Тенденция к созданию все более крупных оффшорных ветряных электростанций не ослабевает. Ветряные турбины с лопастями ротора длиной до 80 метров и диаметром ротора более 160 метров предназначены для максимального увеличения выработки энергии. Поскольку длина лопастей ограничена их весом, важно разрабатывать легкие системы с высокой прочностью материала. Меньший вес упрощает сборку и разборку ветряных турбин, а также повышает их устойчивость в море.
В рамках проекта ЕС WALiD (Ветряные лопасти с использованием экономичной усовершенствованной облегченной конструкции) ученые из Института химических технологий Фраунгофера в Пфинцтале тесно сотрудничают с десятью промышленными и исследовательскими партнерами над облегченной конструкцией лопастей ротора (см. Вставку). За счет улучшения конструкции и используемых материалов они надеются уменьшить вес лопастей и тем самым увеличить срок их службы.Термопласты заменяют материалы на основе термореактивных материалов.
В наши дни лопасти ротора ветряных турбин в основном изготавливаются вручную из систем термореактивных смол. Однако они не допускают плавления и не подходят для вторичной переработки материалов.
В лучшем случае гранулированные отходы термореактивного пластика перерабатываются в качестве наполнителя в простых применениях. «В проекте WALiD мы разрабатываем совершенно новую конструкцию лопастей. Мы меняем класс материалов и впервые используем термопласты в лопастях ротора. Это плавкие пластмассы, которые мы можем эффективно перерабатывать на автоматизированных производственных объектах», — говорит Флориан Рапп, координатор проекта Fraunhofer ICT.
Их цель — разделить стеклянные и углеродные волокна и повторно использовать термопластичный матричный материал.Для внешней оболочки лопасти ротора, а также для сегментов внутренней опорной конструкции партнеры по проекту используют многослойные материалы из пенопласта и армированного волокном пластика.
Как правило, термопласты, армированные углеродным волокном, используются для участков лопасти ротора, которые несут наибольшую нагрузку, в то время как стекловолокно усиливает менее нагруженные участки. Для сэндвич-сердцевины Рапп и его команда разрабатывают термопластичные пенопласты, которые связаны с покровными слоями из армированного волокном термопласта в виде сэндвича. Эта комбинация улучшает механическую прочность, эффективность, долговечность и долговечность лопасти ротора. «Мы открываем новые горизонты с нашими термопластичными пенами», — говорит Рапп.Легкий строительный материал для новых применений
Пенопласты ICT обладают лучшими свойствами, чем существующие системы материалов, что открывает новые возможности применения — например, в автомобильной, авиационной и судоходной отраслях. В автомобилях производители используют пеноматериалы, например, в козырьках и сиденьях, но не в несущих конструкциях.
Современные пенопласты имеют некоторые ограничения, например, в отношении температурной стабильности, поэтому их нельзя устанавливать в качестве изоляции рядом с двигателем. «Наши плавкие пенопласты, напротив, устойчивы к температуре и поэтому подходят в качестве изоляционного материала в областях, близких к двигателю. Они могут постоянно выдерживать более высокие температуры, чем, например, пенополистирол (EPS) или вспененный полипропилен (EPP). улучшенные механические свойства также позволяют использовать их в дверных модулях или в качестве элементов жесткости в многослойном композитном материале », — сообщает Рапп. Их можно быстро обработать, и они экономят материал.
Еще одно преимущество состоит в том, что термопластичные пенопласты более доступны, чем возобновляемые материалы для многослойной сердцевины, такие как пробковое дерево. Эти инновационные материалы производятся на собственном заводе института по экструзии пенопласта в Пфинцтале.
Рапп объясняет процесс: «Мы плавим пластиковые гранулы, подмешиваем вспениватель к расплаву полимера и вспениваем материал. Вспененным, стабилизированным частицам и полуфабрикатам можно затем придать форму и разрезать по желанию».
В области вспененных полимеров исследовательская группа по вспененным технологиям ICT охватывает всю цепочку производства термопластичных пен, от разработки материалов и производства вспененных экструзией частиц и полуфабрикатов до обработки сред и готовых компонентов.