Thermoplastische composieten van bio-origine

Sirris bestudeert de toepassing en het gebruik van composieten met natuurlijke vezels vanuit verschillende benaderingen: in gietwerk, assemblage en kwaliteitscontrole. De resultaten zijn opmerkelijk.

Samen met andere onderzoekscentra en universitaire instellingen in België werkt Sirris nu reeds twee jaar in het kader van een Feder-project aan de praktijktoepassing van composieten uit biologische grondstoffen.

Toepassing van thermoplastische composieten uit biologische grondstoffen

Steunend op hun praktijkervaring met thermoplastische composieten met continue vezels bestudeert Sirris in dit Macobio-project de mogelijkheid en het potentieel om klassieke composieten te vervangen door producten van biologische oorsprong. Een van de specifieke moeilijkheden met deze materialen is de maximum toegelaten temperatuur voor natuurlijke vezels, die veel lager is dan bij synthetische vezels. Deze eigenschap vereist bijvoorbeeld de optimale verfijning van thermiek van de gereedschappen voor het homogeniseren van de temperatuur en het vermijden van warme zones die het product zouden kunnen afbreken.

De keuze is gevallen op grondstoffen die men in de handel kan verkrijgen, namelijk op basis van klassieke uit petroleum getrokken matrixen (zoals PP), maar ook uit matrixen van biologische oorsprong zoals PLA en uiteraard uit natuurlijke vezels (zoals onder andere vlas). Deze grondstoffen zijn verkocht hetzij in de vorm van geconsolideerde semi-producten, hetzij in de vorm van hybride stoffen met divers gemengde vezels.

Bij de geteste technieken heeft men de autoclaaftechnologie kunnen toepassen en is er een demostuk gemaakt om de pertinentie van de aangenomen technologische keuzes te kunnen bepalen. Hier in kwestie was dat het zadel van een koersfiets.

Naast het beheersen van de thermiek was de moeilijkheid van de oefening het gebrek aan vervormbaarheid van conventionele weefsels tegen te gaan voor de productie van een degelijke component. Na de parameters voor deze toepassing geoptimaliseerd te hebben, vond men meer bevredigende resultaten en kon men de “gevoelige” zones uiteindelijk meester worden. De zones zijn vooraf geïdentificeerd aan de hand van een berekening via een door de partners in het kader van een ander project ontwikkelde software.

Om verder te gaan en samen met een van de partners een studie op te zetten over de LCA (analyse van de levenscyclus) van TP-composieten van bio-origine heeft Sirris met financiële steun van Feder een speciale droogkamer kunnen aanschaffen naast de reeds aanwezige autoclaaf. Om meer te lezen over deze nieuwe apparatuur verwijzen wij naar de blog Thermoplastische composieten: nieuwigheden om beter te produceren.

Een andere door Sirris bestudeerde techniek in het kader van dit project is overmolding van stijve ‘preforms’ (platen) die vooraf verwarmd zijn om ze terug te vervormen. Deze techniek werd in een vorig project op punt gesteld en hier aangepast aan de semi-producten op basis van PP/vlasvezels met meer dan bevredigende resultaten.

Een nieuwe techniek voor het gebruik van TP-composieten van bio-origine is vanaf vandaag opgezet. Deze bestaat in het samenbrengen en vervolgens injecteren van polyethyleen van bio-origine met daarin korte natuurlijke vezels uit wilgenschors.

Opsporen van defecten

Om de kwaliteitskenmerken van de geproduceerde elementen te kunnen bepalen, bestond een tweede facet van het Macobio-project erin de in een vorig project al eerder ontwikkelde tool op punt te stellen om defecten in de composieten op te sporen. Het is een niet destructief controlesysteem met actieve infraroodthermografie. Deze tool is performant door enerzijds gelijkmatig opwarmen van het te onderzoeken composiet en anderzijds een geoptimaliseerde mathematische beeldverwerkingstechniek.

De update van de software is geslaagd en de beeldverwerking geautomatiseerd. Met deze update gebeurt de verwerking nu in 5 minuten in plaats van in 1 uur.

Assemblage

Een derde luik van het project tenslotte betrof de lasassemblage (Joule-effect) van de geproduceerde onderdelen. In eerste instantie zijn maakbaarheidstesten uitgevoerd op monsters. Voorts gaat het erom in de praktijk componenten te assembleren door de verwarmingselementen te positioneren in functie van een verloop dat gelinkt is aan de driedimensionale vorm van de interfaces.

Om dit productieproces te automatiseren zetten wij binnenkort een ‘cobot’ in, eveneens aangekocht in het kader van Macobio.

Zie ook