Composietmaterialen Toegankelijk Maken: Covestro's Maezio Innovatie

Ik heb geblogd over Covestro's Maezio Continuous Fiber-Reinforced Thermoplastic (CFRTP) materialen en hun toepassing in Haier's high-end Casarte airconditioners. Maezio wordt nu gebruikt in de schenk van limited-editie hardloopschoenen voor het Chinese sportmerk Bmai.

„Covestro heeft een globaal hoofdkantoor in Shanghai sinds 2011,” zegt David Hartmann, Covestro senior VP growth ventures die in Shanghai woont. „Na de mondiale recessie realiseerden we ons dat China de grootste enkele markt was voor onze producten, en als zodanig, zou het niet mogelijk zijn om ons business hier te ontwikkelen terwijl we alleen een hoofdkantoor in Europa handhaven.” Dus, legt hij uit, Covestro heeft zijn goed gevestigde bases in Duitsland en de VS, maar het zwaartepunt voor Maezio thermoplastische composieten ligt heel sterk in Azië.

Bmai lead designer Axis Liu werkt met Covestro teamleden aan Covestro's APAC Innovation Experience Center in Shanghai. BRON | Covestro.

China eerst

„We zien dat de meest avant-garde en opwindende ontwikkeling voor consumentengoederen in China is,” gaat Hartmann verder. „Een reden hiervoor is dat Chinese consumenten heel vergunnend zijn. Ze zijn bereid nieuwe technologie te proberen en dan door te gaan naar de volgende iteratie. Als je kunt bijhouden met de iteratiesnel dan is het makkelijk om nieuwe kansen op te doen.”

Hoewel partnerschappen en werken over de hele toeleveringsketen altijd cruciaal zijn geweest voor materiaalleveranciers – bij DuPont werkten we met onze directe Nomex papier klanten, de kernfabrikanten, alsook panelfabrikanten en Boeing/Airbus – is Covestro's benadering in China een stap vooruit. „In ons partnerschap met Bmai, discussieerden en stuurden we ontwerpinformatie heen en weer 2-3 keer per dag via digitale communicatie apps. En het is belangrijk om niet alleen waar je slaagt, maar ook waar je faalt te communiceren. Dit is heel atypisch voor wat standaard is in Europa en de VS.”

Een andere atypische benadering is het bemonsteren van de Chinese markt direct via Alibaba's 1688.com platform, de grootste business-to-business digitale marktplaats in China. „Dit is niet alleen een verkoopkanaal,” zegt Hartmann. „We maken onze producten toegankelijker, wat het makkelijker maakt voor klanten om het materiaal te testen en de adoptie van thermoplastische composieten te stimuleren.” Een 1-kg/33-m spoel van 120-mm-brede unidirectionele koolstofvezel/polycarbonaat tape wordt aangeboden voor 488 Yuan. Hoewel dit het enige Maezio product op 1688.com is, heeft Covestro ook bladen in maatgemaakte afmetingen en tapes in breedtes van 120-730mm gecommercialiseerd, alsook 3k geweven alternatieven.

Prestaties voor iedereen

Een reden voor dit nieuwe niveau van partneren is dat zo afstelbaar zijn – of, zoals Covestro het liever noemt, afstelbaar. „Als we een tussenzool maken, stellen we de stijfheid in één richting en de flexibiliteit in een andere precies in,” zegt Hartmann. „Voor elke klant/partner waar we met in schoenen werken – en er zijn er een aantal – engineeren we een iets ander prestatieprofiel gebaseerd op wat ze willen dat die schoen bereikt. Met thermoplastische composieten kun je dit op grote schaal doen.”

Hij merkt op dat Covestro al lang in schoenen zit met diverse materialen, en dat thermoharsende composieten teruggaan tot de jaren 80. „Nike gebruikte ze in schenen en zolen, maar ze waren er meestal voor de look,” herinnert Harmann. „En toen kwam de Nike Vaporfly 4%, waar ze een schoen ontwierpen om de 2-uur marathonbarrière te breken. In hardlopen zit er niets tussen je en de weg behalve de schoen. Nike claimde dat hun gebruik van composieten en andere technologie in die schoen 4% van de loper's energie teruggaf aan hem of haar. Ze hebben nu genoeg data om te tonen dat lopers in deze schoen tot 4% voordeel krijgen.”

Maar Bmai en Covestro willen niet alleen elite atleten helpen toegang te krijgen tot dit soort prestatievoordeel. „Dit is waar Bmai en onze groep bij Maezio connecten,” zegt Hartmann. „Bmai is een ongewoon bedrijf,” voegt Covestro globaal product expert Cholthee Chandrachoti toe. „Ze zijn afgesplitst van het top atletische merk in China maar zetten zichzelf op als bijna counter-culture. (LET OP: Bmai vertaald naar het Engels betekent ‚wees jezelf'.) Ze zijn gelegen in het midden van Peking's grootste recreatiepark en elke medewerker heeft een hardloopdoel. Ze zijn super committed om atletische prestaties open te stellen voor iedereen, benadrukkend dat iedereen het recht heeft om zichzelf te helpen sneller te lopen en hun best te bereiken.” Ze voegt toe dat in China er nu meer dan 1.000 marathons per jaar zijn.

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

Traditionele consumententoepassingen veranderen

Dit idee van democratiseren van atletische prestaties is intrigerend. „We hebben al verzoeken ontvangen van klanten over oplossingen ontworpen voor vrouwen, zoals hogere-prestatie hoge hakken,” zegt Chandrachoti. „Ze hebben flexibiliteit nodig voor de voorvoet maar meer rigiditeit in de hiel en dan nog meer steun naarmate je naar de hiel beweegt. Echter, de fabrikanten willen niet veel verschillende materialen en onderdelen om te assembleren. Ze willen één onderdeel. We kunnen dit met Maezio mogelijk maken.”

Hartmann noemt een verscheidenheid aan potentiële schoenonderdelen inclusief tussenzool, teencaps, bovenwerk en buitenzolen. „De tussenzool zit tussen de kussing erboven en de buitenzool,” legt hij uit. „Schoenontwerpers proberen een heel dicht materiaal te vinden om de schoen te ondersteunen maar ook functies als kussing en duurzaamheid bij te dragen.” Chandrachoti voegt pronatie toe als een andere sleutelfunctie, wat orthopedische gezondheid, stabiliteit en controle tijdens oefening beïnvloedt. Pronatie is de zijwaartse beweging van de voet tijdens lopen of rennen. Als je overproneert – dat wil zeggen, je voet kantelt naar binnen meer dan normaal – dan zou je schoen helpen de impact gelijkmatig te verdelen en stabiliteit toe te voegen. Als je onderproneert – dat wil zeggen, je voet kantelt naar binnen minder dan normaal – dan zou je schoen meer kussing moeten bieden om de extra verticale kracht en impact te absorberen. „Schoenfabrikanten willen de stijfheid, kussing en/of flexibiliteit verhogen voor een specifieke actie of gebruiksprofiel,” legt ze uit. „Deze afstelbaarheid is beperkt door conventionele materialen en het gewicht van deze materialen moet ook gereduceerd worden. Thermoplastische composieten bieden een oplossing voor beide kwesties.”

Maezio materiaalmonsters voor schoen teencap, schenk en tussenzool. BRON | Covestro.
 

Dit was Bmai's eerste indringing in thermoplastische composietmaterialen en een soort testcase. „Hun doel is om de prijs betaalbaar te houden. Bmai heeft niet veel winkels – 70% van hun verkoop is online. De paar winkels die ze hebben heten ‚ervaringscentra' en bieden educatie voor klanten over hun producten.” Omdat Bmai niet veel geld uitgeeft aan reclame of groot marketing, is de gemiddelde prijs voor een paar van hun schoenen onder $100.

Matrixopties en duurzaamheid

Polycarbonaat (PC) is het eerste materiaal gecommercialiseerd voor Maezio producten omdat Covestro uitgebreide expertise en capaciteit hier heeft. „De oplossing voor Bmai was PC, maar we screenen een reeks materialen voor schoenen,” zegt Chandrachoti. „We hebben tien verschillende materialen in testen, inclusief thermoplastisch polyurethaan (TPU).”

Wat herbruikbaarheid betreft, zegt Hartmann dat de EU tot 2024 eenmalige kunststoffen wil verbieden. „We hebben al gerecyclde graden PC op de markt, en kijken ernaar voor Maezio, maar we hebben initiële partners nodig die dit willen ontwikkelen. We kunnen het niet alleen doen omdat het de hele waardesketen betreft.” Hij stelt dat thermoplastische composieten het potentieel hebben duurzamer te zijn dan thermoharsende harsen omdat afval gehakt en hergegoten kan worden of omgezet in injectiegietcompounds. „Gesloten-lus recycling voor Maezio zou een toegewijde waardesketen vereisen,” wijst Hartmann. „Maar we hebben dat precies gedaan in ons werk met Haier. Over acht maanden heeft ons technisch team toegang gekregen tot een groot aantal partners in China om dat programma werkend te maken. Maar dat soort partnerschap en duurzaamheid zijn de toekomst voor zowel de chemicaliën- als composietenindustrie.”

Andere toepassingen en industrieën

Hartmann ziet Maezio als leverancier van lichtgewicht oplossingen voor een breed scala aan toepassingen. „We hebben een aantal actieve commerciële auto-programma's gaande en praten momenteel met de meeste grote laptopfabrikanten.” Hij zegt dat de laptopindustrie „dunner en lichter” wil, maar de buitenkant moet stijf genoeg zijn om de elektronica te beschermen. Fabrikanten hebben traditioneel magnesiumlegeringen gebruikt voor het buitenoppervlak van commerciële laptops, maar er zijn toeleveringsketenkwesties geweest en Maezio biedt interessante ontwervrijheid inclusief diverse oppervlakteafwerkingen.

Batterijpakken en bagage zijn andere toepassingen in ontwikkeling. „Voor bagage heeft ons materiaal een unieke esthetiek alsook functionaliteit en lichtgewicht,” zegt Hartmann. „En we hebben de issues met dieptrekken structuren opgelost. De hoeken – genoeg kofferhoeken – zijn tamelijk lastig. Toen we deze bereikten, voelden we echt een gevoel van prestatie en toonden we ons vermogen om aan de industrie's behoeften te voldoen.” Deze vormbaarheid helpt ook Maezio's ontwikkeling in fietsen en andere sportartikelen.

Hoge prestaties, hoog volume, lage prijs?

Het is interessant dat al Maezio's huidige ontwikkelprogramma's voor consumentengoederen zijn geproduceerd bij relatief hoge volumes. „Voor kleine onderdelen zoals een schoenzool of laptophoes, kijk je naar jaargvolumes in de miljoenen,” zegt Hartmann. „Dit is waar de voordelen van thermoplastische composieten tot uiting komen. Met thermoharsende harsen was dit volume heel moeilijk. Met onze materialen is het geen issue.” Waarom niet? Vanwege de snelle vormcycli die mogelijk zijn, typisch gemeten in 1-2 minuten, tot seconden. „Toch, als een nieuwe startup, voelen we dat ons job is om te leren over deze industrieën en markten om beter te begrijpen wat ze nodig hebben, en wat we moeten doen om aan hun eisen te voldoen.”

Hartmann zegt dat de betekenis van „Made in China” verandert. „Er is een fetisj van ontwerp hier die heel sterk is, maar het is gekoppeld aan een verlangen naar democratisering. Het doel is dat iedereen toegang moet hebben tot stijl en prestaties.” Hij citeert de Chinese electronicafabrikant Xiaomi als een goed voorbeeld. „Ze zijn bekend om het produceren van hoge-kwaliteit electronica, maar tegen een lagere prijs,” legt hij uit. „Ze hebben zich gecommitteerd tot slechts een 5% winstmarge en mikken op een grote klantenpopulatie. Met Maezio is Covestro CFRTP in lijn met deze markt- en productevolutie. We laten mensen de ontwerp-, prestatie- en levensstijlvoordelen van composieten ervaren – maar zonder een Lamborghini prijslabel.”