Tổng quan quy trình sản xuất vật liệu composite dùng cánh turbine gió Mục lục  Vật liệu composite dùng cánh turbine gió  Cấu trúc cánh turbine gió  Vật liệu composite tiên tiến  Quy trình chế tạo cánh o Pha chế chất dẻo vật liệu composite o Quá trình lắp ráp o Quá trình gia cơng cột trụ o Quy trình sản xuất tương lai  Tóm tắt Vật liệu composite sử dụng đâu Turbine gió?  Cánh  Vỏ  Trục Cấu trúc cánh Turbine  Cánh turbine bắt buộc phải chịu tĩnh lực nâng động học, kéo tải quán tính dải nhiệt độ rộng điều kiện thiên nhiên khác (tia UV, mưa đá, va đập, …) suốt thời gian phục vụ, thông thường 20 năm  Cánh phải sở hữu yếu tố sau: o Trọng lượng nhẹ quán tính quay o Bền bỉ o Chịu mỏi ăn mòn  Những yêu cầu tiêu chuẩn tỉ lệ kích thước cánh Như: Một cánh quạt tiêu chuẩn 35-40m cho Turbine công suất 1,5 MW nặng 6-7  Cấu trúc cánh Turbine thông thường gồm có lớp vỏ bên ngồi xà dọc cánh  Chú thích hình: o Vỏ lớp: tạo nên từ vật liệu hỗn hợp cấu tạo loại vật liệu nhẹ có tỷ trọng thấp bao xung quanh lớp chất rắn dày, kết hợp trọng lượng nhẹ độ cứng lớn  Cấu trúc hoàn chỉnh cánh Turbine Vật liệu Composite tiên tiến sử dụng cánh Turbine gió  Bởi yêu cầu đặc biệt cánh Turbine kích thước lớn nên vật liệu composite tiên tiến lựa chọn  Vật liệu sợi composite sử dụng để gia cố cấu trúc cánh o Sợi E-glass truyền thống (70-75 % trọng lượng) liên kết với epoxy chất dẻo polyester không no (phổ biến nhất) o Sợi Carbon liên kết với chất dẻo (ít phổ biến dù cung cấp độ cứng cao trọng lượng nhẹ cho cánh quạt turbine dài hơn)  Chất dẻo tổng hợp sử dụng cấu trúc cánh: o Epoxy ưa thích cho cánh lớn cho hiệu suất học tốt đặc biệt độ bền kéo độ bền uốn o Polyester dễ dàng cho gia cơng tốn o Vinyl ester (sử dụng hạn chế phát triển)  Những vật liệu lõi sử dụng chủ yếu cho khu vực độ ổn định lớn mũi trước/mép đuôi màng kết nối xà dọc o Balsa: chi phí thấp, tính cắt tốt, trọng lượng nặng o Lõi dạng bọt: PVC, Urathane, PET o Vật liệu lõi kỹ thuật: Webcore TYCOR, NexCore Chất thành phần vật liệu Composite tiên tiến  Một vật liệu Composite bao gồm hai nhiều vật liệu đó: tác nhân gia cố (sợi) chất dẻo kết dính phù hợp để có cụ thể tính chất đặc trưng mong muốn  Composite Matrix Polyester hay gọi “vật liệu composite tiên tiến” bao gồm lưới chất dẻo polymer chứa sợi có độ bền mô-đun cao (thường liên tục) Sợi  Vật liệu tổng hợp tiên tiến dùng cứng bền, sợi thủy tinh nhẹ, carbon/graphite, bo, Kevlar (aramid), vật liệu hữu khác, sợi hỗn hợp  Dạng phổ biến sợi gia cố hiển thị đây: o Lưới o Mạch rối liên tục o Tấm theo hướng xác định  Tác dụng tăng độ bền sợi vật liệu tổng hợp tiên tiến phụ thuộc vào: o Tỷ lệ sợi o Loại sợi o Sự định hướng phương tải o Sự liên kết bền sợi lưới Lưới chất dẻo Polymer  Hai loại lưới chất dẻo polimer chất dẻo nhiệt rắn chất dẻo nhiệt dẻo o Loại chất dẻo nhiệt rắn bao gồm epoxy, phenol, bismaleimide, polyimide.o Loại chất dẻo nhiệt dẻo bao gồm nylon (polyamide), polysulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone (PEEK)  Lưới giữ sợi chỗ tải áp dụng, biến dạng phân chia ứng suất sợi Các loại Composite tiên tiến  Composite chia thành lớp mỏng lớp chồng o Lớp mỏng – Các lớp vật liệu composite liên kết với o Lớp chồng – Cấu trúc composite nhiều lớp gồm lõi tỷ trọng thấp lớp vỏ composite mỏng Chế tạo cánh Turbine gió  Rào cản việc chế tạo cánh Turbin gió là: o Quy mơ vật lý phận o Thiếu cạnh tranh công nghệ bí sản xuất o Nguồn cung vật liệu o Độ phổ biến tồn cầu o Chi phí đầu tư cao  Trong số 12 nhà cung cấp turbine gió hàng đầu, top nắm giữ ¾ thị trường o Vestas Wind Systems A/S Đan Mạch o GE Energy Mỹ o Gamesa Tây Ban Nha o Enercon Đức Các phương pháp pha chế chất dẻo cho lớp vỏ cánh xà dọc  Hầu hết nhà sản xuất cánh sử dụng phương pháp pha chế chất dẻo sau để làm lớp vỏ cho cánh Turbin bao gồm : o RTM - Đúc ép phun chất dẻo o SCRIMP - Quy trình đúc ép phun composite Seeman o Phủ màng chất dẻo o Phủ lên thủy tinh để pha chế chất dẻo cánh turbine Xu hướng tự động hóa cao sản xuất cánh o Nung nóng ER Epoxy/ lớp vỏ thủy tinh cánh Pha chế chất dẻo – Đúc ép phun chất dẻo  Quy trình: Các vải đặt lên thành đống khô vật liệu Các vải ép trước vào khn hình, giữ với chất kết dính Những 'khn phơi' sau dễ dàng đặt vào khn cơng cụ Một khn cơng cụ thứ hai sau kẹp chặt đầu tiên, chất dẻo phun vào khoang Quy trình hút chân khơng áp dụng cho khoang khuôn để hỗ trợ việc kéo chất dẻo vào sợi vải Đây gọi đúc ép phun chất dẻo với hỗ trợ hút chân không (VARTM) Một tất vải nhúng ướt, lỗ rót chất dẻo đóng lại, sau cán mỏng để lưu hóa Cả phun lưu hóa xảy nhiệt độ phòng nhiệt độ cao  Lựa chọn vật liệu: o Chất dẻo: Thông thường epoxy, polyester, vinylester and phenolic, chất dẻo nhiệt độ cao bismaleimides sử dụng quy trình nhiệt độ cao o Sợi: Bất kz Vật liệu khâu làm việc tốt trình có khoảng trống cho phép lưu chuyển chất dẻo nhanh Pha chế chất dẻo – SCRIMP RTM  Quy trình: Với trình SCRIMP hay RTM, vải đặt lên thành chồng khô vật liệu khuôn mở RTM Các chồng sợi sau phủ lớp vỏ loại vải dệt kim phi cấu trúc Các chồng vải khơ sau đóng gói túi chân khơng, túi bị rò rỉ bị loại bỏ, chất dẻo chảy vào thành lớp mỏng Sự phân bố chất dẻo toàn mỏng nhờ chất dẻo chảy dễ dàng qua lớp vải phi kết cấu, việc nhúng ướt vải từ cao  Lựa chọn vật liệu o Chất dẻo: thông thường epoxy, polyester vinylester o Sợi: Bất kì loại vải thơng thường Vật liệu khâu làm việc tốt trình lỗ trống cho chất dẻo chuyển qua nhanh chóng o Lõi: Bất kì trừ vật liệu có cấu trúc tổ ong  Lợi chính: o Tương tự RTM, ngoại trừ có bên thành phần có đúc kết thúc o Chi phí khn thấp nhiều nửa công cụ túi chân không, khn u cầu độ bền o Có thể tạo thành phần lớn o Khn xếp lớp ướt tiêu chuẩn sửa đổi cho phù hợp q trình o Có thể sản xuất cấu trúc lõi công đoạn  Nhược điểm chính: o Q trình tương đối phức tạp để thực o Chất dẻo phải có độ nhớt thấp, để đảm bảo đặc tính học o Khu vực chống thấm cần nhiều phận đắt tiền o Một số bước trình bảo vệ sáng chế (SCRIMP)  Ứng dụng khác Pha chế chất dẻo – Pha chế màng chất dẻo  Quy trình: Các vải khơ đặt xen kẽ với lớp màng nhựa bán rắn Chúng đóng túi chân khơng để loại bỏ khơng khí lớp vải khơ, sau làm nóng để chất dẻo tan chảy chảy vào lớp vải khơng có khơng khí, tiếp đến sau thời gian định, tiến hành lưu hóa  Lựa chọn vật liệu: o Nhựa: thường eposy o Sợi: Bất kz o Lõi: Hầu hết, số loại bọt PVC đặc biệt cần đến nhiệt độ cao trình  Ưu điểm o Có thể đạt khối lượng sợi lớn cách xác với khoảng trống thấp o An tồn sẽ, phương pháp dùng chất tẩm trước o Tính chất cao trạng thái rắn vật liệu polyme ban đầu nhiệt độ lưu hóa cao o Chi phí thấp so với phương pháp dùng chất tẩm trước, lợi khác  Nhược điểm o Khơng ứng dụng rộng rãi bên ngồi ngành cơng nghiệp hàng khơng vũ trụ o u cầu hệ thống lò đóng gói chân khơng để lưu hóa thành phần pp dùng chất tẩm trước o Cần khn đặc biệt để tiến hành trình nhiệt màng chất dẻo o Vật liệu lõi cần phải có khả chịu trình nhiệt áp suất  Các ứng dụng khác: o Dùng Radomes máy bay vòm sonar tàu ngầm Lắp ráp phận  Cánh turbine composite thường đúc hai nửa sau liên kết với lớp chất dẻo kết dính epoxy Chế tạo cột  Đánh bóng hồn thiện cơng đoạn thủ cơng q trình chế tạo tinh giảm tự động hóa vật liệu tiên tiến  Cánh gió thường đúc phủ gel Tương lai công nghệ chế tạo cánh Phương pháp ép khuôn hở xếp lớp thủ cơng chất tẩm trước + đóng gói chân khơng + lưu hóa  Quy trình: Chất tẩm trước lưu trữ nhiệt độ lạnh, giữ cho chất xúc tác chủ yếu chưa phản ứng chảy Các chất dẻo thường trạng thái gần rắn điều kiện nhiệt độ phòng, chất tẩm trước có độ dính nhẹ, chẳng hạn dính băng dính Các chất tẩm trước xếp thành lớp tay khuôn bề mặt, cho vào túi hút chân khơng, sau đun nóng đến 120-180 ° C Điều cho phép chất dẻo chảy thành dòng cuối để lưu hóa Một nồi hấp sử dụng để tăng thêm áp suất khoảng atm lên khuôn để cán mỏng Nếu khơng, sử dụng lò sấy đơn giản  Bản vẽ chi tiết lớp túi hút chân khơng có khơng có vật liệu lõi  Vật liệu dùng túi xếp lớp hút chân khơng o Chất phản ứng – cho phép phần lưu hóa khỏi khuôn o Lớp vỏ (tùy chọn) – lớp vải cho phép chất bay dễ dàng loại bỏ chất kết dính dư thừa o Lớp vải lọc Bleeder (sợi vải nỉ sợi thủy tinh) – hấp thụ chất kết dính dư thừa, định cỡ để sản xuất thành phần thể tích sợi xác định o Lớp màng thoát – ngăn chặn dòng chất kết dính chảy ngồi cho phép chất bay khơng khí bay qua đến lớp Breather o Lớp vải Breether - cung cấp phần không gian để hút chân không đồng loại bỏ khơng khí chất bay khỏi toàn lớp Tăng độ dày đồng nghĩa với việc phải tăng áp lực nồi hấp o Túi chân khơng/Khóa chân khơng – cung cấp túi kín để tạo thành túi chân không  Giản đồ phác họa trình hấp  Giản đồ phác họa cho q trình điều nhiệt lưu hóa  Lựa chọn vật liệu o Chất dẻo: Thông thường epoxy, polyester, phenolic chất dẻo nhiệt độ cao polyimides, cyanate esters bismaleimides o Sợi: Bất kz Có thể sử dụng trực tiếp từ sợi xơ thô bất kz loại vải o Lõi: Bất kz, số loại bọt đặc biệt cần đến nhiệt độ cao trình  Ưu điểm o Tỉ lệ chất dẻo/chất xúc tác hàm lượng chất dẻo tính tốn xác theo quy định nhà sản xuất vật liệu Đạt khối lượng sợi lớn cách an toàn o Vật liệu có đặc tính tính chất tuyệt vời làm o Chi phí sợi giảm thiểu chiều khơng cần q trình trung gian để chuyển chất xơ thành sợi vải trước sử dụng o Chất dẻo hóa học tối ưu hóa hiệu suất nhiệt, với chất dẻo có độ nhớt cao trở nên khơng thể thấm q trình sản xuất o Tuổi thọ làm việc kéo dài nghĩa dễ dàng đạt cấu trúc xếp lớp phức tạp tối ưu hóa o Có khả tự động hóa tinh giảm nhân cơng  Nhược điểm o Chi phí vật liệu cao so với vải tẩm trước o Cần có nồi hấp để lưu hóa thành phần Các nồi hấp thường tốn kém, vận hành chậm hạn chế kích thước o Khn cần phải chịu q trình nhiệt độ ép áp suất o Vật liệu lõi cần phải chịu trình nhiệt độ ép áp suất  Ứng dụng tiêu biểu o Thành phần cấu trúc máy bay (đuôi cánh), xe đua, dụng cụ thể thao Khuôn mở - Lựa chọn thay cho xếp lớp thủ cơng  Quy trình rải băng tự động (ATL) Thiết bị tham gia robot đa trục với cấu chấp hành đầu cuối tùy chỉnh ghép với dải rãnh cắt chất tẩm trước lớn, nhất, gia cố đơn hướng để xếp lớp đơn giản, hình bao khn ép cứng chi tiết phẳng Q trình ép khn nhanh màng kép Diaphragm (RDDF) chi tiết gia công chất dẻo nhiệt rắn vật liệu composite Quá trình ép nhiệt (Đang chờ sáng chế) Tóm lược     Vật liệu tổng hợp sử dụng cánh Turbine gió Cấu trúc cánh Turbine Vật liệu tổng hợp tiên tiến Quá trình chế tạo cánh o Pha chế chất dẻo vật liệu tổng hợp o Chi tiết o Chế tạo cột o Quy trình sản xuất tương lai ... loại Composite tiên tiến  Composite chia thành lớp mỏng lớp chồng o Lớp mỏng – Các lớp vật liệu composite liên kết với o Lớp chồng – Cấu trúc composite nhiều lớp gồm lõi tỷ trọng thấp lớp vỏ composite. .. phần vật liệu Composite tiên tiến  Một vật liệu Composite bao gồm hai nhiều vật liệu đó: tác nhân gia cố (sợi) chất dẻo kết dính phù hợp để có cụ thể tính chất đặc trưng mong muốn  Composite Matrix... cánh Turbine Vật liệu Composite tiên tiến sử dụng cánh Turbine gió  Bởi yêu cầu đặc biệt cánh Turbine kích thước lớn nên vật liệu composite tiên tiến lựa chọn  Vật liệu sợi composite sử dụng để