JP2020510157A5 - - Google Patents

Description

プロセスの他のオプションの特徴によれば：
− 繊維強化材は、少なくとも１０００のアスペクト比を有する繊維に基づく。そのようなアスペクト比は、改善された機械的特性を有する風力タービンブレードを得ることを可能にする。
− 風力タービンブレードは、５０重量％以下、好ましくは４０重量以下、より好ましくは３０重量％以下、さらにより好ましくは２０重量％以下、より有利には１５重量％以下、さらにより有利には１０重量％以下の、エポキシ樹脂などの熱硬化性ポリマーを含む。そのため、本発明による風力タービンブレードは、生産時間の点で非常に大幅な利得および再生利用される容量増加を有する。同様に、風力タービンブレードは、１０重量％以下、好ましくは８重量％以下、有利には７重量％以下、より有利には６重量％以下、さらにより有利には５重量％以下の、熱硬化性接着剤を含む。
− （メタ）アクリル熱可塑性ポリマーは、「シロップ（ｓｙｒｕｐ）」と一般に呼ばれる熱可塑性ポリマー樹脂から選択され、熱可塑性ポリマー樹脂は、強化材料、例えば、繊維強化材に含浸させるために使用され、また、良好な変換率を伴って急速に（例えば、３０秒から３時間の間で）重合して、生産性を上げる。重合すると、熱可塑性ポリマーシロップは、複合材料のマトリクスを構成する。（メタ）アクリルモノマーおよびプリカーサー（メタ）アクリルポリマーを含む液体組成物またはシロップは、ＷＯ２０１３／０５６８４５およびＷＯ２０１４／０１３０２８に記載される。これらの（メタ）アクリルポリマーは、風力タービンブレードを製造するための既存の工業プロセスに特に適し、風力タービンブレードに十分な機械的および化学的特性を与える。特に、（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーは、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ：ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））か、メチルメタクリレート（ＭＭＡ：ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のコポリマーか、またはその混合物から選択される。
− 繊維強化材は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維またはポリマーベース繊維、あるいは植物繊維から、単独でまたは混合物で選択される繊維を含む。
− 熱可塑性ポリマーマトリクスは、１つまたは複数の添加剤または充填材を同様に含む。全てのオプションの添加剤および充填材は、含侵および／または重合の前に液体（メタ）アクリルシロップに添加される。熱可塑性ポリマー複合材料は、他の添加剤および他の充填材を同様に含む。添加剤として、衝撃改質剤またはブロックコポリマー、熱安定剤、ＵＶ安定剤、潤滑剤、およびその混合物などの有機添加剤について言及される場合がある。衝撃改質剤は、エラストマーコアおよび少なくとも１つの熱可塑性シェルを有する微細粒子の形態であり、粒子のサイズは、概して、１μｍ未満、有利には５０〜３００ｎｍである。衝撃強度改質剤は、乳化重合によって調製される。熱可塑性ポリマーマトリクス内の衝撃改質剤の割合は、０〜５０重量％、好ましくは０〜２５重量％、有利には０〜２０重量％である。充填材として、カーボンナノチューブまたは鉱物ナノ充填材（ＴｉＯ_２、シリカ）を含む鉱物充填材について言及される場合がある。
− （メタ）アクリル熱可塑性ポリマーは、５０℃と１６０℃との間、好ましくは７０℃と１４０℃との間、さらにより好ましくは９０℃と１２０℃との間のガラス遷移温度（Ｔｇ）を有する。さらに、（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーまたは（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーの一部分は、２０ｇ／１０分未満のＩＳＯ １１３３（２３０℃／３．８ｋｇ）によるメルトフローインデックス（ＭＦＩ：ｍｅｌｔ ｆｌｏｗ ｉｎｄｅｘ）を有する。好ましくは、メルトフローインデックスは、１８ｇ／１０分未満、より好ましくは１６ｇ／１０分未満、有利には１３ｇ／１０分未満である。これは、風力タービンブレードの生産を容易にすることを可能にし、設置サイトにおける容易な組み立て、修理、または調整のための道を同様に開く。
− 補剛部材は、ウェブおよびウェブによって互いに接続された２つのフランジを備える「Ｉ」ビームの形態を有する。
− フランジは、好ましくはプレ含浸される熱可塑性ポリマー複合材料で作られるストリップの積み重ね体によって、または、低圧インジェクションまたはインフュージョンによって成形される複合材料部品によって好ましくは形成される。
− フランジは、溶接タイプ界面によってウェブに接続される。
− フランジは、エポキシ接着剤によってウェブに接続される。
− 前縁は、補剛部材に溶接される単一モノリシック部品から形成される。実際には、（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーおよび溶接タイプ界面の使用は、新しい風力タービンブレード設計、および、特に、組み立てを容易にし、前縁に関する摩耗抵抗を改善するために補剛部材に溶接される単一モノリシック部品から形成される前縁を有するブレードを想定することを可能にする。
− 外側ケーシングを形成する熱可塑性ポリマー複合材料のパネルは、木材（例えば、バルサ）、ハニカム構造、または発泡プラスチックなどの低密度構造を閉囲する。
− 風力タービンブレードは、溶接タイプ界面に位置決めされる少なくとも１つの抵抗性フィラメントを備える。
− 溶接タイプ界面は、５メートルより大きい、好ましくは１０メートルより大きい、より好ましくは２０メートルより大きい長さを有する。
− 溶接タイプ界面は、風力タービンブレードの長手方向軸に沿って延在する。

さらに、好ましくは、本発明による風力タービンブレードは、５０重量％以下、より好ましくは４０重量％以下、より好ましくは３０重量％以下、有利には２０重量％以下、より有利には１５重量％以下、さらにより有利には１０重量％以下の、エポキシ樹脂か、ポリエステル樹脂か、またはポリウレタン樹脂などの熱硬化性ポリマーを含む。熱硬化性ポリマーは、これまで概して、風力タービンブレードまたは風力タービンブレード部品の形成のために使用されるポリマー複合材料の製造において使用されてきた。同様に好ましくは、本発明による風力タービンブレードは、１０重量％以下、より好ましくは９重量％以下、さらにより好ましくは８重量％以下、有利には７重量％以下、より有利には６重量％以下、さらにより有利には５重量％以下の、接着剤、好ましくは熱硬化性接着剤を含む。実際には、異なる風力タービンブレード部品の接着剤接合は、概して、エポキシ樹脂タイプの熱硬化性構造接着剤によって実施される。

Claims (20)

1. 風力タービンブレード（１）であって、
   熱可塑性ポリマー複合材料のパネル（３）から少なくとも部分的に形成され、風力タービンブレードの前縁（４）および後縁（５）を画定する外側ケーシングと、ポリマー複合材料で作られ、前記風力タービンブレード（１）の内部で風力タービンブレードの長手方向軸（Ａ）に沿って延在する少なくとも１つの補剛部材（６）とを備え、前記補剛部材（６）は、前縁（４）を画定する少なくとも１つのパネルと後縁（５）を画定する少なくとも１つのパネルとの間に配置されており、熱可塑性ポリマー複合材料が、繊維強化材および（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーマトリクスを含むこと、ならびに、熱可塑性ポリマー複合材料の少なくとも１つのパネル（３）が、溶接タイプ界面（７）によって補剛部材（６）に接続されることを特徴とする、
   風力タービンブレード（１）。
2. 繊維強化材が、少なくとも１０００のアスペクト比を有する繊維に基づくことを特徴とする、請求項１に記載の風力タービンブレード。
3. ５０重量％以下、好ましくは３０重量％以下の、熱硬化性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の風力タービンブレード。
4. １０重量％以下、好ましくは８重量％以下の、熱硬化性接着剤を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
5. 補剛部材（６）が、ウェブ（６１）およびウェブ（６１）によって互いに接続された２つのフランジ（６２）を備える「Ｉ」ビームの形態を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
6. フランジ（６２）が、好ましくは予備含浸される熱可塑性ポリマー複合材料で作られるストリップ（６３）の積み重ね体によって、または、低圧インジェクションまたはインフュージョンによって成形される複合材料部品によって形成されることを特徴とする、請求項５に記載の風力タービンブレード。
7. フランジ（６２）が、溶接タイプ界面（７）によってウェブ（６１）に接続されることを特徴とする、請求項５または６に記載の風力タービンブレード。
8. フランジ（６２）が、エポキシ接着剤か、ポリエステル接着剤か、またはポリウレタン接着剤によってウェブ（６１）に接続されることを特徴とする、請求項５または６に記載の風力タービンブレード。
9. 溶接タイプ界面（７）が、０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
10. 前縁が、補剛部材（６）に溶接される単一モノリシック部品から形成されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
11. 外側ケーシングを形成する熱可塑性ポリマー複合材料のパネル（３）が、木材、ハニカム構造、または発泡プラスチックなどの低密度構造（８）を閉囲することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
12. 溶接タイプ界面（７）に位置決めされた少なくとも１つの抵抗性フィラメントを備えることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
13. 溶接タイプ界面（７）が、５メートルより大きい、好ましくは１０メートルより大きい長さを有することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
14. 溶接タイプ界面（７）が、風力タービンブレードの長手方向軸（Ａ）に沿って延在することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の風力タービンブレード。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の風力タービンブレード（１）を形成するための、熱可塑性のポリマー複合材料で作られる風力タービンブレード部品（２）であって、熱可塑性のポリマー複合材料が、繊維強化材および（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーマトリクスを含むことを特徴とする、
    ポリマー複合材料で作られる風力タービンブレード部品（２）。
16. 熱可塑性ポリマー複合材料が、少なくとも１ｍｍ厚の（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーの層で少なくとも部分的に覆われることを特徴とする、請求項１５に記載のポリマー複合材料で作られる風力タービンブレード部品（２）。
17. 熱可塑性ポリマー複合材料で作られた少なくとも２つの風力タービンブレード部品から、請求項１から１２のいずれか一項に記載の風力タービンブレード（１）を製造するためのプロセス（２００）であって、熱可塑性ポリマー複合材料は、繊維強化材および（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーマトリクスを含み、
    − 熱可塑性ポリマー複合材料で作られた少なくとも２つの風力タービンブレード部品（２）を組み立て界面（７１）において隣接してまたはオーバラップして配置する（２２０）ステップと、
    − 組み立て界面（７１）において（メタ）アクリル熱可塑性ポリマーマトリクスを溶融させるために加熱する（２３０）ステップと、
    − 熱可塑性ポリマー複合材料で作られた少なくとも２つの風力タービンブレード部品をひとつに溶接することにより溶接タイプ界面（７）を形成するために、界面において圧力を加える（２４０）ステップと
    を含む、プロセス（２００）。
18. 風力タービンブレード部品の製造事前ステップ（２１０）であって、
    − 液体（メタ）アクリル組成物を繊維強化材に含浸させる（２１１）サブステップと、
    − 前記繊維強化材に含浸する液体（メタ）アクリル組成物を重合させる（２１２）サブステップと
    を含む、製造事前ステップ（２１０）も含むことを特徴とする、請求項１７に記載の製造プロセス。
19. 熱可塑性ポリマー複合材料で作られる風力タービンブレード部品（２）が、低圧射出成形、インフュージョン成形、または、（メタ）アクリル熱可塑性ポリマー複合材料をプレ含侵された成形ストリップによって製造されることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の製造プロセス。
20. 熱可塑性ポリマーマトリクスが、超音波溶接、誘導溶接、抵抗ワイヤ溶接、摩擦撹拌溶接、レーザー溶接、赤外放射または紫外放射による加熱から選択される技法によって、好ましくは抵抗ワイヤ溶接によって溶融される（２３０）ことを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の製造プロセス。