • the (meth) acrylic polymer in the liquid composition or the (meth) acrylic syrup are present in proportions of between 10% and 60% by weight and advantageously between 15% and 55% by weight of the composition consisting of ) (meth) acrylic monomer and the (meth) acrylic polymer, preferably the (meth) acrylic polymer in the liquid composition is present in proportions between 18% and 30%, more preferably between 20 and 25% by weight of the composition consisting of the (meth) acrylic monomer and the (meth) acrylic polymer.
  • radical initiators preferably water-soluble radicals or liposoluble or partially liposoluble radical polymerization initiators.
  • the water-soluble radical polymerization initiators are in particular sodium, potassium or ammonium persulfates, used alone or in the presence of reducing agents such as sodium metabisulfites or hydrosulfites, sodium thiosulfate, sodium formaldehyde sulfoxylate and the like.
  • the liposoluble or partially liposoluble radical polymerization initiators are in particular peroxides or hydroperoxides and derivatives of azobisisobutyronitrile. Peroxides or hydroperoxides are used in combination with the reducing agents described above so as to lower their activation temperature.
  • the mass percentage of initiator relative to the total weight of the monomer mixture is preferably between 0.05% by weight and 3% by weight, preferably between 0.1% by weight and 2% by weight.
  • the wind turbine blades 1 may comprise a plurality of thermoplastic polymer composite parts 2 in which the thermoplastic polymer composite comprises a fibrous reinforcement and a (meth) acrylic thermoplastic polymer matrix. and wherein said wind turbine blade pieces 2 have assembly interface areas 71 for quickly and easily welding them to a stiffening member 6.
  • the invention proposes wind turbine blades that can be manufactured faster than conventional wind turbine blades while being recyclable and satisfactory from a mechanical and chemical stability point of view.
  • the invention also allows quick and easy assembly, repair or adjustment at the installation site. [00110] All these advantages therefore contribute to reducing the production and installation costs of such wind turbines.

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 THERMOPLAS IQUE , 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.
[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 WO2010025830 , 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]
[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 1 ' 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 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 cœur élastomère et au moins une enveloppe thermoplastique, la taille des particules étant en général inférieure à 1 μιτι 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 (T1O2, 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 entraîner 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 préimprégnés 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 œuvre 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 apparaîtront 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 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 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 Ω mm2 /m à 20 °C, par exemple supérieure à 0,1 Ω 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 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' - 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 . [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 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 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.
[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 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 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 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 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 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 μιτι et 100 μιτι, de préférence entre 1 μιτι et 50 μιτι, plus préférablement entre 5 μιτι et 30 μιτι et avantageusement, entre 10 μιτι et 25 μιτι.
[0053] De préférence, les fibres du renfort fibreux de la présente invention sont choisies parmi des fibres continues pour la forme 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. [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 .
[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 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 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 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 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 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. [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 œuvre 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. [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 préimprégnés .
[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) .
[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 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 WO2013/056845 et WO2014/013028.
[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 10 000 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 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
(méth) acrylique liquide présente un comportement ne tonien, 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 ls_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. À 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 10 % en poids d'au moins un monomère contenant au moins une 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 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 . [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 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 1 ' hydroxysulfino d'acide acétique et de sel disodique de 1 ' hydroxysulfo d'acide 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 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 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 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 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

Revend!cations
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) .
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.
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 .
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
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.
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 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.
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 préimprégnés, 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 .
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.
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) .
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. 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.
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 .
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 .
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 .
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 :
• 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 .
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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