JP2013504007A - ポリウレタンタービン翼のための自動化された製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ポリウレタン風力タービン翼および他の大きな物体の製造方法を提供する。本発明は、風力タービン翼のための金型を風力発電所において形成する工程、イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）機により金型中へ射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含む。また、該方法は、風力タービン翼金型を、風力発電所において形成する工程、イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊維射出（「ＬＦＩ」）機で射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含む。本発明の製造方法は、風力発電所において行われるので、輸送問題を未然に防ぎ得る。

Description

本発明は、概して、製造方法、具体的にはタービン翼および他の大きな物品の自動化された現場製造法に関する。

輸入化石燃料からの発電を低減させる要求が環境的および政治的関心により増大し続けるので、風力は、発電において増加する役割を担う。「２０３０年までに２０％の風力エネルギー：米国電力供給への増加する風力エネルギーの寄与（２０％ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ ｂｙ ２０３０： Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ’ｓ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｕ．Ｓ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｓｕｐｐｌｙ）」と題された２００８年の報告は、２０３０年までの国家の電力需要の２０％を生成する風力エネルギーの使用の技術的実現性を検討する米国エネルギー省（「ＤＯＥ」）により発行された。世界中で、多くの国が、著しい量の電気を風から既に生成する。「Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ ２００８ Ｒｅｐｏｒｔ」（Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｕｎｃｉｌ（「ＧＷＥＣ」）により発行）によれば、現在、スペインは電力需要の１１％、ドイツは約７．５％を風力から満たす。欧州連合は、２０２０年までに、電力の約３５％を供給する再生可能資源の目標を有し、その約３分の１が風力エネルギーである。

風力電力容量についての需要が大きくなるにつれて、発電機、すなわち、風力タービンの寸法も大きくなる。より大きい翼（場合により９０メートル以上の長さまで）は、製造することがより困難となり、より重くなる。また、タービンを収納し、翼を保持するのに必要な塔も、より大きくなり、その結果、直立することがより困難となるはずである。これらの要素は、組み合わさって、実現可能な再生可能資源としての風力の最大限の使用を制限し得る。多くの当業者が、様々な成功の度合いで、より大きい翼に関する問題に対処しようとしてきた。

例えば、Ｌｉｎ等は、米国特許出願公開第２００６／２２５２７８号において、ルートおよびスパーキャップのような１次部品を１次施設にて製作し、表皮のような２次翼部品を風力発電地帯の近くにある２次施設にて製作し、次いで１次および２次部品を風力発電所に近い組立場所において組み立てる、２施設法を開示する。Ｌｌｏｒｅｎｔｅ Ｇｏｎｚａｌｅｓ等の名義の米国特許出願公開第２００８／０１４５２３１号は、内部縦補強構造の末端にてフランジにより結合した風車翼モジュールを示す。軸方向に突き出た突起は互いに向き合って隣接し、地面においてモジュールの想定される容易な取付のための取付ねじ、通しボルトまたはリベットを受けるために穴が配列される。

Ａｒｅｌｔに発行された米国特許第７３３４９８９号は、連続翼セグメントへ適用される、対応するくさび形連結領域を有する上部および底部のバンドの使用を教示する。翼セグメントと接続バンドの間に残存する空洞は接着剤で満たされ、１次荷重経路に沿って多重スカーフ／テーパー継ぎ手により形成される接合継ぎ手が得られる。また、Ａｒｅｌｔは、連続翼セグメントへ製作されるくさび形連結領域を開示するが、これは、続いて、対応するくさび形連結領域を有する上部および底部バンドへおよびこれらにより接続され、バンドと翼接続領域との間の中空領域が接着剤で満たされると、１次荷重経路に沿って接続テーパー継ぎ手を形成する。

Ｍｏｒｏｚは、米国特許第７３８１０２９号において、一端にピッチベアリングを有するハブエクステンダー、貫通する穴を有しおよびハブエクステンダー上に位置するために配置されたスカートまたはフェアリング、およびピッチベアリングに結合するように形状が決められているアウトボードセクションを含む風力タービンのためのマルチセクション翼を提供する。

従って、当技術分野において、風力タービン翼および他の大きな物体のための改良された製造方法が必要である。該方法は、現行技術による方法において見られる翼の建造による輸送問題を最小化または排除する。

米国特許出願公開第２００６／２２５２７８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１４５２３１号明細書 米国特許第７３３４９８９号明細書 米国特許第７３８１０２９号明細書

「２０％ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ ｂｙ ２０３０： Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ’ｓ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｕ．Ｓ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｓｕｐｐｌｙ」 「Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ ２００８ Ｒｅｐｏｒｔ」、Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｕｎｃｉｌ、ＧＷＥＣ

従って、本発明は、ポリウレタン風力タービン翼および他の大きな物体の製造方法を提供する。本発明は、風力タービン翼のための金型を風力発電所においてまたはその近くで形成する工程、イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）機により金型中へ射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含む。また、該方法は、風力タービン翼金型を風力発電所においてまたはその近くで形成する工程、イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊維射出（「ＬＦＩ」）機で射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱（放射線、例えば紫外線等を利用）して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含む。本発明の製造方法は、風力発電所においてまたはその近くで行われるので、輸送問題を未然に防ぎ得る。

上記および他の利点および本発明の恩恵は、以下の発明の詳細な説明から明らかになる。

本発明を、限定する目的ではなく説明のために図を用いて説明する。

図１は、金型および風力タービン塔のロボットによる製作の概略図を示す。 図２は、風力タービン塔底部のロボットによる製作の例を示す。 図３は、大きい部品の自動化製造法を示す。

本発明を例示の目的であって、限定の目的でなく記載する。実施例中または特記する場合を除き、本明細書中での量、パーセンテージなどで表示される全ての数字は用語「約」によって、全ての場合において修飾されるものとして理解される。

本発明は、風力タービン翼のための金型を、風力発電所においてまたはその近くで形成する工程、イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）機により金型中へ射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含むポリウレタン風力タービン翼の製造方法を提供する。好ましくは、ポリウレタン材料は、放射線、例えば紫外線等を用いて硬化し得る。

さらに、本発明は、風力タービン翼金型を、風力発電所においてまたはその近くで形成する工程、イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊維射出（「ＬＦＩ」）機で射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含むポリウレタン風力タービン翼の製造方法を提供する。好ましくは、ポリウレタンは、放射線を用いて硬化する。

風力タービン翼は、大規模高速試作により、付加的な自動化製作により、または風力タービン翼の正の像を大規模高速試作により生じさせ、負の像を形成し、および高強度複合材料を注型または成形することにより、発電所にてまたはその近くにて形成し得る。高強度の複合材料は、金属、セメントおよびポリマーの少なくとも１つを含み得る。

本発明の方法は、風力タービン翼を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）法により、または自動化長繊維（「ＬＦＩ」）法により製造し得る。

ＲＩＭ技術によるポリウレタン成形品の製造は、良く知られており、例えば米国特許第４２１８５４３号に記載されている（参照により、その内容全体を組み込む）。ＲＩＭ法は、高反応性液体出発成分を、いわゆる「正に制御された混合ヘッド」中で混合した後、金型中へ極めて短い時間内に高出力高圧注入装置により射出する金型を充填する技術を含む。ＲＩＭ法では、２つの別個の流れをよく混合し、次いで、適当な金型中へ射出するが、２以上の流れを用いることが可能である。第１流は、ポリイソシアネート成分を含有するが、第２流は、イソシアネート反応性成分および含ませるべき任意の他の添加剤を含有する。また、ＲＩＭ法は、米国特許第５７５０５８３号、同第５９７３０９９号、同第５６６８２３９号、同第５４７０５２３号に説明される（参照により、これらの内容全体を組み込む）。

ＬＦＩ法では、開放金型は、繊維ガラスストランドをロービングから切断し、ポリウレタン反応混合物を混合する混合ヘッドから充填する。ガラス繊維の体積および長さは、混合ヘッドにおいて調節することができる。該方法は、マットまたはプレフォームより低コストの繊維ガラスロービングを用いる。ガラスロービングは、好ましくは、ガラス細断機を備えた混合ヘッドへ供給する。混合ヘッドは、混合ヘッドが金型上に位置し、混合ヘッドの内容物を開放金型中へ供給する際に、ポリウレタン反応混合物を供給すると同時にガラスロービングを細断する。混合ヘッドの内容物を金型中へ供給した際に、金型を閉じ、反応混合物を硬化させ、複合材料物品を金型から取り出す。金型は、好ましくは、約１２０〜１９０°Ｆの温度にて維持する。混合ヘッドの内容物を金型中へ供給するのに必要な時間は、通常、１０および６０秒の間である。金型は、好ましくは、約１．５〜約６分間、閉じたままにしてガラス繊維強化層を硬化させる。

米国特許出願公開第２００５／０１７０１８９号、同第２００７／００９８９９７号、同第２００４／０１３５２８０号、同第２００７／０１６０７９３号、同第２００８／００５８４６８号に記載される（参照により、その内容全体を本明細書に組み込む）。

物品を製造し得る熱硬化性プラスチック材料および／または熱可塑性プラスチック材料は、必要に応じて、連続ガラスストランド、連続ガラスマット、カーボンファイバー、カーボンマット、ホウ素繊維、カーボンナノチューブ、金属フレーク、ポリアミド繊維（例えばＫＥＶＬＡＲポリアミド繊維）およびこれらの混合物から選択される材料で強化し得る。強化材料、特にガラス繊維は、当業者に知られている通り、組み込まれるプラスチックへの混和性および／または接着性を向上させるためにその表面上にサイズ剤を有し得る。ガラス繊維は、本発明において好ましい強化材料である。用いる場合には、強化材料、例えばガラス繊維は、好ましくは、物品の熱硬化性プラスチック材料および／または熱可塑性プラスチック材料中に、強化量、例えば物品の全重量を基準として５重量％〜７５重量％の量で存在させる。本発明に有用な長繊維は、長さが、好ましくは３ｍｍを越え、より好ましくは１０ｍｍを越え、さらに好ましくは１２ｍｍ〜７５ｍｍである。

長繊維は、好ましくは、長繊維強化ポリウレタンの５〜７５重量％、より好ましくは１０〜６０重量％、さらに好ましくは２０〜５０重量％を構成する。長繊維は、本発明の長繊維強化ポリウレタン中に、上記値の任意の組み合わせの間の範囲（記載の値を含む）の量で存在させ得る。

当業者に知られている通り、ポリウレタンは、ポリイソシアネートとイソシアネート反応性化合物との、任意に発泡剤、補助剤および添加剤の存在下での反応生成物である。

本発明の長繊維強化ポリウレタンのためのイソシアネートとして適当なものは、未変性イソシアネート、変性ポリイソシアネートおよびイソシアネートプレポリマーが挙げられる。このような有機ポリイソシアネートとしては、例えばＷ．ＳｉｅｆｋｅｎによりＪｕｓｔｕｓ Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ、第５６２巻、第７５〜１３６頁に記載の種類の脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族およびヘテロ環式ポリイソシアネートが挙げられる。

このようなイソシアネートの例としては、式：
Ｑ（ＮＣＯ）_ｎ
〔式中、ｎは２〜５、好ましくは２〜３の数であり、Ｑは、２〜１８個、好ましくは６〜１０個の炭素原子を含有する脂肪族炭化水素基、４〜１５個、好ましくは５〜１０個の炭素原子を含有する脂環式炭化水素基、８〜１５個、好ましくは８〜１３個の炭素原子を含有する芳香脂肪族炭化水素基、６〜１５個、好ましくは６〜１３個の炭素原子を含有する芳香族炭化水素基である〕
により示されるイソシアネートが挙げられる。

適当なイソシアネートの例としては、エチレンジイソシアネート、１，４−テトラメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２−ドデカンジイソシアネート、シクロブタン−１，３−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３−および−１，４−ジイソシアネートおよびこれらの異性体の混合物、１−イソシアナト−３，３，５−トリメチル−５−イソシアナトメチルシクロヘキサン（イソホロンジイソシアネート、例えば独国特許第１２０２７８５号および米国特許第３４０１１９０号）、２，４−および２，６−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネートおよびこれらの異性体の混合物、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート（水素化ＭＤＩまたはＨＭＤＩ）、１，３−および１，４−フェニレンジイソシアネート、２，４−および２，６−トルエンジイソシアネートおよびこれらの異性体（ＴＤＩ）の混合物、ジフェニルメタン−２，４’−および／または−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフチレン−１，５−ジイソシアネート、トリフェニルメタン−４，４’，４’’−トリイソシアネート、例えば英国特許第８７８４３０号および同第８４８６７１号に記載の、アニリンとホルムアルデヒドとを縮合し、次いでホスゲン化により得られる種類のポリフェニル−ポリメチレン−ポリイソシアネート（粗製ＭＤＩ）、米国特許第３４９２３３０号に記載のようなノルボルナンジイソシアネート、米国特許第３４５４６０６号に記載の種類のｍ−およびｐ−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、米国特許第３２７７１３８号に記載の種類のパークロロ化アリールポリイソシアネート、米国特許第３１５２１６２号に記載の種類のカルボジイミド基を含有する変性ポリイソシアネート、例えば米国特許第３３９４１６４号および同第３６４４４５７号に記載の種類のウレタン基を含有する変性ポリイソシアネート、例えば英国特許第９９４８９０号、ベルギー国特許第７６１６２６号およびオランダ国特許第７１０２５２４号に記載のアロファネート基を含有する変性ポリイソシアネート、米国特許第３００２９７３号、独国特許第１０２２７８９号、同第１２２２０６７号および同第１０２７３９４号、および独国特許出願公開第１９１９０３４号および同第２００４０４８号に記載の種類のイソシアヌレート基を含有する変性ポリイソシアネート、独国特許第１２３０７７８号に記載の種類のウレア基を含有する変性ポリイソシアネート、例えば独国特許第１１０１３９４号、米国特許第３１２４６０５号および同３２０１３７２号およびさらに英国特許第８８９０５０号に記載の種類のビウレット基を含有するポリイソシアネート、例えば米国特許第３６５４１０６号に記載の種類の短鎖重合反応により得られるポリイソシアネート、英国特許第９６５４７４号および同第１０７２９５６号、米国特許第３５６７７６３号、および独国特許第１２３１６８８号に記載の種類のエステル基を含有するポリイソシアネート、独国特許第１０７２３８５号に記載の上記イソシアネートとアセタールとの反応生成物、および米国特許第３４５５８８３号に記載の種類のポリマー脂肪酸基を含有するポリイソシアネートが挙げられる。また、商業規模でのイソシアネートの製造において蓄積するイソシアネート含有蒸留残留物を、任意に上記ポリイソシアネートの１以上における溶液中で用いることも可能である。さらに、当業者は、上記ポリイソシアネートの混合物を用いることも可能であることを認識する。

イソシアネート末端プレポリマーを、本発明による複合材料のポリウレタンの製造に用い得る。プレポリマーは、過剰の有機ポリイソシアネートまたはこれらの混合物と、ＫｏｈｌｅｒによりＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、第４９巻、第３１８１頁（１９２７年）に記載の周知のツェレビチノフ試験により決定の少量の活性水素含有化合物と反応させることにより調製し得る。これらの化合物およびその製造方法は、当業者によく知られる。任意の１つの特定の活性水素化合物の使用は、重要ではないが、任意のこのような化合物を、本発明の実施に用いることができる。

任意のイソシアネート反応性化合物を、ポリウレタンを製造するのに用い得るが、ポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分として好ましい。ポリエーテルポリオールを製造するための適当な方法は既知であり、例えば欧州特許出願公開第２８３１４８号、米国特許第３２７８４５７号、同第３４２７２５６号、同第３８２９５０５号、同第４４７２５６０号、同第３２７８４５８号、同第３４２７３３４号、同第３９４１８４９号、同第４７２１８１８号、同第３２７８４５９号、同第３４２７３３５号および同第４３５５１８８号に記載される。

適当なポリエーテルポリオール、例えば多価アルコールおよびアルキレンオキシドの重合から得られるポリーテルポリオール等を用い得る。このようなアルコールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、１，４−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、グリセロール、１，１，１−トリメチロールプロパン、１，１，１−トリメチロールエタン、または１，２，６−ヘキサントリオールが挙げられる。任意の適当なアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、アミレンオキシドおよびこれらオキシドの混合物等を用い得る。ポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールは、他の出発物質、例えばテトラヒドロフランおよびアルキレンオキシド−テトラヒドロフラン混合物等、エピハロヒドリン、例えばエピクロロヒドリン等、並びにアルキレンオキシド、例えばスチレンオキシド等から製造し得る。ポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールは、第１級または第２級ヒドロキシル基を有し得る。ポリエーテルポリオールとして挙げられるのは、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシブチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ブロックコポリマー、例えばポリオキシプロピレンおよびポリオキシエチレングリコールの組み合わせ、ポリ−１，２−オキシブチレンおよびポリオキシエチレングリコールおよび１以上のアルキレンオキシドのブレンドまたは逐次添加から製造されるコポリマーグリコールである。ポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールは、任意の既知の方法により製造し得る。

含ませることができる発泡剤は、発泡生成物を製造するのに既知である化学的または物理的作用での化合物である。水は、化学発泡剤の特に好ましい例である。物理的発泡剤の例としては、ポリウレタン形成の条件下で蒸発する４〜８個の炭素原子を有する不活性（シクロ）脂肪族炭化水素が挙げられる。用いる発泡剤の量は、フォームの目標密度により導かれる。

ポリウレタン形成のための触媒として、イソシアネートとイソシアネート反応性成分の反応を促進する化合物を用いることが可能である。本発明に用いるための適当な触媒としては、第３級アミンおよび／または有機金属化合物が挙げられる。化合物の例としては、以下のものが挙げられる：トリエチレンジアミン、アミノアルキル−および／またはアミノフェニル−イミダゾール、例えば４−クロロ−２，５−ジメチル−１−（Ｎ−メチルアミノエチル）イミダゾール、２−アミノプロピル−４，５−ジメトキシ−１−メチルイミダゾール、１−アミノプロピル−２，４，５−トリブチルイミダゾール、１−アミノエチル−４−ヘキシルイミダゾール、１−アミノブチル−２，５−ジメチルイミダゾール、１−（３−アミノプロピル）−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−（３−アミノプロピル）イミダゾールおよび／または１−（３−アミノプロピル）−２−メチルイミダゾール、有機カルボン酸の錫（ＩＩ）塩（その例は、錫（ＩＩ）ジアセテート、錫（ＩＩ）ジオクトエート、錫（ＩＩ）ジエチルヘキサノエートおよび錫（ＩＩ）ジラウレートである）および有機カルボン酸のジアルキル錫（ＩＶ）塩（その例は、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレエートおよびジオクチル錫ジアセテートである）。

ポリウレタン形成性反応は、所望であれば、補助剤および／または添加剤、例えば気泡調整剤、離型剤、顔料、表面活性化合物および／または酸化、熱または微生物による分解または老化に対する安定剤等の存在下で行い得る。

ジイソシアネートおよびポリオール混合物は、必要に応じてＵＶ硬化性であり得、一価、二価または多価エチレン性不飽和基または多官能性エポキシド基を含有するＵＶ硬化性成分から構成され得る。ＵＶ硬化性成分は、液体または固体形態であり得る。エチレン性不飽和化合物の例としては、スチレン誘導体、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリルエーテル、アリルエステル、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルカプロラクトン、アクリレートまたはメタクリレートモノマーが挙げられる。また、上記化合物の例としては、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、不飽和ポリエステル、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ビニルアクリレートおよびポリエン／チオール系のオリゴマーが挙げられる。通常用いるＵＶ硬化性成分は、アクリレート不飽和基を含有する。アクリレート化合物の骨格構造としては、脂肪族、脂環式、芳香族、アルコキシル化ポリオール、ポリエステル、ポリエーテル、シリコーンおよびポリウレタンが挙げられる。ＵＶ硬化性エチレン性不飽和成分は、光開始剤により開始された遊離ラジカル重合により、放射線源、例えば紫外線への暴露によって重合し得る。エチレン性不飽和基は、重合工程中に消費され、不飽和基変換度は、硬化度の大きさである。多官能性エポキシド化合物は、光生成活性種により開始されたカチオン重合により、放射線源、例えば紫外線への暴露によって重合することができる。しかしながら、カチオンＵＶ硬化は、エポキシドに制限されない。放射線硬化性成分は、好ましくは１００〜１００００の範囲、より好ましくは４００〜４０００の範囲の重量平均分子量を有する。不飽和基またはエポキシ基の程度は、２〜３０重量％の範囲である。特定の用途および最終硬化像特性に応じて、ＵＶ硬化性成分と非反応性ポリマーバインダーの重量比は、好ましくは０．１〜１００％の範囲であり得る。

本発明の１つの実施態様としては、放射線硬化用途のために通常用いられる光開始剤および／または共開始剤から選択されるものが含まれる。本発明に有用であり得る適切な光開始剤は、アセトフェノンおよびその誘導体を含む直接開裂（Ｎｏｒｒｉｓｈ型ＩまたはＩＩ）光開始剤、ベンゾインおよびその誘導体、ベンジルケタールおよびその誘導体、ベンゾフェノンおよびそのアルキル化またはハロゲン化誘導体を含む水素引き抜き光開始剤、アントラキノンおよびその誘導体、チオキサントンおよびその誘導体およびミヒラーズケトンである。適当な光開始剤の例は、ベンキソフェノン、クロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４’−メチルジフェニルスルフィド、アクリル化ベンゾフェノン、４−フェニルベンゾフェノン、２−クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルジオキサントン、２，４−ジクロロジオキサントン、３，３’−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、α，α−ジクロロアセト，ｐ−フェノキシフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルアセトフェノン、α，α−ジメチル，α−ヒドロキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、４，４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、１−フェニル−１，２−プロパンジオン−２（Ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、アシルホスフィンオキシド，９，１０−フェナントレンキニン等である。光増感剤を、ラジカル生成開始剤と組み合わせて用いることは好都合であり得るが、該増感剤は、光エネルギーを吸収し、これを開始剤へ伝える。光増感剤の例としては、チオキサントン誘導体および第３級アミン、例えばトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、エチル４−ジメチルアミノベンゾエート、２（ｎ−ブトキシ）エチル４−ジメチルアミノベンゾエート、２−エチルヘキシルｐ−ジメチル−アミノベンゾエート、アミルｐ−ジメチル−アミノベンゾエートおよびトリ−イソプロパノールアミンが挙げられる。光開始カチオン性重合は、複合有機分子の塩を用いて、カチオン性鎖重合を、エポキシドを含有するオリゴマーまたはモノマー中で開始する。カチオン性光開始剤としては、非求核複合金属ハロゲン化物アニオンを有するジアリールヨードニウムおよびトリアリールスルホニウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。カチオン性光開始剤の例は、一般式Ａｒ−−Ｎ_２ ^＋Ｘ−（式中、Ａｒは芳香環、例えばブチルベンゼン、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼンなどであり、ＸはＢＦ_４、ＰＦ_６、ＡｓＦ_６、ＳｂＦ_６、ＣＦ_３ＳＯ_３などである）で示されるアリールジアゾニウム塩；一般式Ａｒ_２Ｉ^＋Ｘ−（式中、Ａｒは芳香環、例えばメトキシベンゼン、ブチルベンゼン、ブトキシベンゼン、オクチルベンゼンまたはジデシルベンゼン等であり、Ｘは、低求核度のイオン、例えばＢＦ_４、ＰＦ_６、ＡｓＦ_６、ＳｂＦ_６、ＣＦ_３ＳＯ_３等である）で示されるジアリールヨードニウム塩；一般式Ａｒ_３Ｓ^＋Ｘ−（Ａｒは芳香環、例えばヒドロキシベンゼン、メトキシベンゼン、ブチルベンゼン、ブトキシベンゼン、オクチルベンゼン、ドデシルベンゼン等であり、Ｘは、低求核度のイオン、例えばＢＦ_４、ＰＦ_６、ＡｓＦ_６、ＳｂＦ_６、ＣＦ_３ＳＯ_３などである）で示されるトリアリールスルホニウム塩である。これらの組成物は、０．１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％の光開始剤を含有し得る。ラジカル重合およびカチオン性重合によるＵＶ硬化技術はよく知られている。ＵＶ硬化材料および方法は、例えばＲ．Ｍｅｈｎｅｒｔ、Ｐ．Ｐｉｎｃｕｓ、Ｉ．Ｊａｎｏｒｓｋｙ、Ｒ．ＳｔｏｗｅおよびＡ．Ｂｅｒｅｊｋａによる「ＵＶ ＆ ＥＢ Ｃｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉ」（この内容を参照により組み込む）に概説されている。

任意に、ポリマー中に、水中に不溶性の顔料を分散させることができ、これらの顔料は、強い永久的な色を生じさせる。このような顔料の例は、有機顔料、例えばフタロシアニン、リトールなど、および無機顔料、例えばＴｉＯ_２、カーボンブラックなどである。フタロシアニン顔料の例は、銅フタロシアニン、モノ−クロロ銅フタロシアニン、およびヘキサデカクロロ銅フタロシアニンである。本明細書中に使用するのに適した他の有機顔料としては、アントラキノンバット顔料、例えばバットイエロー６ＧＬＣＬ１１２７、キノンイエロー１８−１、インダントロンＣＬ１１０６、ピラントロンＣＬ１０９６、臭素化ピラントロン、例えばジブロモピラントロン、バットブリリアントオレンジＲＫ、アントラミドブラウンＣＬ１１５１、ジベンゾアントロングリーンＣＬ１１０１、フラバントロンイエローＣＬ１１１８；アゾ顔料、例えばトルイジンレッドＣ１６９、およびハンザイエロー；および金属化顔料、例えばアゾイエローおよびパーマネントレッドが挙げられる。カーボンブラックは任意の既知の型、例えばチャネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックおよびアニリンブラックであり得る。顔料は、物品の重量を基準として１重量％〜４０重量％の、より好ましくは約４重量％〜２０重量％の範囲内の顔料の含有量を与えるのに十分な量で用いられる。

吹込成形硬質中空物品を製造するための熱可塑性材料は、独立に選択し得る。本発明の実施態様では、吹込成形硬質中空物品の熱可塑性材料は、熱可塑性ポリオレフイン（例えば、熱可塑性ポリ塩化ビニル）、熱可塑性ポリビニル塩素、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレア、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリエステルおよび熱可塑性ポリカーボネートの少なくとも１つから選択される。吹込成形硬質中空物品を製作し得る熱可塑性ポリオレフインとしては、例えば熱可塑性ポリエチレン、熱可塑性ポリプロピレン、エチレン及びプロピレンの熱可塑性コポリマー、および熱可塑性ポリブチレンが挙げられる。本発明の１実施態様では、吹込成形硬質中空物品は、ＬＡＮＸＥＳＳから市販の熱可塑性ポリアミド（例えば、ＤＵＲＥＴＨＡＮ熱可塑性ポリアミド）から作られる。

本発明では、用語「熱硬化性プラスチック材料」は、化学的反応性基、例えば活性水素基および遊離イソシアネート基の間の共有結合の形成から得られる３次元架橋ネットワークを有するプラスチック材料を意味する。支持体を製作し得る熱硬化性プラスチック材料としては、当業者に知られた熱硬化性プラスチック材料、例えば架橋ポリウレタン、架橋ポリエポキシドおよび架橋ポリエステルが挙げられる。該熱硬化性プラスチック材料のうち、架橋ポリウレタンが好ましい。物品は、反応射出成形の当該技術で公知の方法による架橋ポリウレタンから製作し得る。反応射出成形は、当業者に知られている通り、典型的に、（ｉ）活性水素官能性成分（例えばポリオールおよび／またはポリアミン）；および（ｉｉ）イソシアネート官能性成分（例えばトルエンジイソシアナートのようなジイソシアナート、および／またはトルエンジイソシアナートのようなジイソシアナートのダイマーおよびトリマー）を、別々に、好ましくは同時に、金型中へ射出する工程を含む。充填した金型は、射出された成分の完全な反応を確保および／または早めるために任意に加熱し得る。射出された成分が完全に反応すると、金型を開き、成形品を取り出す。

当業者に知られている通り、充填材、例えばポリマーフォーム、液体および液体ゲル等を、成形工程の間または成形工程の後に中空物品中へ導入して、付加的な支持体を部材へ注入し得る。

本発明の実施態様では、翼または他の大きな部品は、表面、次いで空気力学を変化させることにより翼効率における優位性を付与するために外側表面の少なくとも一部に一体テクスチャーを有し得る。テクスチャード加工フィルム、テクスチャード加工金型および／または被覆物を含む一体テクスチャーは、幾つかの技術を用いて付与することができる。

一体テクスチャード加工フィルムは、インモールド法により外側表面上に形成される。一体フィルムは、典型的には、プラスチックフィルム、例えば熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックフィルムであり、透明、薄い色または不透明であってよく、テクスチャード加工し得る。さらに、一体フィルムは、その上に、印、パターンおよび／または印刷を有し得る。好ましくは、一体フィルムは、熱可塑性プラスチックフィルム、例えば熱可塑性プラスチックポリウレタンまたはポリカーボネートフィルムである。一体フィルムは、好ましくは、成形法、すなわち、インモールド法の間に外側表面へ組み込む。その例として、熱可塑性ポリウレタンフィルム挿入物を、好ましくは、金型の内部表面の少なくとも一部と接触させて設置する。成形工程の間に、溶融成形材料は、物品を形成しながらフィルム挿入物と接触および融合し始める。金型から取り出すことにより、部品は、外側表面の少なくとも一部に付着した一体成形フィルムを有する。

あるいは、物品の外部表面は、モールド成形されたテクスチャーを有し得る。モールド成形されたテクスチャーは、翼空気力学を変化させることにより翼効率における優位性を提供する働きをすることができる。モールド成形されたテクスチャーは、好ましくは、翼が形成される金型の内部表面上におよび／または内部表面において、複数の***した部分および／または窪みにより形成され得る。必要に応じて、被覆物を、モールド成形されたテクスチャーを強化し、および／または金型から物品の取り出しを補助する手段として金型表面へ加え得る。

種々の方法が、三次元物体を基材上で材料の層の堆積により形成するために提案されてきた。この積層製造工程は、固体自由形状製作（ＳＦＦ）または高速試作（ＲＰ）として既知である。プラスチック、ワックス、金属、セラミック、セメント等のような材料を含む種々の材料および材料の組み合わせは、この方法に従って加工することができる。一般に、ＲＰ技法は、形成すべき物体の連続断面を表すデータを用いて構成媒体から、層毎に、３次元物体を構築する。コンピューター支援設計およびコンピューター支援製造システムは、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムと称されることが多く、典型的には、物体表現をＲＰシステムに提供する。高速試作および製造（ＲＰ＆Ｍ）の３つの主な形態としては、光造形法（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、レーザー焼結法および固体像のインクジェット印刷が挙げられる。

レーザー焼結法は、十分なエネルギーを付与して層を固めるセラミック、ポリマーおよびポリマー被覆金属を含む熱可溶性粉末の薄層から固体像を構築する。インクジェット印刷法は、バインダーと組み合わせる場合に固化する粉末から固体像を構築する。本発明が主に取り組む光造形法は、通常、樹脂と称される重合性液体から薄層を構築する。

更なる自動化製作技術は、Ｋｈｏｓｈｅｖｉｓにより、米国特許第５５２９４７１号、同第５６５６２３０号、同第６５８９４７１号、同第７１５３４５４号および同第７４５２１９６号および米国特許出願公開第２００５／０１９６４８２号、同第２００７／０１３８６７８号、同第２００７／０１８１５１９号に記載される（その内容を参照により本明細書に組み込む）。

本発明を、本明細書に風力タービン翼の製造について記載するが、本発明者は、該方法が、風力タービン塔、自動車構造パネル、農業収穫機械（すなわち、コンバイン）、旅客機用の複合材料構造、建物および建築物に用いるパネル（例えば小個室）および大きなゴミ箱を含む、幅広い種類の他の大きな物体の製造に用いることができることを考慮する。

本発明を、以下の実施例によって更に説明するが、制限するためではない。

図１は、例えば風力タービン翼のような非常に大きい部品を製造するためのコンクリート製金型を製造する自動化システムの使用を説明する。上記実質的金型は、これらの巨大部品を首尾良く複製するために重要な欠くことのできない安定性および硬質構造を提供する。さらに、これらの金型は、比較的安価に風力タービン製造所においてまたはその近くで都合良く製造することができる。

図１の参照により分かる通り、金型形成法は、金型を層毎に製造するために、制御された方法によりコンクリートを供給する押出機ダイ１２へ装着した材料供給管１０の使用を含む。押出機管およびダイ組み合わせをコンピューターにより誘導する。必要なコンピューターモデルを開発するために、金型は、ＣＡＤ（コンピューター支援設計）ソフトウェアを用いて設計する。次いで、設計データを転送し、およびこれを用いてＣＡＭ（コンピューター支援製造）コンピューターをプログラムする。層１６、１８、２０および２２を設置する際に、供給管１０と一体化された、同様にコンピューターにより制御されるこて１４により、押し出されたコンクリートの上部および側面を平滑化する。加熱要素を金型建造工程中に挿入し、完成金型はきっちりと閉まる蓋を備えるが、これも加熱される。

図２は、図１を用いて説明される自動化システムを用いて建造中の風力タービン塔底部を示す。補強ロッドを、必要に応じて、更なる構造強度を与える建造相中に挿入し得る。

図３を参照すれば、開放金型３０を、混合ヘッド３２（例えばＫｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉから）から装填する。混合ヘッド３２では、繊維ガラスストランドを、ガラスロービング３４から適切な長さへ切断し、同時に、貯蔵タンクイソシアネート３６およびポリオール３８から送り出した個々のポリウレタン成分を組み合わせる。同時に、混合ヘッド３２は、ポリウレタン反応混合物を供給し、混合ヘッド３２が開放金型３０上を連続して通過する場合、ガラスロービングを細かく刻む。金型３０表面上でのポリウレタン反応混合物およびガラス繊維の分布を、コンピューター制御ガントリー４２へ結合したロボット４０により制御する。示される通り、ロボット４０を自由に動かす行路上にガントリー４２を設置し、その結果、金型キャビティ４４を完全にカバーする。キャビティ４４を充填し、次いで金型蓋４６を閉じる。金型３０を、約１．５〜約６分の間閉じたままにして、ガラス繊維層を約１２０〜１９０°Ｆの温度にて硬化させる。混合ヘッド３２の内容物を金型３０へ供給するのに必要な時間は、約６０秒である。

本発明の上記の実施例を、本発明を制限する目的ではなく、例示の目的で提供する。本明細書に記載の実施態様を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の方法で変形または修正し得ることは当業者には明らかである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって判定すべきである。

Claims (12)

1. ポリウレタン風力タービン翼の製造方法であって、
   風力タービン翼のための金型を、風力発電所においてまたは風力発電所の近くで形成する工程、
   イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）機により金型中へ射出する工程、
   金型を閉じ、プレスしおよび加熱して、得られるポリウレタンを硬化する工程、および
   翼を風力タービンへ取り付ける工程
   を含む、方法。
2. ポリウレタンを、放射線を用いて硬化する、請求項１に記載の方法。
3. 形成工程を、大規模高速試作により行う、請求項１に記載の方法。
4. 形成工程を、付加的な自動化製作により行う、請求項１に記載の方法。
5. 形成工程は、風力タービン翼の正の像を大規模高速試作により製作し、負の像を形成し、および高強度複合材料を注型または成形する工程を含む、請求項１に記載の方法。
6. 高強度複合材料は、金属、セメントおよびポリマーの少なくとも１つを含む、請求項４に記載の方法。
7. ポリウレタン風力タービン翼の製造方法であって、
   風力タービン翼金型を、風力発電所においてまたは風力発電所の近くで形成する工程、
   イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊維射出（「ＬＦＩ」）機により射出する工程、
   金型を閉じ、プレスしおよび加熱して、得られるポリウレタンを硬化する工程、および
   翼を風力タービンへ取り付ける工程
   を含む、方法。
8. ポリウレタンを、放射線を用いて硬化する、請求項７に記載の方法。
9. 形成工程を、大規模高速試作により行う、請求項７に記載の方法。
10. 形成工程を、付加的な自動化製作により行う、請求項７に記載の方法。
11. 形成工程は、風力タービン翼の正の像を、大規模高速試作により製作し、負の像を形成し、および高強度複合材料を注型または成形する工程を含む、請求項７に記載の方法。
12. 高強度複合材料は、金属、セメントおよびポリマーから選択される１以上を含む、請求項１１に記載の方法。

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