[发明专利]热塑性聚合物复合材料制成的风力涡轮机叶片、所述叶片的部件和制造方法

说明书

本发明涉及风力涡轮机叶片（1），其包含至少部分由热塑性聚合物复合材料的板材（3）形成的外壳，该外壳限定了该风力涡轮机叶片的前缘（4）和后缘（5），以及至少一个由聚合物复合材料制成的加强构件（6），所述加强构件（6）沿该风力涡轮机叶片的纵轴在所述风力涡轮机叶片（1）内部延伸，所述加强构件（6）设置在限定该前缘（4）的至少一个板材与限定后缘（5）的至少一个板材之间，其特征主要在于该热塑性聚合物复合材料包含纤维增强材料和(甲基)丙烯酸类热塑性聚合物基质，并且在于热塑性聚合物复合材料的至少一个板材（3）通过焊接型界面（7）连接到该加强构件（6）上。

本发明涉及风力涡轮机领域，更特别涉及由热塑性聚合物复合材料制造的风力涡轮机的叶片。本发明涉及风力涡轮机叶片、所述风力涡轮机叶片的部件以及制造所述风力涡轮机叶片的方法。

[现有技术]

目前，风力涡轮机叶片主要由聚合物复合材料组成，其中纤维增强材料混在聚合物基质中。实际上，风力涡轮机叶片所需的性质特别是轻便、相对高的结构强度和拉伸强度。这主要与以下事实相关——风力涡轮机叶片在风力涡轮机运行过程中，尤其是在存在强阵风的情况下必须承受高机械负荷。纤维增强材料的纤维通常由玻璃、碳、陶瓷组成，但是也可能是天然纤维。聚合物基质主要包含聚合物并确保纤维保持在适当位置，在纤维之间传递张力，并保护纤维对抗外部机械和化学影响。聚合物基质通常是热固性的，由热固性聚合物复合材料制成的部件彼此用热固性树脂（例如环氧或聚酯或聚氨酯粘合剂）相互连接。

但是，热固性复合材料有几个缺点，如回收这些材料时的高成本，以及如果无法回收的话将积累大量废弃物。例如在申请WO2010025830中已经提出了混入热塑性材料的风力涡轮机叶片；然而，所提出的热塑性塑料基本上被提议用于形成风力涡轮机叶片的各个部件之间的接合，并且它们具有对水分相对较高的敏感性或高熔点。申请US2017/0058864描述了由热固性和/或热塑性材料构建的可调节的风力涡轮机叶片。该热固性-热塑性界面被焊接；然而，叶片含有大比例的热固性材料。因此，仍然需要主要包含热塑性塑料的风力涡轮机叶片，其因此是可回收的，同时提供满足风能领域要求的机械和化学性质。

当例如通过低压注塑或灌注成型来构建由聚合物复合材料制成的风力涡轮机叶片时，使用热固性树脂通常导致较长的循环时间。此外，由聚合物复合材料制成的这些部件随后在工业过程中组装，随后运送至安装现场。鉴于在制造部件过程中和在组装过程中使用热固性聚合物基质所观察到的较长循环时间，必须识别能够缩短循环时间并因此将缩短风力涡轮机叶片的生产时间的聚合物。

此外，风力涡轮机叶片通常具有大约40米或更大、有时大约90米或100米的长度。由此，运送叶片需要不寻常的负荷运输。为了便于风力涡轮机叶片的管理和安装，合意的是能够容易和快速地在安装现场进行至少一部分组装。

[技术问题]

本发明因此旨在克服现有技术的缺点。特别地，本发明旨在提供一种由热塑性聚合物复合材料制得的风力涡轮机叶片，其可以比常规风力涡轮机叶片更快地制造，同时优选主要是可回收的，并耐受风力涡轮机叶片在运行中遇到的机械和化学应力。

本发明的另一目的是提供比现有方法更快地制造风力涡轮机叶片或风力涡轮机叶片的部件的方法，并能够在安装现场快速和容易地进行组装、维修或调整。

[发明概述]

为此，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包含至少部分由热塑性聚合物复合材料的板材形成的外壳，该外壳限定了该风力涡轮机叶片的前缘和后缘，以及至少一个由聚合物复合材料制成的加强构件，所述加强构件沿该风力涡轮机叶片的纵轴在所述风力涡轮机叶片内部延伸，所述加强构件设置在限定该前缘的至少一个板材与限定后缘的至少一个板材之间，其特征主要在于该热塑性聚合物复合材料包含纤维增强材料和(甲基)丙烯酸类热塑性聚合物基质，并且在于热塑性聚合物复合材料的至少一个板材通过焊接型界面连接到该加强构件上。