04/11/2016
Door Ad Spijkers
Transport, installatie, opbouw en afvoer van steeds grotere windturbinebladen zorgen voor nieuwe uitdagingen voor windparkexploitanten. Kunststofschuimen kunnen uitkomst bieden.
Windmolens met tot 80 m lange rotorbladen en rotordiameters van meer dan 160 m moeten voor maximale benutting van de windenergie zorgen. Omdat de lengte van de bladen door hun gewicht wordt begrensd, moeten lichte systemen met hoge materiaalsterkte worden ontwikkeld. Gewichtsbeperking vergemakkelijkt de montage, de opbouw en de stabiliteit van de installaties op zee.
In het EU-project WALiD (Wind Blade Using Cost-Effective Advanced Lightweight Design) werken wetenschappers van het Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal (bij Karlsruhe) met partners uit industrie en onderzoekswereld aan lichte constructies voor rotorbladen. Door verbetering van ontwerp en materiaal moet het gewicht worden verminderd en daarmee de levensduur verlengd.
Thermoplasten vervangen thermoharders
Vandaag de dag worden rotorbladen in windenergie-installaties grotendeels handmatig uit theromhardende harsen gemaakt. Deze zijn echter niet om te smelten en nauwelijks geschikt voor materiaalrecycling. Granulaten uit oude thermohardende kunststoffen worden als vulstof in eenvoudige toepassingen opnieuw gebruikt.
In het WALiD-Project hanteren de onderzoekers een ander bladconcept. Ze gebruiken nu thermoplastische kunststoffen die ze met behulp van geautomatiseerde productiesystemen efficiënt kunnen herverwerken. Het doel is de ingebedde glas- en koolstofvezels te scheiden en het thermoplastische matrixmateriaal opnieuw te gebruiken.
Voor de huid van het rotorblad en voor segmenten voor de inwendige draagstructuur gebruiken de projectpartners sandwichmaterialen uit thermoplastische schuimen en met vezels versterkte kunststoffen. In het algemeen worden voor de hoogst belaste delen van het rotorblad met koolstofvezels versterkte thermoplasten gebruikt, terwijl glasvezels de minder belaste delen versterken.
Voor de sandwichkern ontwikkelden de onderzoekers thermoplastische schuimen. Deze worden in een sandwichconstructie met deklagen uit met vezels versterkte thermoplasten met elkaar verbonden, een combinatie die de mechanische sterkte, belastbaarheid, bestandheid en levensduur van het rotorblad verbetert.
Nieuwe toepassingen
De nieuwe schuimen bieden betere eigenschappen dan de huidige materiaalsystemen en maken aldus nieuwe toepassingen mogelijk, zoals in de automobielindustrie en lucht- en scheepvaart. Fabrikanten gebruiken geschuimde stoffen bijvoorbeeld in zonnekleppen en stoelen, maar niet voor belaste structuren.
De huidige schuimen hebben beperkingen, bijvoorbeeld aan de thermische bestandheid. Daarom zijn ze bijvoorbeeld niet te gebruiken als isolatiemateriaal rondom de motor. De nieuwe schuimen zijn thermisch stabiel en wél geschikt als dempingsmateriaal in de buurt van de motor. Ze weerstaan hogere temperaturen dan bijvoorbeeld polystyreenschuim (EPS) of polypropeenschuim (EPP). Op grond van de verbeterde mechanische eigenschappen zijn ze ook als deurmodule of als verstevigingselement in sandwichconstructies denkbaar.
Ze zijn goed te verwerken en besparen materiaal. In vergelijking met hernieuwbare sandwichmaterialen zoals balsahout zijn de thermoplastische thermoplastische schuimen gemakkelijker verkrijgbaar. De onderzoekers smelten het kunststofgranulaat in eigen schuimextruders en voegen aan de kunststofsmelt een drijfgas toe. De geschuimde, gestabiliseerde halffabrikaten kunnen vervolgens willekeurig worden gevormd en gesneden.