Cánh tua bin gió ngoài khơi có thể được chế tạo từ xốp nhựa nhiệt dẻo

Với các tính chất đặc biệt, vật liệu mới cũng phù hợp để ứng dụng cho các cấu trúc nhẹ khác như trong lĩnh vực ô tô. Sản phẩm mới được trưng bày tại hội chợ thương mại K 2016 ở Düsseldorf, Đức trong thời gian từ ngày 19- 26/10/2016.

Xu hướng xây dựng các trang trại gió ngoài khơi quy mô lớn vẫn không giảm sút. Các tua bin gió được thiết kế có chiều dài cánh là 80m và đường kính cánh hơn 60m để tăng tối đa sản lượng năng lượng. Vì chiều dài cánh bị hạn chế bởi trọng lượng, nên cần phải phát triển các hệ thống nhẹ bằng vật liệu có độ bền cao.

Các tuabin gió trọng lượng nhẹ sẽ dễ tháo lắp và còn tăng độ ổn định của chúng trên biển. Trong dự án WALiD (Cánh quạt sử dụng thiết kế nhẹ tiên tiến chi phí-hiệu quả) của Liên minh châu Âu (EU), các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ hóa học ICT Fraunhofer ở Pfinztal, Đức đã phối hợp chặt chẽ với mười đối tác công nghiệp và đối tác nghiên cứu để thiết kế cánh quạt trọng lượng nhẹ. Bằng cách cải tiến thiết kế và vật liệu sử dụng, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ giảm trọng lượng cánh và tăng tuổi thọ của cánh.

Nhựa nhiệt dẻo đang thay thế vật liệu nhựa nhiệt rắn

Ngày này, cánh tua bin gió chủ yếu được chế tạo thủ công từ hệ thống nhựa nhiệt rắn. Tuy nhiên, cánh tua bin này không thể nóng chảy và không phù hợp để tái chế vật liệu. Chất thải nhựa nhiệt rắn dạng hạt tốt nhất nên được tái chế làm chất độn trong các ứng dụng đơn giản. "Trong dự án WALiD, chúng tôi thực hiện thiết kế cánh hoàn toàn mới. Chúng tôi chuyển đổi lớp vật liệu và lần đầu tiên sử dụng nhựa nhiệt cho cánh quạt. Đây là nhựa nóng chảy mà chúng tôi có thể xử lý hiệu quả trong các cơ sở sản xuất tự động", Florian Rapp, điều phối viên dự án tại Fraunhofer ICT nói. Mục tiêu của nghiên cứu là tách các sợi thủy tinh với sợi các bon và tái sử dụng vật liệu nền của nhựa nhiệt dẻo.

Đối với lớp vỏ ngoài của cánh quạt cũng như các bộ phận của cấu trúc hỗ trợ bên trong, các đối tác dự án sử dụng vật liệu nhiều lớp được làm từ xốp nhựa nhiệt dẻo và nhựa cốt sợi. Nhìn chung, nhựa nhiệt dẻo cốt sợi các bon được sử dụng cho các vị trí của cánh phải chịu lực lớn, trong khi sợi thủy tinh gia cố các khu vực chịu lực ít hơn. Đối với phần lõi, nhóm nghiên cứu đang phát triển xốp nhựa nhiệt dẻo liên kết với các lớp vỏ làm từ nhựa nhiệt dẻo. Sự kết hợp này cải thiện độ bền cơ học, hiệu quả và tuổi thọ của cánh tua bin.

Vật liệu xây dựng trọng lượng nhẹ cho các ứng dụng mới

Xốp ICT mang lại các thuộc tính ưu việt hơn so với các hệ thống vật liệu hiện có nên cho phép triển khai các ứng dụng hoàn toàn mới, ví dụ trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không và hàng hải. Trong xe, các nhà sản xuất đã sử dụng vật liệu xốp cho kính chắn và ghế ngồi, đây không phải là các cấu trúc chịu lực.

Xốp thông dụng có một số hạn chế như độ ổn định nhiệt, do vậy, không thể được lắp đặt gần động cơ. "Trái lại, xốp nhựa nóng chảy của chúng tôi lại ổn định nhiệt và phù hợp để sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cho các khu vực gần động cơ. Xốp nhựa mới về lâu dài, còn có khả năng chịu nhiệt cao hơn xốp polystyrene giãn nở (EPS) hoặc polypropylene (EPP) giãn nở. Nhờ có các tính chất cơ học được cải tiến, xốp nhựa nhiệt dẻo có thể được sử dụng trong các môđun cửa hoặc thành phần làm cứng trong vật liệu composit nhiều lớp" Rapp nói. Xốp nhựa nhiệt dẻo có thể được xử lý nhanh và tiết kiệm nguyên liệu. Lợi thế nữa là xốp nhựa nhiệt dẻo có sẵn hơn vật liệu lõi nhiều lớp tái tạo như gỗ balsa.

Vật liệu mới được sản xuất tại nhà máy ép đùn xốp của Viện Công nghệ hóa học ICT Fraunhofer. Rapp giải thích quy trình sản xuất vật liệu như sau: "Chúng tôi làm tan chảy các hạt nhựa, trộn với chất tạo khí thành polime nóng chảy và tạo độ xốp cho vật liệu. Sau đó, các hạt xốp ổn định và sản phẩm bán tinh chế được tạo hình và cắt như mong đợi". Trong lĩnh vực polime xốp, nhóm nghiên cứu đề cập đến dây chuyền sản xuất xốp nhựa nhiệt dẻo từ việc phát triển nguyên liệu và sản xuất các hạt xốp ép đùn cũng như bán thành phẩm cho đến xử lý môi trường và thành phẩm.

N.P.D-NASATI (Theo Sciencedaily)