26/06/2020
Door Ad Spijkers
Een Duits consortium heeft een methode ontwikkeld om volledig recyclebare vezelmetaallaminaten met composteerbare biomaterialen te produceren.
Biologisch afbreekbare natuurlijke vezels en kunststoffen uit van hernieuwbare grondstoffen bieden veelbelovende alternatieven voor conventionele halffabrikaten en bestaande matrixmaterialen in vezelcomposietmaterialen. Deze thermoplastische biomaterialen zijn tot nu toe echter zelden gebruikt omdat er verschillende technische vereisten ontbreken om ze kosteneffectiever te produceren.
Vezelmetaallaminaten
Vezelmetaallaminaten met een kern van composietkunststof van natuurlijke vezels zouden niet alleen vanwege hun mechanische sterkte, maar ook door hun isolerende eigenschappen en recycleerbaarheid geschikt zijn voor toepassingen in de bouw- en transportsector.
Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) ontwikkelt samen met Delcotex Delius Techtex uit Bielefeld, het Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) aan de RWTH Aachen en Dirkra Sondermaschinenbau uit Stolberg een efficiënt productiesysteem. Het is bedoeld voor de serieproductie van volledig recyclebare en gedeeltelijk biologisch afbreekbare laminaten van natuurlijke vezels en metaal. Textiel halffabrikaten van natuurlijke vezels versterken een thermoplastische biokunststof en zijn aan beide zijden bedekt met metalen deklagen.
De metalen schaal van de vezelcomposietkern wordt voornamelijk gebruikt om de biologische variantie van natuurlijke vezels te compenseren en om de mechanische eigenschappen van de component te verbeteren. De speciale structuur van de vezelmetaallaminaten maakt het mogelijk om klassieke metaalverwerkingsprocessen te gebruiken die efficiënt in de waardeketen kunnen worden geïntegreerd.
Goedkoop en recyclebaar
Het kosteneffectieve productiesysteem van de vier partners in het onderzoeksproject Bio-FML is ontworpen voor de continue productie van het duurzame hybride materiaal. Tijdens het impregnatie- en verbindingsproces dient de metalen mantel aan beide zijden als hulpmiddel voor warmte- en drukoverdracht naar de vezelcomposietkern. Op deze manier kan het gebruik van impregnatiepersen worden vermeden.
Om een stevige verbinding tussen de kern en het omringende metaal te bereiken, integreren de onderzoekers een op een laser gebaseerd structureringproces voor de oppervlaktebehandeling van het metaal in de productielijn. Hierdoor worden dure en milieubelastende hechtingverbeteraars tussen de lagen overbodig. Dit zorgt ervoor dat het composietmateriaal aan het einde van de productcyclus kan worden gescheiden en gerecycled door simpelweg warmte toe te passen.
Stabiele componenten
De sandwichconstructie geeft het nieuwe materiaal een robuust, overschilderbaar metalen oppervlak dat eenvoudig kan worden aangepast aan de wensen van de klant. Dat maakt het bijvoorbeeld geschikt voor nieuwe gevelontwerpen. Het composietmateriaal kan ook worden gevormd tot 3D-componenten en profielen in conventionele persen, zoals tot nu toe gebruikt in de metaalverwerking.
Met een nieuw ontwikkeld temperatuurgestuurd gereedschap heeft Fraunhofer IPT al de eerste componenten geproduceerd in een stationaire hete-druktest en bijvoorbeeld met behulp van thermovormen tot een S-profiel gevormd. Als toplaag werd aluminium gebruikt, als kern een composteerbaar vlas-polylactide composietmateriaal (FPL).
Foto: Fraunhofer IPT