Thermoplastische composieten: sterk als metaal, licht als plastic

Toepassingen in sportartikelen, huishoudelijke apparaten en voertuigen

Voor producten en toepassingen waar normale kunststoffen niet sterk genoeg zijn, worden vaak thermoplastische composieten gebruikt. Denk aan sportartikelen zoals tennisrackets en hockeysticks. Een hockeystick van normaal kunststof zou snel breken. Ook onderdelen van huishoudelijke apparaten, zoals wasmachines en drogers, zijn vaak van TPC gemaakt. Het grootste gebruik van TPC vindt echter plaats in vliegtuig- en auto onderdelen.

Samenstelling: Kunststof met vezelversterking

Thermoplastische composieten zijn kunststoffen waarin vezels zijn toegevoegd, zoals glasvezels of koolstofvezels. Deze vezels versterken de kunststof aanzienlijk, waardoor het materiaal veel sterker wordt en goed bestand is tegen stoten of breken. Dit is essentieel in bijvoorbeeld structurele delen van voertuigen, denk aan dashboard ophangingen, binnen delen van deuren, onder de motorkap en in de ventilatoren van het koelsysteem. Bovendien roest het niet en gaat het langer mee dan metaal.

Recycling en hergebruik

Naast de voordelen van TPC is de uitdaging om het materiaal te recyclen. Het probleem is dat tijdens recycling producten en materialen verkleind worden om ze te kunnen verwerken. De versterkende vezels in het TPC worden daardoor gebroken en verkleind waardoor het composiet inboet op de sterkte van het materiaal. Het gerecycled compostiet kan in dat geval niet meer hoogwaardig worden ingezet.

TNO heeft een proces ontwikkeld om de vezellengte zo veel mogelijk te behouden tijdens het recycling proces, waardoor de kwaliteit wel zo veel mogelijk behouden blijft. Met deze methode kunnen momenteel tientallen kilogrammen TPC per uur worden verwerkt. Het doel is om de TPC-onderdelen weer om te zetten in nieuwe materialen voor voertuigen.

Dit doen we in project Composieten - NXTGEN Hightech door een hele serie van maatregelen toe te passen en de procesvoering te optimaliseren zodat de vezels zo min mogelijk te breken.

Innovatie in het maakproces

Naast recycling van TPC werkt TNO ook aan innovatieve nieuwe maakprocessen voor thermoplastische composiet materialen. De meeste TPC materialen met korte vezels worden verwerkt in een spuitgietproces, maar voor toepassingen die hele hoge eisen stellen aan sterkte zijn veel langere vezels nodig. Daarvoor zijn andere maakprocessen nodig.

TNO werkt aan een nieuwe methode waarbij additive manufacturing – ook wel 3D printen genoemd - toegepast wordt om continue vezels in complexe designs in producten aan te brengen en daarmee zeer lichtgewicht componenten te produceren.

Lichtgewichttechnologie

In project Multhem onderzoekt TNO samen met partners uit de keten of de continue vezel 3D print technologie toegepast kan worden voor kleine elektrische drones. Dit versnelt niet alleen het maakproces, waardoor TPC's beter kunnen concurreren met andere materialen.

Een ander voordeel van 3D-printen is dat de vorm uit één onderdeel bestaat en het ontwerp geoptimaliseerd kan worden, wat leidt tot een veel lichtere motorbehuizing. Lichtere onderdelen in voertuigen verlagen het energieverbruik en verminderen de CO2-uitstoot.

Samenwerken aan een circulaire keten

Van het aanleveren van TPC-afval tot het weer inzetten van hoogwaardig gerecylede TPC: we streven naar een gesloten circulaire keten waarin verschillende partijen samenwerken. Wij zoeken partners om de keten te sluiten.

Zoek je hulp bij het recyclen van TPC-productieafval, ben je geïnteresseerd in het hergebruiken van gerecyclede materialen? Of werk je aan toepassingen met complexe, zware vormen die moeilijk te maken zijn?