De democratisering van composieten

Ik heb geblogd over Covestro's Maezio Continuous Fiber-Reinforced Thermoplastic (CFRTP) materialen en hun toepassing in de hoogwaardige Casarte-airconditioners van Haier. Maezio wordt nu gebruikt in de schacht van hardloopschoenen in beperkte oplage voor het Chinese sportkledingmerk Bmai.

"Covestro heeft sinds 2011 een wereldwijd hoofdkantoor in Shanghai", zegt David Hartmann, Covestro senior VP groeiondernemingen die in Shanghai woont. "Na de wereldwijde recessie realiseerden we ons dat China de grootste interne markt voor onze producten was, en als zodanig zou het niet mogelijk zijn om ons bedrijf hier te ontwikkelen terwijl we alleen een hoofdkantoor in Europa behouden." Zo, legt hij uit, heeft Covestro zijn gevestigde bases in Duitsland en de VS, maar het zwaartepunt voor Maezio thermoplastische composieten ligt zeer sterk in Azië.

Bmai hoofdontwerper Axis Liu werkt samen met Covestro teamleden in Covestro's APAC Innovation Experience Center in Shanghai. BRON | Covestro.

China eerst

"We zien dat de meest geavanceerde en opwindende ontwikkeling voor consumptiegoederen in China is", vervolgt Hartmann. “Een reden hiervoor is dat Chinese consumenten erg vergevingsgezind zijn. Ze zijn bereid om nieuwe technologie uit te proberen en vervolgens door te gaan naar de volgende iteratie. Als je de iteratiesnelheid kunt bijhouden, is het gemakkelijk om nieuwe kansen te bedenken."

Hoewel partnerschappen en samenwerking in de hele toeleveringsketen altijd van cruciaal belang zijn geweest voor leveranciers van materialen — bij DuPont werkten we samen met onze directe Nomex-papierklanten, de belangrijkste fabrikanten, evenals paneelfabrikanten en Boeing/Airbus — is de aanpak van Covestro in China een stap vooruit. “In onze samenwerking met Bmai bespraken en stuurden we 2-3 keer per dag ontwerpinformatie heen en weer via digitale communicatie-apps. En het is belangrijk om niet alleen te melden waar je slaagt, maar ook waar je faalt. Dit is heel atypisch voor wat standaard is in Europa en de VS.”

Een andere atypische benadering is het rechtstreeks bemonsteren van de Chinese markt via het 1688.com-platform van Alibaba, de grootste business-to-business digitale marktplaats in China. “Dit is niet alleen een verkooppunt”, zegt Hartmann. "We maken onze producten toegankelijker, waardoor het voor klanten gemakkelijker wordt om het materiaal te testen en de acceptatie van thermoplastische composieten te stimuleren." Een spoel van 1 kg/33 m 120 mm brede unidirectionele koolstofvezel/polycarbonaattape wordt aangeboden voor 488 yuan. Hoewel dit het enige Maezio-product op 1688.com is, heeft Covestro ook vellen in op maat gemaakte formaten en tapes in breedtes van 120-730 mm op de markt gebracht, evenals 3k-geweven alternatieven.

Prestaties voor iedereen

Een reden voor dit nieuwe niveau van samenwerking is dat composieten zo op maat gemaakt zijn - of, zoals Covestro de voorkeur geeft, afstembaar . "Als we een tussenzool maken, stemmen we de stijfheid precies in de ene richting af en de flexibiliteit in de andere", zegt Hartmann. “Voor elke klant/partner waarmee we in schoenen werken - en dat zijn er een aantal - ontwikkelen we een iets andere prestatie-envelop op basis van wat ze willen dat die schoen bereikt. Met thermoplastische composieten kun je dit op grote schaal doen.”

Hij merkt op dat Covestro al heel lang in schoenen zit met een verscheidenheid aan materialen, en dat thermohardende composieten teruggaan tot de jaren tachtig. "Nike gebruikte ze in schachten en zolen, maar ze waren er vooral voor de looks", herinnert Harmann zich. “En toen kwam de Nike Vaporfly 4%, waar ze een schoen ontwierpen om de marathonbarrière van 2 uur te doorbreken. Bij hardlopen staat er niets tussen jou en de weg, behalve de schoen. Nike beweerde dat het gebruik van composieten en andere technologie in die schoen 4% van de energie van de hardloper aan hem of haar teruggaf. Ze hebben nu genoeg gegevens om aan te tonen dat lopers in deze schoen tot wel 4% voordeel behalen.”

Maar Bmai en Covestro willen niet alleen topsporters helpen toegang te krijgen tot dit soort prestatievoordeel. “Hier komen Bmai en onze groep bij Maezio bij elkaar”, zegt Hartmann. "Bmai is een ongewoon bedrijf", voegt Covestro, wereldwijde productexpert Cholthee Chandrachoti, toe. "Ze zijn voortgekomen uit het topsportmerk in China, maar hebben zichzelf bijna als tegencultuur neergezet. (LET OP:Bmai vertaald in het Engels betekent "wees jezelf".) Ze bevinden zich in het midden van het grootste recreatiepark van Peking en elke medewerker heeft een hardloopdoel. Ze zijn super toegewijd om atletische prestaties voor iedereen toegankelijk te maken, waarbij ze benadrukken dat iedereen het recht heeft om zichzelf te helpen sneller te rennen en het beste uit zichzelf te halen." Ze voegt eraan toe dat er in China nu meer dan 1.000 marathons per jaar worden gehouden.

Schetsen van schoenontwerper Brett Golliff tonen de complexe functionaliteit gezocht in zowel ontwerpen als materialen (zie koolstofvezel in middelste afbeelding), evenals een glimp van hoe verschillende schoenen in de toekomst kunnen zijn, rechts.
BRON| Coroflot.com (links, midden) en (rechts) oorspronkelijk van Complex.com (niet langer beschikbaar) maar momenteel geplaatst op Sohu.com en museafrica.com.

Traditionele consumentenapplicaties veranderen

Dit idee om atletische prestaties te democratiseren is intrigerend. "We hebben al verzoeken van klanten ontvangen met betrekking tot oplossingen die zijn ontworpen voor vrouwen, zoals hoogwaardigere hoge hakken", zegt Chandrachoti. "Ze hebben flexibiliteit nodig voor de voorvoet, maar meer stijfheid in de voetboog en dan nog meer ondersteuning als je naar de hiel gaat. De fabrikanten willen echter niet veel verschillende materialen en onderdelen assembleren. Ze willen een deel. We kunnen dit mogelijk maken met Maezio.”

Hartmann somt een verscheidenheid aan mogelijke schoencomponenten op, waaronder tussenzolen, teenkappen, bovendelen en buitenzolen. "De tussenzool zit tussen het kussen bovenop en de buitenzool", legt hij uit. "Schoenontwerpers proberen een zeer dicht materiaal te vinden om de schoen te ondersteunen, maar ook om functies zoals kussen en duurzaamheid bij te dragen." Chandrachoti voegt pronatie toe als een andere belangrijke functie, die de orthopedische gezondheid, stabiliteit en controle tijdens inspanning beïnvloedt. Pronatie is de zijwaartse beweging van de voet tijdens het lopen of rennen. Als je over pronate - d.w.z. je voet rolt naar binnen meer dan normaal - dan zou je schoen moeten helpen de impact gelijkmatig te verdelen en stabiliteit toe te voegen. Als u onder pronate - d.w.z. je voet rolt naar binnen minder dan normaal - dan moet je schoen meer demping bieden om de extra verticale kracht en impact te absorberen. “Schoenenfabrikanten willen de stijfheid, demping en/of flexibiliteit voor een specifieke actie of gebruiksprofiel vergroten”, legt ze uit. “Deze afstembaarheid is beperkt door conventionele materialen en het gewicht van deze materialen moet ook worden verminderd. Thermoplastische composieten bieden een oplossing voor beide problemen.”

Maezio materiaalmonsters voor schoenneus, schacht en tussenzool. BRON | Covestro.

Dit was Bmai's eerste kennismaking met thermoplastische composietmaterialen en een soort testcase. “Hun doel is om de prijs betaalbaar te houden. Bmai heeft niet veel winkels - 70% van hun omzet is online. De weinige winkels die ze wel hebben, worden ‘experience centers’ genoemd en bieden voorlichting aan klanten over hun producten.” Omdat Bmai niet veel geld uitgeeft aan advertenties of grote marketing, is de gemiddelde prijs voor een paar van hun schoenen minder dan $ 100.

Matrixopties en duurzaamheid

Polycarbonaat (PC) is het eerste materiaal dat voor Maezio-producten op de markt wordt gebracht, omdat Covestro hier uitgebreide expertise en capaciteit heeft. "De oplossing voor Bmai was pc, maar we screenen een reeks materialen voor schoenen", zegt Chandrachoti. "We hebben tien verschillende materialen getest, waaronder thermoplastisch polyurethaan (TPU)."

Wat betreft recyclebaarheid zegt Hartmann dat de EU tegen 2024 plastic voor eenmalig gebruik wil verbieden. “We hebben al gerecyclede pc-kwaliteiten op de markt en kijken ernaar voor Maezio, maar we hebben eerste partners nodig die dit willen ontwikkelen. We kunnen het niet alleen, want het gaat om de hele waardeketen.” Hij beweert dat thermoplastische composieten het potentieel hebben om duurzamer te zijn dan thermoharders omdat schroot wordt afgebroken en opnieuw gevormd of wordt omgezet in spuitgietverbindingen. "Closed-loop recycling voor Maezio zou het bouwen van een toegewijde waardeketen vereisen", benadrukt Hartmann. “Maar we hebben precies dat gedaan in ons werk met Haier. Gedurende acht maanden heeft ons technische team een ​​groot aantal partners in China benaderd om dat programma te laten werken. Maar dat soort partnerschap en duurzaamheid zijn de toekomst voor zowel de chemische als de composietindustrie.”

Andere toepassingen en industrieën

Hartmann ziet in Maezio lichtgewicht oplossingen voor een breed scala aan toepassingen. "We hebben een aantal actieve commerciële automobielprogramma's lopen en zijn momenteel in gesprek met de meeste grote laptopfabrikanten." Hij zegt dat de laptopindustrie "dunner en lichter" wil, maar de buitenhoes moet stijf genoeg zijn om de elektronica te beschermen. Fabrikanten hebben van oudsher magnesiumlegeringen gebruikt voor het buitenoppervlak van commerciële laptops, maar er waren problemen met de toeleveringsketen en Maezio biedt een aantal interessante ontwerpflexibiliteit, waaronder verschillende oppervlakteafwerkingen.

Batterijpakketten en bagage zijn andere toepassingen in ontwikkeling. "Voor bagage heeft ons materiaal een unieke esthetiek, functionaliteit en lichtgewicht", zegt Hartmann. “En we zijn erin geslaagd om de problemen op te lossen met het vormen van dieptrekstructuren. De hoeken - kofferhoeken genoemd - zijn best lastig. Toen we deze bereikten, voelden we echt een gevoel van voldoening en toonden we ook ons ​​vermogen om aan de behoeften van de industrie te voldoen." Deze vormbaarheid helpt Maezio ook bij de ontwikkeling van fietsen en andere sportartikelen.

Hoge prestaties, hoog volume, laag prijs?

Het is interessant dat alle huidige ontwikkelingsprogramma's van Maezio gericht zijn op consumptiegoederen die in relatief hoge volumes worden geproduceerd. "Voor kleine onderdelen zoals een schoenzool of laptophoes, kijk je naar jaarlijkse volumes in de miljoenen", zegt Hartmann. “Hier komen de voordelen van thermoplastische composieten om de hoek kijken. Met thermoharders was dit volume erg moeilijk. Met onze materialen is dat geen probleem.” Waarom niet? Vanwege de snelle vormcycli die mogelijk zijn, meestal gemeten in 1-2 minuten tot seconden. "Toch zijn we een nieuwe startup en vinden we dat het onze taak is om meer te weten te komen over deze industrieën en markten om beter te begrijpen wat ze nodig hebben en wat we moeten doen om aan hun vereisten te voldoen."

Hartmann zegt dat de betekenis van "Made in China" aan het veranderen is. “Er is hier een fetisj van design die erg sterk is, maar die gepaard gaat met een verlangen naar democratisering. Het doel is dat iedereen toegang moet hebben tot stijl en prestaties.” Als goed voorbeeld noemt hij de Chinese elektronicafabrikant Xiaomi. "Ze staan ​​bekend om het produceren van hoogwaardige elektronica, maar tegen een lagere prijs", legt hij uit. “Ze hebben zich gecommitteerd om slechts een winstmarge van 5% te nemen en streven naar een grote klantenpopulatie. Met Maezio loopt Covestro CFRTP mee met deze markt- en productevolutie. We laten mensen de voordelen van design, prestaties en levensstijl ervaren die composieten te bieden hebben, maar zonder een Lamborghini-prijskaartje.”