大型風力発電ローターのプラズマ処理 ― 高効率・自動化・高い再現性

風力ブレードの製造には、次のような厳しい要件が求められます。

• 軽量材料の使用
• 高強度構造の実現
• 乱流を生じにくい滑らかな表面
• 高い表面品質と長期安定性

これらの要件を満たすには、ガラス繊維強化プラスチック (GRP) や炭素繊維強化プラスチック (CRP) の採用がほぼ不可欠です。
航空機産業と同様に、風力発電分野でも大気圧プラズマ処理が非常に効果的なプロセスソリューションを提供します。

風力ブレードの製造で高い効果を発揮するOpenair-Plasma^®処理の適用領域

• 繊維の前処理工程
• ラミネート工程
• ハーフシェル接合工程
• 製造済み部品の表面処理 (仕上げ) 工程

CRP (炭素繊維強化プラスチック) 製ローターブレードの表面前処理では、一般的に機械的な粗面化や溶剤による洗浄が行われています。しかし、この方法では処理結果にばらつきが生じやすく、環境への負荷が高い上に、多くの手作業を伴います。

CRP部材には、繊維そのものとマトリクス樹脂との間で熱伝導率に差があるという特徴があります。そのため、火炎処理やレーザー処理のように高温を伴う方法では、複合材表面の特性を損なうおそれがあります。

一般的に、ローターブレードはCRP (炭素繊維強化プラスチック) とGRP (ガラス繊維強化プラスチック) の複合構造を採用し、ラミネート工程によりハーフシェルとして製造されます。成形後に部品を金型から取り外すためには、金型表面に離型層を形成する必要があります。従来は化学的な離型剤を使用しており、離型のたびに再塗布が必要でした。しかし、この離型剤の一部は離型工程で部品表面に転写されるため、次の塗装工程に進む前にこれらの残留物を完全に除去する必要がありました。

風力発電システムのローターブレード効率には、航空機と同様に空気力学の法則が深く関わります。
航空機では、翼や胴体表面の空気摩擦が飛行効率を左右するのと同様に、ブレード表面の摩擦抵抗が発電効率を大きく左右します。ブレード表面に微細な構造を形成し、高い撥水性をもつテクスチャー加工を施すことで、摩擦抵抗を効果的に低減できます。その着想の一つとなっているのが、水中を滑らかに進むイルカの皮膚構造 (ドルフィンスキン) です。