據(jù)悉，F(xiàn)raunhofer的研究人員與行業(yè)專家合作開發(fā)的高耐用熱塑性塑料泡沫及復(fù)合材料，不僅減輕了葉片的重量而且使其可以回收利用，解決了其運(yùn)輸、組裝、拆卸和處理的難題。

   由于其特殊性能，新材料也適合汽車等行業(yè)的其它輕量級(jí)構(gòu)件。他們的第一個(gè)產(chǎn)品將在于10月19日至26日舉辦的2016年Düsseldorf國際塑料及橡膠博覽會(huì)上呈現(xiàn)。

   如今，海上風(fēng)電場變得更加龐大的趨勢有增無減。為了最大化能源產(chǎn)量，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片長度達(dá)80米，轉(zhuǎn)子直徑超過160米。由于葉片的長度受限于其重量，有必要開發(fā)高強(qiáng)度的輕量級(jí)體系材料。重量低不僅使風(fēng)力發(fā)電機(jī)容易組裝和拆卸，也提高了海上的穩(wěn)定性。在歐盟的WALiD(成本效益顯著，設(shè)計(jì)先進(jìn)的輕量級(jí)風(fēng)力葉片)項(xiàng)目中，位于Pfinztal的Fraunhofer化學(xué)技術(shù)研究所(ICT)的科學(xué)家們與十個(gè)工業(yè)及研究團(tuán)隊(duì)密切合作從事輕量級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)。他們希望通過改進(jìn)設(shè)計(jì)和材料，減少葉片的重量，從而提高其使用壽命。

   熱塑性塑料正在替代熱固性材料

   目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片主要是手工制造的熱固性樹脂體系。然而，由于該體系材料難以熔化，造成了材料回收的困難。最好的情況也不過是將顆粒熱固性塑料垃圾回收，用作一些簡單應(yīng)用的填料。FraunhoferICT的項(xiàng)目協(xié)調(diào)員FlorianRapp介紹說：“在WALiD項(xiàng)目中，我們追求的是一個(gè)全新的葉片設(shè)計(jì)。我們正在實(shí)現(xiàn)材料類別的轉(zhuǎn)換，并首次使用熱塑性塑料轉(zhuǎn)子葉片。熱塑性塑料的可熔性有助于我們利用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備有效處理。”他們的目標(biāo)是把玻璃和碳纖維分離以實(shí)現(xiàn)熱塑性基體材料的重復(fù)利用。

   項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用由熱塑性塑料泡沫和纖維增強(qiáng)型塑料制成的夾層材料來制造轉(zhuǎn)子葉片的外殼，以及內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的某些部分。一般，轉(zhuǎn)子葉片承受最大載荷的區(qū)域采用碳纖維增強(qiáng)型熱塑性塑料，而應(yīng)力較小的部分采用玻璃纖維增強(qiáng)型塑料。至于夾層的核心，Rapp和他的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)熱塑性塑料泡沫，并將其與纖維增強(qiáng)型熱塑性塑料制成的覆蓋層連接。這樣的組合提高了轉(zhuǎn)子葉片的機(jī)械強(qiáng)度、效率、耐久性和壽命。Rapp豪言：“我們與熱塑泡沫正在開辟新的天地。”

   輕量級(jí)建筑材料的新用途

   ICT的熱塑泡沫比現(xiàn)有的材料體系性能更加優(yōu)越，從而使其在汽車，航空和船舶等行業(yè)有全新的應(yīng)用。比如車輛的護(hù)目鏡和座位采用的就是泡沫材料，但承受載荷的結(jié)構(gòu)并不能采用泡沫材料。目前市場上的泡沫存在著一些問題，例如，因泡沫熱穩(wěn)定性差，靠近引擎的部位不會(huì)安裝泡沫絕緣層。Rapp表示：“相比之下，我們的可熔性塑料泡沫具有熱穩(wěn)定性，適合作為絕緣材料安在接近引擎的部位。它們耐高溫性能好，其中發(fā)泡聚苯乙烯泡沫(EPS)和發(fā)泡聚丙烯(EPP)就是很好的例子。機(jī)械性能的增強(qiáng)也使它們可用于車門模塊或成為夾層復(fù)合材料的強(qiáng)化元素。”它們可以快速加工，節(jié)省材料。

   另一個(gè)優(yōu)勢是，軟木等熱塑性塑料泡沫比可再生夾層核心材料更容易獲得。這些新型材料在研究所的泡沫擠壓車間制成。Rapp關(guān)于工藝的解釋是：“塑料顆粒熔化后，將發(fā)泡劑混合到聚合物熔體中使材料起泡沫。接下來，這些發(fā)泡的，穩(wěn)定的顆粒和半成品可以按需成型和切削。”在泡沫聚合物領(lǐng)域，從材料開發(fā)以及擠壓型泡沫顆粒和半成品的制造到工藝介質(zhì)和組件的完成，ICT泡沫技術(shù)研究小組覆蓋了整個(gè)熱塑性塑料泡沫的生產(chǎn)鏈。