KR20180070643A - 복층 복합재료 구성요소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, a) 적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 층(11), b) 적어도 부분적으로 폴리우레탄 및/또는 탄성중합체로 이루어지는 층(12), c) 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지거나, 또는 적어도 부분적으로 접착제로 이루어지는 적어도 하나의 층(13)을 포함하고, 층(12)은 층(11)과 층(13) 사이에 직접적으로 배열되고, 층(11) 및 층(12)은, 제1 공정에서, 적층 복합재료를 형성하기 위해 접합되며, 그리고 층(13)은, 제2 공정에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 접합되는 것인, 층 구조에 의해 특징지어지는 복합재료 구성요소(10)에 관한 것이다.

Description

복층 복합재료 구성요소
본 발명은, 복합재료 구성요소, 본 발명의 복합재료 구성요소의 용도, 풍력 발전 설비용 풍력 터빈, 및 복합재료 구성요소를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 설비용 로터 블레이드들은, 상당히 오랫동안 알려져 왔으며, 그리고 예를 들어 DE 10 2004 007 487 A1 및 DE 10 319 246 A1에 설명되어 있다. 이들은, 작동 중에, 풍압, 침식, 온도 변동, UV-복사, 그리고 또한 강수의 결과로서, 큰 부하에 종속된다. 특히 크게 변화하는 기후 조건 및 높은 대기 습도에 의해 구별되는, 예를 들어 브라질 또는 타이완과 같은 열대 기후를 갖는 지역들뿐만 아니라, 독일에서도 또한, 로터 블레이드들은 침식을 겪는 경향이 있다.
최고 300 km/h의 블레이드 팁 속도에서, 공기 중의 모래 알갱기, 소금 입자들, 빗방울들, 곤충들 또는 다른 공기 중의 물체들이, 마모적으로 작용한다. 특히, 리딩 에지 영역에서, 로터 블레이드들의 표면은, 그 결과 무겁게 부하를 받게 되며, 그리고 이러한 지점들에 로터 표면의 부식 및 그에 따른 공기 역학 및 안정성의 손실이 존재한다. 블레이드 팁 침식 그리고 유지 보수 및 수리를 위한 연관되는 비용 및 노동력을 줄이기 위해, 설비의 최대 속도를 제한할 수 있지만, 이는 감소된 출력을 초래한다. 따라서, 로터 블레이드들의 내식성을 향상시키는 것이 타당하다.
그러나 동시에, 로터 블레이드들은, 존재하게 되는 임의의 로터 블레이드 허브 상에 그리고 또한 연관된 베어링들 및 풍력 발전 설비의 타워 상에 작용하는 굽힘 하중을 최소화하기 위해, 가능한 한 가벼워야 한다.
통상적으로, 로터 블레이드들 및 로터 블레이드 요소들은, 섬유 재료들 및/또는 코어 재료들, 특히 발사 나무(balsa wood)가 로터 블레이드 요소 몰드에 삽입되며 그리고 하중을 견딜 수 있는 복합재료를 형성하기 위해 경화성 수지에 의해 처리되는, 성형 공정에서 제조된다. 로터 블레이드들 또는 로터 블레이드 요소들의 제조 시에, 에폭시 수지가 종종 수지로서 사용된다. 이들은, 섬유 재료 및 수지에 의한 로터 블레이드들 또는 로터 블레이드 요소들의 베이스의 구성에 매우 적합하다.
기후 조건 그리고 더욱 구체적으로 침식에 대해, 로터 블레이드들 또는 로터 블레이드 요소들을 보호하기 위해, DE 10 344 379 A1호에 기술된 바와 같이, 겔코트(Gelcoat) 공정으로 표면층을 도포하려는 시도가 이루어져 왔다. 이러한 경우의 단점은, 그러한 종류의 공정에서, 겔코트 혼합물이 섬유 재료로 덮일 수 있을 정도로 반응할 때까지, 최소한의 처리 시간 동안 기다릴 필요가 있다는 것이다. 이러한 기다림은, 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 요소를 제조하는 공정의 바람직하지 않은 속도 저하를 초래한다. 더불어, 겔코트 공정의 경우에, 겔코트 표면층과 주입 수지 사이의 접합을 허용하도록 하기 위해, 로터 블레이드 요소 또는 로터 블레이드의 제조를 어떠한 임의의 지점에서 중단시키는 것이 불가능하다.
또한, 표면 필름을 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 요소 상에 접착하려 하거나 또는, 다른 방법으로 후속적으로 그리고 가능하게는 이들이 탈착될 수 있는 방식으로, 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 요소 상에 그러한 필름을 고정하려는 시도가, 이루어져 왔다. 예를 들어, 폴리우레탄 필름들이, 로터 블레이드들 상에 접착된다. DE 10 2009 002 501 A1에 따른, 종래 기술로부터의 다른 가능성이, 표면 필름과 주입 수지의 가교 결합된 복합재료를 제조하는 것이다. 이러한 공정은 또한, 특히 폴리우레탄 필름을 동반하는 경우에도 가능하다. 폴리우레탄은 높은 내마모성을 보유한다. 그러나, 로터 블레이드들 또는 로터 블레이드 요소들의 내마모성을 더욱 더 개선하는 것이 요구된다.
DE 10 2013 217 128 A1은, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE)으로 이루어진 표면 필름을 포함하는 풍력 발전 설비용 로터 블레이드 요소를 설명한다. UHMW-PE는 연마제에 대해서도 매우 우수한 마멸(wear) 저항성 및 내마모성에 의해 특징지어진다. 그의 내마모성은, 폴리우레탄의 내마모성보다 6배 더 높다. 부가적으로, UHMW-PE는, 탁월한 내화학성 그리고 또한 낮은 마찰 계수, 두드러진 치수 안정성, 및 심지어 저온에서의 높은 충격 강도를 보유한다. 그러나, UHMW-PE는, 통상적인 접착제를 사용하여 접합하기 매우 어려우며, 그리고 특히, 예를 들어 에폭시 수지와 같은 수지에 부착되지 않는다. DE 10 2013 217 128 A1에 설명된 공정에서, 그에 따라, 폴리에틸렌 필름은, 경화된 수지 함침된 섬유 재료로 이루어진 아래에 놓이는 베이스에, 2개의 고무 접합 층에 의해, 결합된다. 설명된 공정에서, 총 3번의 경화 또는 가황(vulcanization) 단계가, 로터 블레이드 요소를 코팅하기 위해 필요하게 된다.
WO 2010/118860에 설명된 플라스틱 복합재료 구성요소는, 외부 층으로서의 열경화성 합성수지, 탄성중합체 층, 그리고 금속 및/또는 플라스틱 지지층으로 이루어진다. 층들은, 열처리를 동반하거나 또는 UV 광에 의한 조사를 동반하는, 단일 공정에서 병합된다. 다른 적용 분야들에 부가하여, WO 2010/118860호는 또한, 헬리콥터 또는 풍력 터빈의 로터 블레이드들에서의 플라스틱 복합재료 구성요소의 용도를 설명한다.
본 발명의 목적은, 매우 높은 마멸 저항성 및 내마모성에 의해 특징지어지며, 그리고 동시에 제조 시 적은 시간 및 낮은 온도를 요구하는, 구성요소, 더욱 구체적으로 로터 블레이드를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 복합재료 구성요소(10)로서,
a) 적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 층(11),
b) 적어도 부분적으로 폴리우레탄 및/또는 탄성중합체로 이루어지는 층(12),
c) 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지거나, 또는 적어도 부분적으로 접착제로 이루어지는, 적어도 하나의 층(13)
을 포함하고,
층(12)은, 층(11)과 층(13) 사이에 직접적으로 배열되며,
층(11) 및 층(12)은, 제1 공정에서, 적층 복합재료를 형성하기 위해 접합되고, 층(13)은, 제2 공정에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 접합되는 것인,
층 구조에 의해 특징지어지는 복합재료 구성요소(10)에 의해 달성된다.
층(12)과 관련해서, 층이 적어도 부분적으로 "폴리우레탄 및 탄성중합체로 이루어진다"는 표현은, 지칭되는 재료가 또한 폴리우레탄-탄성중합체라는 것을 의미한다. "폴리우레탄 또는 탄성중합체"라는 표현은, 비-탄성중합체 폴리우레탄, 또는 우레탄-탄성중합체가 아닌 탄성중합체라는 것을 의미한다. 본 맥락에서, 바람직한 폴리우레탄은, 열가소성 폴리우레탄이다.
본 발명의 실시예에서, 유리하게, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료는, 미리 완전히 경화되며 그리고 열 작용에 의해 추가로 경화될 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서, 병합을 위해 요구되는 온도는, 폴리우레탄 층(12) 또는 탄성중합체 층(12)이 경화되어야만 하는 경우일 때보다 더 낮게 유지될 수 있다. 결과적으로, 병합의 단순화 및 가속화가 중요한 장점으로서 달성된다. 폴리우레탄 층(12) 또는 탄성중합체 층(12)이 층(13)과 함께 동시에 경화되며 그리고 이 경우에 양자 모두의 경화 공정을 위해 동일한 온도가 사용되는 층 구조와 비교하여, 개별 층들의 부착력이, 증가된다.
임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 개별 층의 경화를 위한 이상적인 온도 범위가 존재한다는 것이 자체 연구에서 확인되었다. 온도가 요구되는 것보다 높으면, 이는, 바람직하지 않은 부반응(side reaction)이 경화 과정에서 발생하는 중합 반응을 방해하기 때문에, 생성되는 층에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 더불어, 너무 높은 온도에서는, 생성되는 층의 특성에 영향을 미치는 바람직하지 않은 가교 결합 반응이 또한 발생할 수 있다. 훨씬 더 너무 높은 온도에서는 층의 취성 또는 분해가 또한 발생할 수 있다. 너무 낮은 온도에서는, 층의 경화 또는 중합이 불완전하게 진행되거나 또는 전혀 진행되지 않는다. 두 층이 동시에 경화되는 경우, 층들 중의 적어도 하나는, 반드시 그 층에 대한 이상적인 온도 범위에서 경화되지 않을 것이다. 2개의 층이 동시에 경화되어야 하며, 그리고 제1 층은 낮은 온도에서 경화되는 반면 제2 층은 더 높은 온도에서 경화되어야 한다면, 지금까지 실무는, 경화될 제2 층이 경화되지 않거나 또는 불완전하게 경화되는 것이 회피되어야 하기 때문에, 더 높은 온도에서 경화를 수행해 왔다. 이 경우, 제1 층은 너무 큰 열적 응력을 받을 것이며 그리고 과도하게 높은 온도는 중합 및 생성되는 층에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점이, 용인되어 왔다.
이에 상응하게, 복합재료 구성요소(10)의 개별 층들 및 그에 따른 전체 복합재료 구성요소(10)는, 층(11) 및 층(12)이, 제1 공정에서, 적층 복합재료를 형성하기 위해 접합되며, 그리고 층(13)이, 제2 공정에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료 상에 접합되는 경우, 더 양호한 특성들을 갖는다는 것이 인식되어 왔다. 놀랍게도, 이를 통해, 개별 층들의 특성들뿐만 아니라 개별 층들의 서로에 대한 부착력 또한 증가되는 것으로 나타났다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리에틸렌은, 고분자 폴리에틸렌(HMW-PE), 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이고, 바람직하게 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)이다.
특히 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)은, 연마제에 대해서도 매우 양호한 마멸 저항성 및 내마모성에 의해 특징지어진다. 자체 연구에서, 적어도 부분적으로 UHMW-PE로 이루어지는 층(11)을 사용함으로써, 본 발명에 따른 복합재료 구성요소에서, 복합재료 구성요소, 특히 로터 블레이드들의 마멸 저항성 및 내마모성이 크게 개선될 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명의 맥락에서, 고분자 폴리에틸렌(HMW-PE)은, 500 내지 1000 kg/mol의 평균 분자량을 갖는 고분자량 폴리에틸렌을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서, 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)은 1000 kg/mol 이상의 평균 분자량을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서, 사용되는 UHMW-PE가, 1000 kg/mol 내지 10000 kg/mol 사이의 평균 분자량, 더욱 바람직하게 1000 kg/mol 내지 5000 kg/mol 사이의 평균 분자량, 특히 바람직하게 3000 kg/mol 내지 5000 kg/mol 사이의 평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 평균 분자량의 결정은 마골리스(Margolies) 방정식에 의해 수학적으로 실행된다. 사용되는 폴리에틸렌은, 선형 또는 가교 결합된 폴리에틸렌일 수 있을 것이다.
사용되는 초고분자량 폴리에틸렌의 밀도는 바람직하게, 0.93 내지 0.94 g/㎤를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 층(11)은 부가적으로, 폴리에틸렌을 자외선에 의한 에이징(aging)에 대해 보호하는 UV 안정제를 함유한다. 바람직한 UV 안정제들은, 특히 벤조페논, 벤조트리아졸, 옥살아닐리드, 페닐트리아진, 카본 블랙, 이산화티타늄, 산화철 안료 및 산화아연 또는, 비스(2.2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 세바케이트 ("장애 아민 광 안정제(HALS)")와 같은, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-유도체를 포함하는 목록으로부터 선택되는 것인, 유기 및 무기 UV 흡수제들이다.
UV 안정제의 존재를 통해, UV-광에 대한 장기간의 내성을 증가시킬 수 있다.
적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 층(11)이, 주로 폴리에틸렌으로 이루어지고, 층의 총 중량에 기초하여, 특히 50 중량-% 초과, 바람직하게 80 중량-% 초과, 특히 바람직하게 95 중량-% 초과의 폴리에틸렌으로 이루어지며, 특히 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)으로 이루어진다.
본 발명의 맥락에서, 폴리우레탄은, 우레탄-기(-NH-CO-O-)를 형성하기 위한, 적어도 디알콜(디올: diols) 또는 폴리올(예를 들어, 긴 사슬 디올)의 폴리이소시아네이트와의, 중합부가 생성물(polyaddition product)을 의미하는 것으로 이해된다.
바람직하게, 탄성중합체는, 에틸렌-프로필렌-고무(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM), 에틸렌-아크릴레이트-고무(EAM), 플루오로카본-고무(FKM), 아크릴레이트-고무(ACM) 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-고무(NBR)이고, 바람직하게 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)이다.
자체 연구에서, 폴리우레탄들 및 탄성중합체들(특히 바람직한 것들)은, 적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 층(11)과, 층(13) 사이의 특히 양호한 접합을 생성하는 것으로 나타났다. 여기서 놀랍게도, 폴리우레탄 및 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)는, 층(11)의 폴리에틸렌이 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)이며 그리고 층(13)이 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지는 경우에, 특히 양호한 부착 특성을 갖는 것으로 나타났다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리우레탄은, 열가소성 폴리우레탄이다.
본 발명의 맥락에서, 열가소성 폴리우레탄은, 특정 온도 범위에서 (열가소적으로) 가역적으로 변형될 수 있는 폴리우레탄을 의미하는 것으로 이해된다. 열가소성 폴리우레탄은, 경화된 후에 더 이상 열가소적으로 변형될 수 없는, 특히 열경화성 폴리우레탄과 구별되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리우레탄은 폴리우레탄-탄성중합체이다.
본 발명의 맥락에서, 폴리우레탄-탄성중합체는, 탄성 변형 가능하며 그리고 고 바람직하게 최대 20℃의 유리 전이 온도(Tg)(10 K/min의 가열 속도에서 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 결정됨)를 갖는, 폴리우레탄을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따르면 바람직하게, 폴리우레탄-탄성중합체는, -5℃ 내지 -45℃ 사이의 유리 전이 온도(Tg)(10 K/min의 가열 속도에서 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 결정됨)를 갖는다.
본 발명에 따르면 바람직하게, 폴리우레탄-탄성중합체는, 95 이하, 바람직하게 85 이하, 더욱 바람직하게 최대 75 이하의, DIN ISO 7619-1에 따른 쇼어 A-경도를 갖는다.
본 발명에 따르면 바람직하게, 폴리우레탄-탄성중합체는, 40 초과, 바람직하게 50 초과, 보다 바람직하게 60 초과의, DIN ISO 7619-1에 따른 쇼어 A-경도를 갖는다.
본 발명에 따르면 바람직하게, 폴리우레탄-탄성중합체는, 40 내지 95 범위 이내, 바람직하게 50 내지 85 범위 이내, 더욱 바람직하게 60 내지 75 범위 이내의, DIN ISO 7619-1에 따른 쇼어 A-경도를 갖는다.
놀랍게도, 전술한 (DIN ISO 7619-1에 따른) 쇼어 A-경도 값들 또는 범위들을 갖는 열가소성 폴리우레탄-탄성중합체는, 본 발명에 따라 플라스틱 복합재료 구성요소를 헬리콥터 또는 풍력 터빈의 로터 블레이드들에 사용하는 경우, 특히 양호한 특성을 갖는 것으로 나타났다.
본 발명에 따르면 바람직하게, 열가소성 폴리우레탄은, 폴리올(긴 사슬 디올)(바람직하게, 폴리에스테르 디올 또는 폴리에테르 디올), 디이소시아네이트 및 짧은 사슬 디올의, 축합체(condensation product)이다. 본 발명의 맥락에서, 짧은 사슬 디올은, 500 g/mol 미만의 분자량을 갖는 디올을 의미하는 것으로 이해되고, 긴 사슬 디올은, 500 g/mol 이상, 바람직하게 최대 8,000 g/mol의 분자량을 갖는 디올을 의미하는 것으로 이해된다.
놀랍게도, 층(12)의 폴리우레탄(바람직하게, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체) 및 층(11)의 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 조합은, 특히 양호한 침식 특성에 의해 특징지어지는 것으로 나타났다. 폴리우레탄-탄성중합체 층(12)은, 외측 UHMW-PE-층(11)이 매우 내식성인 가운데, 부착 촉진 작용을 한다. 층(12)의 폴리우레탄(바람직하게, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체) 및 층(11)의 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 이러한 조합은, 적어도 부분적으로 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱에 대한 탁월한 부착성을, 중합체들과 폴리에틸렌들의 다른 조합들에 의해 지금까지 달성될 수 없었던 마멸 저항성 및 내마모성과 조합한다. 층(12)의 폴리우레탄(바람직하게, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체) 및 층(11)의 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 조합은, 각 층의 조합된 긍정적인 효과가 증가되기 때문에, 시너지 효과를 갖는 것으로 나타났다.
놀랍게도, 층(12)의 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM) 및 층(11)의 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 조합은 또한, 특히 양호한 침식 특성에 의해 특징지어지는 것으로 나타났다. 층(12)의 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM) 및 층(11)의 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 이러한 조합은, 적어도 부분적으로 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱에 대한 탁월한 부착성을, 탄성중합체들과 폴리에틸렌들의 다른 조합들에 의해 지금까지 달성될 수 없었던 마멸 저항성 및 내마모성과 조합한다. 층(12)의 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM) 및 층(11)의 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 조합은, 각 층의 조합된 긍정적인 효과가 증가되기 때문에, 시너지 효과를 갖는 것으로 나타났다.
본 발명에 따르면, 층(12)은, 층(11)과 층(13) 사이에 직접적으로 배열되며, 그리고 층(11)과 층(13) 사이에 추가적인 (중합체) 층이 존재하지 않는다. 이러한 구조에 의해, 다른 장점들 중에서도, 경계층들의 개수를 최소화할 수 있으며 그리고 층들의 개선된 부착이 달성될 수 있다. 절단면에서, 단지 하나의 층(12)만을 갖는 본 발명에 따른 복합재료 구성요소는, 복수의 (중합체) 층을 포함하는 다른 복합재료 구성요소와 구별될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 복합재료 구성요소는, 먼저 층(11)과 층(12)으로 적층 복합재료를 형성하지 않으며, 그리고 추가의 제2 공정에서 층(13)이, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 부가되지 않는, 본 발명에 따르지 않는 구성요소들과 구별될 수 있다. 이는, 특히 경계층들, 특히 층(12)과 층(13) 사이의 경계층을 관찰함으로써 가능하다.
적어도 부분적으로 폴리우레탄(바람직하게, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체)으로 이루어지는 층(12)이, 주로 폴리우레탄으로, 특히, 층의 총 중량에 기초하여, 50 중량-% 초과, 바람직하게 80 중량-% 초과, 특히 바람직하게 95 중량-% 초과의 폴리우레탄으로 이루어지는 경우에, 특히 바람직하다.
또한, 적어도 부분적으로 탄성중합체로 이루어지는 층(12)이, 주로 탄성중합체로 이루어지는 경우, 특히, 층의 총 중량에 기초하여, 50 중량-% 초과, 바람직하게 80 중량-% 초과, 특히 바람직하게 95 중량-% 초과의 탄성중합체로, 특히 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)로 이루어지는 경우, 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 층(12)은 부가적으로, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 에폭시 수지, 페놀 수지, 노볼락, 헥사메틸렌테트라민, 헥사메톡시메틸멜라민, 및 구아니딘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 적어도 하나의 첨가제를 포함한다. 이러한 첨가제들은, 층(12)의 탄성중합체가 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)인 경우에 특히 바람직하다. 이러한 첨가제들은, 층(12)의 강도를 개선시키고 및/또는 다른 층에 대한 층(12)의 부착성을 개선시키는데 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱은, UHMW-PE-섬유(예를 들어, 다이니마(Dyneema) 섬유)에 의해 강화되는 플라스틱, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CRP), 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이고, 바람직하게 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이다.
섬유 강화 플라스틱들 그리고 특히 유리 섬유 강화 플라스틱들(GRP)은, 낮은 비중량에서 높은 기계적 및 열적 안정성에 의해 특징지어지며, 그리고 그에 따라 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 요소의 베이스를 구성하는데 매우 양호하게 적합하다.
본 발명에 따르면, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱이, 에폭시 수지 매트릭스, 폴리우레탄 수지 매트릭스, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트-매트릭스, 폴리 (메트)아크릴레이트-매트릭스 또는 폴리 (메트)아크릴아미드-매트릭스를 갖는, 플라스틱 수지계이며, 그리고 특히 바람직하게 에폭시 수지 매트릭스를 갖는 플라스틱 수지계(plastic resin system)인 것인, 복합재료 구성요소가 바람직하다.
본 발명에 따르면, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱이, 에폭시 수지 매트릭스를 갖는 플라스틱 수지계이며, 그리고 층(13)은 추가적으로, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 페놀 수지 및 노볼락으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것인, 복합재료 구성요소가 바람직하다.
마찬가지로, 본 발명에 따르면, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱이 경화 이전에 다성분계(multicomponent system)의 형태로 존재하며 그리고 아민 경화제를 포함하는 적어도 하나의 성분이 부가적으로, 헥사메틸렌테트라민, 헥사메톡시메틸멜라민 및 구아니딘으로 이루어지는 목록으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 포함하는, 에폭시 수지 매트릭스를 갖는 플라스틱 수지계인 것인, 복합재료 구성요소가 바람직하다
더불어, 층(11) 및/또는 층(12)은, 서로 독립적으로 100 내지 5,000 ㎛의 두께를 갖고, 바람직하게 300 내지 900 ㎛의 두께를 가지며, 더욱 바람직하게 400 내지 600 ㎛의 두께를 갖는다.
자체 연구에서, 이러한 층 두께들에서, 복합재료 구성요소의 마멸 저항성 및 내마모성과 중량 사이의 매우 양호한 관계가 존재하는 것으로 나타났다. 층(11)이 너무 두꺼운 경우, 마멸 저항성 및 내마모성을 상당히 개선시키지 않는 가운데, 복합재료 구성요소의 중량은, 증가한다. 그러나 층(11)이 너무 얇은 경우, 마멸 저항성 및 내마모성이 감소한다.
본 발명의 일 실시예에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료는, 제2 공정에서 층(13)과 접합되는 표면 상에 노치들을 갖는 것이 바람직하다. 노치들은, 표면의 면적이 증가시키며, 그리고 제2 공정에서의 접합 후에 적층 복합재료에 대한 층(13)의 부착성을 증가시킨다.
적층 복합재료를 형성하기 위해 층(11) 및 층(12)을 제1 공정에서 병합한 이후에, 폴리우레탄의 경우, 디알콜(디올) 또는 폴리올(예를 들어, 긴 사슬 디올)은, 폴리우레탄을 형성하기 위해 폴리이소시아네이트와 반응하게 되며, 그리고 중축합(polycondensation)이 화학적 촉매작용과 더불어 진행되는 경우, 반응에 사용되는 촉매는, 반응에 의해 소진되거나 또는 비활성화된다. 본 발명의 범위에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료가, 0.5 pph(폴리우레탄에 대한 촉매의 백분율) 미만의 (활성) 촉매를 함유하고, 바람직하게 0.2 pph 미만의 (활성) 촉매를 함유하며, 가장 바람직하게 (활성) 촉매를 함유하지 않는다.
제1 공정에서 적층 복합재료를 형성하기 위해 층(11) 및 층(12)을 병합한 이후에, 탄성중합체의 경우, 이러한 탄성중합체는, 완전히 가교 결합되거나 또는 가황되고, 가교 결합 또는 가황에 사용되는 가교제는, 가교 결합 반응이 화학적으로 유도와 더불어 진행되는 경우, 반응에 의해 완전히 소진된다. 본 발명의 목적을 위해, 바람직하게, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료는, 0.5 pph(탄성중합체에 대한 가교제의 백분율) 미만의 가교제를 함유하고, 바람직하게 0.2 pph 미만의 가교제를 함유하며, 가장 바람직하게 가교제를 함유하지 않는다.
자체 연구에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 층(13)을 병합하는 것이, 층(13)의 경화되는 도중에, 일어나는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 실제로, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지는 것은, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료와의 병합 이후에, 예를 들어 병합 직전에 경화제를 첨가함에 의해 또는, 광 경화성 플라스틱인 경우에, 플라스틱이 광에 의해 조사됨으로써, 경화된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱의 플라스틱 매트릭스는, 2 성분 혼합물을 혼합함으로써, 병합 직전에 준비된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 층(13)을 병합하는 것은 바람직하게, 층(12)이 폴리우레탄을 함유하는 경우, 적어도 20℃, 바람직하게 적어도 35℃, 더욱 바람직하게 적어도 55℃, 특히 바람직하게 적어도 75℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 층(13)을 병합하는 것은 바람직하게, 층(12)이 폴리우레탄을 함유하는 경우, 최대 120℃, 바람직하게 최대 110℃, 더욱 바람직하게 최대 95℃, 특히 바람직하게는 최대 85℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 층(13)을 병합하는 것은 바람직하게, 층이 폴리우레탄을 함유하는 경우, 20 내지 120℃의 온도, 바람직하게는 35 내지 110℃의 온도, 더욱 바람직하게 55 내지 95℃의 온도, 그리고 가장 바람직하게 75℃ 내지 85℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명의 대안적인 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 층(13)을 병합하는 것은, 층(12)이 탄성중합체를 함유하는 경우, 바람직하게 70 내지 120℃의 온도, 더욱 바람직하게 80 내지 115℃의 온도, 가장 바람직하게 105℃ 내지 115℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복합재료 구성요소는, 층(13)이 적어도 부분적으로 접착제로 이루어지며 그리고 이 접착제는 에폭시 수지 접착제이거나 또는 에폭시 수지 접착제를 포함하고, 또는 폴리우레탄 접착제이거나 또는 폴리우레탄 접착제를 포함하도록, 설계된다. 특히 바람직하게, 접착제를 함유하는 층(13)은, 적층 복합재료를, 섬유에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지는 층(15)과 접합시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 에폭시 수지 접착제 또는 폴리우레탄 접착제는, 경화 이전에 요변성(thixotropic)으로 설정된다. 결과적으로, 접착제는 또한, 경화 이전에 수 밀리미터 두께의 간극을 채울 수 있다.
특히 바람직하게, 층(15)은, 섬유 강화 플라스틱(FRP), UHMW-PE-섬유(예를 들어, 다이니마-섬유)에 의해 강화되는 플라스틱, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CRP) 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이고, 바람직하게 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이다.
더불어, 바람직하게, 층(15)은, 에폭시 수지 매트릭스, 폴리우레탄 수지 매트릭스, 폴리 (메트)아크릴레이트-매트릭스, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트-매트릭스 또는 폴리 (메트)아크릴아미드-매트릭스를 갖는 플라스틱 수지계이고, 특히 바람직하게 에폭시 수지 매트릭스를 갖는 플라스틱 수지계이다.
이러한 실시예에서, 바람직하게, 층(13)은, 1 내지 5,000 ㎛의 두께를 갖고, 바람직하게 5 내지 4,000 ㎛의 두께를 가지며, 특히 바람직하게 10 내지 3,000 ㎛의 두께를 갖는다.
이러한 실시예에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 층(13)을 병합하는 것은, 접착제를 함유하는 층(13)의 경화와 더불어 일어나는 경우, 그리고 섬유에 의해 강화되는 플라스틱으로 이루어진 층(15)이 완전히 경화되는 경우, 유리한 것으로 입증되었으며, 그리고 그에 따라 바람직하다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료의 접착에 의해, 예를 들어 침식되고 및/또는 손상을 입은, 풍력 터빈의 로터 블레이드들과 같은 구성요소를 수리하는 것이 가능하며, 그리고 특히 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)의 두드러진 마멸 저항성 및 내마모성을 통해, 미래의 침식 및/또는 손상을 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 양태는, 본 발명에 따른 복합재료 구성요소를 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 특히 바람직하게, 여기서 풍력 터빈은 풍력 발전 설비의 풍력 터빈이며, 그리고 본 발명에 따른 복합재료 구성요소는, 적어도 하나의 로터 블레이드 요소 상에, 특히 적어도 하나의 로터 블레이드 에지 상에, 바람직하게 로터 블레이드 리딩 에지 상에 배치되는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게, 본 발명에 따른 복합재료 구성요소는, 풍력 발전 설비의, 모든 로터 블레이드 에지, 바람직하게 모든 로터 블레이드 리딩 에지 상에 배치된다.
본 발명과 관련한 다른 양태는, 풍력 터빈들, 풍력 터빈들의 로터 블레이드들, 비행기 또는 헬리콥터의 날개들, 비행기 또는 헬리콥터의 에어포일들, 비행기 또는 헬리콥터의 로터 블레이드들, 엔진의 터빈 블레이드들, 차량의 차체 구성요소들, 선박의 선체 또는 용골 영역, 또는 스포츠 장비의 유효 표면들에서의, 본 발명에 따른 플라스틱 복합재료 구성요소의 용도에 관한 것이다. 풍력 발전 설비의, 로터 블레이드 에지들에서의, 바람직하게 로터 블레이드 리딩 에지들 상에서의 본 발명에 따른 용도가, 특히 바람직하다.
그러나, 본 발명에 따른 복합재료 구성요소는 또한, 표면의 침식이 회피되어야 하는 다른 영역들에 사용될 수 있을 것이다. 이들은, 본 발명에 따르면 예를 들어:
· 비행기 또는 헬리콥터의 날개들, 에어포일들, 로터 블레이드들,
· 엔진의 터빈 블레이드들,
· 차량의 차체 부품,
· 선박의 선체 또는 용골 영역, 또는
· 스포츠 장비의 유효 표면들이다.
본 발명과 관련한 다른 양태가, 본 발명에 따른 복합재료 구성요소의 제조를 위한 방법에 관한 것으로서,
뒤따르는 단계들:
- 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료를 제조 또는 제공하는 단계와,
- 제조된 또는 제공된 적층 복합재료를 층(13)과 병합하는 단계
를 포함하는, 복합재료 구성요소 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 층(12)의 폴리우레탄이, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체이고, 그리고/또는 층(12)의 탄성중합체가, 에틸렌-프로필렌-고무(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM), 에틸렌-아크릴레이트-고무(EAM), 플루오로카본-고무(FKM), 아크릴레이트-고무(ACM) 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-고무(NBR)이고, 바람직하게 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)인 것인, 방법이 바람직하다.
또한, 층(11)의 폴리에틸렌이, 고분자 폴리에틸렌(HMW-PE), 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이고, 바람직하게 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)인 것인, 방법이 바람직하다.
층(12)의 탄성중합체가, 폴리우레탄(바람직하게, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체)이며, 그리고 층(11)의 폴리에틸렌이, 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)인 것인, 방법이 특히 바람직하다.
또한, 층(12)의 탄성중합체가, 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)이며 그리고, 층(11)의 폴리에틸렌이, 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)인 것인, 방법이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 층(13)의 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱은, UHMW-PE-섬유(예를 들어, 다이니마-섬유)에 의해 강화되는 플라스틱, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CRP), 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이고, 바람직하게 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이다.
층(12)의 폴리우레탄이, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체이고, 층(11)의 폴리에틸렌이, 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)이며, 그리고 층(13)의 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱이, 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)인 것인, 방법이 특히 바람직하다.
뒤따르는 단계들:
- 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료를 제조 또는 제공하는 단계,
- 제조된 또는 제공된 적층 복합재료를 경화되지 않은 층(13)과 병합하는 단계, 및
- 층(13)을 경화하는 단계
를 포함하는 것인, 방법이 특히 바람직하다.
경화되지 않은 층(13)은, 제조된 또는 제공된 적층 복합재료와의 병합 이전에 혼합되는 에폭시 수지, 바람직하게 2-성분 에폭시 수지인 것인, 본 발명에 따른 방법이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료를 제조하기 위해, 바람직하게,
- 절삭 가공, 특히 연삭 가공,
- 화학적 표면 처리,
- 부착 촉진제(프라이머) 및/또는 부식제에 의한 처리,
- 열적 표면 처리, 특히 플라즈마 활성화, 플라즈마 표면 처리, 및 가스 화염 처리,
- 전기 표면 처리, 특히 코로나 처리,
- 바람직하게 브러시질, 사포질, 및/또는 블라스트법(blasting) 의한, 표면 세정,
- 먼지, 그리스 및/또는 오일의 잔류물을 제거
와 같은 공정들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 사전 처리 공정들 중 하나, 2개, 3개 또는 그 초과를 통해, 층(11) 및/또는 층(12)이 사전 처리되며, 그리고
층(11) 및/또는 층(12)의 사전 처리는, 바람직하게 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료의 제조 시, 다른 개별적인 층(12) 또는 층(11)과 병합되는 층의 측면 상에서 수행되는 것인, 방법이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료가, 제조 또는 제공 이후에, 그리고 제조된 또는 제공된 적층 복합재료와 경화되지 않은 층(13)과의 병합 이전에, 바람직하게,
- 절삭 가공, 특히 연삭 가공,
- 화학적 표면 처리,
- 부착 촉진제(프라이머) 및/또는 부식제에 의한 처리,
- 열적 표면 처리, 특히 플라즈마 활성화, 플라즈마 표면 처리, 및 가스 화염 처리,
- 전기 표면 처리, 특히 코로나 처리,
- 바람직하게 브러시질, 사포질, 및/또는 블라스트법(blasting) 의한, 표면 세정,
- 먼지, 그리스 및/또는 오일의 잔류물을 제거
와 같은 공정들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 사전 처리 공정들 중 하나, 2개, 3개 또는 그 초과를 통해, 사전 처리되며, 그리고
층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료의 사전 처리는, 바람직하게 층(12) 상에서 수행되는 것인, 방법이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료 상에의 층(13)의 병합은 바람직하게, 적어도 20℃, 바람직하게 적어도 35℃, 더욱 바람직하게 적어도 55℃, 특히 바람직하게 적어도 75℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료 상에의 층(13)의 병합은 바람직하게, 최대 120℃, 바람직하게 최대 110℃, 더욱 바람직하게 최대 95℃, 특히 바람직하게 최대 85℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료 상에의 층(13)의 병합은 바람직하게, 20 내지 120℃의 온도, 더욱 바람직하게 35 내지 110℃의 온도, 특히 바람직하게 55 내지 95℃의 온도, 매욱 특히 바람직하게 75 내지 85℃의 온도에서의, 열에 대한 노출과 더불어 일어난다.
본 발명과 관련한 다른 양태가, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 복합재료 구성요소에 관한 것이다.
본 발명과 관련한 다른 양태가, 로터 블레이드 요소의, 바람직하게 본 발명에 따른 복합재료 구성요소를 갖는 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 요소의, 수리 및/또는 보수를 위한 방법(본 출원의 맥락에서, 또한 제조 방법, 상기 참조)에 관한 것으로,
- 손상된 로터 블레이드 요소를 준비하는 단계
- 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료를 제조 또는 제공하는 단계,
- 준비된 로터 블레이드 요소 상에 및/또는 제조된 또는 제공된 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료 상에, 경화되지 않은 층(13)을 도포하는 단계
- 준비된 또는 제공된 적층 복합재료를 로터 블레이드 요소와 병합하는 단계로서, 경화되지 않은 층(13)은 로터 블레이드 요소와 적층 복합재료의 층(12) 사이에 위치하게 되는 것인, 병합하는 단계, 및
- 층(13)을 경화하는 단계
를 포함하는 것인, 로터 블레이드 요소의 수리 및/또는 보수를 위한 방법에 관한 것이다.
손상된 로터 블레이드 요소를 준비하는 단계가 뒤따르는 단계들 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 본 발명에 따른 방법이 바람직하다:
- 절삭 가공, 특히 연삭 가공 단계,
- 화학적 표면 처리 단계,
- 부착 촉진제(프라이머) 및/또는 부식제에 의한 처리 단계,
- 열적 표면 처리, 특히 플라즈마 활성화, 플라즈마 표면 처리, 및 가스 화염 처리 단계,
- 전기 표면 처리, 특히 코로나 처리 단계,
- 바람직하게 브러시질, 사포질, 및/또는 블라스트법(blasting) 의한, 표면 세정 단계,
- 먼지, 그리스 및/또는 오일의 잔류물을 제거 단계.
본 발명의 맥락에서, 바람직하게 이상에 바람직한 것으로 설명된 여러 양태들이 동시에 구현되고, 첨부된 청구범위로부터 야기되는 그러한 양태 및 대응하는 특징들의 조합들이 특히 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 로터 블레이드 요소를 갖는 풍력 발전 설비의 개략도를 도시하고;
도 2는 본 발명에 따른 로터 블레이드 요소의 실시예를 개략적으로 도시하며;
도 3은 도 2의 로터 블레이드 요소의 단면에 대한 개략도를 도시하고;
도 4는 로터 블레이드 요소의 대안적인 단면에 대한 개략도를 도시한다.
도 1은 타워(1200) 및 기관실(1300)을 갖는 풍력 발전 설비(1000)를 도시한다. 기관실(1300)에, 3개의 로터 블레이드(1100) 및 스피너(1500)를 갖는 로터(1400)가, 배치된다. 로터(1400)는, 작동 시, 바람에 의해 회전하게 되며, 그리고 그에 따라 기관실(1300) 내의 발전기를 구동한다. 풍력 발전 설비(1000)의 로터 블레이드들(1100)은, 적어도 부분적으로 섬유에 의해 강화되는 플라스틱으로 이루어지는 베이스(층(13))를 가지며, 곳곳에 폴리에틸렌으로 이루어지는 표면 필름(층(11))으로 코팅되며, 표면 필름과 베이스 사이에 폴리우레탄 층 또는 탄성중합체 층(층(12))이 위치하게 된다. 이러한 구조는, 뒤따르는 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 2는 로터 블레이드(1100)의 로터 블레이드 요소(1110), 즉 로터 블레이드 노우즈를 도시한다. 로터 블레이드 노우즈(1110)는, 표면 필름(11)을 갖는다. 이는, 이러한 실시예에서, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE)으로 이루어진다. 표면 필름(11)(층(11))은, 접합 층(12)(층(12))을 통해 로터 블레이드 요소(13)(층(13))의 베이스에 접합된다. 로터 블레이드 요소의 베이스(13)(층(13))는 여기서, 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 섬유 재료는, 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이고, 경화성 수지는 에폭시 수지이다. 접합 층(12)(층(12))은, 적어도 부분적으로 폴리우레탄 및/또는 탄성중합체로 이루어진다. 탄성 접합 층에 의해, 표면 필름(11)(층(11))을 베이스(13)(층(13))에 접합함으로써, UHMW-PE를 에폭시 수지에 접합시키는 것이 가능하다. UHMW-PE로 이루어진 표면 필름(11)(층(11))은 특히, 풍력 발전 설비의 작동 도중에, 특히 로터 에지들 상에서 발생하는 바와 같은, 마멸 부하에 대해 저항한다.
도 3은 로터 블레이드 요소(1110)의 단면을 도시한다. 로터 블레이드 요소(1110)의 이러한 지점에서, 로터 블레이드 요소(1110)는 뒤따르는 층 구조를 갖는다: 적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 제1 층(11), 적어도 부분적으로 폴리우레탄 및/또는 탄성중합체로 이루어지는 층(12), 및 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지는, 베이스로서의 적어도 하나의 층(13). 이러한 실시예에서, 섬유 재료는, 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이며 그리고 경화성 수지는 에폭시 수지이고, 폴리에틸렌은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE)이며, 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄-탄성중합체이고, 또는 탄성중합체는 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)이다.
도 4는 로터 블레이드 요소(1110)의 대안적인 단면을 도시한다. 로터 블레이드 요소(1110)의 이러한 지점에서, 로터 블레이드 요소(1110)는 뒤따르는 층 구조를 갖는다: 적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 제1 층(11), 적어도 부분적으로 폴리우레탄 및/또는 탄성중합체로 이루어지는 층(12), 적어도 부분적으로 접착제로 이루어지는 적어도 하나의 층(13), 및 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지는 층(15). 이러한 실시예에서, 섬유 재료는 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이며 그리고 경화성 수지는 에폭시 수지이고, 폴리에틸렌은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE)이며, 폴리우레탄은, 열가소성 폴리우레탄-탄성중합체, 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-탄성중합체일 수 있으며, 또는 탄성중합체는 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)이며, 그리고 접착제는 각각 에폭시 수지 접착제이다.

Claims (10)

  1. 복합재료 구성요소(10)로서,
    a) 적어도 부분적으로 폴리에틸렌으로 이루어지는 층(11),
    b) 적어도 부분적으로 폴리우레탄 및/또는 탄성중합체로 이루어지는 층(12),
    c) 섬유(14)에 의해 강화되는 플라스틱으로 적어도 부분적으로 이루어지거나, 또는 적어도 부분적으로 접착제로 이루어지는, 적어도 하나의 층(13)
    을 포함하고,
    상기 층(12)은, 상기 층(11)과 상기 층(13) 사이에 직접적으로 배열되며,
    상기 층(11) 및 상기 층(12)은, 제1 공정에서, 적층 복합재료를 형성하기 위해 접합되고, 상기 층(13)은, 제2 공정에서, 상기 층(11) 및 상기 층(12)을 포함하는 적층 복합재료에 접합되는 것인,
    층 구조에 의해 특징지어지는 복합재료 구성요소.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌은, 고분자 폴리에틸렌(HMW-PE), 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이고, 바람직하게 초고분자 폴리에틸렌(UHMW-PE)인 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은, 열가소성 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄-탄성중합체이고,
    상기 탄성중합체는, 에틸렌-프로필렌-고무(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM), 에틸렌-아크릴레이트-고무(EAM), 플루오로카본-고무(FKM), 아크릴레이트-고무(ACM) 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-고무(NBR)이고, 바람직하게 에틸렌-프로필렌-디엔-고무(EPDM)인 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유(14)에 의해 강화되는 상기 플라스틱은, UHMW-PE-섬유에 의해 강화되는 플라스틱, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CRP), 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)이고, 바람직하게 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)인 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유(14)에 의해 강화되는 상기 플라스틱은, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리 (메트)아크릴레이트-매트릭스, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트-매트릭스, 또는 폴리 (메트)아크릴아미드-매트릭스를 기초로 하는, 플라스틱 수지계인 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(11) 및 상기 층(12)을 포함하는 상기 적층 복합재료와 상기 층(13)의 병합은, 상기 층(13)의 경화와 함께 일어나는 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(13)은, 에폭시 수지 접착제이거나 또는 에폭시 수지 접착제를 포함하고, 또는 폴리우레탄 접착제이거나 또는 폴리우레탄 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합재료 구성요소는, 로터 블레이드이고, 바람직하게 풍력 터빈의 로터 블레이드인 것을 특징으로 하는 복합재료 구성요소.
  9. 풍력 터빈으로서,
    제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 구성요소를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 구성요소를 제조하기 위한 방법으로서,
    - 층(11) 및 층(12)을 포함하는 적층 복합재료를 제조 또는 제공하는 단계와,
    - 제조된 또는 제공된 상기 적층 복합재료를 층(13)과 병합하는 단계
    를 포함하는 것인, 복합재료 구성요소 제조방법.
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