Modulaire productielijn zet thermoplastische polymeren & composieten om in hoogpresterende organosheet-panelen

Cetim (Nantes, Frankrijk) is al bekend om zijn QSP (Quilted Stratum Proces) voor geïndustrialiseerde productie (< 1-minuut cyclus tijd) van thermoplastische composietonderdelen, en ook voor zijn QSD (Quilted Stratum Design) software die dergelijke onderdelen optimaliseert, inclusief hoe productieafval terug in het onderdeel te hergebruiken. Derde enabling technology is een modulaire productielijn voor het omzetten van thermoplastisch afval met en zonder vezelversterking in organosheet-panelen die gewenste eigenschappen en kosten bieden.

Pilotlijn op Cetim Grand Est

Dit thermoplastisch composiethergebruikingsproces is ontwikkeld door Cetim Grand Est (Mulhouse, Frankrijk). Opricht in 1977 als Cetim Cermat, fusiondeerde het in 2018 met CRITT Matériaux Alsace om technologische ondersteuning te bieden aan bedrijven in de Alsace Lorraine en Champagne-Ardenne regio's van Frankrijk. "Cetim Grand Est is verantwoordelijk voor hergebruikstechnologieën voor polymeren en thermoplastische composieten," legt Clément Callens, business unit manager bij Cetim Grand Est voor het Mulhouse-gebaseerde Industry of the Future-team, inclusief thermoplastische proces- en online monitoring projecten, uit. "We hebben vijftien mensen in deze afdeling en werken met universiteiten en bedrijven uit een breed scala aan industrieën, creërend interdisciplinaire teams om uitdagende problemen op te lossen."

"De pilotproductielijn die we in Mulhouse hebben opgezet, is ontwikkeld om de wereld te tonen dat dit innovatieve thermomechanische proces voor het hergebruiken van productieafval mogelijk is," vervolgt Callens. "Deze lijn lijkt op QSP in filosofie: een geautomatiseerd systeem dat flexibel en modulaire is, wat bedrijven in staat stelt de technologie op een efficiënte en kosteneffectieve manier te gebruiken. We ontvangen eigenlijk afval van de QSP-lijn in Nantes, of van andere klanten, en cycleren het opwaarts naar diverse organosheet-materialen en panelen, met als doel de integriteit van de composieten te behouden voor hogere prestaties vergeleken met traditionele materialen en traditionele gerecyclde composieten."

Thermosaïc en ThermoPRIME

De lijn combineert twee afzonderlijke benaderingen: Thermosaïc en ThermoPRIME.

Thermosaïc neemt thermoplastisch composietproductieafval van snijden en trimmen (of van end-of-life onderdelen), grof geshredderd en gebruikt dan een thermomechanisch proces om de shreds om te zetten in organosheet. "We noemen het een composiet structureel paneel," zegt Callens, "maar het is eigenlijk als organosheet." De term organosheet is in Europa geëvolueerd om stofversterkte thermoplastische prepreg, semi-prepreg of pre-geconsolideerde blanks te beschrijven die gethermoformeerd en overvormd kunnen worden tot composietonderdelen. Thermosaïc-producten zijn quasi-isotroop, en de vezellengte wordt zo lang mogelijk gehouden om de mechanische eigenschappen te maximaliseren. "Ze liggen ertussenin tussen korte vezel blad en klassiek organosheet," merkt Callens op. "Het doel van de technologie is een goed compromis te vinden tussen de shred-grootte en de eigenschappen van het paneel want je moet altijd prestaties koppelen aan kosten. Het proces moet flexibel en kosteneffectief zijn, wat betekent goedkoper dan virgin materiaal."

"We gebruiken dezelfde productielijn om ThermoPRIME structurele panelen te maken," legt hij uit. "Het is hetzelfde basisconcept, maar in deze benadering beginnen we met onversterkt thermoplastisch afval of end-of-life onderdelen die gerecycld zijn tot film. Films van verschillende materialen zijn al op de markt beschikbaar. We voegen dan virgin, natuurlijke, gerecyclde of andere droge continue vezels toe om een organosheet te produceren die dezelfde eigenschappen heeft als virgin materiaal maar tegen lagere kosten. De vezelimpregnering gebruikt een continu proces wat goedkoper is versus de batchverwerking van klassiek organosheet."

Demonstraties, kostenbesparing en toeleveringsketen

Demonstraties tot nu toe toonden meer kostenbesparing bij hogere prestaties thermoplasten zoals PEEK (polyetheretherketon) of PPS (polyphenylene sulfide) versus materialen zoals PP (polypropyleen), die al laagprijs zijn als virgin materialen. Naast deze polymeren heeft Callens' team PA6 (polyamide 6) verwerkt en verschillende soorten glasvezelversterkte polymereherbruikproducten ontwikkeld, in samenwerking met bedrijven, bijvoorbeeld Porcher (Eclose-Badinières, Frankrijk), om Thermosaïc- en ThermoPRIME-panelen te produceren. Het team werkt ook aan gerecyclde koolstofvezelversterkte polymere panelen.

Hoe ziet u de hergebruikstoeleveringsketen ontwikkelen? "We werken nu aan het overdragen van deze technologie naar de industrie, in samenwerking met Tier 1 leveranciers en materialenfabrikanten," zegt Callens. "Cetim Grand Est werkt met de industrie aan proof of concept en haalbaarheidsstudies. Het werkt ook, in samenwerking met de machinefabrikant partner, aan het aanpassen van de lijn om te voldoen aan de specifieke behoeften van klanten en met klanten om de optimale productiemodules en parameters te definiëren."

Thermosaïc en ThermoPRIME werden erkend op JEC World 2018 met de Innovatieprijs voor Duurzame Ontwikkeling. Clément Callens is gepland om op 12 mei meer details over deze technologie te presenteren op JEC World 2020 (Parijs, Frankrijk).