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成果報告書詳細
管理番号20160000000903
タイトル平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー) 風力発電機ブレード構造材用熱可塑性複合材料および成形技術開発
公開日2017/6/7
報告書年度2015 - 2015
委託先名丸八株式会社 国立大学法人福井大学 積水化学工業株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約研究開発項目とその成果の概要 研究開発項目【1】「熱可塑性複合材料の製造技術開発」積層シート構成に必要な熱可塑性プリプレグの基本製造技術を確立し、大量生産が可能な含浸技術の基礎技術を確立した。(a)既存製造装置による試作、評価 (1)UDプリプレグシートにて初回検討を進めた所、UDシートにより賦型性や基本特性の発現が可能と判断されたことから、UDシートに集約しての検討を進行することとした。(b) 熱可塑性プリプレグ材の最適化 (1)CAEによる基礎構造設計の結果、PP/GF(vf40%)のUDシートによって、十分な有意差が出ることが明らかとなり、丸八にてUDプリプレグシート試作を実施した。研究開発項目【2】「長尺物の連続プレス成形技術の開発」研究開発項目【1】で得られた熱可塑性プリプレグの基本特性を用いて、リブ構造体の性能を数値解析によってシミュレーションを行い、実験結果との比較を行うことにより、積層シートの構成とリブ構造体の性能の対応を把握した。その知見に基づいて、シアウェブの剛性向上に有効な積層シートの構成および、リブ構造の基礎設計技術を確立した。(a)リブ構造の基礎検討(1)長尺物の連続プレス成形技術の開発/小型試作品による強度比較検討 現行同等品(バルサ材)とPP(ポリプロピレン)複合体を用いて同重量のテストピースにおいて曲げ強度の比較を行った結果、座屈強度はスキンリブ構造のPP複合体の方が優れていることが判った。(2)長尺物の連続プレス成形技術の開発 /シアウェブのせん断試験 鉄片フランジの間に、テストピースを挟みこみ、ショートスパンで曲げ試験(せん断試験)を行った。トラス構造を採用したPP複合体の場合は、トラスの中央部で座屈が起こるまでは線形挙動となった。一方、バルサウェブ材は非線形挙動となり、最終的座屈強度も低くなった。(b)基本リブ構造の設計指針の確立(1)計算の前提/NREL5MWモデル:約60mのブレードに12tの錘を吊るした時を想定し、せん断ひずみを計算した。バルサ材とPP複合体の同重量の比較とした。トラス各部の厚みを変えて15パターンの計算を行った。No7が最適パターンであり、本計算結果は、成形型作製の参考として活用した。(c)製造方法の提案(1)容易な製造法の要求から型内でポリプロピレンを膨張させて接続部を形成する方法に決定した。この場合、積層構成はサンドイッチ構成に限られるが大型構造成形品の可能性を確認した。また併せて低コスト化が見込まれる製法として、押出方式の検討を行った。(2種:リブ構造・シアウェブ構造)研究開発項目【3】「市場性調査」(a)風力発電機ブレードの市場性調査(1)オランダ・P社(元GE社の風力事業技術責任者が設立)との開発契約を結び、事業継続を行う事となった。この際のビジネスモデルは当初通りの、丸八:熱可塑性プリプレグシート販売→積水化学工業:アウェブ・リブ構造体の販売→風力関連メーカーとなる。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (wind power generate or other energy underuse) / Thermo-plastic composite material & molding technology development for wind turbine blade structures(FY 2015) Final Report

R&D agenda and outlook of the results [1]Technology developments of Thermo- plastic prepreg Process (a)Trials & evaluations by Preexisting Process (1)As we have proceed first stage trials and molding process evaluations with UD prepreg sheet, we concluded that the molding process has mold-ability of the shapes and basic characteristic performances. They allow us to concentrate on the UD prepreg sheet to carry out the investigations. (b)Optimizations of Thermo- plastic prepreg (1)Regarding the results from the CAE analysis, we have achieved clearly that the Thermo-plastic prepreg of PP/GF UD has advantages at the type of Vf 40% to the conventional one, and from the results, we have started the PP/GF UD prepreg test productions.[2]Technology developments of Long-length Composite parts in Continuous press molding system. (a) Basic study on Rib shape structure (1)Technology developments of Long-length Composite parts in Continuous press molding system / Comparison of strength by small size test parts. Polypropylene composite has better buckling strength in the results of bending tests on the condition of same weight specimens between imitation of current part by the Balsa-core composite and Polypropylene composite. (2)Technology developments of long length article in Continuous press molding system / Comparison of shear strength by Shear Web Structure.Short span 3point bending test had been proceed on test pieces which had steal flange on both side. Polypropylene composite with truss structure test pieces behaved as linear until bucking occurred in the middle of the truss part. On the other hand, Balsa-core composite with web structure behaved as nonlinear and the maximum buckling strength was even lower. (b)Establishment of design guidelines of basic rib structure (1)Premise of calculation / NREL5MW model : Calculated shear strain on the assuming that the weight of 12t hung on the edge of 60m blade. And it is on the condition of same weight specimens between the Balsa-core composite and Polypropylene composite. In this calculation, 15 patterns of truss part thickness were changed to carry out and the No.7 was most optimized in the results and utilized as reference for prototyping of die manufacturing. (c)Proposal for the production method Regarding the requests of conventional production method, we have decided to adopt the method in which expand polypropylene in the mold to forge joint part. In this case the laminate structure is limited to the sandwich structure, and confirmed the possibilities of large scale structure molding. In parallel, extruding method was carried out to investigate the low cost manufacturing. (2 types of structure; rib-structure and shear web structure). [3] Market research (a)Market research on Composite Blade parts of Wind-turbine (1)SEKISUI has concluded an agreement of co-development contract with P company in Netherland to continue the project. And the business model is as its original ; MARU HACHI / sells thermos plastic prepreg sheet >> SEKISUI / sells Shear Web structures, Rib structures >> Wind power generating business fields clients.
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