Sat Oct 19 2019

10 19

Composieten steeds meer geaccepteerd in industrie en architectuur

08/10/2018

Door Leo de Ridder

Eerder dit jaar opende JEC World, de grootste composietenbeurs ter wereld, voor de 21e keer haar deuren. Drie dagen lang waren twee van de gigantische hallen van het Parijse beurscomplex Parc des Expositions het decor waartegen 1350 exposanten op stands, variërend van een paar vierkante meter tot de omvang van een half voetbalveld, hun waren konden aanprijzen. Het aantal bezoekers was met 42445 weer hoger dan vorig jaar. Het waren vooral constructeurs, kunststofspecialisten, eindgebruikers, engineers en architecten die de JEC bezochten, aangetrokken door de vele nieuwe ontwikkelingen bij composieten en speurend naar nieuwe mogelijkheden om deze materialen toe te passen.


     

 

Om ze op weg te helpen konden ze niet alleen terecht op de vele stands van bedrijven met klinkende namen als Royal Ten Cate, Airborne, BASF, Airbus, BMW, Voith Composites, Krauss Maffei en Dow Automotive. Inspiratie konden ze ook opdoen op een viertal Planets waar de laatste hoogstandjes van de composietentechniek in volle glorie stonden uitgestald. Het varieerde dit jaar van complete vliegtuigrompen, geavanceerde productieapparatuur en exclusieve, met composieten opgepimpte bolides, tot Industrie 4.0 applicaties, 3D printing en speciale ontwerpsoftware. Wat er op de JEC te zien is, is natuurlijk maar het topje van de ijsberg, maar het uitzicht vanaf die top is wel veelbelovend. Tel daarbij op een aantrekkende economie en een groeiend interesse voor composieten en het humeur van de exposanten kon niet kapot. Die zien hun markt al jaren groeien tot een omvang van inmiddels € 83 miljard en een volume van 11,23 miljoen ton. En met een verwachte jaarlijkse groei van 5% tot 2021 blijft dat humeur waarschijnlijk opperbest.

 

Potentieel

Laag gewicht, hoge sterkte, grote ontwerpvrijheid, slijtvastheid en goede corrosiebestendigheid vormen voor vele industrietakken nog steeds een opwindende combinatie als het gaat om materiaaltoepassingen. Het is ook niet voor niets dat composieten steeds inniger omarmd worden door ontwerpers, constructeurs en architecten en steeds veelvuldiger worden toegepast in sectoren als machinebouw, automotive, infrastructuur, stedenbouw, transport, medische apparatuur en sport. Na jaren van onverholen wantrouwen bij veel overheidsinstellingen en bedrijven over het toepassen van composietmaterialen als vervanging van staal, beton of aluminium, keert nu het tij. De JEC drukte de bezoekers wat dat betreft met de neus op de feiten en geen weldenkende constructeur zal inmiddels ontkennen dat composieten aan een fikse inhaalslag bezig zijn. Zeker als het gaat om potentiële toepassingsmogelijkheden op vaak onverwachte terreinen, had de JEC enkele verassingen in petto. Niet alleen wat betreft de laatste ontwikkelingen op het gebied van grondstoffen en vezels, maar ook wat het gebruik van natuurlijke materialen betreft. Fietsen, design producten, verpakkingen en (straat)meubilair, allemaal op basis van vlas-, hennep-, sisal- of bamboevezels, je kon er nauwelijks omheen. Opvallend was ook dat de thermoplastische composieten bovengemiddeld blijven groeien, dat organo-sheets steeds meer belangstelling krijgen, dat productiekosten steeds lager worden, cyclustijden steeds korter en ontwerpers steeds enhousiaster. Verder waren het de thema’s duurzaamheid, recycling van composieten en de lage CO2 footprint die dit jaar vooral opvielen, naast een bovenmatige belangstelling voor bouw en architectuur.

aeromobil

Make it real met vliegende auto’s en zo

Op spectaculaire wijze werd de JEC-bezoeker een blik gegund op de geavanceerde wijze waarop composieten momenteel worden ingezet, zoals in drones, elektronische apparaten, draagvleugelboten, vliegtuigonderdelen en vliegende auto’s. De organisatie heeft daarvoor een soort pleisterplaatsen aangelegd aan de randen van de beurshallen, de al eerder genoemde Planets. Hier mogen bedrijven en wetenschappelijke instellingen hun kunsten vertonen aan de geïnteresseerde beursbezoeker, zonder dat die wordt lastig gevallen door opdringerige standbemanning. Behalve de Planets Aero, Auto en Building, was daar dit jaar voor het eerst de Planet ‘Make it Real’ aan toegevoegd. Hier konden bezoekers een indruk krijgen van hoe hedendaagse ontwerpers omgaan met de mogelijkheden die nieuwe en recent ontwikkelde composieten bieden op het gebied van mobiliteit, architectuur, infrastructuur, robots, medische apparatuur en zelfs kunst. Het was daarmee ook gelijk de meest interessante Planet met een imposante selectie van vliegende auto’s, drones, Formule-1 boten en met vlasvezels versterkte driewielers voor gehandicapten. Veel publiek trokken ook de Composite Challenge en de Startup Booster die dit jaar voor de tweede keer werden georganiseerd. De Composite Challenge is bedoeld voor studenten die hier hun afstudeerscriptie kunnen pitchen voor een jury van specialisten uit de industrie. De scriptieonderwerpen waren ook dit keer een mooie afspiegeling van de ontwikkelingen die momenteel gaande zijn op composietengebied. Het varieerde van de dynamische mechanische eigenschappen van vlasvezels, het recyclen van composieten door het terugwinnen en hergebruiken van koolstofvezels uit halffabricaten en multifunctionele metaal/koolstofvezel composieten voor elektrisch geleidbare lichtgewicht structuren, tot discontinue composiet leidingen voor hoogpresterende toepassingen en een onderzoek naar de vraag in hoeverre koolstofvezel composieten kunnen worden gebogen. De scriptie over discontinue composiet leidingen kreeg uiteindelijk de eerste prijs.

Iets dergelijks werd gedaan bij de zogenaamde Startup Booster maar dan voor jonge bedrijven die hun ideeën konden pitchen ten overstaan van een jury van industriële zwaargewichten van bedrijven als Airbus, 3M, Alstom en Daimler. Winnaar hier werd het Duitse bedrijf Inca Fiber dat een nieuwe procédé heeft ontwikkeld om koofstofvezels te metalliseren met een laagje koper, zink of tin. De vezels en het daaruit samengestelde composiet krijgen daardoor nieuwe functionele eigenschappen, zoals elektrische en thermische geleidbaarheid, betere slijtvastheid en een glanzend oppervlak.

 

Afbeelding 8

Innovation Award Programs

En dan zijn er sinds 1998 elk jaar weer de prestigieuze JEC Innovation Awards, de prijzen voor de meest innovatieve composietoplossingen wereldwijd. Daartoe werden uit meer dan 100 ingediende toepassingen, 30 genomineerden gekozen, waarvan er uiteindelijk 10 met een Award naar huis gingen. Selectiecriteria waren onder meer het technisch karakter van de innovatie en de commerciële toepassingsmogelijkheden ervan. 

In de categorie Aerospace process won een consortium van bedrijven en instellingen waaronder Airbus, TU München, BASF en SGL Carbon. Het ging hierbij om de productie van een complexe 2.5D thermoplastische composiet sandwichconstructie met een zeer korte cyclustijd. Belangrijkste voordelen hierbij zijn o.a. een hoge functionaliteit door directe injectie op de huid en preventie van holtes in de buitenlaag. In de categorie Automotive Applications was het een ontwikkeling van Ford die won. Hierbij ging het om en composiet lichtgewicht wielophangingsysteem dat aanzienlijke gewichtsbesparing oplevert door het gebruik van een gepatenteerd prepreg/SMC/staal overmolding productieproces en nieuw ontwikkelde computer-aided engineering (CAE) technologie. De voornaamste voordelen zijn gewichtsvermindering met bijbehorende vermindering van CO2-uitstoot; productie van een complex samengesteld onderdeel in één doorgang; minder engineering en nieuw ontwikkelde CAE-tools voor de optimalisatie van onderdelen uit meerdere materialen. Audi won samen met Voith, Dow Automative en Zoltek de Award in de categorie Automotive Process met de ontwikkeling van een nieuw cfrp (carbon fiber reinforced polymer) productieproces. Het is voor het eerst dat het volledige potentieel van cfrp kan worden gebruikt voor grootschalige productie, dankzij een nieuw ontwikkelde module voor de rugzitting van Audi A8 modellen. Als belangrijkste voordelen werden genoemd de functionele systeemintegratie in een module voor carrosserieonderdelen en de maximale ontwerpvrijheid van cfrp in grootschalige productie. In de categorie Sustainable Development scoorden Cetim-Cermat en partner CETIM de hoofdprijs met een '3-in-1' lijn voor de verwerking van gerecyclede composieten. Het gaat om een modulaire productielijn waar via een thermomechanisch proces grootschalige panelen uit composiet- of kunststofafval worden geproduceerd en waarbij vervolgens door hotstamping onderdelen uit deze panelen kunnen worden gemaakt. Het kunnen produceren met hoogwaardige gerecylede composieten gaf voor de jury de doorslag bij het toekennen van de Award.

 

JEC PR 2018 sella chair

Tot slot

Een bezoek aan de JEC is elke keer weer een inspirerend en opwindend inkijkje in een betrekkelijk nieuwe wereld van composietmaterialen en hun toepassingen. Je mag echter wel hopen dat de meeste bezoekers weten waar ze naar op zoek zijn en, belangrijker nog, weten waar ze dat kunnen vinden in die enorme hallen. Het vereist namelijk de nodige basiskennis over composieten om op een beurs van deze omvang nieuwe ontwikkelingen en trends en de impact daarvan te kunnen herkennen en inschatten en daarbij het kaf van het koren te kunnen scheiden. Voor nieuwkomers in deze wereld lijkt dit me geen geringe opgave. Zeker voor een net afgestudeerde constructeur die door zijn of haar baas op pad wordt gestuurd om te rapporteren over de mogelijkheden van composieten voor zijn bedrijf, lijkt het me lastig. Misschien zouden de organisatoren van de JEC daar eens over moeten nadenken. Een idee zou kunnen zijn om deze novieten al bij de ingang van de beurs te koppelen aan een doorgewinterde composietenexpert die ze groepsgewijs een uur op sleeptouw neemt over de beurs en ze zo wegwijs maakt in deze wondere wereld der composieten.

 

Dit artikel verscheen eerder in het vakblad Constructeur

Afbeeldingen: JEC