Kunststof & Rubber 2 2021 by online-mbm

74e jaargang | nr. 2 | april 2021

Membraan van bioplastic haalt olie uit water

Gerecyclede ‘ocean-bound’ plastics

Nieuwe technologie voor productie ePP

Composiet maakt volgende generatie auto's 30 procent lichter

Composieten

Op en boven het Mars-oppervlak Groen licht voor industrieel hergebruik EoL-composiet

KUNSTSTOF

KR_Cover.indd 45

www.kunststofenrubber.nl

RUBBER

13/04/2021 09:39

BIJ ONS IN DE KUNSTSTOF

KR_Bijonsindekunststof.indd 46

13/04/2021 09:20

Bij ons kijken we al uit naar de zomer Een vakantie aan of op het water en dan dromen we bij Kunststof en Rubber alvast van een mooie vaartocht in stijl met de MAMBO. Dit acroniem staat voor Motor Additive Manufacturing BOat. De boot – is het een trimaran of lijkt het nu meer op een omgedraaide driewieler, zoals een powerboat? – is een ontwikkeling van het Italiaanse Moi Composites Srl. De MAMBO is gemaakt op basis van een 3D-model met hun gepatenteerde 3D-printtechnologie Continuous Fiber Manufacturing (CFM). De technologie maakt dankzij het gebruik van robots die worden gestuurd door generatieve algoritmen, het 3D-printen van continu-vezel composiet mogelijk. De verschillende secties werden ge3Dprint met behulp van twee Kuka Quantec High Accuracy-robots – in Milaan op het hoofdkantoor van Moi Composites en in Autodesk's AMF (Advanced Manufacturing Facility) in het Engelse Birmingham. De afzonderlijke delen zijn gelamineerd tot een sandwich, met polyesterhars en glasvezel, samengevoegd met de andere delen en daarna gespoten. De boot was vorig jaar al te zien op de Genoa Boat Show.

www.moi.am

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Bijonsindekunststof.indd 1

13/04/2021 09:19

INHOUD

COLOFON

INHOUD

Kunststof en Rubber Uitgever: Arjan Stoeten Adviseurs: Epco Blessing, Willem Böttger, Arie Brouwer, Bas de Bruin, Alain Dirven, Wijnand Hollander, Servé Tonino Redactie: Robin Zander Tel. +31 622208034 r.zander@mybusinessmedia.nl Liam van Koert Tel. +31 617588265 l.vankoert@mybusinessmedia.nl Redactieadres: Postbus 58, 7400 AB Deventer redactie.kunststofenrubber@mybusinessmedia.nl www.kunststofenrubber.nl Advertentieverkoop: Cobie te Nijenhuis Tel. +31 570 504313 c.tenijenhuis@mybusinessmedia.nl Bram de Ridder Tel. +31 653325681 b.ridder@mybusinessmedia.nl

Alle advertentiecontracten worden afgesloten conform de Regelen voor het Advertentiewezen gedeponeerd bij de rechtbanken in Nederland. Abonnementenadministratie Abonnementen, bezorging en of adreswijzigingen: MYbusinessmedia Holding bv, abonnementen Kunststof & Rubber, Postbus 58, 7400 AB Deventer Tel. +31 570 504325 kunststofenrubber@mybusinessmedia.nl Abonnementstarieven Jaarabonnement Nederland: € 225,Jaarabonnement Buitenland: € 253,-* Proefabonnement (3 edities): € 29,50* KIVI-leden: € 112,75* (i.p.v. €123,50) Studentenabonnement: € 50,00* (inschrijvingsbewijs verplicht) * Prijzen zijn exclusief 9% BTW Jaarabonnement geldt tot wederopzegging. Beëindiging van het abonnement kan schriftelijk en telefonisch (+31 570 504325) gebeuren, uiterlijk drie maanden voor het einde van de abonnementsperiode; nadien vindt automatisch verlenging plaats.

Druk: Drukkerij Roelofs, Enschede Opmaak: Bureau OMA, www.bureauoma.nl Hoewel de informatie gepubliceerd in deze uitgave zorgvuldig is uitgezocht en waar mogelijk gecontroleerd, sluiten de uitgever en de redactie uitdrukkelijk iedere aansprakelijkheid uit voor eventuele onjuistheden en/of onvolledigheid van de verstrekte gegevens. MYbusinessmedia legt uw gegevens vast voor de uitvoering van de abonnementenovereenkomst. Uw gegevens kunnen door MYbusinessmedia of zorgvuldig geselecteerde derden worden gebruikt om u te informeren over relevante producten. Indien u hiertegen bezwaar hebt kunt u contact opnemen met de uitgever.

KR_Inhoud.indd 2

BIJ HET OMSLAG Bij de cover: De contra-roterende composiet rotorbladen gaan Ingenuity helpen vliegen op Mars. (Foto: NASA/Cory Huston) Meer op pagina 16.

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:21

DEMONISERING

Artikelen

‘De demonisering van de frikandel’. Ik

Bioplastic haalt olie uit water

vond het een aankondiging van jewelste

Volledig recyclebaar membraan

Op1 op 8 april. Menig vegetariër zal het

Gerecyclede ‘ocean-bound’ plastics Nieuw materiaal van Sabic

30 procent lichter met composiet

Met Fiber Application & Injection Molding

Lichtere en groenere composieten Brightlands Materials Center

Composieten terug naar Mars

Toray Advanced Composites en Mars 2020

10 13 14

Circulaire thermohardende composieten

Oplossing voor afgekeurd materiaal

Nieuwe productietechnologie voor ePP Lagere kosten en meer rendement

een discussie op het scherpst van de snede. Over hoe dit symbool van de vaderlandse eetcultuur het verdiende met hand en tand te worden verdedigd. Of hoe de ‘juunbuuze’, lokaal dialect, aan de schandpaal zou worden genageld als hoofdschuldige van ons ongezonde eetgedrag. Echt spetteren ging het overigens niet. Frans van het Nederlands Frituurcentrum had het over het “stelselmatig demoniseren van de frituurbranche”. En

EoL-composiet voor de wegen waterbouw 20

Hergebruik van composiettape

krijg meteen trek van zo'n aankondiging.

Rooij van de Vereniging Professionele Frituurders en

Groen licht voor industrieel hergebruik

Circular Recycling Company

niet demonisch genoeg kunnen, maar ik Ik had mij in elk geval opgemaakt voor

Vezelversterkte constructie-oplossingen Pultrusie-profielen en koppelstukken

voor de uitzending van praatprogramma

verweet ook vegetariër en presentator Jort Kelder daar aan mee te doen, die weer eens een oude koe uit de sloot haalde over wat er dan allemaal in zo’n frikandel wordt verwerkt. Conclusie: ongezond eten bestaat niet, wel een ongezonde levensstijl.

Een andere die via e-mail voorbij kwam op de redactie was deze: 'De afbreekeconomie’: kapot maken in de strijd voor een beter leven. Het bericht

Beuningen. De toon werd in de eerste zin van het bericht gezet: ’Om het geweld van de plastic vervui-

Rubrieken BrancheBreed Actueel Agenda

was afkomstig van Museum & Depot Booijmans Van

ling een halt toe te roepen zou anders gedacht moe-

4 5 5

ten worden: hoe breek je straks af wat je nu gaat maken?’. De tweede zin was al wat sympathieker: ‘Vandaag lanceert Boijmans ‘De afbreekeconomie’, een bio-based antwoord op de vervuiling van de fossiele economie’. Maar laten we niet meteen gaan steigeren over het woordgebruik. Tegenargumenten aandragen heb ik onlangs gelezen heeft ook geen zin. Want een beetje complotdenker geeft die in een handomdraai een

NIEUWSBRIEF De Kunststof en Rubber nieuwsbrief brengt u wekelijks (en gratis) op de hoogte van allerlei ins en outs uit de sector. Bedrijfsnieuws, materialen, machines, toepassingen, prijzen, vacature en human interest.

plekje in zijn of haar theorie-hi-hi-hi-tje. Gaan kijken is dan de enige optie. Doen, want de bijdrage over bioplastic ‘wierwaar’ is toch de moeite wel waard. Enige minpunt: het is op afbreekeconomie.boijmans.nl. Dus na afloop helaas niet meteen langs de frituur. Voor een kaassoufflé of zo. Echt niet. Robin Zander, redactie

Aanmelden kan via www.kunststofenrubber.nl/ nieuwsbrief

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Inhoud.indd 3

13/04/2021 09:21

BRANCHEBREED

BrancheBreed SAMENGESTELD DOOR ERIK DE RUIJTER VAN NRK

NRK Buitenterreindag

Als industrie laten we zien dat we rubber en kunststof op een milieuvriendelijke manier verwerken, met zo min mogelijk afval. Daar hoort bij dat onze bedrijfsterreinen schoon en opgeruimd zijn. Om die reden organiseerden we op 19 maart de NRK Buitenterreindag. Met de landelijke actie willen we de bedrijfslocaties regelmatig samen grondig schoonmaken. Een groot aantal NRK-lidbedrijven deed mee. De opbrengst: tientallen vuilniszakken vol plastic, papier, blikjes en piepschuim. De actie gemist? Geen probleem: op 17 september organiseren we de volgende NRK Buitenterreindag. Wilt u daarnaast structureel werk maken van rest- en zwerfafval? Doe dan mee met Operation Clean Sweep. Kijk op www.nrk.nl/zwerfafval voor meer informatie

NRK en EuPC vragen aandacht voor schaarste grondstoffen

Nederlandse ondernemers in de rubberen kunststofindustrie signaleren net als elders in Europa vele force majeureverklaringen van grondstofleveranciers. Toegezegde leveringen worden geannuleerd. Als er wel wordt geleverd, is dat tegen hogere prijzen. Op basis van de huidige aanzeggingen is het onduidelijk of aan de eisen van force majeure wordt voldaan. De NRK en EuPC volgen de ontwikkelingen op de voet. We vragen bij overheidsinstanties in Nederland en Europa om aandacht te besteden aan de mondiale marktcondities van een level playing field. Gezien de tekorten adviseert de NRK haar lidbedrijven om waar mogelijk recyclaat in te zetten. Recyclaat blijkt vaak een passend alternatief voor virgin materiaal en draagt bij aan een lagere CO2-uitstoot.

Collectieve inkoop gas en elektriciteit

De afgelopen jaren hebben steeds meer NRK-leden gekozen voor het NRKinkoopcollectief voor elektriciteit en gas. Door het volume dat we samen met de leden hebben kunnen bereiken, willen 4

KR_BrancheBreed.indd 4

energiebedrijven graag leveren. Dat gebeurt ook tegen zeer gunstige voorwaarden. Genoeg redenen om met het collectief mee te doen. Na vier succesvolle rondes start de NRK medio 2021 weer met een nieuwe ronde. Voor dit collectief ligt de focus op 2024. De begeleiding is in handen van Energy-Check en een werkgroep die bestaat uit leden van de NRK. Wilt u deelnemen of heeft u vragen? Neem vrijblijvend contact op met Idriss Hassani van Energy-Check: 06-29 45 16 69 / info@energy-check.nl

NRK Corona RI&E

Er gebeurt veel branchebreed: opleidingen, bijeenkomsten, bedrijfsbezoeken, noem maar op. Aan alles deelnemen gaat niet, maar alles overslaan is ook geen optie. Op deze pagina meldt Erik de Ruijter van NRK nieuwsfeiten over actuele onderwerpen. www.nrk.nl

Het coronavirus houdt ons al ruim een jaar in zijn greep. Het virus is er nog steeds en daarom blijven maatregelen noodzakelijk. Door de juiste maatregelen te nemen, verkleint u de kans op besmetting en kan uw bedrijf doordraaien. Ter vervanging van de ‘Handreiking 1,5 meter samenleving’ heeft de NRK een nieuwe tool om uw coronabeleid nog beter in de steigers te zetten: de NRK Corona RI&E. De tool helpt u om het overzicht te bewaren en het virus zoveel mogelijk buiten de deur te houden. Dat voorkomt grote problemen zoals uitval van personeel en verstoringen. In de NRK Corona RI&E wordt onderscheid gemaakt in individuele- en groepsmaatregelen. Vervolgens kunt u kiezen voor management- en operationeel niveau, waarna de relevante maatregelen in beeld komen. Wat u heeft gedaan, vinkt u af. Bij de overige plaatst u een uitroepteken, zodat helder is wat er nog moet gebeuren. Wilt u gebruikmaken van de tool en bent u lid van de NRK? Stuur dan een mail naar info@nrk.nl

Volg NRK via LinkedIn

Blijf altijd op de hoogte van het laatste nieuws uit de branche via de LinkedInpagina van de NRK. www.linkedin.com/company/ nrk-nederlandse-rubber-en-kunststofindustrie-/

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:24

ACTUEEL

Universiteit Twente is alle informatie over de cursus te vinden. Hier staat ook het digitale aanmeldingsformulier. www.utwente.nl/nl/et/korte-cursussen

Worldstar Packaging Award 2021

Exolon laat voor de polycarboonaatplaten de merknaam Makrolon vallen.

Exolon – geen Makrolon

De Exolon Group laat weten dat ze de tot nu toe grootste stap in hun nog jonge bedrijfsgeschiedenis hebben genomen: de merknaam Makrolon verdwijnt en de meerwandige en massieve platen van polycarbonaat worden onder de nieuwe merknaam Exolon geproduceerd en verkocht. De verandering van de merknaam gebeurt in eerste instantie vanaf mei 2021 voor het assortiment meerwandige polycarbonaatplaten. In juli 2021 volgt het assortiment massieve platen. "Behalve de naam verandert er niets. Wij blijven staan voor uitmuntendheid op het gebied van kwaliteit, service en veiligheid", benadrukt Jens Becker, ceo van de Exolon Group. Het merk ontwikkelt zich nu weliswaar verder, maar alle contactpersonen binnen de Exolon Group blijven dezelfde en zijn graag bereid alle vragen over de producten te beantwoorden. www.exolongroup.com

Storopack heeft twee ‘Worldstar Packaging Awards 2021’ binnengehaald: in de categorie elektronica voor de verpakkingsoplossing THE BOX en in de medische en farmaceutische categorie voor de Onco-System-transportdozen. De laatste is een sectorspecifieke oplossing met temperatuurregeling voor apotheken, ziekenhuizen en laboratoria om geneesmiddelen zoals cytostatica en infusiebehandelingen veilig te transporteren. De doos is herbruikbaar en de combinatie van een glad oppervlak en een verwijderbare binnenbekleding draagt bij aan een eenvoudige en doeltreffende reiniging van alle onderdelen. Het temperatuur-gecontroleerd transport wordt mogelijk gemaakt door de bewezen fase-overgangsmateriaaltechnologie (Phase Change Material, PCM) van de koelelementen van hard plastic waarvan het dauwpunt precies kan worden aangepast aan het vereiste temperatuurbereik. De systeemoplossingen uit duurzaam ePP kunnen worden hergebruikt. De afmetingen van de Onco-System-doos zijn aangepast aan infuuszakken, zodat die plat kunnen liggen. Zo kan schade tijdens het transport worden voorkomen, bijvoorbeeld knikken in de zak of op de ingewerkte breekpunten van de infusie-instrumenten. www.storopack.nl

Online extrusiecursus

De Universiteit Twente geeft in de tweede helft van juni en het begin van juli 2021 (week 25 t/m 27) een online extrusiecursus onder verantwoordelijkheid van het Polymeer Center Twente. Extrusie is een verwerkingsmethode die in veel kunststofindustrieën wordt toegepast. De nadruk ligt op apparatuur, processen en productkwaliteit. Het doel van de cursus is optimale benutting van extruders in productieprocessen. Hoe beslist u of in een bepaalde situatie een extruder nodig is? Hoe kiest u het juiste type? Bent u aan een nieuwe extruder toe of kan de bestaande machine verbeterd worden? Deze en andere vragen worden tijdens de cursus Extrusie behandeld. Op de website van de

AGENDA JEC World 2021

JEC World in Parijs is volgens de organisatoren de enige vakbeurs die de wereldwijde composietindustrie verenigt: een indicatie van de betrokkenheid van de industrie bij een internationaal platform waar gebruikers een volledig spectrum aan processen, nieuwe materialen en composietoplossingen kunnen vinden. Datum: 1 - 3 juni 2021 Locatie: Parijs, Frankrijk www.jec-world.events

Midden in de Maak

Midden in de Maak is een unieke kans om online op de hoogte te worden gebracht van de nieuwste ontwikkelingen in de (maak)industrie. Bezoekers kunnen zich virtueel door de beurshal begeven, seminars bezoeken en de stands van de deelnemende bedrijven bezoeken. Datum: 21 juni - 25 juni 2021 Locatie: online www.middenindemaak.nl

KUTENO

KUTENO - Kunststofftechnik Nord is een regionale toeleveringsbeurs voor de gehele procesketen van de kunststofverwerkende industrie. Vakbezoekers kunnen zich op de derde editie van de beurs naar verluidt verheugen oplossingen en innovatieve processen voor de kunststofverwerking, netwerkmogelijkheden en vaklezingen. Datum: 7 - 9 september 2021 Locatie: Rheda-Wiedenbrück (D) www.kuteno.de

Kunststoffen 2021

De Storopack Onco-System-transportdoos voor temperatuur-gecontroleerd transport heeft dit jaar een Worldstar Packaging Award in de wacht gesleept.

De Kunststoffenbeurs is dé vakbeurs en ontmoetingsplek voor de gehele kunststofketen in de Benelux. Actuele thema’s als circulaire economie, duurzaamheid, smart industry, slimme grondstoffen, nieuwe materialen, kostprijsbesparing, innovatieve productiemethodes, productontwikkeling en kansen voor de maakindustrie staan deze editie centraal. Datum: 15 - 16 september 2021 Locatie: 's-Hertogenbosch www.kunststoffenbeurs.nl

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Actueel.indd 5

13/04/2021 09:24

ONDERZOEK & RECYCLING

Recyclebaar membraan van bioplastic haalt olie uit water Zijn de poriën verstopt, dan kan het plastic worden afgebroken en de bouwstenen worden gezuiverd voor een nieuwe membraan Polymeerwetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) en NHL Stenden hebben een plastic membraan gemaakt van appelzuur. Hiervan is een superamﬁﬁele vitrimeer gemaakt, een polymeer die is te gebruiken om water en olie van elkaar te scheiden. De membraan is bovendien in zijn geheel te recyclen.

oe ruim je olievervuiling in water op? Dat is nogal een uitdaging. Superamfifiele membranen die houden van zowel olie als water zijn een veelbelovende, maar nog weinig praktische oplossing. De membranen zijn niet stevig genoeg voor gebruik buiten een laboratorium en de poriën in de membraan raken verstopt met zand en algen uit het water. Chongnan Ye en Katja Loos van de RUG hebben, samen met Vincent Voet en Rudy Folkersma van NHL Stenden in Emmen, een relatief nieuw type polymeermembraan gemaakt die sterk is en gemakkelijk is te recyclen. Een bijdrage over de ontwikkeling van de membrane

is begin maart verschenen in het tijdschrift Advanced Materials en is vrij online in te zien via: onlinelibrary. wiley.com/doi/10.1002/adma.202008460

Netwerk

Sinds een aantal jaren werken wetenschappers van beide instellingen samen om zogeheten vitrimeerplastic te onderzoeken, een polymeer dat de mechanische eigenschappen heeft van een thermohardend plastic en goed bestand is tegen chemische stoffen. Maar vitrimeren gedragen zich ook als een thermoplast, ze zijn gemakkelijk te depolymeriseren en opnieuw te gebruiken. Daarmee heeft plastic op basis van vitrimeren alle eigenschappen die nodig zijn voor een membraan om olie mee op te ruimen. “Bovendien is dit vitrimeer gemaakt van appelzuur, een natuurlijke chemische bouwsteen”, aldus Loos. “De polymeren in een vitrimeer zijn onderling met elkaar verbonden, maar op een reversibele manier”, legt Voet uit. “Ze vormen een dynamisch netwerk, waardoor het mogelijk is de membraan te recyclen.” De vitrimeren ontstaan door polymerisatie via ringopening in basisch milieu tussen gewoon appelzuur en chemisch gemodificeerd appelzuur. De polymeren worden tot poeder vermalen en daarna via verhitting tot een poreuze membraan ‘gebakken’.

Poriën

De vitrimeer-membraan wordt gemaakt door polymeren van het natuurlijke monomeer appelzuur onder druk te verhitten. Het is mogelijk de membraan te recyclen door die te vermalen en opnieuw te verhitten onder druk. (Illustratie: Chongnan Ye, RUG)

KR_Artikel2P_1.indd 6

Zowel water als olie verspreiden zich op de superamfifiele membraan. In met olie vervuild water is er veel meer water dan olie aanwezig, en dit zal dan ook de membraan bedekken. Het waterlaagje voorkomt dat olie door de poriën kan gaan. Voet: “Op de manier worden olie en water van elkaar gescheiden.” De membraan is sterk genoeg om op deze manier olie uit water te filteren. Wanneer zand en algen de poriën verstoppen is het mogelijk de membraan te depolymeriseren en de bouwstenen die dan ontstaan te zuiveren, om daarmee vervolgens een nieuwe membraan te maken.

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:40

ONDERZOEK & RECYCLING

De hybride onderzoeksgroep met (vlnr) Katja Loos, Chongnan Ye, Rik Brouwer, Renato Lemos Cosse, Vincent Voet en Rudy Folkersma. (Foto: RUG)

“We hebben dit in het laboratorium getest op een schaal van enkele vierkante centimeters”, vertelt Loos. “En we verwachten dat onze methodes ook op grotere schaal werken, zowel voor de synthese van de polymeren als voor de productie en het recyclen van de membraan.” De wetenschappers hopen dat zich een industriële partner zal melden die dit membraan verder wil ontwikkelen.

Toepassing

Het maken van een nieuw soort membraan om olievervuiling op te ruimen laat het belang zien van de samenwerking tussen een universiteit en een hoge-

school. “We hebben een tijdje geleden besloten dat onze beide polymeergroepen moesten fuseren, en dat we studenten, stafleden en faciliteiten zouden delen. Dat heeft onlangs geleid tot de oprichting van de eerste hybride onderzoeksgroep in Nederland”, legt Loos uit. Dit maakt het eenvoudiger om toepassingen te vinden voor nieuw ontwikkelde materialen. Voet: ”Polymeerchemici verbinden moleculaire structuren aan de eigenschappen en toepassing van materialen. Binnen onze hybride onderzoeksgroep is al de benodigde ervaring daarvoor ruimschoots aanwezig.” www.rug.nl

color makes the difference De specialist in color & additieve masterbatches

www.uniqueqolors.nl / +31 (0)85 076 13 63 / info@uniqueqolors.nl

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel2P_1.indd 7

13/04/2021 09:40

MATERIALEN

Gerecyclede ‘ocean-bound’ plastics als nieuw materiaal Sabic komt met een nieuw gerecycled materiaal, dat wordt gemaakt van ‘ocean-bound’ plastic. Het materiaal wordt voor het in zee belandt tot 50 km landinwaarts uit rivieren en kanalen gehaald. Na mechanisch te zijn gerecycleerd wordt het omgezet in grondstof voor nieuwe consumptiegoederen en elektronicatoepassingen, zoals afstandsbedieningen voor tv's en scheerapparaten. In de toekomst zou het ook in bijvoorbeeld de automobielsector kunnen worden toegepast.

et nieuwe gerecyclede materiaal, dat deel uitmaakt van Sabic's Trucircle-portfolio, is een Xenoy PC/PET-blend die bestaat uit minimaal 10 procent gerecycled ocean-bound PET gemengd met polycarbonaat. Volgens een interne LCA-studie, die zoals het bedrijf erkend niet door derden is gevalideerd, kan met elke kton product met een hars die voor 20 procent uit het gerecyclede materiaal bestaat, worden voorkomen dat een equivalent van 24 miljoen PET-flessen van een halve liter voor eenmalig gebruik in zee belandt en afval wordt. Dit blijkt volgens Sabic uit informatie van het World Economic Forum, de Pet Resin Association en de publicatie ‘Life cycle impacts for postconsumer recycled resins: PET, HDPE, and PP,’ van Franklin Associates uit december 2018.

Engineering thermoplastics

Het nieuwe materiaal maakt deel uit van het gamma engineering thermoplastics (ETP) van Sabic en kan de ‘carbon footprint’ tot 7 procent (gebaseerd op gegevens van Intergovernmental Panel on Climate Change van de Verenigde Naties (IPCC 2013 GWP 100a V1.03) en het energieverbruik tot 11 procent verlagen (Cumulative Energy Demand V1.11). Volgens de makers heeft het materiaal een goede slagvastheid, verwerkbaarheid en chemische weerstand. "Ons nieuwe gerecyclede oceaan-bound materiaal kan helpen om het probleem direct aan te pakken als onderdeel van ons streven om kunststofafval dat als afval eindigt tot een minimum te beperken", aldus Sergi Monros, vice president Performance Polymers & Industry Solutions for Petrochemicals. "Door duurzamere materialen te creëren en nieuwe samenwerkingsverbanden aan te gaan, hopen we onze industrie en onze hele waardeketen opnieuw vorm te kunnen geven, en tegelijkertijd een leidende rol te spelen om te helpen richtsnoeren te geven voor noodzakelijke regelgeving en bestuur", aldus Momros. "We zijn er trots op dat we erin zijn geslaagd om materiaal op basis van gerecycled ocean-bound PET zo te ontwerpen dat het voldoet aan hoge prestatie-eisen van 8

KR_Artikel1P_2.indd 8

Sabic komt met een Xenoy PC/PET-blend die bestaat uit minimaal 10 procent gerecycled ‘ocean-bound’ PET gemengd met polycarbonaat.

onze klanten, in combinatie met een zeer goede verwerkbaarheid."

Portfolio

Het nieuwe materiaal maakt deel uit van het Trucircleinitiatief met de circulaire innovaties van het bedrijf, zodat klanten toegang krijgen tot duurzamere materialen. De bedoeling is dat zij hiermee de eindconsument meer vertrouwen kunnen geven in het kopen van producten – met de wetenschap dat het materiaal is gerecycled en verantwoord geproduceerd. Het portfolio omvat design voor recyclebaarheid, mechanisch gerecyclede producten, gecertificeerde circulaire producten uit feedstock-recycling van gebruikt plastic, gecertificeerde hernieuwbare producten uit bio-gebaseerde feedstock en closed-loop-initiatieven om plastic terug te recyclen in hoogwaardige toepassingen en te helpen voorkomen dat waardevolle gebruikte kunststoffen afval worden. www.sabic.com

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:26

KAN VEEL

HEEFT WEINIG NODIG

BESPAART GELD EN GEEFT ALLES

WERKT ELEKTRISCH PRODUCEERT KLASSE IS SNEL

HEEFT ROUTINE

Uw instap in de wereld van elektrisch spuitgieten: De GOLDEN ELECTRIC combineert de onverslaanbare kwaliteit van onze hydraulische GOLDEN EDITION met de efficiëntie van een elektrische aandrijving. Goed voor uw klanten en uw operators. www.arburg.be

KR_Cover.indd 9

13/04/2021 09:38

COMPOSIETEN

Composiet auto-onderdelen via Fiber Application & Injection Molding Composiet maakt volgende generatie auto's dertig procent lichter Het onderzoekscentrum voor toepassingen van thermoplastisch composiet TPAC van Saxion Hogeschool in Enschede werkt met partners in een Europees project aan het vervangen van stalen auto-onderdelen door een veel lichter en bovendien recycleerbaar composietmateriaal, op een manier die past in de maakprocessen van de bestaande kunststofverwerkende industrie.

Ferrie van Hattum: “.. composiettechnologie .. inpassen in de maakprocessen van de bestaande kunststofverwerkende industrie.”

KR_Artikel4P_1.indd 10

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:42

COMPOSIETEN

‘Elke kilogram gewichtsbesparing levert over de levenscyclus van de auto gerekend zo’n zeven liter brandstof op’

uto’s lichter maken, levert voordelen op in brandstofverbruik met als gevolg minder CO2-uitstoot. En omdat auto’s in zulke enorm grote hoeveelheden worden geproduceerd, is de impact van zelfs kleine gewichtsbesparende maatregelen per saldo heel groot. Directeur Ferrie van Hattum van TPAC werkt samen met het bedrijfsleven en met verschillende universiteiten aan circulaire oplossingen voor de auto-industrie. “Het doel is met lichtgewicht onderdelen het staal in auto’s te vervangen daar waar dat kan. In ons zogenoemde 3D FAIM-project werken we met het bedrijfsleven en de universiteiten aan slimme én circulaire oplossingen voor de auto-industrie. We laten op Europees niveau zien dat nieuwe technologieën op een industriële schaal in de automotive sector kunnen worden toegepast”, aldus Van Hattum. “Hier in Nederland hebben we van oudsher natuurlijk niet een grote auto-industrie. Maar in Duitsland is die er wel en vandaar dat wij voor ons 3D FAIM-project op Europees niveau onderzoek doen naar het ontwikkelen en produceren van lichtgewicht onderdelen die op een veilige manier staal kunnen vervangen, bijvoorbeeld in auto’s.”

Fiber Application & Injection Moulding

Saxion TPAC ging in 2018 met technische universitei-

Fiber Application & Injection Molding

Overmoulding is een bekende technologie verwerking van thermoplastische composieten. Hierbij wordt een composietmateriaal overspoten door kunststof. Omdat hierbij veelal een weefsel wordt toegepast, ligt veel materiaal ook op plekken waar het niet nodig is. Dat is voor het onderdeel onnodig gewicht en maakt het duurder. Door gebruik te maken van een geprinte insert van composiet en vervolgens te overspuiten (FAIM), kan het materiaal precies daar gebruikt worden waar het nodig is. Dat levert gewichts- en kostenbesparingen op.

Lichtgewicht Construeren – TPAC

Dr. ir. Ferrie van Hattum is sinds 2013 als lector verbonden aan het Saxion-lectoraat Lichtgewicht Construeren en is ook directeur van het ThermoPlastic composites Application Center. Van Hattum studeerde Werktuigbouwkunde aan de Universiteit Twente, waar hij afstudeerde op het gebied van thermoplastische composieten. Na zijn promotie op het gebied van nanocomposieten bij de Universiteit van Minho (Portugal) werkte Van Hattum voor diverse wetenschappelijke instituten en in het bedrijfsleven.

ten uit Duitsland, Polen en Italië en met een groot aantal Europese bedrijven van start met dit onderzoeksproject met de naam 3D-FAIM waarin alles draait om Fiber Application & Injection Molding: dit is het maken van onderdelen voor auto’s uit composiet, waarbij het maakproces ook nog eens is in te passen in de huidige kunststofverwerkende industrie. “Het beste van beide werelden dus, met als doel op een efficiënte manier lichtere onderdelen voor auto’s te produceren. Onderdelen die aan het einde van de levenscyclus ook nog eens kunnen worden hergebruikt. “Per auto levert elke kilo gewichtsbesparing over de gehele life-cycle pakweg zeven liter brandstofbesparing op. En omdat je bij auto’s al gauw praat over onderdelen die tien tot twintig kilo wegen, zet dat dus snel zoden aan de dijk,” berekent Van Hattum. “Winst is bijvoorbeeld te behalen in een autostoel. Van oudsher heeft die een stalen frame, wat een relatief zwaar onderdeel is. De keuze voor het stijve en veilige staal werd oorspronkelijk niet voor niets gemaakt, maar dankzij een nieuwe toepassing zoals composiet is er een lichter alternatief mogelijk dat diezelfde, onwrikbare eigenschappen in zich draagt. Het is best pittig met een stuk staal te concurreren want daarin zit zestig jaar optimalisatie. Maar composiet stelt ons in staat het maakproces van zo’n frame heel anders vorm te geven.”

Minus dertig procent

Volgens Van Hattum komen uiteindelijk veel semistructurele onderdelen van een auto in aanmerking om op een nieuwe manier van lichter materiaal te worden geproduceerd. Dat kan leiden tot auto’s die zo’n dertig procent minder wegen, met dezelfde eigenschappen qua veiligheid. “Of neem elektrische auto’s, die kunnen straks met kleinere batterijen worden uitgerust want met minder gewicht kom je een stuk verder.” Maar er is meer mogelijk. TPAC ging met de partners en de studenten een stap verder. “Wij proberen de composiettechnologie zo te ontwikkelen dat we die inpassen in de maakprocessen van de bestaande kunststofverwerkende industrie. Dashboards en schaaldelen voor auto’s worden al van kunststof gemaakt. Maar omdat kunststof niet voor alle onderKUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_1.indd 11

13/04/2021 09:42

COMPOSIETEN

delen van de auto sterk genoeg is, moeten ze vaak nog op een stalen deel worden bevestigd.” Wanneer dat deel door composiet wordt vervangen, vormen beide materialen samen een sterk, maar licht alternatief voor de auto-onderdelen, aldus Van Hattum. “We hebben daarvoor een 3D-printproces ontwikkeld waarmee we een insert van composiet, een soort geraamte, kunnen maken dat precies op die plekken neergelegd wordt waar we de sterkte en stijfheid van het materiaal nodig hebben. Wanneer we dat deel vervolgens overspuiten met kunststof, hebben we óók het dashboard of het stoelframe dat we willen hebben, maar dan vele malen lichter.”

Over vijf jaar

In de huidige generatie auto’s wordt al volop met lichter materiaal gewerkt. Het onderzoek van TPAC en de partners richt zich vooral op de volgende generatie voertuigen die over een jaar of vijf profiteert van de nieuwe technologische toepassingen. “Wij gaan vanuit onze expertise niet het mobiliteitsprobleem oplossen maar we zorgen er wel voor dat voortbewegen van de auto energie-efficiënter kan door een lager gewicht. Bovendien kan je thermoplastische kunststoffen van dit type hergebruiken. Aan het einde van de rit demonteer je de auto, gooi je het kunststofmateriaal in de shredder en pers je er nieuwe producten van die weer opnieuw in een auto gebruikt kunnen worden.”

Portier-demonstrator

Hoewel er in de afgelopen jaren intensief kon worden samengewerkt tussen het TPAC-lab in Enschede en het lab van de Technische Universiteit van Chemnitz in Duitsland, liep de laatste fase van het onderzoeksproject door corona-restricties wat vertraging op. “We werken met de Technische Universiteit Chemnitz daarom nu nog aan een demonstrator van een autoportier. Met dat project gaan we aantonen dat we met de inzet van composiet in kunststof in een spuitgietproces een impactbalk van een autoportier kunnen maken, waarbij we dus ook het traditioneel uit staal geproduceerde deel vervangen door kunststofcomposiet. Dit wordt de volgende stap in ons onderzoek dat laat zien dat we in een Europees samenwerkingsverband onze nieuwe technologieën op industriële schaal in de automotivesector kunnen toepassen.” www.thermoplasticcomposites.nl

Het 3D FAIM-project wordt mede mogelijk gemaakt door financiële ondersteuning van de Provincie Overijssel. In het project werkt het ThermoPlastic composites Application Centre - TPAC van Saxion samen met de Technische Universiteit van Chemnitz en andere Europese partners uit het MERGEurope network.

‘Het is best pittig om met een stuk staal te concurreren want daarin zit zestig jaar optimalisatie’

De demonstrator van de impactbalk uit het een autoportier waaraan nu wordt gewerkt door TPAC en de Universiteit van Chemnitz.

KR_Artikel4P_1.indd 12

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:42

ADVERTORIAL

Thermoplastische composieten: nog lichter en groener!

De hele wereld bevindt zich in een materiaal en energie transitie voor een meer duurzame toekomst. Bedrijven zoeken naar nieuwe technologieën om hun bijdrage te leveren. Bovendien is steeds meer wetgeving op komst om bedrijven te dwingen om aan de doelen van deze transitie te voldoen. Thermoplastische composieten (TPC’s) zijn lichtgewicht materialen die kunnen helpen bij zowel de materiaal als energie transitie en het halen van uw CO2 doelstellingen.

Binnen het Lightweight Automotive Programma van Brightlands Materials Center is het doel producten uit thermoplastische composieten nog lichter en groener te maken. Lichter door hybride of multi-materiaal materiaal oplossingen aan te bieden en groener door 1) het recycleren van thermoplastisch composiet, 2) inzet van verschillende polymere reststromen, 3) teruggewonnen vezels uit thermoharder composiet en 4) het gebruik van bijvoorbeeld natuurlijke vezels al dan niet in gerecycleerd lang vezel granulaat.

Wij hebben een solide track-record om voor uw bedrijf lichte, groene en economische oplossingen in TPC te ontwikkelen. Hiervoor hebben we een Fieldlab Duurzame Thermoplastische Composieten operationeel. We gaan graag het gesprek met u aan.

BRIGHTLANDS MATERIALS CENTER www.brightlandsmaterialscenter.com info@brightlandsmc.com +31(0)88 – 866 96 90

FIELDLAB

WWW.BRIGHTLANDSMATERIALSCENTER.COM INFO@BRIGHTLANDSMC.COM +31(0)88 – 866 96 90

Brightlands.indd 1

Advertorial Brightlands.indd 13

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

07-04-21 16:00 13

13/04/2021 11:29

COMPOSIET

Koolstofvezelversterkte constructie-oplossingen Nieuwe pultrusie-profielen en koppelstukken Refitech heeft het assortiment vierkante koolstofvezelversterkte constructieoplossingen verder uitgebreid met de nieuwe 40x40 mm ‘High Precision’ koker met een standaardlengte van 1600 mm en de bijbehorende RefiFLEX 40S koppelstukken. Ook leverbaar in de Benelux: het UD carbon-constructiesysteem van CarboSix. De CarboSix pultrusie-profielen hebben geïntegreerde montagesleuven, zodat ze door middel van verschillende bevestigingsmaterialen tot frames kunnen worden geschroefd, in plaats van verlijmd. “Wij zien een groeiende markt voor lichtgewicht constructies”, zegt Bas Nijpels, sales engineer bij Refitech. “Steeds meer werktuigbouwkundigen maken dan ook gebruik van onze carbonvezel buizen, kokers en profielen. Naar aanleiding daarvan kregen we steeds vaker de vraag naar buizen en kokers met grotere afmetingen, als aanvulling op onze succesvolle 20, 25 en 30 mm RefiFLEX-serie. Net als zijn kleinere

soortgenoten is de nieuwe 40x40 mm HP van binnen en van buiten glad afgewerkt, zodat de koppelstukken perfect passend kunnen worden verlijmd. Door verschillende elementen te combineren, kunnen zo heel gemakkelijk lichtgewicht frames voor allerlei toepassingen worden geconstrueerd.”

Vormen en maten

Bas Nijpels gaat verder: “Het RefiFLEX buizen- en verbindingsprogramma omvat intussen 18 verschillende vormen en maten. En hoewel onze klanten steeds nieuwe interessante toepassingen

Nieuw in het RefiFLEX-programma zijn de 40x40 mm High Precision-koker met een standaardlengte van 1600 mm en de bijbehorende koppelstukken.

KR_Artikel2P_2.indd 14

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:44

COMPOSIET

De CarboSixprofielen zijn unidirectionele (UD)carbon-vezel pultrusie-profielen met geïntegreerde montagesleuf.

bedenken, is hun uitdaging altijd hetzelfde; hoge prestaties bij een lager gewicht dan met een vergelijkbare aluminium oplossing. Enkele recente voorbeelden zijn frames voor grote LED-schermen, waar voor onze kokers is gekozen vanwege hun hoge sterkte en lage gewicht, meetsystemen die voordeel hebben van de heel lage uitzettingscoëfficiënt en hoge stijfheid van carbon, en grijperoplossingen, waar carbon wordt gebruikt vanwege het lage gewicht zonder het risico van metaalmoeheid. Een carbonvezel-oplossing heeft uiteindelijk een veel langere levensduur, en dat voordeel betaalt zich snel terug.”

ook het constructiesysteem van dat bedrijf aan het portfolio toegevoegd. In tegenstelling tot het multilayer prepreg RefiFLEX systeem, bestaan de Carbosixprofielen uit unidirectionele (UD) pultrusie-profielen. Daardoor zijn ze ideaal voor oplossingen die een hoge buigstijfheid vragen bij een laag gewicht. De drie beschikbare afmetingen zijn 90x90 mm, 90x45 mm en 45x45 mm, en deze zijn allemaal voorzien van een geïntegreerde montagesleuf. Dankzij deze sleuven kunnen de profielen voor de constructie van frames met verschillende bevestigingsmaterialen aan elkaar worden geschroefd.

Pultrusie-profielen

Als onderdeel van de samenwerkingsovereenkomst met CarboSix uit Italië, heeft Refitech nu

De profielen van CarboSix zijn ideaal zijn voor oplossingen die een hoge buigstijfheid en een laag gewicht vereisen.

Kalibratieframes of montagemallen

“Veel voorkomende toepassingen voor deze profielen zijn kalibratieframes of assemblagemallen voor de automobiel-, machinebouw- en luchtvaartindustrie', licht Bas Nijpels toe. ‘Door het gebruikte materiaal zijn de carbon frames en mallen zowel lichter als stijver dan hun metalen tegenhangers. Vergeleken met aluminium frames kan dit systeem tot 70 procent gewicht besparen bij een vergelijkbare sterkte en stijfheid. Voordelen voor de eindgebruiker zijn niet alleen een hoge dimensionale stabiliteit en een lage ergonomische belasting. Doordat het systeem gebruik maakt van moer- en boutverbindingen, biedt het CarboSix-systeem de gebruikers meer flexibiliteit voor aanpassingen of het herschikken van componenten als dat in het productieproces nodig is.” www.carbosix.it www.refitech.nl KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel2P_2.indd 15

13/04/2021 09:44

COMPOSIETEN

Composieten weer actief op en boven het Mars-oppervlak Composieten van Toray Advanced Composites maken Mars 2020 mede mogelijk Na wat tegenslag zou Ingenuity nu inmiddels toch wel de eerste vlucht boven het Mars-oppervlak achter de rug moeten hebben. Composieten spelen daarbij een cruciale rol. In Ingenuity zelf, in de Perseverance Rover, die Ingenuity heeft gebracht, en in de ‘aeroshell’ die beide heeft beschermd tegen de immense hitte bij het naderen van de Rode Planeet.

e Mars 2020-missie, die op 18 februari van dit jaar de Perseverance Rover heeft afgezet op Mars, is nu alweer de vierde maal dat de composieten van Toray Advanced Composites een bezoek brengen aan de Rode Planeet. Toray is een samenwerking aangegaan met NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), Lockheed Martin en AeroVironment om de Mars 2020-missie te ondersteunen met geavanceerde composieten op de Perseverance Rover, de Ingenuityhelikopter en in de beschermende aeroshell van het ruimtevaartuig.

Erfgoed

Hun composietmaterialen hebben eerder al bijgedragen aan het succes van de MAVEN Orbiter die in 2014 aan zijn rondjes om Mars begon, de Curiosity Rover die in 2012 op Mars landde en de InSight Lander die sinds 2018 op Mars staat. Bovendien zijn de composieten van het bedrijf gebruikt in talloze satellieten en ruimtevoertuigen die in ons zonnestelsel hebben rondgevlogen en dat nog steeds doen. "We voelen dat ons erfgoed in de ruimtevaartindustrie, evenals ons vermogen om samen te werken aan

’Say cheese!’ Op 6 april heeft Perseverance een selfie gemaakt met Ingenuity (Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS)

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_3_0002.indd 16

13/04/2021 09:47

COMPOSIETEN

Vliegen op Mars een uitdaging

Ingenuity is de eerste helikopter/drone die buiten de dampkring van de aarde vliegt. Met de helikopter, die ook door JPL is gebouwd, wordt onderzocht of vliegen met een rotor een optie is om toekomstige missies en menselijke bezoeken aan Mars te ondersteunen. Door de extreem ijle atmosfeer van Mars – maar 1 procent van de onze – staat een eenvoudige vlucht op een paar meter van het Marsoppervlak gelijk aan die een helikopter die op pakweg 30 km hoogte boven onze aarde probeert te vliegen. Ingenuity weegt minder dan 1,8 kg, is 49 centimeter hoog met een rotordiameter van 1,2 meter. De rotor draait met 2.800 tot 3.000 omw/min. Op aarde zouden 400 tot 500 omw/min volstaan. Het is de bedoeling dat het vliegtuig een reeks van vijf vluchten uitvoert, elk met een toenemende moeilijkheidsgraad, om de haalbaarheid van toekomstige gemotoriseerde vluchten op Mars te testen. (Foto: NASA/JPL-Caltech)

gespecialiseerde projecten zoals de Mars 2020-missie, onze positie versterkt als de 'go-to' composietenpartner voor ruimtevaarttoepassingen", zegt Scott Unger, chief technology officer van Toray Advanced Composites. "Samenwerken met innovatieve bedrijven als JPL, AeroVironment en Lockheed Martin om de verkenning van de ruimte voort te zetten, is een voorrecht." Een compliment is Amerikane niet vreemd.

Geschiedenis van succes

Om niet alleen de extreme omstandigheden van een ruimtereis en het betreden van een planeet te doorstaan, maar ook om hun kritieke missies met succes uit te voeren, zijn het Mars 2020-ruimtevaartuig en de voertuigen afhankelijk van beproefde kwalitatief hoogwaardige materialen. Toray-materialen hebben een lange traditie van succes in de ruimte, onder andere dankzij: • een uitzonderlijke taaiheid en weerstand tegen micro-cracking; • een hoge glasovergangstemperatuur; • een lage uitzettingscoëfficiënt van vocht; • een lage thermische uitzettingscoëfficiënt; • weinig uitgassing; • een hoge tolerantie voor blootstelling aan straling en thermische cycli. Vanwege deze eigenschappen en de succesvolle toepassing in off-planet voertuigen is de keuze van NASA en partners niet zo moeilijk te begrijpen.

Complexe aeroshell

De aeroshell voor Mars 2020 is ontworpen door Lockheed Martin. Voor de aeroshell zijn sterke, hittebestendige materialen nodig om de payload – de Perserance Rover met Ingenuity – te beschermen tegen temperaturen van meer dan 2.093 °C en de druk dankzij de extreme snelheid van 19.312 km/u bij binnenkomst van de Mars-atmosfeer. De aeroshell voor Mars 2020 is met een diameter van bijna 4,5 m de grootste die ooit voor een planetaire missie is gebouwd en bestaat

eigenlijk uit twee delen: het hitteschild en de conische achterzijde. Lockheed Martin koos voor Toray's cyanaatester prepreg met hoge modulus om de binnenkant van het hitteschild structureel te versterken. Aan de buitenzijde wordt het hitteschild beschermd door tegels van een met fenol geïmpregneerd carbon ablator thermisch beschermingssysteem. "De door Toray Advanced Composites geleverde composietmaterialen voor hoge gebruikstemperaturen maken de fabricage mogelijk van extreem lichte en vormvaste structuren voor landingsvoertuigen voor planeetverkenning", stelt David Scholz, Mars 2020 aeroshell principal engineer bij Lockheed Martin Space.

Perseverance

Na zeer succesvolle resultaten met Toray Advanced Composites-materialen op de Curiosity Rover, keerde JPL terug naar Toray voor een groter aantal toepassingen op Perseverance. Een verscheidenheid van prepregs en uni-directionele tapes is gebruikt om verschillende structurele delen van de Rover te versterken en te beschermen, met inbegrip van het landingsdek en de structuurdelen uit honingraat sandwichpanelen. De composieten zijn gekozen vanwege hun lange en succesvolle ervaring in de ruimte, lage KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_3_0002.indd 17

13/04/2021 09:47

21 juni 25 juni 2021 www.middenindemaak.nl

De virtuele beurs voor de (maak)industrie WORDT U OOK STANDHOUDER? Unieke manier om uw product te presenteren U heeft direct contact met uw doelg groep door liivechat/videochat Een ongeliimiteerd aantal bezoekers, zonder fysieke barrières De beurs is 5 dagen (onliine) te bezoeken U krijgt een eigen 3D stand met virtuele e 360o ervarin i ng De beurs is effectief en bespaart u tijd Het geven van een seminar of ple enaire sessie behoort tot de mogeliijkheden Méér dan alleen een stand! Als standhouder krijgt u ook een volledig multimediaal communicatiepakket. Ontdek alle mogelijkheden en prijzen op www.middenindemaak.nl

MBM-midden_in_de_maak-210x297.indd 1 KR_Cover.indd 18

MBM-midden_in_de_maak-266x282.indd 1

12-04-21 14:49 13/04/2021 09:38

12-04-21 14:46

COMPOSIETEN

De achterkant van de aeroshell met op de achtergrond het hitteschild. De aeroshell heeft Perseverance en Ingenuity veilig op het Marsoppervlak helpen zetten. (Foto: Lockheed Martin)

hun lange en succesvolle ervaring in de ruimte, lage thermische uitzettingscoëfficiënt en geringe gasontwikkeling. Cyanaatester prepregs vertonen kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van epoxy, maar zijn speciaal ontwikkeld voor gebruik in vacuüm als alternatief voor epoxy, dat hygroscopischer (waterabsorberend) is en de neiging heeft te ontgassen in vacuüm.

Rotorbladen Ingenuity

De composieten van Tory zijn ook gebruikt in misschien wel het belangrijkste onderdeel van Ingenuity: de rotorbladen. De rotorbladen van het toestel zijn heel anders dan die van helikopters op aarde en vereisen zeer gespecialiseerde en beproefde materialen. Het unieke ontwerp is langer en dikker dan dat van bladen op aarde om zo goed mogelijk te profiteren van de ijle atmosfeer. De bladen moeten ook zo licht mogelijk zijn en veel stijver dan hun aardse tegenhangers om stabiliteit te behouden bij afwezigheid van een dikkere atmosfeer. Om aan deze eisen te voldoen heeft AeroVironment, de onderaannemer van JPL die de rotorbladen heeft gemaakt, gekozen voor de cyanaatester unidirectionele prepreg, die optimale mechanische eigenschappen, een hoge stralingsbestendigheid, een lage vochtabsorptie en een lage uitgassing biedt, terwijl het toch een ongeëvenaarde taaiheid behoudt. Dit lichte composiet blinkt uit in zijn vermogen in weerstand tegen micro-cracking, zelfs wanneer het wordt onderworpen aan thermische cycli en blootstelling aan hoge stralingsniveaus. Het heeft een ook lage diëlektrische waarde en lage verlieswaarden en kan vrijstaand worden uitgehard om de thermische prestaties voor temperatuurkritieke structuren te ver-

hogen. Hoe de materialen, Perseverance en Ingenuity het de komende twee jaar doen is uitgebreid te volgen op de speciale Mars 2020-website van NASA. mars.nasa.gov/mars2020 www.toraytac.com

Zoeken naar buitenaards leven

Het belangrijkste doel van Mars 2020 is het zoeken naar bewijs dat Mars ooit leven heeft gekend. De Perseverance Rover is gebouwd door NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), heeft het formaat van een kleine SUV en weegt 1.025 kilo. De Rover zal de 45 km brede Jezero-krater verkennen, ooit een oude rivierdelta. Gedurende twee jaar zal worden gezocht naar tekenen van voormalig microscopisch leven met nieuwe scan- en analysetechnologie. Ook worden gesteente- en sedimentmonsters genomen, die mogelijk in de toekomst naar de aarde kunnen worden gebracht. Perseverance zal ook nieuwe technologie testen voor toekomstige robot- en bemande missies, zoals een UV-spectrometer voor beeldvorming op kleine schaal en een UV-laser om mineralogie en organische verbindingen in kaart te brengen. Ook aan boord: het Mars oxygen in situ resource utilization experimient (MOXIE), om koolstofdioxide uit de atmosfeer om te zetten in zuurstof. Als het experiment slaagt, zouden astronauten hier in de toekomst op Mars gebruik van kunnen maken.

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_3_0002.indd 19

13/04/2021 09:46

COMPOSIETEN & RECYCLING

Groen licht voor industrieel hergebruik composiet End-of-Life-composiet voor de wegen waterbouw Het gedrag op de lange termijn is nog onderwerp van onderzoek, maar nu al lijkt niets het hergebruik van thermoharde composiet in de weg te staan. In 2019 bleken damplanken met End-of-Lifecomposiet na twee jaar gebruik niets aan mechanische sterkte te hebben ingeboet. Ook van uitloging blijkt nauwelijks sprake.

oals het er nu naar uitziet kan het gerecyclede materiaal zonder problemen in de wegen waterbouw worden toegepast. En dat is maar goed ook. In 2017 berichtte Kunststof en Rubber al over het onderzoek van de Hogeschool Windesheim (Boten en rotors hergebruiken als oeverbeschoeiingsplank, Kunststof en Rubber #4, pag 12 t/m 15, 2017). Destijds werd door de onderzoekers van het lectoraat Kunststoftechnologie geschat dat de afvalstroom Endof-life (EoL)-composiet, vooral bestaand uit afgedankte polyester pleziervaartuigen, aangevuld met veevoersilo’s, dakplaten en rotorbladen van windmolens, goed was voor ongeveer 4,5 kton aan materiaal. Vooral als

het gaat om rotorbladen van windmolens, die een levensduur van rond de 20 jaar hebben, zal de hoeveelheid EoL-composiet in de toekomst alleen maar verder toenemen.

Traditioneel hergebruik lastig

De afvalstroom EoL-composiet laat zich lastig traditioneel hergebruiken omdat thermoharde composiet zich nu eenmaal niet laat scheiden in de samenstellende delen. Reden genoeg voor Windesheim in nauwe samenwerking met meer dan vijftig mkb-ers, overheidsinstanties en multinationals, zoals harsfabrikant AOC en afvalexpert SUEZ een andere methodiek te

De damplanken met een kern van EoL-composiet – hier in doorsnede – bleken in 2019 nog niets van hun mechanische eigenschappen te hebben verloren.

KR_Artikel4P_2.indd 20

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:48

COMPOSIETEN & RECYCLING

Ontwerpen met EoL-composiet

Dat ook na twee jaar gebruik, de planken vervaardigd volgens de door Windesheim en partners ontwikkelde methode geen achteruitgang in mechanische eigenschappen laten zien is goed nieuws. Nu bestaan er geen specifieke richtlijnen voor het ontwerpen met EoL-composiet. In de NEN-EN 1990 ‘Grondslagen van het constructief ontwerp’ staat in bijlage D ‘Door proeven ondersteund ontwerp’ wel beschreven hoe materiaaleigenschappen kunnen worden bepaald met behulp van een testprogramma.

ontwikkelen. Bij deze vorm van hergebruik blijft de composietstructuur intact en wordt de afgedankte composiet verwerkt tot strips of vlokken met een voldoende grote L/D-verhouding. Dankzij de langwerpige vorm kunnen deze fungeren als versterkende elementen in nieuwe producten en blijven de eigenschappen van het EoL-composiet – mechanische sterkte, stijfheid en waterbestendigheid – gehandhaafd en worden overgedragen op het nieuwe product.

Full-scale demonstrators

De stroken en/of vlokken EoL-composiet recyclaat worden met extra virgin hars verwerkt tot nieuwe producten. Hierdoor wordt gewicht toegevoegd en het impliceert tegelijkertijd dat de nieuwe producten eenvoudig van vorm moeten zijn. Met die voorwaarden in het achterhoofd zijn 2017 verschillende full-scale demonstrators ontwikkeld en geïnstalleerd, waaronder dus die damplanken voor oeverbeschoeiing bij de Beatrixsluis in Almere: 80 profielen, elk met een lengte van 3,5 meter en een doorsnede van 40 x 250 mm en messing en groef. De damplanken zijn handmatig vervaardigd behulp van met twee stalen mallen. In de mal werd een glasinjectiemat geplaatst met een laag UD-glaswapening en hierop zijn EoL-vlokken en -stroken aangebracht. Hierop is een tweede laag UD-wapening aangebracht met de glasinjectiemat hier omheen. Daarna is de vacuümfolie aangebracht. Voor de injectie is een polyesterhars gebruikt met een bruin pigment voor een houtachtig uiterlijk. De profielen zijn mechanisch getest en hadden dezelfde buigsterkte als traditionele profielen van azobéhout. De profielen zijn in 2017 geïnstalleerd door ze in de grond te trillen zonder dat er schade is ontstaan. Inspecties en tests in 2019, twee jaar na de installatie, toonden geen tekenen van degradatie en ook verlies van sterkte is achterwege gebleven.

Wrijfgordingen

De EoL-composiet is ook gebruikt voor wrijfgordingen

Op basis van uitgebreide tests van EoL-composiet zijn door de onderzoekers wel de volgende conclusies getrokken voor het ontwerpen met deze materialen: - Ontwerpen op langdurige belasting (kruip) en vermoeiing moet worden vermeden voor het deel van hergebruikte EoL-composiet in een product. Voor deze belastingsoorten moet nieuwe continue vezelversterking in het product worden opgenomen om de weerstand tegen kruip en vermoeiing te garanderen. - Voor het ontwerp op stijfheid en sterkte (met uitsluiting van kruip en vermoeiing) kunnen de formules worden gebruikt, met een omrekeningsfactor van 0,9. Hiervoor is vereist dat het hergebruikte EoL-composiet compatibel is met het nieuw geproduceerde hars waarin het is ingebed en dat het gebruikte nieuw geproduceerde hars bestand is tegen de gebruiksomstandigheden van het nieuwe product en goed is uitgehard.

in remmingswerken, die bij bruggen of sluisdeuren worden geplaatst voor de schepen. De constructies bestaan uit een stalen frame met horizontale wrijfgordingen. Ook wrijfgordingen zijn meestal gemaakt van tropisch hardhout, bijvoorbeeld azobé, en meten over het algemeen 200 x 200 x 4000 mm. De onderste rijen liggen rond waterniveau. Hier hebben de tropisch hardhouten balken het meest te lijden van aantasting door schimmels. Bij vier remmingswerken die in 2019 in Delfzijl zijn geplaatst, zijn de onderste twee rijen wrijfgordingen gemaakt van hergebruikt thermoharde EoLcomposiet. De andere rijen boven het waterniveau zijn van tropisch hardhout. Een enkele wrijfgording moet een kracht van 440 kN kunnen weerstaan bij een ondersteuningsafstand van 1800 mm. Hiervoor zijn extra lagen UD-glaswapening in de gordingen aangebracht. Na een succesvolle test met een prototype dat een belasting van 515 kN kon weerstaan, is 112 meter gording geproduceerd met behulp van een stalen mal en een Resin Transfer Moulding (RTM)-injectieproces.

Kraanmatten

In samenwerking met Welex uit Lexmond zijn ook kraanmatten gemaakt van balken uit thermoharde EoL-composiet. Op een bouwterrein worden kraanmatten gebruikt om te zorgen voor een stabiel oppervlak voor zware kranen en andere machines. De matKUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_2.indd 21

13/04/2021 09:48

COMPOSIETEN & RECYCLING

ten bestaan over het algemeen uit balken van tropisch hardhout op basis van sterkte, slijtvastheid en gebruik onder alle weersomstandigheden. Een kraanmat van 1 x 5 m is bijvoorbeeld opgebouwd uit vijf azobé-balken van 200 x 200 x 5000 mm, bij elkaar gehouden door vijf stalen staven. Met behulp van een RTM-infusieproces zijn balken uit EoL-composiet gemaakt. In de mal zijn eerst lagen quadraxiale glaswapening en UD-glaswapening aangebracht. Hierna is de kern opgebouwd uit vlokken EoL-composiet. De vijf gaten van 30 mm diameter voor de assemblage van de liggers tot een kraanmat zijn direct in de balk gevormd met buisvormige inserts. De kraanmat is vervolgens getest onder zware gebruiksomstandigheden en heeft een goede weerstand tegen slijtage door de voertuigen laten zien en bleek gemakkelijk te reinigen.

moet ook vast staan dat geen uitloging van chemicaliën en metaalionen uit de hergebruikte ingebedde EoLstrips en vlokken kan optreden. Daarom is een uitgebreid testprogramma opgezet en uitgevoerd door een onafhankelijk laboratorium, SGS Intron, om de effecten van uitloging in aanwezigheid van grondwater en of regenwater te onderzoeken. Uit een sloperij zijn EoL-composieten uit scheepsrompen gehaald. Met opzet zijn ook stroken materiaal gekozen uit de machinekamer, met mogelijke verontreinigingen door diesel en olie, en in verschillende kleuren en met coatings met ‘oude’ pigmenten en anti-foulings. Het materiaal is verwerkt tot stroken en vlokken en ingebed in een synthetische hars (Synolite 1967-G-9 van AOC). Hier zijn nieuwe composietpanelen mee vervaardigd.

Onderzoek naar uitloging

De resultaten zijn gepubliceerd in september vorig jaar en veelbelovend. Huub Creuwels van SGS Intron:

Maar voor een veilig gebruik in de wegen waterbouw

Uitkomsten veelbelovend

De onderste twee rijen met wrijfgordingen in dit remmingswerk zijn gemaakt met inwendig EoL-composiet.

Doorsnede van de gordingen met vlokken EoL-composiet.

KR_Artikel4P_2.indd 22

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:48

COMPOSIETEN & RECYCLING

'Composieten zijn sterk en duurzaam, maar bij hergebruik van oude onderdelen moet je zeker zijn van de kwaliteit. Toen we de uitloging van de testpanelen evalueerden, waren we echter zeer verheugd dat alles ver onder de maximaal toelaatbare grenswaarden werd gemeten. We zijn zelfs nog een stap verder gegaan door de panelen te beschadigen en zo impact van schepen op wrijfgordingen te simuleren, zoals die in het echte kunnen gebeuren.” De testen tonen aan dat de methode van hergebruikt EoL-composiet veilig kan worden gebruikt voor het maken van civieltechnische constructies volgens het Nederlandse Besluit Bodemkwaliteit. Want aangezien de materialen de EN 16637-2/NEN7375-testen doorstaan, kunnen ze worden beschouwd als veilig voor gebruik gedurende 100 jaar.

Stap voorwaarts

Dr. Jaap van der Woude van de EuCIA (European Composites Industry Association): "Dit is een belang-

rijke stap voorwaarts voor de thermoharde composietenindustrie. Hergebruik van end-of-life-materialen is mogelijk gemaakt, met behoud van de intrinsieke eigenschappen, waardoor de kringloop effectief wordt gesloten. Thermoharde composieten maken buitengewone constructies mogelijk, zoals zeer grote wieken voor windmolens, maar kunnen nu ook de verantwoordelijkheid nemen voor End-of-Use-toepassingen". "De composietindustrie moet End-of-Life-recycling integraal onderdeel maken van het productontwerp" zegt Albert ten Busschen, associate lector Kunststoftechnologie en projectleider. "Nu circulariteit een kwalificatie is geworden, moet de thermoharde industrie veranderen. Je kan niet langer alleen vertrouwen op uitstekende mechanische eigenschappen, als industrie moeten we onszelf transformeren en opnieuw nadenken en leren om deze materialen met een lange levensduur te hergebruiken." www.windesheim.nl

EoL-composiet ook op de bouwplaats. Als kraanmat uit balk met een kern uit EoL-composiet voor een stabiel oppervlak voor zware kranen en andere machines.

Een kunstmatig beschadigd paneel uit EoL-composiet inclusief boringen dat in de uitlogingstests is gebruikt. KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_2.indd 23

13/04/2021 09:48

Thermohardende composieten:

“Van niet recyclebaar naar recyclebaar”

Oostelijke randweg 48 4782 PZ Moerdijk Info@crcbv.nl 06-25279768

GLASVEZELVERSTERKTE PRODUCTEN

WWW.DKPOLYESTER.NL

KR_Cover.indd 24

13/04/2021 09:38

ADVERTORIAL

Samenwerking CRC-Circular Recycling Company en DK Polyester Een oplossing voor circulair gebruik thermohardende composieten. CRC houdt zich bezig met recycling van thermohardende composieten (polyester), gemaakt van hars en glasvezel of koolstofvezel.

Voorbeelden van producten die geheel of gedeeltelijk bestaat uit thermohardende composiet met polyester zijn legio: vliegtuigen, dakkapellen, kunstwerken, bodemplaten van auto’s, windmolenwieken en boten. Voor de recycling van deze toepassingen waren tot voor kort geen duurzame oplossingen mogelijk. Dit vormt een groot probleem binnen Nederland, maar ook wereldwijd. Vroeger werd het afval verbrand, wat een niet duurzame of circulaire oplossing is. Tegenwoordig wordt het afval vaak geëxporteerd en begraven. De prijzen van het afvoeren schieten omhoog.

Duurzame oplossing CRC biedt een duurzame oplossing tegen een lagere inkoopprijs dan de reguliere afvalverwerkingsbedrijven. Door de ontwikkelde systematiek om deze materialen in te zamelen, te sorteren, mechanisch en chemisch te bewerken komen diverse recyclingstromen tot stand. CRC breng het materiaal terug tot verschillende samenstellingen. Door middel van een mechanische werking ontstaat een grof en een fijn recyclaat van glas- en koolstofvezel. Dit vormt zo’n 70 procent van de reststroom. Hierna blijft nog 30 procent aan stof over. Doormiddel van een chemisch proces maakt CRC hier pyro-olie van, dat kan worden gebruikt als grondstof voor nieuwe plastics.

Bouw, infra en automotive De mogelijkheden zijn onbeperkt. Op dit moment wordt het recyclaat al gebruikt in de bouw,- en infratechniek. Tevens loopt er een test waarbij de samenstelling van het product gemengd wordt met thermoplast zodat het geschikt wordt voor de automotive-industrie. Ook kunnen we er nieuwe bruggen van maken en materialen voor nieuwe bussen. Een ander groot voordeel is de CO2-besparing,

die ontstaat bij hergebruik van de gerecyclede composieten in nieuwe producten.

Samenwerking met DK Polyester CRC werkt onder andere samen met DK Polyester. DK Polyester maakt glasvezelversterkte composietproducten. Met ervaren modelbouwers maken ze snel en relatief goedkoop een prototype en bieden dus grote vrijheid in vormgeving en samenstelling. Van fijn handmaatwerk naar robotgestuurd seriewerk en van technieken als hand lay-up en spray-up, tot aan Resin Transfer Moulding en koud persen. DK Polyester produceert onder andere dakopstanden, (vis)bakken, dak- en kabelgoten, watermeterputten, dakkapellen schaftkeetdaken, bloempotten, betonstortmallen, spuittanks, deurluifels, speeltoestellen vijvers, kunstwerken, klimwanden etc. Het bedrijf heeft als doel gesteld om de komende jaren de

CRC am-p.nl/project/crc info@crcbv.nl 0625279768

DK Polyester Info@dkpolyester.nl 0167 524 343

producten duurzamer en uiteindelijk circulair te produceren. Bij het productieproces blijft er een polyesterstroom over, die ze uiteindelijk graag terug willen brengen binnen het eigen bedrijf.

Gezamenlijk groen hart September 2020 is een samenwerking aangegaan met CRC die mooi aansluit op de duurzame visie van DK Polyester. Er is gestart met een proef om de reststromen van DK om te zetten in bruikbare grondstoffen. Om de twee weken wordt er een container met restmateriaal geleverd bij CRC. Vanuit een gezamenlijk groen hart komt de visie om voor de toekomstige generaties stappen te zetten.

Serge Knook, business developer bij DK Polyester, en Sylvia Oomen, managing director CRC. KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

Special.indd 25

13/04/2021 09:52

COMPOSIETEN

Werktuigbouwstudent en Saxion TPAC ontwikkelen hergebruik composiettape Kansen voor toepassing van afgekeurd productiemateriaal CompTape levert glasvezelversterkte kunststof ‘tape op de rol’ voor bijvoorbeeld het maken van drukvaten. Maar het zocht een oplossing om in de composietwereld ook de markt van persproducten te kunnen betreden en tegelijkertijd een duurzame bestemming te vinden voor zijn afkeurmateriaal.

et de vraag of dit continue materiaal zou kunnen worden gebruikt als grondstof voor persproducten vroeg men het TPAC van Saxion om onderzoek en advies. Nu dit onderzoek is afgerond, is de conclusie dat dit inderdaad kan - en ook nog op een concurrerende manier. CompTape kan met deze toevoeging aan het assortiment de afzetmogelijkheden belangrijk ver-

KR_Artikel4P_3.indd 26

groten omdat persproducten een andere, wellicht grotere, markt vormen dan tape.

Off-spec materiaal en afkeur

Daarnaast zou dit ook een oplossing kunnen zijn voor het hergebruik van eventueel off-spec materiaal en afkeur, zodat men dit materiaal niet weg hoeft te gooi-

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 11:03

COMPOSIETEN

TPAC: impact met praktijkgericht onderzoek

Lector Lichtgewicht Construeren Ferrie van Hattum is directeur van het TPAC. “Ons primaire doel is relevant praktijkgericht onderzoek doen; in ons geval vertaalt zich dat in de onderzoeksprojecten die we lopen met bedrijven en andere instellingen. Voorts willen we dat deze activiteiten ook impact hebben op de maatschappij en op het onderwijs. Hiervoor betrekken wij onder anderen studenten bij onze projecten en andersom willen wij dat we de nieuw verworven kennis terugkoppelen naar het onderwijs. Daarvoor dragen wij bij in de minor bij de opleiding Werktuigbouw en verzorgen we een module bij de master van de opleiding Textiel waarin studenten over composieten leren. Of studenten volgen een spuitgietpracticum bij ons. Tenslotte willen de instanties die een groot deel van het onderzoek financieren, de hogeschool en de overheid, zien dat wij een zeker kennisniveau kunnen aantonen. Bij wetenschappelijk onderzoek meet je dit bijvoorbeeld af aan het aantal wetenschappelijke publicaties dat je genereert. Maar wij doen praktijkgericht onderzoek en dat is echt wat anders dan wetenschappelijk onderzoek, dus op die manier kan het niet. Die eis vertaal ik als lector daarom in het totaal van toegekende onderzoeksprojecten en de deelname daarin door bedrijven en instellingen die iets met ons willen ondernemen. Dat kan alleen als je kennisontwikkeling op niveau is.“

en en op weg naar circulariteit is dit als zodanig al van groot belang. Bovendien is de tape op de rol relatief prijsefficiënt en daarom kan de fabrikant dus ook al gefabriceerde tape gebruiken. Door zowel dit continue materiaal als eventueel off-spec materiaal en afkeur in stukjes te snijden, verkrijgt men voldoende van het gewenste basismateriaal om producten van te persen. Op die manier produceert men stukjes tape met verschillende lengtes, bijvoorbeeld 10, 20 of 25 millimeter, die vervolgens kunnen worden vermengd met een

kunststof als matrix. Het materiaal dat zo ontstaat vormt op zijn beurt de grondstof voor allerlei verschillende persproducten.

Student

TPAC keek naar deze case en gaf aan Robin Derikx (student Werktuigbouwkunde op Saxion Hogeschool) als afstudeeropdracht te onderzoeken wat de mogelijkheden zijn. Voorts moest Derikx bekijken of de eigenschappen van het nieuwe composiet overeenkwamen met wat in de markt al standaard beschikbaar is,zodat CompTape op die manier kan inschatten wat de marktkansen zijn. Lector Ferrie van Hattum van het TPAC begeleidde dit onderzoek en is enthousiast over het resultaat. “Robin Derikx heeft een sub-traject uitgevoerd binnen het plan van CompTape dat bekijkt wat te doen met het productieoverschot. Wij hebben iets voor hen ontwikkeld en Derikx heeft daarbij goed werk afgeleverd. Hij vond een mooie balans tussen experimenteel werk en de modellen die eronder hangen. Een mooi voorbeeld van praktijkgericht onderzoek. “

Knipper en micromechanische eigenschappen

Robin Derikx, student Werktuigbouwkunde aan de Saxion Hogeschool, heeft als afstudeeropdracht de vraag van CompTape onderzocht.

Om af te studeren zocht Robin Derikx een opdracht in de richting van ontwerp, construeren en materiaalkeuze. “Zo kwam ik terecht bij TPAC, in eerste instantie om een ontwerp te maken voor een knipper voor dit composiettape. Ik heb een tool ontwikkeld maar na een paar weken werd duidelijk dat die knipper als zodanig slechts een onderdeel kon zijn van het onderzoek. Toen ben ik van een constructieonderwerp overgestapt naar het onderzoeksonderwerp Micromechanische Eigenschappen van Composieten.” De knipper was dus fase 1 en de tweede fase van het onderzoek bestond uit het maken van wiskundige modellen. “Hiermee werd uitgerekend wat de gevolgen zijn voor de micromechanische eigenschappen als gevolg van het variëren met vezellengtes en mengverhoudingen tussen die vezels en de kunststof matrix. KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_3.indd 27

13/04/2021 11:03

COMPOSIETEN

De in de eerste fase van de afstudeeropdracht ontwikkelde knipper.

Met behulp van de wiskundige modellen heb ik daarvoor een verwachtingspatroon geschetst. Daarna ben ik bezig gegaan met het echte fysieke knippen van de tapes en met het bepalen van hoeveel vezels je nu eigenlijk nodig hebt en hoeveel matrix je precies moet bijmengen voor de juiste eigenschappen. Met Ilse ten Bruggencate en Rémi Hoefman van TPAC heb ik dit onderzoek uitgevoerd tot en met het persen van de composietplaten. Uit die platen heb ik vervolgens samples gesneden om de noodzakelijke buig- en slagproeven te kunnen doen.”

Consistente data

Alle resultaten van die proeven zijn verwerkt in grafieken en tabellen en vandaar uit zijn de resultaten vergeleken met het verwachtingspatroon van het theoretische model. Derikx: “Dit model bleek aardig te kloppen, afgezien van het feit dat het model natuurlijk geen rekening houdt met de dingen die in de praktijk, met de machine en het proces, gewoon kunnen misgaan. Maar in essentie waren de verkregen data consistent genoeg om te kunnen zeggen dat de praktische proeven volgden wat de theoretische modellen voorspelden.” Derikx zegt daarom ook ´de voorzichtige conclusie´ te kunnen trekken dat het materiaal van de geknipte tape feitelijk iets betere resultaten opleverden dan een in de industrie veel gebruikt materiaal van composiet dat op basis van exact hetzelfde materiaal is gefabriceerd, maar dat in korrelvorm wordt aangeboden. Dit feit is wel relevant voor de industrie want dit materiaal wordt heel veel gebruikt.

Werktuigbouw en TPAC: advanced materials Derikx studeerde Werktuigbouw op Hogeschool Saxion. Deze opleiding werkt binnen de school samen 28

KR_Artikel4P_3.indd 28

met drie lectoraten, waaronder Lichtgewicht Construeren. WB-teamleider Lando Lemmers: “Een van de pijlers van onze opleiding is Constructiemateriaal en Productie en het lectoraat Lichtgewicht Construeren past hier heel goed bij. We hebben ook een minor opgezet met de naam AMPE, wat staat voor Advanced Materials and Production Engineering en hierin zit het werken met vezelversterkte kunststof. De minor bevat ook een practicum binnen het TPAC.” De koppeling van de opleiding met het TPAC is belangrijk, vindt Lemmers. “De eerste twee jaren van de opleiding Werktuigbouw bestaan vooral uit standaardvakken maar voor in het tweede jaar hebben we nu via een samenwerking met TPAC een practicum spuitgieten, de meest voorkomende machinale verwerkingsmethode voor kunststoffen. Hier helpt het lectoraat ons en andersom helpen wij het lectoraat. Een collega van ons gaat soms naar het TPAC en mensen van het TPAC komen bij ons. We hebben momenteel wat problemen met de personele bezetting en daarom komt Rémi Hoefman van TPAC ons als docent voor twee modules uit de brand helpen.”

Ontwerp of onderzoek

De opleiding Werktuigbouw biedt twee mogelijkheden om te kunnen afstuderen, namelijk met een ontwerp of met een onderzoek en dit laatste past natuurlijk heel goed binnen een lectoraat. Lemmers: “We hebben inmiddels enkele afstudeerders bij Lichtgewicht Construeren lopen. Het gaat nu om twee of drie studenten per jaar en op een totaal van zestig tot tachtig WB-afstudeerders is dat een klein deel. Maar het begin is er en het zal groeien.” Ook de belemmerende ‘antihouding’ jegens lectoraten is verdwenen. Lemmers: “In het verleden trof je binnen werktuig-

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 11:03

COMPOSIETEN

‘Ik kan de voorzichtige conclusie trekken dat het composietmateriaal van geknipte tape iets betere resultaten geeft dan een veel toegepast industrieel materiaal van korrels’ Robin Derikx: “De praktische proeven volgden wat de theoretische modellen voorspelden.”

bouw zo’n houding wel eens aan maar inmiddels is de situatie veranderd.” Persoonlijk voelt Lemmers de antihouding helemaal niet. “Nee, integendeel. Ik heb voor mijn eigen promotie jarenlang intensief onderzoek gedaan en daar zijn mooie dingen uit voortgekomen.”

Samenwerking intensiveren

De groei van het TPAC aan het Ariënsplein in Enschede is duidelijk waarneembaar, nog maar een paar jaar geleden is de locatie opgestart en inmiddels staat het

er bomvol met equipment en materialen en is er een levendige dynamiek met onderzoekers, studenten en stagiairs. De inmiddels positieve attitude van de opleiding Werktuigbouw en de groei van het lectoraat zullen de samenwerking tussen beide partijen intensiveren. Het aantal studenten dat op het TPAC afstudeert, gaat zeker toenemen, verwachten Lemmers en Van Hattum. thermoplasticcomposites.nl www.saxion.nl KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

KR_Artikel4P_3.indd 29

13/04/2021 11:03

PRODUCTIETECHNIEK

Nieuwe technologie voor de productie van ePP Lagere kosten en meer rendement in de hele waardeketen Sulzer Chemtech en Borealis hebben de ontwikkeling voltooid van een naar zeggen innovatief proces voor de productie van geëxpandeerde polypropyleenkorrels (ePP). De nieuwe oplossing ondersteunt het streven naar meer circulaire oplossingen en zal naar verwachting de productiekosten met 60 procent verlagen.

n tegenstelling tot conventionele autoclaafproductiemethoden, berust het innovatieve systeem van Sulzer Chemtech op extrusie met directe gasimpregnatie. Hierdoor is nu een eenvoudig te implementeren alternatief beschikbaar met een snel rendement op de investering. Schuimverwerkers, zoals verpakkingsproducenten, kunnen de compoundeerlijn gebruiken om de kosten van materiaalvoorziening, opslag en tussentijds transport aanzienlijk te verlagen. Zo kunnen bedrijven niet alleen ePP-producten tegen concurrerender prijzen aanbieden, maar tegelijkertijd ook de toepassing van gemakkelijk te recyclen polyolefinetoepassingen ondersteunen.

Volledige controle over eigenschappen

Bijkomende voordelen zijn de volledige controle over de eigenschappen van het ePP, zoals bulkdichtheid, gesloten celinhoud en korrelgrootteverdeling, alsook maximale flexibiliteit bij de fijnafstelling van de recepten. Het sterk geautomatiseerde proces houdt ook de onderhoudsvereisten laag en vereenvoudigt de werkzaamheden. Bovendien kunnen de geëxtrudeerde parels gemakkelijk worden verwerkt met standaard stoomdruk in stoomkistvormmachines om gevormde parelschuimproducten met specifieke vormen te verkrijgen. Bovendien zijn Sulzer Chemtech en Borealis bezig met het ontwikkelen van een alternatief dat gebruik kan maken van koolstofdioxide. Met deze variant op het nieuwe proces kan tegemoet worden gekomen aan de verschillende behoeften van klanten en hun fabrieksprocessen.

‘Schuim van topklasse’

"Samenwerken met een industrieleider als Sulzer is een genoegen geweest," zegt Christopher McArdle, Borealis Vice President Polyolefins Strategy & New Business Development. "Het leven vraagt om vooruitgang. Deze innovatie zal de adoptie van onze PP-schuimoplossingen verder stimuleren en de overgang naar een circulaire economie van kunststoffen ondersteunen. Zo vinden we opnieuw uit voor een duurzamer leven." Torsten Wintergerste, divisievoorzitter van Sulzer Chemtech, besluit: "Wij zijn uitermate tevreden met de geavanceerde ePP-productielijn die wij samen met Borealis hebben ontwikkeld. Het resultaat van deze samenwerking getuigt echt van de uitgebreide expertise van beide ondernemingen. Door gebruik te maken van onze nieuwste oplossing zullen klanten kunnen profiteren van geavanceerde apparatuur met verbeterde prestaties, alsmede van PP van hoge kwaliteit voor de productie van schuim van topklasse." Een nieuw proces voor de productie van ePP-korrels claimt de productiekosten met 60 procent te kunnen verlagen.

KR_Artikel1P_1.indd 30

www.borealisgroup.com www.sulzer.com

KUNSTSTOF & RUBBER # 02-2021

13/04/2021 09:58

Gebruiks- en verbruiksartikelen

Grondstoffen Ultrapolymers BV Distrupol B.V.

Galvanistraat 14-2 Postbus 138,

Bezoekadres:

6710 BC Ede

Albis Benelux BV

Distrupol BV Schouwburgplein

T 0318 - 641216

Paardeweide 2

30-34 3012 CL Rotterdam

F 0318 - 620365

4MOULDING

4824 EH Breda

P.O. BOX 21407

E info@ultrapolymers.nl

De Scheper 319-1

T 0031 (0)76 - 5433800

3001 AK Rotterdam

5688HP Oirschot

F 0031 (0)76 - 5426700

The Netherlands

T 0031 (0)499 550520

E albisbenelux@albis.com

T +31 (0)10 - 2757880

www.4moulding.nl

I www.albis.com

E info-benelux@distrupol.com

www.mouldshop.nl

voor matrijs, spuitgiet en extrusie

E mouldshop@4moulding.nl

www.distrupol.com

Compounding en distributie

Ultrapolymers Group NV Gerard Mercatorstraat 90 3920

van (granulaat) standaard

Leverancier van:

Lommel, België

kunststoffen, technische kunst-

AKRO-PLASTIC (PA compounds,

T +32 - 11 579 557

stoffen, recycle- en biobased

PK, PPA), CHIMEI(ASA, PC, PC/

F +32 - 11 634 596

kunststoffen, masterbatches en

ABS, SAN, SBC),

E info@ultrapolymers.be

spuitneuzen, filterneuzen,

special compounds. Officiëel dis-

Kureha (PVDF), LG Chem (ABS,

mengneuzen en gasinjectoren

tributeur voor o.a. BASF,

PA6, PC, POM, PBT, copolyes- ter),

• Airtect kunststoflekdetectie voor spuitneus en hotrunner • Herzog Systems afsluitbare

• LIAD gravimetrische doseerap-

www.ultrapolymers.com

Styrolution, Bayer Material

Lucite International (PMMA), MOL

paraten, ColorSave, SpectroSave

Science, Lanxess, LyondellBasell,

group (PP), Neutrex (Purgex reini-

(kleurmeting)

Eastman, Solvay, Ampacet, KEP,

gings- middel), SIBUR (PP),

Tecnaro, Uteksol, Vamptech, MBA

Poliblend (PA, POM-H, PBT),

en Albis Plastic. Kunststoffen o.a.

Teknor Apex (TPE, TPV), Toray

Hoevestein 36

PE, PP, PS, ABS, MABS, SMMA,

(ABS, trans- parante ABS, POM,

4903 SC Oosterhout

MBS, SAN, ASA, PMMA, CAB,

PPS), Versalis (PE, EVA), Wells

T 0162 - 491650

PETG, PC, PC/ABS, PC/ASA,

Plastics (additieven), Distrupol

F 0162 - 491651

PC/PBT, PA6, PA66, POM, PBT,

Colour (kleurcompounds,

E info@prime-polymers.com

TPE, TPU, TPS, PPE, PEEK, PPS,

masterbatch).

• Adam restvochtmeters en weegschalen • FloSense flexibele stromingsmeting en temperatuurbewaking • Mouldflo testrig t.b.v. validatie martrijskoeling • Mouldpro - hotrunnercontrolers

www.prime-polymers.com

T Belgie 0032 (0) 25133313

PSU, PPA.

- matrijs tempereerapparaten

F België 0032 (0) 25130455

- ontkalkingspompen

Officieel distributeur voor: o.a.

- wegopnemers

ExxonMobil Chemical, Borealis, Eni Versalis, Radici Plastics,

• Plasticeercilinders en -schroeven, sperringsets, statische

Resinex Netherlands BV

Polychim, LG, Wiwax, Elastron,

mixers, mengneuzen, spuitneu-

Munsterstraat 12

Ducor en Muntajat.

zen • 4CLEAN NSF-FDA reinigingscompounds • Codipro gecertificeerde hijsmiddelen

Rolweg 27, 4104 AV Culemborg

7418 EV Deventer, Nederland

Postbus 503, 4100 AM Culemborg

T 0570 - 677 584

T +31 - (0) 345-687878

F 0570 - 621 732

F +31 - (0) 345-687879

E info@resinex.be

E plastic-benelux@biesterfeld.com

• HSB Normalien klantspecifieke

I www.biesterfeld-plastic.com

matrijsdelen en -bewerkingen

Distributeur van kunststof gra-

www.resinex.com

Will & Co B.V.

nulaten.

Dellaertlaan 24

Leverancier van: Du Pont (o.a.

Resinex Benelux N.V.

1171 HG Badhoevedorp

POM, PA, PBT, TEEE, PI), INEOS

Moerenstraat 85a

Postbus 46

Polyolefins (o.a. PP, PE), Ineos

B2370 Arendonk, België

1170 AA Badhoevedorp

pels 100% uitwisselbaar met

Styrenics (Performance Products,

T +32 - 14 67 24 96

T +31 20 6597501

Hasco/ DME/ Staubli-RPL

Microgranulaat), Chi Mei (o.a.

F +32 - 14 67 05 81

F +31 20 6597392

ABS, M-ABS, SAN, PC, ASA), BASF

E info@resinex.be

E info@will-co.nl

(TPU), ExxonMobil (Santoprene,

• Slangen, snelkoppelingen & nip-

• Verdelers, stromingsregelaars, kogelkranen, fittingen • Conserveringsspray, reinigings-

TPE-V, EPDM, Vistamaxx, Vistalon,

spray, lossingsspray, smeer-

Exxelor), SK Chemicals (PETG), LG

spray (ook NSF-FDA)

Chem (o.a. M-ABS, PC

• Connectors/stekers, stroom- en

www.resinex.com

www.will-co.nl

Compounds, PMMA, POE, NBR,

thermokoppelkabels, filters,

SBR), Solvay Advanced Polymers

bronzen & messing tangen,

(PSU, PPS), Idemitsu (PC), Master

snelwisselplaten, knippers, uit-

Additives (Rubber), Cabot (Roet),

werperpennen, inbusbouten,

KumYang (OBSH blow.ag.), EVA.

zuignappen en -houders, pads, polijstmiddelen, thermovoelers, grijpers, opspanklemmen, nano coating, et cetera...

KR_ADV kleintjes.indd 31

13/04/2021 09:59

Masterbatches en compounds

Spuitgietmachines

Opleidingen

ARBURG BV Krommewetering 81

Opleidingen-themadagen- semi-

NL - 3543 AM Utrecht

nars

Masterbatches & Additieven

T 030 - 2426060

Kruisstraat 74, Eindhoven

- Viba

E Netherlands@Arburg.com

T 040 - 2969933,

- Cabot

F 040 - 2969930

www.arburg.nl

E info@mikrocentrum.nl

- Unnox Iberia

www.mikrocentrum.nl

- Ultrabatch

Elektrische, hybride en hydrau-

- Polyblend

lische spuitgietmachines met

W & R Plastics BV

sluitkrachten van 125 tot

Uw partner voor zowel open- als

Jean Monnetpark 73

6.500 kN. Robotsystemen -

bedrijfsinterne opleidingen voor

7336 BB APELDOORN

geïntegreerd in de SELOGICA

o.a. Kunststoftechniek,

T 055 - 5335224

direct machinebesturing.

Spuitgieten, Extruderen, Vacuüm/

www.kunststoffenbeurs.nl

F 055 - 5335245

Thermovormen, Rotatiegieten,

E info@wenrplastics.nl

Matrijzen, Verbindingstechniek en

www.wenrplastics.nl

Meet & regelapparatuur

Composieten.

Softwarepartner GEFRAN BENELUX NV Colorex Master Batches BV

Lammerdries-Zuid 14A

Achterdijk 12

2250 Olen, België

5705 CB Helmond

T +32 14 24 81 81

T +31(0)492-524252

F +32 14 24 81 80

F +31(0)492-528784

E info@gefran.be

E post@colorex.nl

I www.gefran.be

Sensoren:

Blisss software B.V.

Smeltdruk, voor elk polymeer

Molenveldlaan 110

Wegopnemers voor spuitgiet-

6523 RM Nijmegen

machines

T 024 - 3737968

Temperatuursensoren voor meting

F 024 - 3886941

in de smelt Instrumentatie:

E info@blisss.nl

Temperatuurregelaars voor

1 of meerdere zones

Dé Microsoft ERP partner met

Solidstate relais met of zonder

specialistische kennis van de

stroombewaking

kunststofverwerkende industrie.

Unique Qolors Masterbatches

Automatisering:

Van planning, orderverwerking tot

Totaaloplossing voor extrusie en

machineparkkoppeling: Blisss

Oerstroom 50,

spuitgieten

biedt de oplossing.

5421WV Gemert NL

Drives:

T 085 076 13 63

AC-, DC- en Servodrives

www.colorex.nl

www.blisss.nl

E info@uniqueqolors.nl W www.uniqueqolors.nl

KR_ADV kleintjes.indd 32

13/04/2021 09:59

Haal het volledige potentieel uit uw machine! Verbeter uw performance met ons team dat de procestechnische ondersteuning verzorgt. U kent elk detail van uw product – de procestechnici van ENGEL kennen elk detail van uw spuitgietmachine. Met performance.boost, onze nieuwe service voor procesoptimalisatie, kunnen we gezamenlĳk uw efficiency verbeteren.

KR_Cover.indd 47

13/04/2021 09:40

Full support from Design to Final Part Engineering

• Polyolefins PPH, PPC, PPR, PP compounds LDPE, LMDPE, MDPE, HDPE, E/A TPO, Plastomers, PB-1 • Styrenics GPPS, HIPS, ABS • Engineering Plastics

• Elastomers & Rubbers

• Specialty Compounds Anti-Static, EMI, ESD, Thermally Conductive, Lubricated, Structural • Recycled & Circular

Products

PC, PC/ABS, PC/ASA, PC/PBT, PC/Polyester, PBT, PEI, PET, PMMA, POM, PPO, SAN, SBC, SMMA, TPI

PP, PE, PS & Engineering Plastics

KR_Cover.indd 44

CHARTE COLORIMETRIQUE

TPE-S, TPE-V, TPU EPDM, BR, E-SBR, S-SBR, Butyl

ASA, MABS, PA6, PA66, PA/ABS,

Ultrapolymers Group NV Gerard Mercatorstraat 90 • 3920 Lommel • Belgium Tel +32 (0)11 57 95 57 • Fax +32 (0)11 63 45 96 ask.be@ultrapolymers.com

Plastics

• Sustainable Solutions Compostable & biodegradable compounds

Ultrapolymers BV Galvanistraat 14-2 • 6716 AE Ede Netherlands Tel +31 (318) 64 12 16 • Fax +31 (318) 62 03 65 ask.nl@ultrapolymers.com

ultrapolymers.com 13/04/2021 09:39

Gravimetrische Loss-In-Weight-Systemen Versus Batchblenders

Een vergelijkend onderzoek naar gravimetrische doseermachines voor de kunststoﬁndustrie

Ferlin_Cover.indd 1

13/04/2021 11:01

INHOUD

COLOFON Uitgave

INHOUD

www.ferlin.nl info@ferlin.nl Tel. 053 261 34 39 Druk: Drukkerij Roelofs, Enschede Opmaak: Bureau OMA, www.bureauoma.nl Hoewel de informatie gepubliceerd in deze uitgave zorgvuldig is uitgezocht en waar mogelijk gecontroleerd, sluit Ferlin Plastic Automation uitdrukkelijk iedere aansprakelijkheid uit voor eventuele onjuistheden en/of onvolledigheid van de verstrekte gegevens.

Ferlin_Inhoud.indd 2

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 12:24

Introductie 3

Doseernauwkeurigheid 14

Aanleiding 4

Methodologie 5

Kostenvoorbeeld 1

Validatie kostenvoorbeeld 1 16 Kostenvoorbeeld 2 16

Ontwerpen 6

E ffecten nauwkeurigheid op materiaalkosten

Werkingsprincipes

Afmetingen

Redeneringen 18

Doseermethodes

Weergegeven gewicht versus werkelijke gewicht 18

Pulsatiegedrag

Homogeniteit

Discussie 20

Weegmethoden

Weegnauwkeurigheid 20

Kalibratie

Uitleesmogelijkheid van LIW3

Shot versus batch

Gecontroleerde omgeving

Werkelijk gewicht

Kostenvoorbeelden

Aanschafprijs 11

Gebruikte machines 20

Testen 12

Conclusie

Test 1 Doseernauwkeurigheid; 10 gram

Weegnauwkeurigheid

shotgewicht; 2 procent additief 12

Onjuiste weergave LIW1 en LIW2

Doseernauwkeurigheid

shotgewicht; 2 procent additief 12

Pulserend effect LIW-machines

Test 3 Pulsatiegedrag 12

Traceerbaarheid 21

Test 4 Validatie kostenvoorbeeld 12

Kosten 21

Test 2 Doseernauwkeurigheid; 200 gram

Resultaten

13 Appendix A

Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht 13

INTRODUCTIE Voor het vervaardigen van kunststof producten zijn

meten. In dit onderzoek zijn testen gedaan met beide

veelal verschillende soorten granulaat nodig die in een

typen gravimetrische doseermachines waarbij eerst het

bepaalde verhouding moeten worden gemengd. Op dit

ontwerp uitvoerig wordt toegelicht, vervolgens worden de

moment zijn er verschillende machines op de markt

testen beschreven en worden de resultaten gedeeld waar-

beschikbaar voor deze taak.

na een beredenering volgt.

Dit onderzoek richt zich op de gravimetrische doseer-

Na het lezen van dit artikel bent u volledig op de hoogte

machines. Er wordt hierbij onderscheid gemaakt tussen

over de nauwkeurigheid en effectiviteit van het doseren

gravimetrische doseermachines die de gewichtstoename

met LIW- en GIW-doseermachines. Tot slot wordt de

(Gain-in-Weight (GIW)) meten en gravimetrische doseer-

impact van nauwkeurigheid op de kostprijs van uw eind-

machines die de gewichtsafname (Loss-in-Weight (LIW))

product doorberekend.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Inhoud.indd 3

13/04/2021 12:24

Aanleiding De kunststofindustrie ligt onder een vergrootglas. Kunststof wordt veelal gezien als een grondstof die het milieu veel schade toebrengt. Wat vaak wordt vergeten, is dat een materiaal zo duurzaam is als de gebruiker er mee omgaat. Kunststof als grondstof is in de basis juist erg duurzaam. Het is – vergeleken met andere materialen – namelijk van hoge kwaliteit, met een relatief lage supply-chain footprint . Niet voor niets wordt kunststof daarom nog volop gebruikt in allerlei uiteenlopende toepassingen. Om zorgvuldiger om te kunnen gaan met kunststof is het nauwkeurig doseren van verschillende materialen steeds belangrijker. Het goed kunnen traceren van materialen draagt bij aan een betere recyclebaarheid van kunststof producten. Het nauwkeurig doseren verbetert daarnaast de winstgevendheid. Immers, masterbatch en additieven (hierna samengevat als ‘additieven’), zijn veelal duurder dan virgin materialen. Hoe minder additieven worden verbruikt, des te meer er onderaan de streep overblijft. In gravimetrische doseermachines komen nauwkeurigheid en traceerbaarheid samen. Uiteenlopende fabrikanten bieden hier grofweg twee verschillende soorten van aan: doseermachines die gewichtsafname (LIW) meten en doseermachines die gewichtstoename (GIW) meten. De werkingsprincipes van beide zijn wezenlijk

anders. Doseermachines gebaseerd op gewichtsafname wegen de hoeveelheid additief die de machine verlaat. Veelal wordt een schroef, al dan niet in een doseerbuis, gebruikt om het additief in een stroom virgin materiaal toe te voegen op het moment dat een verwerkingsmachine hier een puls voor afgeeft. Doseermachines gebaseerd op gewichtstoename wegen de toegenomen hoeveelheid van alle materialen (zowel virgin als additief). Een voor een worden alle materialen afgewogen in een weegpan, die hierna de materialen dumpt in een mengkamer. Deze machines worden ook wel batchblenders genoemd. In dit onderzoek staan een aantal belangrijke verschillen tussen de twee soorten doseermachines centraal. Toegelicht wordt de invloed op de nauwkeurigheid van: 1. doseren afhankelijk of onafhankelijk van de verwerkingsmachine; 2. alleen additief doseren; 3. het toepassen van een schroef. Allereerst worden de ontwerpen van drie verschillende merken LIW-doseermachines en het ontwerp van één GIW-doseermachine toegelicht. Vervolgens worden diverse testen uitgevoerd en worden de resultaten gedeeld. Tot slot volgt een beredenering van deze resultaten.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Werkingsprincipes.indd 4

13/04/2021 10:23

Methodologie Het doel van dit onderzoek is om de verschillen tussen LIW- en GIW-doseermachines inzichtelijk te maken. In deze sectie wordt de methode achter het onderzoek besproken. Er worden drie verschillende LIW-machines onderzocht, aangeduid als LIW1, LIW2 en LIW3. De NECS van Ferlin vertegenwoordigt de GIW-doseermachines in dit onderzoek. Allereerst worden de ontwerpen en werkingsprincipes van de verschillende doseermachines besproken. Belangrijke verschillen en gelijkenissen zullen hier worden toegelicht. De resultaten hiervan zullen verder in het onderzoek worden gebruikt om de uitkomsten van de testen te verklaren. De volgende stap is het uitvoeren van een aantal testen met de verschillende machines. Het gaat om twee hoofdtesten: - In de eerste test wordt er 2 procent additief gedoseerd op een shotgewicht van 10 gram. - In de tweede test wordt er 2 procent additief gedoseerd op een shotgewicht van 200 gram. Met een extern weegsysteem wordt de werkelijke output van de LIW-systemen gewogen tijdens deze

testen. De cyclustijden van de testen zijn zo gekozen dat doseersnelheden ruim binnen de aangegeven bereiken van de geteste doseermachines liggen. De testen worden in een gecontroleerde, nagenoeg trillingvrije omgeving uitgevoerd. Voor alle testen wordt hetzelfde granulaat gebruikt. Verder worden er bij elke test ruismetingen uitgevoerd. Verdere specificaties van de testen staan vermeld in Appendix A. Per test worden er 200 doseringen uitgevoerd. Met de resultaten kan vervolgens per machine de nauwkeurigheid worden bepaald. Dit zal worden uitgedrukt in de standaarddeviatie, een statistische maat voor de spreiding van een proces. Hiermee kunnen de doseermachines onderling worden vergeleken. Ook kan hiermee een kostenvoorbeeld worden gemaakt. De resultaten van deze testen worden vervolgens gepresenteerd. Vanuit het onderzoek naar ontwerp en werkingsprincipe wordt een beredenering gemaakt om de onderlinge verschillen te verklaren. Waar nodig zullen er ondersteunende testen worden uitgevoerd. Dit onderzoek wordt afgesloten met een discussie van het uitgevoerde werk en een conclusie waarin de belangrijkste resultaten kort worden herhaald.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Werkingsprincipes.indd 5

13/04/2021 10:23

Ontwerpen

Afbeelding 1 Schematische weergave van het LIW1- en LIW2-systeem.

Afbeelding 2 Schematische weergave van het LIW3systeem.

In deze sectie worden de ontwerpen van de verschillende doseermachines geanalyseerd. Zoals in de methodologie al besproken is worden drie verschillende LIW-machines en één GIW-machine onderzocht. Eerst wordt er ingegaan op de werkingsprincipes van de verschillende doseermachines. Vervolgens worden de doseermethodes behandeld. Hierna volgen de weegmethodes en er wordt afgesloten met de hoofdafmetingen en aanschafprijzen.

chine. Ze hebben allemaal een flens met een doorvoer voor het hoofdmateriaal en een ingang voor het te doseren additief. De LIW-machines hebben een inputsignaal van de verwerkingsmachine nodig om te doseren. De LIW1 bestaat uit een trechter die ondersteund wordt door een loadcell. De trechter heeft een open uitgang, met daaronder een draaiende schroef. De schroef transporteert het materiaal naar het halsstuk. Tussen de trechteruitgang en de transportschroef is altijd een bepaalde hoeveelheid materiaal aanwezig. De hoeveelheid materiaal varieert door de hoek van het gevormde talud onder de trechter. De buitendiameter van de schroef van LIW1 is gelijk aan de binnendia-

Werkingsprincipes De drie verschillende LIW-machines worden aangeduid met LIW1, LIW2 en LIW3. Alle LIW-machines worden gemonteerd op het halsstuk van een verwerkingsma-

Afbeelding 3 Schematische weergave van het GIWsysteem.

Afbeelding 4 De NECS GIW-doseermachine van Ferlin.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_weegmethoden.indd 6

13/04/2021 10:22

meter van de buis waarin hij draait. De schroef eindigt direct in de materiaalstroom. De LIW2 is qua ontwerp vergelijkbaar met de LIW1. De trechter wordt ondersteund door een loadcell. Onder de open uitgang van deze trechter neemt een doseerbuis het materiaal mee naar de uitgang van de machine. Tussen de trechteruitgang en de doseerbuis is ook hier weer een wisselende hoeveelheid materiaal aanwezig. LIW2 heeft in dit geval een draaiende buis met een spiraalvormige staaf die aan de binnenkant is gelast en die niet helemaal doorloopt tot het einde van de buis. De LIW3 bestaat uit een complete doseerunit, die wordt ondersteund door een loadcell. Zowel de trechter als het (schroef)transportmechanisme inclusief motor, worden ondersteund door de loadcell. Het transportmechanisme bestaat uit een roterende buis met vaste (asloze) interne schroef. De uitvoerzijde van deze buis bestaat uit enkele centimeters zonder interne schroef. De doseerbuis eindigt onder een kapje in de materiaalstroom. De GIW-machine heeft meerdere voorraadtrechters, allemaal met een eigen pneumatisch doseermechanisme. Een GIW-machine kan meerdere additieven toevoegen, terwijl een LIW-machine standaard maar één additief kan toevoegen. De materialen worden, vanuit de trechters, in een weegpan gedoseerd. De weegpan wordt ondersteund door een loadcell. Nadat een complete batch is gewogen, wordt het materiaal in de menger onder de weegschaal gedoseerd. Als de batchblender op de kunststofverwerkende machine is gemonteerd, kan de batch direct in deze machine worden gedoseerd. De GIW kan ook naast de verwerkingsmachine worden geplaatst. In dit geval kan de batch naar de verwerkingsmachine worden getransporteerd

Afbeelding 5 De binnenkant van schroef LIW 1.

met een vacuümtransportsysteem. De onderzochte machine is een autonoom systeem, er is geen input van de verwerkingsmachine nodig. De GIW maakt steeds een nieuwe batch aan als de mengkamer dreigt leeg te raken.

Afmetingen De onderzochte LIW-machines zijn vergelijkbaar in grootte. Hun materiaaltrechter wordt naast de hoofdmateriaalstroom geplaatst. De LIW1 heeft alleen een dunne (40 mm) flens die op de kunststofverwerkingsmachine onder de hoofdmateriaaltrechter moet worden gemonteerd. De LIW2 heeft een halsstuk met een hoogte van ongeveer 200 mm, dat tussen de kunststofverwerkende machine en de hoofdmateriaaltrechter wordt geplaatst. De LIW3 heeft een halsstuk met een hoogte van ongeveer 240 mm. De GIW kan op de inlaat van de kunststofverwerkingsmachine worden geplaatst. De materiaaltrechters van de GIW bevinden zich aan de bovenzijde van de GIW. De hopperloaders kunnen boven de trechters van de GIW worden geplaatst, op een hoogte van 550 mm boven de kunststofverwerkende machine. De GIW heeft dus de meeste vrije ruimte in de hoogterichting nodig. De verdere buitenafmetingen van de GIW zijn vergelijkbaar met die van de LIW-machines.

Doseermethodes De LIW-machines en de GIW gebruiken verschillende methoden om de grondstoffen te doseren: - De LIW1 gebruikt een roterende schroef in een buis. - De LIW2 gebruikt een roterende cilinder met een spiraalvormige staaf aan de binnenkant. - De LIW3 gebruikt een roterende cilinder met gedeeltelijke interne schroef.

Afbeelding 6 De binnenkant van schroef LIW 2. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_weegmethoden.indd 7

13/04/2021 10:22

Afbeelding 7 De binnenkant van schroef LIW 3.

Afbeelding 8 De NECS GIW-doseermachine van Ferlin.

- De GIW maakt gebruik van pneumatische kleppen. Geen van de onderzochte machines is in staat om voor elke shot of batch precies de benodigde hoeveelheid granulaat te doseren. Een groot verschil tussen de doseermethoden van de LIW-machines en GIW-machine is dat bij de LIWmachines alleen het additief wordt gedoseerd. Bij de GIW-machine wordt ook het hoofdmateriaal gedoseerd. In dit geval worden beide materialen gedoseerd en afgewogen, zodat de GIW de hoeveelheid hoofdmateriaal kan aanpassen aan op de daadwerkelijke dosering van het additief. In het volgende rekenvoorbeeld doseren we 2 procent additief op een shotgewicht van 10 gram. De LIWmachines doseren per shot terwijl de GIW-machines batches maken, in dit geval van 200 gram. In dit voorbeeld wordt de aanname gedaan dat 1 gram ongeveer gelijk staat aan 40 korrels. In tabel 1 wordt een voorbeeld gegeven van de effecten van een doseerfout voor zowel de LIW- machines als de GIW. Voor LIW-machines zal het doseren van een hogere hoeveelheid additief de hoeveelheid hoofdmateriaal verminderen. Dit komt doordat het hoofdma8

teriaal op volumetrische wijze wordt toegevoegd. De GIW is in staat om de hoeveelheid hoofdmateriaal aan te passen aan de werkelijke dosering van het additief. De tabel laat zien dat zelfs als de GIW een fout heeft in de dosering van zowel het additief als het hoofdmateriaal, de uiteindelijke verhouding nog steeds zeer dicht bij de gewenste verhouding ligt. De LIW-machines daarentegen, kunnen de doseerfout niet compenseren en produceren daarom een batch met een significant andere materiaalverhouding. Hoe kleiner de dosering wordt hoe sneller de foutmarge groot wordt. In het geval van de LIW betekent een afwijking van 0,025 g (1 korrel) al een toename van 12,5 procent in additief verbruik. Met vier korrels afwijking betekent het een toename van 50 procent in additiefverbruik. In de praktijk is een doseerapparaat met een kleine gemiddelde doseerfout wenselijk. Normaal gesproken zijn er ongeveer 1,3 tot 3,3 shots in de schroef van een spuitgietmachine aanwezig [2]. De schroef is niet in staat om de materialen van meerdere shots te mengen, hij zorgt alleen voor lokale homogenisering. Een doseerapparaat met een kleine gemiddelde doseerfout en een gelijke verdeling van het additief is daarom wenselijk.

Pulsatiegedrag Een van de nadelen van schroeftransport is het inhe-

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_weegmethoden.indd 8

13/04/2021 10:22

Machine

Dosering 1

Aantal korrels

Dosering 2

Aantal korrels

Materiaalverhouding (procent/procent)

LIW

0,2 g

9,8 g

392

2 / 98

LIW

0,2 g + 0,025 g fout

9,775 g

391

2,25 / 97,75

LIW

0,2 g + 0,1 g fout

9,7 g

388

3 / 97

GIW

160

196 g

7840

2 / 98

GIW

4g+1g fout

200

196 g + 48,75 g correctie

9790

2 / 98

GIW

4g+1g fout

200

196 g + 48,75 g correctie + 1 g fout

9830

2,04/97,96

rente pulsatie-effect [3]. Een schroef is in de praktijk nooit voor 100 procent gevuld, wanneer hiermee vaste materialen worden gedoseerd. Het aanwezige materiaal verzamelt zich zo veel mogelijk in het onderste deel van de schroef. Hierdoor kan de gedoseerde hoeveelheid afhankelijk zijn van de hoekpositie van de schroef. Dit leidt tot variaties in de gedoseerde hoeveelheid. Het pulsatie-effect beïnvloedt de doseernauwkeurigheid van de systemen bij lage doseerhoeveelheden. Bij grote doseringen is het effect minder omdat er veel rotaties nodig zijn. Dit is duidelijk te zien in grafiek 1.

Homogeniteit Idealiter vormen shot of batch een homogeen mengsel voor het de verwerkingsmachine binnenkomt. De LIW-machines doseren het additief direct in de hoofdmateriaalstroom. Dit levert in theorie een relatief homogeen mengsel op. Door trillingen kunnen de kor-

Tabel 1 Effect van fouten in doseringen voor LIW versus GIW.

rels uit de LIW-machines vallen. Korrels die na de doseerperiode vallen, verstoren de homogeniteit omdat er op dat moment geen doorstroming is van het hoofdmateriaal. Het pulsatiegedrag kan ook de homogeniteit van het mengsel beïnvloeden. De GIW heeft een mengkamer, waarin alle componenten worden gemengd. De verwerkingsmachine zelf kan de homogeniteit van het door de LIW-systemen gemaakte mengsel verstoren. Een spuitgietmachine neemt in principe het materiaal af tijdens de plastificatieperiode. De machine kan echter ook materiaal afnemen tijdens de injectieperiode. Als de LIW-machine in de injectieperiode geen materiaal toevoegt, zal de homogeniteit van het mengsel afnemen. De LIW1 en LIW2 hebben een functie om tijdens de injectieperiode te doseren met een bepaalde gereduceerde snelheid. Het blijft echter onzeker of deze dosering overeenkomt met de werkelijke hoeveelheid materiaal die tijdens de injectie

Grafiek 1 Pulserend effect bij doseren van granulaat met schroef [3]. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_weegmethoden.indd 9

13/04/2021 10:22

Afbeelding 9 De positie van de loadcell in het LIW1- en LIW2-systeem.

wordt toegevoerd. Het LIW3-systeem heeft een dergelijke functie niet. De GIW voorkomt deze verstoring door alleen volledig gemengd materiaal aan de spuitgietmachine af te geven. In de praktijk is een doseermachine met een kleine gemiddelde doseerfout wenselijk. Normaal gesproken zijn er ongeveer 1,3 tot 3,3 shots in de schroef van een spuitgietmachine aanwezig [2]. De schroef is niet in staat om de materialen van meerdere shots te mengen, hij zorgt alleen voor lokale homogenisering. Een doseerapparaat met een kleine gemiddelde doseerfout en een gelijke verdeling van het additief is daarom wenselijk.

materiaal van één batch. In de onderzochte GIW, de NECS, is de maximale capaciteit van de loadcell 4 kg. De loadcells in alle onderzochte machines vallen onder nauwkeurigheidsklasse C3 van OIML R60 [1]. Een lagere maximale capaciteit van de loadcells betekent dat ze nauwkeuriger zijn, in vergelijking met exemplaren met een hogere capaciteit van dezelfde nauwkeurigheidsklasse. De absolute nauwkeurigheid van de loadcells neemt namelijk af bij een toenemende maximale capaciteit [1]. In het geval van de genoemde maximale capaciteiten kan de loadcell van de GIW machine vijf keer zo nauwkeurig zijn.

Weegmethoden

Beide soorten doseermachines vereisen dat hun weegsystemen worden gekalibreerd. Het kalibreren van een loadcell kan een lastige opdracht zijn en is foutgevoelig. Een verkeerd gekalibreerde loadcell zorgt ervoor dat een LIW-machine de verkeerde hoeveelheid additief doseert. Wordt bijvoorbeeld in de besturing aangegeven dat moet worden gekalibreerd met een kalibratiegewicht van 1 kg maar is per ongeluk 2 kg gebruikt, dan zal de LIW twee keer zoveel materiaal doseren. De hoeveelheid hoofdmateriaal kan niet worden beïnvloed door de LIW-machine. Hierdoor zal de uiteindelijke materiaalverhouding onjuist zijn. Een GIW daarentegen, zal bij een verkeerd gekalibreerde loadcell nog steeds batches met de juiste materiaalverhouding produceren, omdat alle materialen door deze fout worden beïnvloed. Het enige negatieve effect van een verkeerd gekalibreerde loadcell voor

In deze sectie worden de verschillende weegmethoden van de LIW-machines en GIW-machines besproken. Eerst komen de loadcells aan bod, vervolgens wordt de invloed van verkeerde kalibratie besproken en daarna wordt de impact van het wegen van een shot of een batch op de nauwkeurigheid behandelt. Alle onderzochte machines zijn uitgerust met een single-point loadcell. De loadcells van LIW-machines moeten een relatief groot gewicht kunnen dragen, omdat ze de complete trechter met materiaal (LIW1 en LIW2) of zelfs de complete doseermachine ondersteunen (LIW3). De maximale capaciteit van de loadcells in LIW1 en LIW2 is 15 kg, de maximale capaciteit van de loadcell in LIW3 is 20 kg. De loadcell in de GIW ondersteunt slechts het gewicht van de weegpan met 10

Kalibratie

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_weegmethoden.indd 10

13/04/2021 10:22

Afbeelding 10 De loadcell in de LIW3-doseermachine.

een GIW-machine is dat de totale productiegewichten niet overeenkomen met de werkelijke totale productiegewichten.

Shot versus batch LIW-machines doseren een hoeveelheid materiaal tijdens elk shot, terwijl de GRAVIMIX batches maakt voor meerdere shots. Dit impliceert dat de LIW-machines de hoeveelheid additief per shot moeten wegen, terwijl de GRAVIMIX meerdere shots samen moet wegen. Door middel van een voorbeeld kan de invloed hiervan duidelijk gemaakt worden. Als voorbeeld wordt een product met een shotgrootte van 10 g en 2 procent additief genomen. De LIWmachines moeten in dit geval 0,2 g afwegen. De NECS heeft een batchgrootte van 200 g, dus er worden batches van 20 shots gemaakt. Dit resulteert in het afwegen van 4,0 g additief. De beperkte nauwkeurigheid van de loadcell heeft veel minder invloed op het grotere gewicht van een batch. Neem bijvoorbeeld aan dat een loadcell een nauwkeurigheid heeft van 0,1 g. Dit is groot in vergelijking met de 0,2 g die bij elke opname moet worden gedoseerd. Dit is relatief klein in vergelijking met de 4,0 g die voor elke batch moet worden gedoseerd. Daarnaast wordt hierna nog het hoofdmateriaal gedoseerd van 196 g. Bij deze hoeveelheid heeft die 0,1 g nauwkeurigheid al helemaal weinig invloed.

Werkelijk gewicht Een van de redenen om een gravimetrisch doseerap-

Afbeelding 11 De loadcell in de GIW-machine.

paraat te gebruiken, is dat het de hoeveelheid materiaal per batch of per shot weegt. De GIW doet dit door elke component te wegen. De LIW3 weegt de complete machine met trechter, materiaal en doseerbuis. In theorie kan hij elke verandering in de hoeveelheid materiaal meten, zolang het weegsysteem maar nauwkeurig genoeg is. De LIW1- en LIW2-machine wegen alleen de trechter. Tussen de trechter en het uiteinde van de schroef in de LIW1-machine kan ongeveer 50 g materiaal aanwezig zijn. De vermindering van het gewicht van de hopper is daardoor niet per se gelijk aan de werkelijke gedoseerde hoeveelheid. Dit komt onder andere doordat de schroef niet bij elk shot exact gelijk wordt gevuld en doordat de hellingshoek van het materiaal onder de uitgang van de trechter verandert. In het hoofdstuk Redeneringen wordt hier verder bij stil gestaan.

Aanschafprijs Over het algemeen zijn de LIW-machines goedkoper in aanschaf dan GIW-machines. Dit is vooral te danken aan het feit dat ze minder onderdelen hebben. Wanneer echter ook een tweede additief moet worden gedoseerd heeft een GIW alleen een extra trechter nodig, terwijl de LIW systemen een extra doseermachine nodig hebben. In dit geval is een GIW een kostenefficiëntere optie. Wanneer rekening wordt gehouden met de productiekosten, zal de machine met de hoogste nauwkeurigheid de laagste kosten hebben door het voorkomen van afkeur en overmatig gebruik van grondstoffen. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_weegmethoden.indd 11

13/04/2021 10:22

Testen In dit hoofdstuk worden de uitgevoerde testen toegelicht voor zowel de LIW-machines als de GIW-machine. De resultaten van test 1,2 en 4 zullen worden toegelicht in het volgende hoofdstuk Resultaten. Test 3 dient ter ondersteuning van het hoofdstuk Redeneringen.

Test 1 Doseernauwkeurigheid bij 10 g shotgewicht met 2 procent additief De eerste test is uitgevoerd om de materiaalverhoudingens in een klein shot te vergelijken. Alle machines werken in de gravimetrische modus in deze test. De totale shotgrootte is 10 g, met 2 procent additief. De LIW machines doseren het additief. Dit houd in dat per shot 0,2 g wordt gedoseerd. De GIW gebruikt zijn maximale capaciteit. Dit betekent dat batches van 200 g worden gemaakt. Dit komt neer op 4 g additief per batch. De doseertijd is 3 seconden voor de LIWmachines. Dit resulteert in een doseersnelheid van 240 g/u. De minimale doseersnelheid van LIW1 is 120 g/u. LIW2 heeft een minimale doseersnelheid van 100 g/u en LIW3 van 50 g/u.

Test 2 Doseernauwkeurigheid bij 200 g shotgewicht met 2 procent additief De tweede test is uitgevoerd om de materiaalverhodingen in een groter shot te vergelijken. Alle machines

werken in de gravimetrische modus in deze test. De totale shotgrootte is 200 g, met 2 procent additief. De LIW-machines doseren allemaal 4 g additief per shot. De doseertijd is in dit geval 5 s. Dit resulteert in een doseersnelheid van 2880 g/u. De maximale doseersnelheid van de LIW1 machine is 4330 g/u. LIW2 heeft een maximale doseersnelheid van 4000 g/u en LIW3 van 4100 g/u. Omdat de NECS in de eerste test ook deze materiaalverhouding doseerde, zijn hiermee geen extra metingen verricht.

Test 3 Pulsatiegedrag Deze test is uitgevoerd om te controleren of er pulsatiegedrag aanwezig is in de doseermechanismes van de LIW-machines. Meerdere draaisnelheden zijn gecontroleerd op dit gedrag om hier een betere uitspraak over te doen. De machines worden zo ingesteld dat ze gedurende een bepaalde periode op een constant toerental draaien terwijl de output continu wordt gemeten.

Test 4 Validatie kostenvoorbeeld Deze test is uitgevoerd om de aannames in het kostenvoorbeeld in het hoofdstuk Resultaten te valideren. Deze test is alleen uitgevoerd met de LIW1. De shotgrootte is 10 g, met 5 procent additief.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Materiaal verhouding.indd 12

13/04/2021 10:21

Resultaten In dit hoofdstuk worden de belangrijkste resultaten van de testen getoond en kort toegelicht. De testen bestaan uit het doseren van 2 procent additief bij een shotgewicht van 10 g (test 1) en het doseren van 2 procent additief bij een shotgewicht van 200 g (test 2). Allereest wordt met behulp van de testresultaten ingegaan op de vraag of de machines ook werkelijk wegen wat wordt gedoseerd. Vervolgens worden de machines onderling vergeleken en volgen twee kostenvoorbeelden. Test 4 wordt gebruikt om dit kostenvoorbeeld te valideren.

Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht Test 1 en test 2 zijn uitgevoerd met LIW1, LIW2, LIW3 en GIW. Echter, voor de LIW3 geldt dat hier geen uitleesmogelijkheid is. Hierdoor kon het werkelijke gewicht niet worden vergeleken met het weergegeven gewicht. Voor GIW geldt dat de aanname is gedaan dat het weergegeven gewicht gelijk is aan het werkelijke gewicht, omdat

deze loadcell vergelijkbare classificaties en maximaal gewicht heeft als het externe weegsysteem. Voor de LIW1 en LIW2 geldt dat het werkingsprincipe ervoor zorgt dat niet het gewicht wat de machine verlaat gemeten wordt maar het gewicht dat de interne, gewogen trechter verlaat. Hierdoor heeft het zin om deze met een externe weegschaal te controleren. Beide testen tonen aan dat de LIW1- en LIW2-machine niet in staat zijn om de gedoseerde hoeveelheid nauwkeurig weer te geven. In grafiek 2 wordt het extern gemeten shotgewicht weergeven naast het shotgewicht dat is berekend door het LIW1-systeem. De grafiek laat duidelijk zien dat de LIW1 niet kan meten wat daadwerkelijk wordt gedoseerd. De grafiek is gemaakt op basis van de gegevens die in test 2 zijn verzameld (zie Appendix A voor het volledige testrapport). Het doel van deze test was om 4 g per shot te doseren. De testen met de LIW2-machine tonen een vergelijkbaar

Graﬁek 2 Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht LIW1, test 2.

Graﬁek 3 Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht LIW2, test 2. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Doseermethodes.indd 13

13/04/2021 10:20

resultaat. Het extern gemeten shotgewicht en het door het LIW2-systeem berekende shotgewicht worden weergegeven in grafiek 3. Een vergelijkbare test is ook uitgevoerd voor een dosering van 0,2 g per shot. De resultaten voor LIW1 worden weergegeven in grafiek 4. Deze grafiek is gemaakt op basis van de gegevens die zijn verzameld in test 1 (zie Appendix A voor het volledige testrapport). De LIW2-machine toont weer soortgelijke resultaten, zie grafiek 5. Uit deze test blijkt wederom dat de LIW1- en LIW2- systemen niet kunnen wegen wat er daadwerkelijk wordt gedoseerd.

Doseernauwkeurigheid Er zijn testen uitgevoerd om de werkelijke doseernauwkeurigheid van de LIW1, de LIW2, de LIW3 en de NECS in een gecontroleerde omgeving te bepalen. In de eerste test is 2 procent additief op een shot van 10 g gedoseerd. Voor de LIW1, LIW2 en LIW3 resulteerde dit in gegevens op shotniveau. Voor de GIW resulteer-

de dit in gegevens op batchniveau. Met deze resultaten kan een gemiddelde en een standaarddeviatie worden berekend. De standaarddeviatie is een statistische maat voor de spreiding in een proces. De resultaten van de testen zijn weergegeven in tabel 2. Vervolgens is een statistisch model nodig om iets te kunnen zeggen over de kans op het produceren van een shot met een bepaalde materiaalverhouding. In dit geval wordt aangenomen dat het doseergewicht te beschrijven is met een normaal verdeling. Verder uitleg

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

Gemiddelde shot

1,96

1,58

1,92

1,99*

Standaarddeviatie shot

1,01

0,67

0,49

0,02*

Gemiddelde batch

1,99

Standaarddeviatie batch

0,02

*Afgeleid uit batchgegevens. Tabel 2 Statistische waarden voor LIW1, LIW2, LIW3 en GIW, test 1.

Graﬁek 4 Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht LIW1, test 1.

Graﬁek 5 Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht LIW2, test 1.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Doseermethodes.indd 14

13/04/2021 10:20

Graﬁek 6 De normaalverdeling van LIW1, LIW2, LIW3 en GIW, test 1.

Graﬁek 7 De normaalverdeling van LIW1, LIW2, LIW3 en GIW, test 2.

hierover staat in Appendix A. De normaalverdelingen per doseermachine worden weergegeven in graﬁek 6.

geval wordt aangenomen dat het doseergewicht te beschrijven is met een normaalverdeling. Verder uitleg hierover staat in Appendix A. De normaalverdelingen per doseermachine worden weergegeven in graﬁek 7. Door uit te gaan van een normaalverdeling kan het resultaat van deze test worden gebruikt om de waarschijnlijkheid te bepalen dat een shot word gemaakt met de additievenverhouding binnen een bepaald bereik. Deze kansen zijn weergegeven in tabel 5.

Door uit te gaan van een normaalverdeling kan het resultaat van deze test worden gebruikt om de waarschijnlijkheid te bepalen dat een shot word gemaakt waarvan de additievenverhouding binnen een bepaald bereik ligt. Deze kansen zijn weergegeven in tabel 3. De tweede test is uitgevoerd voor een shot van 200 g met 2 procent additief. De resultaten op shotniveau zijn weergegeven in tabel 4. De batchgrootte van de NECS is exact gelijk aan de shotgrootte. De door de NECS gecreëerde batches hebben de nauwkeurigste materiaalverhouding. De spreiding in de batches van de LIW-machines is beduidend groter. Vervolgens is er wederom een statistisch model nodig om iets te kunnen zeggen over de kans op het produceren van een shot met een bepaalde materiaalverhouding. In dit

Effecten nauwkeurigheid op materiaalkosten Met de uit de testen afgeleide standaarddeviaties kunnen kostenberekeningen worden uitgevoerd. Twee voorbeelden van een dergelijke kostenberekening worden hier gepresenteerd. Kostenvoorbeeld 1 In tabel 6 staan de productiegegevens die in de eerste

Additiefbereik in procent

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

[1,99 - 2,01]

0,8 procent

0,9 procent

1,6 procent

34,1 procent

[1,9 - 2,1]

7,9 procent

9,8 procent

16,0 procent

100,0 procent

[1,7 - 2,3]

23,3 procent

28,7 procent 45,4 procent

100,0 procent

[1,5 - 2,5]

37,9 procent

46,3 procent 68,6 procent

100,0 procent

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

Gemiddelde shot

2,00

1,97

1,99

Standaard deviatie shot

0,14

0,12

0,06

0,02

Tabel 3 Kans op daadwerkelijke dosering additief binnen een bepaald bereik, test 1.

Tabel 4 Statistische waarden voor LIW1, LIW2, LIW3 en GIW, test 2.

Bereik in procent

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

[1,99 - 2,01]

5,7

6,6

11,7

34,1

[1,9 - 2,1]

52,5

59,5

86,3

100,0

[1,7 - 2,3]

96,8

98,8

100,0

[1,5 - 2,5]

100,0

Tabel 5 Kans op daadwerkelijke dosering additief binnen een bepaald bereik, test 2.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Doseermethodes.indd 15

13/04/2021 10:20

berekening worden toegepast. In dit voorbeeld wordt ervan uitgegaan dat het maken van een product met minder dan 2 procent additief afkeur veroorzaakt. De in tabel 6 weergegeven additiefkosten worden alleen bereikt met een perfecte machine, die in staat is om exact 2 procent per shot te doseren. In de praktijk is dit niet haalbaar, omdat de machine dan bijvoorbeeld korrels moet snijden om aan deze eis te voldoen. Daarom hebben alle machines een gemiddelde productiewaarde van meer dan 2 procent nodig om aan de minimale eis te voldoen. Met de eis van minimaal 2 procent additief en de standaarddeviatie van de shots verkregen met test 1, kan het vereiste gemiddelde additiefpercentage worden ingeschat. Met andere woorden: het percentage waar de doseermachine op moet worden ingesteld om minimaal 2 procent additief te doseren. Dit percentage wordt zodanig bepaald dat de kans dat aan deze eis wordt voldaan 99,85 procent is. Deze eis resulteert in gemiddeld driemaal afkeur per 2000 producten voor een spuitgietproces. Verder wordt aangenomen dat de standaardafwijking van de dosering constant blijft. In de praktijk zal deze naar verwachting toenemen met toenemend additiefpercentage bij een gelijkblijvend shotgewicht. Met andere woorden: hoe meer additief wordt gedoseerd, des te hoger de standaarddeviatie zal zijn. Hiervoor volgt in test 4 een validatie. In tabel 7 zijn de resulterende effecten op materiaalkosten van het additief per jaar weergegeven. In dit

voorbeeld heeft de GIW aan de hand van de gegevens uit de tests het kleinste bedrag aan extra kosten per jaar. De extra kosten per jaar, weergegeven in tabel 7, zijn de kosten die bovenop de ‘kosten additief per jaar’ komen uit tabel 6. Validatie kostenvoorbeeld 1 Om het vereiste additiefpercentage te valideren is een test uitgevoerd met de LIW1 met 5,03 procent additief in een 10 g shot. Met andere woorden: gekeken wordt of inderdaad met 99,85 procent zekerheid kan worden gezegd dat 2 procent wordt gedoseerd, wanneer de machine ingesteld staat op het vereist additiefpercentage van 5,03 procent. De resultaten van de test staan in tabel 8. Meer informatie over de test is te vinden in Appendix A. Zoals verwacht is de standaarddeviatie van het gedoseerde additief toegenomen door een toename van het percentage additief bij een gelijkblijvend shotgewicht. De kans op het maken van een shot met een additiefpercentage van minder dan 2 procent bij een ingestelde waarde van 5,03 procent is 0,34 procent. Dit betekent dat wanneer er met 99,85 procent zekerheid gezegd moet worden dat er minimaal 2 procent additief aanwezig is in het shot, de doseermachine ingesteld moet worden op een waarde boven de 5,03 procent. Deze daadwerkelijke waarde is verder niet berekend. Kostenvoorbeeld 2 Een vergelijkbare kostenberekening kan worden opge-

Productiegegevens

Waarde

Shotgewicht

10 g

Percentage additief

Ten minste 2 procent

Cyclustijd

12 s

Productietijden

24/7, 300 dagen

Additiefprijs

€10/kg

Aantal shots per jaar

2 160 000

Kg additief per jaar (2 procent)

432 kg

Kosten additief per jaar (2 procent)

€4320

Tabel 6 Productiegegevens voor kostenvoorbeeld 1.

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

Shot standaarddeviatie in procent

1,01

0,67

0,49

0,02*

Vereist additiefpercentage in procent

5,03

4,01

3,47

2,06

Extra additief per jaar in kg

654,5

434,2

317,5

13,0

Extra kosten per jaar

€6545

€4342

€3175

€130

*Afgeleid van batchgegevens.

Tabel 7 Effecten nauwkeurigheid op additiefkosten, kostenvoorbeeld 1.

LIW1

Gemiddelde shot

5,01

Standaarddeviatie shot

1,11

Tabel 8 Resultaten validatie voor kostenvoorbeeld 1

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Doseermethodes.indd 16

13/04/2021 10:20

zet voor een shot van 200 g waarbij minimaal 2 procent additief moet worden gedoseerd. Voor deze berekening worden de gegevens van de standaarddeviatie van test 2 toegepast. Tabel 9 toont de productiegegevens voor deze berekening. Aan de hand van deze productiegegevens en de eis van minimaal 2 procent additief per shot kan wederom het vereiste additiefpercentage per machine worden ingeschat. Ook hier wordt dit percentage zo bepaald dat de kans om aan deze eis te voldoen 99,85 procent is. Ook voor deze test bestaat het vermoeden dat de

standaarddeviatie toeneemt bij een toename in het additiefpercentage bij een gelijkblijvend shotgewicht. Omdat dit vermoeden bij kostenvoorbeeld 1 is onderzocht, wordt dit effect voor waar aangenomen in kostenvoorbeeld 2. Met andere woorden: het daadwerkelijke additiefpercentage zal hoger moeten worden ingesteld dan in onderstaande tabel wordt getoond. Tabel 10 toont de resultaten van deze kostenberekening. De extra kosten per jaar in tabel 10 zijn de kosten die bovenop de ‘kosten additief per jaar’ komen uit tabel 9.

Productiegegevens

Waarde

Shotgewicht

200 g

Percentage additief

Ten minste 2 procent

Cyclustijd

40 s

Productietijden

24/7, 300 dagen

Additiefkosten

€10/kg

Aantal shots per jaar

788 400

Kg additief per jaar (2 procent)

3153,60 kg

Kosten additief per jaar (2 procent)

€31536

Tabel 9 Productiegegevens voor kostenvoorbeeld 2.

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

Shot standaarddeviatie in procent

0,14

0,12

0,06

0,02

Vereist additiefpercentage in procent

2,42

2,36

2,18

2,06

Extra additief per jaar in kg

662

568

284

94,6

Extra kosten per jaar

€6620

€5680

€2840

€946

Tabel 10 Effecten nauwkeurigheid op additiefkosten, kostenvoorbeeld 2.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_Doseermethodes.indd 17

13/04/2021 10:20

Redeneringen

Afbeelding 12 Schematische afbeelding van het LIW1en LIW2-ontwerp.

Afbeelding 13 Uitvergroting van de trechteruitloop van LIW1 en LIW2.

In dit hoofdstuk worden de verschillen tussen de resultaten van de onderzochte doseermachines toegelicht en onderbouwd aan de hand van de eerder besproken ontwerpen. Eerst wordt ingegaan op het verschil tussen de weergegeven waardes van de LIW1 en LIW2 en de extern gemeten gewichten. Vervolgens wordt het verschil in doseernauwkeurigheid behandeld.

De twee testen laten grote verschillen zien tussen de nauwkeurigheden van de doseermachines. De GIW presteert in beide testen duidelijk het beste, omdat de GIW machine de hoeveelheid hoofdmateriaal kan aanpassen aan de daadwerkelijk gedoseerde hoeveelheid additief. Dit is in het hoofdstuk Ontwerpen uitgelegd met behulp van tabel 1. Doordat de GIW de hoeveelheid hoofdcomponent aanpast aan de gedoseerde hoeveelheid additief wordt een materiaalmengsel gecreëerd met een materiaalverhouding die dicht bij de gewenste verhouding ligt. De LIW-machines hebben geen mogelijkheid om bij te sturen na het doseren van het additief. Daardoor zorgt een afwijkende dosering direct voor een fout in de materiaalverhouding. Dit heeft als gevolg dat de kans op een afwijkende materiaalverhouding groter is.

Weergegeven gewicht versus werkelijk gewicht De resultaten van het extern gewogen gewicht en het weergegeven gewicht van zowel de LIW1 en de LIW2 komen niet overeen. Dit is aangetoond in grafiek 2 tot en met 5 in hoofdstuk Resultaten. Telkens wijkt de weergegeven waarde sterk af van de extern gewogen waarde. De oorzaak hiervan is dat de LIW1 en de LIW2 niet letterlijk wegen wat uit de schroef of doseerbuis valt. In het schematische ontwerp in afbeelding 12 is dit goed te zien. De afname van het gewicht in de trechter komt niet overeen met hetgeen wordt gedoseerd. Metingen tonen aan dat er ongeveer 50 g aan materiaal tussen de uitgang van de gewogen trechter en de uitgang van de schroefbuis aanwezig is. Deze hoeveelheid varieert onder andere door een wisselende vulgraad van de schroef en een wisselende hellingshoek van het materiaal onder de trechter. In afbeelding 13 is ingezoomd op de wijze waarop het materiaal de gewogen trechter verlaat in LIW1 en LIW2. De hellingshoek van het materiaal (grijs gebied) verandert onder andere door trillingen. Hierdoor wisselt ook de hoeveelheid materiaal onder de trechter. Op basis van de resultaten kan de conclusie worden getrokken dat het ontwerp van de LIW1- en LIW2doseermachines leidt tot een verstoord beeld tussen weergegeven hoeveelheid en daadwerkelijke hoeveelheid gedoseerd additief. De machine is niet in staat om hetgeen dat wordt gedoseerd te wegen. 18

Ferlin_verzameling.indd 18

Pulsatiegedrag Een andere oorzaak van de lagere nauwkeurigheid van de LIW machines is het pulsatie-effect van de schroef dan wel de doseerbuis. Zoals besproken in het hoofdstuk Ontwerpen kan de gedoseerde hoeveelheid afhankelijk zijn van de draaihoek van de schroef. Om de invloed hiervan verder te onderzoeken zijn extra testen uitgevoerd met de LIW-machines. Hieruit blijkt dat het pulsatie-effect bij de meeste toerentallen aanwezig is. In grafiek 8 tot en met 10 is de pulsatie bij een draaisnelheid van ongeveer 10 omw/min te zien (één volledige omwenteling van de schroef per 6 s). In de grafieken is ook een sinusfunctie uitgezet met een frequentie die overeenkomt met de rotatiefrequentie. Het pulsatie-effect beïnvloedt de doseernauwkeurigheid van de systemen bij lage doseerhoeveelheden. Bij grote doseringen is het effect minder omdat veel rotaties nodig zijn. Meer resultaten zijn te vinden in de vierde test van het testrapport in Appendix A.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 12:25

Graﬁek 8 Effect van het pulsatiegedrag in g/s bij 10 omw/min van LIW1.

Graﬁek 9 Effect van het pulsatiegedrag in g/s bij 8 omw/min van LIW2.

Graﬁek 10 Effect van het pulsatiegedrag in g/s bij 10 omw/min van LIW3. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_verzameling.indd 19

13/04/2021 12:25

Discussie In dit hoofdstuk worden kanttekeningen geplaatst bij het uitgevoerde onderzoek. Hier zou in eventuele vervolgonderzoeken rekening mee kunnen worden gehouden.

Weegnauwkeurigheid De weegnauwkeurigheid van de onderzochte machines is uitgebreid besproken. In de praktijk hangt de weegnauwkeurigheid ook af van de ruis op het signaal van de loadcell en van de manier waarop de data wordt verwerkt. De maximale signaalsterkte van de loadcells ligt doorgaans rond de 20 mV, waardoor deze gevoelig zijn voor ruis. Testen op locatie zijn nodig om de werkelijke nauwkeurigheid van de loadcells te bepalen. Het vermoeden bestaat dat de weegnauwkeurigheid hierdoor verder afneemt voor alle machines.

Uitleesmogelijkheid van LIW3 De LIW1- en LIW2-machines, zo is aangetoond, zijn niet in staat de werkelijke materiaaluitvoer te meten. De LIW3 gaf geen mogelijkheid om de doseergegevens uit te lezen na afloop van de test. Daarom kan op basis van dit onderzoek niet worden bepaald of de weergegeven hoeveelheid overeenkomt met de daadwerkelijke gedoseerde hoeveelheid. Deze uitleesmogelijkheid is er wel na aanschaf van extra software bij de fabrikant.

Gecontroleerde omgeving Alle testen zijn uitgevoerd in een gecontroleerde omgeving. Om de werkelijke prestaties in de productieomgeving te bepalen moeten andere testen worden

Ferlin_verzameling.indd 20

uitgevoerd. Er zijn echter veel verschillende productieomgevingen en hierdoor is het onmogelijk is om resultaten te krijgen die in alle gevallen geldig zijn. Invloeden van productieomgevingen zijn in deze vergelijking zo veel mogelijk besproken. De LIW2 en de LIW3 functioneren naar verwachting minder goed in een trillingrijke omgeving omdat het materiaal aan het einde van de doseerbuis vrij kan bewegen. Het vermoeden bestaat dat bij trillingen materiaal de buis ongecontroleerd verlaat. Een ongecontroleerde omgeving zal naar alle waarschijnlijkheid de nauwkeurigheid van alle machines negatief beïnvloeden.

Kostenvoorbeelden De gegeven kostenvoorbeelden zijn gebaseerd op de aanname dat alle machines in staat zijn om de gemiddelde doseerwaarde exact te bereiken. Met andere woorden, het ingestelde additief percentage zou exact gelijk moeten zijn aan de gemiddelde doseerwaarde. Zoals test 1 en 2 laten zien, is dit in de praktijk niet altijd waar. Daarom zal het additiefpercentage in werkelijkheid iets hoger worden ingesteld om de 99,85 procent-eis te bereiken. Dit betekent dat de kosten van overmatig gebruik voor alle machines zullen toenemen.

Gebruikte machines Prijzen, afmetingen en benodigde signalen zijn gebaseerd op de (veelal standaard) modellen van de doseermachines die in deze test worden vergeleken. Specifieke informatie over deze modellen is bekend bij de auteurs van dit onderzoek.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 12:25

Conclusie Drie LIW-machines en een GIW-machine zijn in dit onderzoek vergeleken. De belangrijkste bevindingen zijn in deze conclusie opgenomen.

Weegnauwkeurigheid GIW-machines kunnen loadcells met een lagere maximale capaciteit hebben. Met gelijke classificaties zijn deze nauwkeuriger dan de loadcells met een hogere maximale capaciteit die in LIW-machines worden gebruikt.

Onjuiste weergave LIW1 en LIW2 De LIW1 en LIW2 zijn niet in staat om hun werkelijke dosering te meten, omdat ze alleen hun trechter wegen. De weergegeven hoeveelheid lijkt sterk op de ingestelde hoeveelheid en wijkt behoorlijk af van de realiteit. Er zijn zelfs doseringen geweest waarbij er geen enkele korrel is gedoseerd terwijl de besturing aangeeft een nauwkeurige dosering te hebben gemaakt. Er lijkt softwarematig gecorrigeerd te worden om de gebruiker het idee te geven dat de machine nauwkeurig doseert.

Doseernauwkeurigheid Loadcell-kalibratiefouten hebben geen invloed op de werkelijke materiaalverhouding in een batch van een GIW, maar de output van LIW-systemen wordt direct beïnvloed door een dergelijke fout. De GIW produceert batches met een significant lagere standaarddeviatie van de materiaalverhouding dan die van de onderzochte LIW-machines. Een belangrijke algemene conclusie is dat de GIW in staat is om een mengsel te produceren dat het efficiënts omgaat met materialen. Met andere woorden: voor de GIW hoeft voor het additiefpercentage het minst te worden gecompenseerd in het recept. De kans is daarom groot dat wanneer een LIW machine vervangen wordt door een GIW machine het ingestelde percentage naar beneden kan worden bijgesteld.

Pulserend effect LIW-machines Voor zowel de LIW1, LIW2 en LIW3 geldt dat op alle snelheden de effecten van pulsatie zichtbaar zijn. Dit pulserende effect wordt veroorzaakt door het gebruik van doseerschroeven of doseerbuis. Er is geen bewijs gevonden dat een doseerbuis significant beter presteert dan een doseerschroef. De nauwkeurigheid van de LIW3 met doseerbuis is weliswaar hoger dan de nauwkeurigheid van de LIW1 met doseerschroef, maar het pulserend effect is onverminderd zichtbaar.

Traceerbaarheid Doordat de weeg- en doseernauwkeurigheid van de LIW-systemen te wensen overlaat, veroorzaakt dit gelijk ook problemen voor de traceerbaarheid van

materialen. In het geval van de LIW1 en LIW2 geeft de besturing aan perfect te hebben gedoseerd terwijl dit in realiteit niet zo is. De statistische spreiding van de doseringen voor alle drie de LIW-machines onderstreept dit nog eens. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de traceerbaarheid van materialen gedoseerd met een van de onderzochte LIW-machines ronduit slecht is. Voor de GIW-machine geldt dat de traceerbaarheid van materialen in een batch erg hoog is. Echter in één batch zitten meerdere shots. De traceerbaarheid van materialen in één shot is daardoor beperkt en sterk afhankelijk van de homogeniteit in de mengkamer.

Kosten De aanschafprijs van de onderzochte LIW-systemen is lager dan die van de GIW. Aan de andere kant kan de veel hogere nauwkeurigheid van de GIW leiden tot een besparing op het gebruik van additieven. In de regel zijn additieven duurder dan hoofdmaterialen, zodat een besparing op additieven al snel lucratief is. In veel gevallen zal een GIW de meerprijs in aanschaf ruimschoots goedmaken in gebruik.

Referenties [1] International Organisation of Legal Metrology. OIML R 60; Metrological regulations for load cells. Edition 2017 (E). [2] D. V. Rosato and Marlene G. Rosato. Injection Moulding Handbook. 2000. Springer US. ISBN: 9781461545972. [3] Agba D. Salman, Michael Hounslow, Jonathan P.K. Seville. Granulation. 2006. Elsevier. ISBN 9780080467887. [4] Douglas C. Montgomery and George C. Runger. Applied Statistics and Probability for Engineers. 2014. John Wiley & sons. ISBN: 9781118744123. [5] International Organisation of Legal Metrology. OIML R 111-1; Weights of classes E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 and M3. Edition 2004 (E).

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_verzameling.indd 21

13/04/2021 12:25

Appendix A Testrapport Introductie Het doel van dit testrapport is om de nauwkeurigheid van een GIW-machine en drie LIW-machines voor verschillende shotgroottes te vergelijken. Er zijn twee hoofdtesten uitgevoerd om de nauwkeurigheid van de materiaalverhoudingen in een shot te bepalen. Verder is er een test uitgevoerd om het pulsatiegedrag van de LIW-machines te controleren. Een laatste test is uitgevoerd om de resultaten van het kostenvoorbeeld te valideren.

Methodologie In deze sectie worden de tests en de bijbehorende data-acquisitie en verwerking van de resultaten besproken. Zoals in de introductie vermeld, zijn er verschillende testen uitgevoerd. Deze worden eerst besproken. Daarna wordt de data-acquisitie en de verwerking van de resultaten behandeld.

Test 1 Doseernauwkeurigheid bij 10 gram shotgewicht en 2 procent additief De eerste test is uitgevoerd om de materiaalratio’s in een klein shot te vergelijken. Alle machines werken in de gravimetrische modus in deze test. De totale shotgrootte is 10 g, met 2 procent additief. De LIWmachines doseren het additief, wat inhoudt dat er 0,2 g per shot wordt gedoseerd. De GIW gebruikt zijn maximale capaciteit, wat in dit geval inhoud dat er batches van 200 g worden gemaakt. Dit komt neer op 4 g additief per batch. De doseertijd is 3 seconden voor de LIW-machines. Dit resulteert in een doseersnelheid van 240 g/u. De minimale doseersnelheid van de LIW1-machine is 120 g/u, de LIW2 heeft een minimale doseersnelheid van 100 g/u en de LIW3 heeft een minimale doseersnelheid van 50 g/u.

Test 2 Doseernauwkeurigheid bij 200 gram shotgewicht en 2 procent additief De tweede test is uitgevoerd om de materiaalratio’s in een groter shot te vergelijken. Alle machines werken in de gravimetrische modus in deze test. De totale shotgrootte is 200 g, met 2 procent additief. De LIWmachines doseren allemaal 4 g additief per shot. De doseertijd is in dit geval 5 seconden. Dit resulteert in een doseersnelheid van 2880 g/u. De maximale doseersnelheid van de LIW1 machine is 4330 g/u, de LIW2 heeft een maximale doseersnelheid van 4000 g/u en de LIW3 heeft een maximale doseersnelheid van 4100 g/u. Omdat de NECS in de eerste test ook deze materiaalverhouding doseerde, zijn er geen extra metingen verricht.

Test 3 Pulsatiegedrag Deze test is uitgevoerd om te controleren of er pulsa22

Ferlin_AppendixA.indd 22

tiegedrag aanwezig is in de doseermechanismes van de LIW-machines. Meerdere draaisnelheden zijn gecontroleerd op dit gedrag. Vooral lage toerentallen zijn interessant. De machines worden zo ingesteld dat ze gedurende een bepaalde periode op een constant toerental draaien terwijl de output continu wordt gemeten.

Data-acquisitie Om de doseernauwkeurigheid van de doseermachines te kunnen vergelijken, dient de werkelijke doseeropbrengst te worden gewogen. De GIW heeft een interne weegschaal, die via de FerlinBridge-software kan worden uitgelezen. De doseeropbrengst van de LIW-machines wordt gemeten met een extern weegsysteem. Bij de LIW1 en LIW2 is er ook de mogelijkheid om het gewicht uit te lezen. Het weergegeven gewicht van de LIW3 was niet uit te lezen. Uit de metingen kan het gemiddelde en de standaarddeviatie worden geschat. Verschillende factoren kunnen de resultaten beïnvloeden. In de volgende secties wordt de invloed van ruis besproken om tot een eerlijke vergelijking tussen de doseersystemen te komen.

Verwerken van de resultaten De metingen van het externe weegsysteem kunnen worden beïnvloed door ruis. Het wordt aangenomen dat de meetruis witte ruis is met een normaalverdeling en dat deze onafhankelijk is van de doseeropbrengst en het gemeten gewicht. Daarnaast wordt aangenomen dat het kans op een bepaald doseergewicht te beschrijven is met een normaalverdeling. Een normaalverdeling is een veelgebruikt statistisch model voor de kansverdeling van de uitkomst van het vaak herhalen van een bepaald proces. Hierbij is het van belang dat de uitkomst van een proces geen invloed heeft op de uitkomst van een herhaling van hetzelfde proces. Anders gezegd: elke herhaling van het proces moet onafhankelijk zijn. Door deze normaalverdelingen te gebruiken wordt het mogelijk om de werkelijke standaardafwijking van de dosering, σshot, op de volgende manier te schatten [4]: Na elke test worden ruismetingen uitgevoerd. Tijdens deze ruismetingen wordt de opvangbak van het weegsysteem ontkoppeld van de loadcell. De doseermachines voeren dezelfde cycli uit als tijdens de testen.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 10:11

Graﬁek A1 De normaalverdeling van LIW1, LIW2, LIW3 en GIW test 1.

Testomstandigheden Alle testen zijn uitgevoerd in een gecontroleerde omgeving. Trillingen en andere verstoringen zijn in de testen tot een minimum beperkt. Alle machines zijn bevestigt op een stevig frame. Het externe weegsysteem wordt op een solide vlakke ondergrond geplaatst. De eerste drie tests bestaan uit 200 shots voor de LIW-machines en 200 batches voor de NECS. In de volgende paragrafen worden de testen, de appa-

ratuur, het materiaal en de machine-instellingen verder besproken.

Extern weegsysteem De doseringen van de LIW-machines worden gemeten met een extern weegsysteem. Dit weegsysteem bestaat uit: - een 2 kg loadcell, grade C2,5 volgens OIML R60 [1];

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

Shotgemiddelde

1,96

1,58

1,92

1,99*

Standaarddeviatie shot

1,01

0,67

0,49

0,02*

Batchgemiddelde

1,99

Standaarddeviatie batch

0,02

*Afgeleid uit batchgegevens.

Tabel A1 Statistische waarden voor LIW1, LIW2, LIW3 en GIW test 1. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_AppendixA.indd 23

13/04/2021 10:11

Graﬁek A2 De normaalverdeling van LIW1, LIW2, LIW3 en GIW test 2.

een opvangbak; een 24-bit A/D-converter met 10 Hz samplefrequentie; een microprocessor; gegevensopslag.

De volgorde voor de doseercycli in test 1, 2 en 3 is als volgt: 1. Doseren (3 s voor test 1 en 4, 5 s voor test 2). 2. Wacht 2 s. 3. Voer tien metingen uit (in 1 s) en neem het gemiddelde. 4. Wacht 6 s. 5. Stel gewicht in op nul voor de volgende doseerperiode.  Herhaal Het weegsysteem meet continu tijdens de test voor pulsatiegedrag. Deze resultaten bevatten veel ruis door het dynamische karakter van de test. Een moving24

Ferlin_AppendixA.indd 24

average-filter met een grootte die overeenkomt met ongeveer de helft van de metingen die tijdens één rotatie worden uitgevoerd, wordt gebruikt om de resultaten te filteren.

Materiaal Voor alle tests wordt hetzelfde vrij-stromende PE-granulaat gebruikt. De korrels hebben een afgeronde cilindrische of afgeronde ovale vorm en een gemiddeld gewicht van 0,023 g per pellet. De gemiddelde diameter is 4,5 mm en de gemiddelde hoogte is 2,0 mm.

Machine-instellingen De loadcells van alle machines zijn gekalibreerd met de voorgeschreven gewichten. De kalibratiegewichten zijn allemaal volgens klasse M1 van OIML R 111 [5]. Alle LIW-machines worden vóór de tests gekalibreerd met het eerder beschreven materiaal. De GIW wordt voor de test niet met het materiaal gekalibreerd. De

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 10:11

materiaalverhoudingen. Bovendien is het gemiddelde van de LIW2 beduidend lager dan de verwachte 2 procent. De kansverdelingen weergeven in grafiek A1 kunnen worden gebruikt om de kans te bepalen dat een batch wordt gemaakt waarvan het additievenpercentage binnen een bepaald bereik ligt. Deze kansverdelingen zijn weergegeven in tabel A2. De resultaten van de uitgevoerde ruismetingen voor LIW-machines zijn weergegeven in tabel A3. Deze waarden worden gebruikt om de standaardafwijking van de shots te schatten.

LIW-machines zijn ingesteld om de doseertijd van een spuitgietmachine te volgen. Het signaal van de spuitgietmachine wordt gesimuleerd door een microprocessor die een relais bedient. De eerste 50 shots voor de LIW-systemen worden in de resultaten niet gebruikt, zodat de machines gewend zijn aan de doseertijd. De eerste twee batches (40 shots) van de GIW worden niet gebruikt in de resultaten.

Aannames In dit onderzoek worden verschillende aannames gedaan. Deze zijn: - Het externe weegsysteem introduceert witte meetruis, die onafhankelijk is van het gemeten gewicht. - De doseerafgiften van alle machines in deze test hebben een normaalverdeling en zijn onafhankelijk voor elk shot. - De totale shotgrootte voor LIW-machines is altijd precies 10 g voor de berekeningen van test 1 en precies 200 g voor de berekeningen van test 2.

Test 2 Doseernauwkeurigheid bij 200 gram shotgewicht en 2 procent additief De resultaten voor de tweede test zijn te zien in tabel A4. Voor de LIW-machines wordt voor de berekening van het additief percentage uitgegaan van een shotgrootte van 200 g. Zoals vermeld moet het additief 2 procent van het shot of de batch zijn. De ingestelde waarde is hier voor elke doseermachine 4 g. Deze waarden zijn gecombineerd in grafiek A2.

Test 1 Doseernauwkeurigheid bij 10 gram shotgewicht en 2 procent additief

Uit grafiek A2 en tabel A4 blijkt dat de GIW wederom de nauwkeurigste materiaalverhouding weet te realiseren. De normaalverdeling in grafiek A2 kan worden gebruikt om te berekenen wat de kansen zijn om binnen een bepaalde range te doseren. Deze kansen zijn weergegeven in tabel A5. In tabel A6 zijn de waarde voor ruis opgenomen.

De gemiddeldes en de standaarddeviaties van de eerste test worden weergegeven in tabel A1. Deze waarden worden uitgedrukt in procenten. Voor de LIWmachines wordt voor de berekening van dit percentage uitgegaan van een shotgrootte van 10 g. Zoals vermeld moet het additief 2 procent van het shot of de batch zijn. Idealiter is de standaardafwijking zo laag mogelijk. De waardes van de GIW-machine worden teruggeschaald naar shotniveau. De resultaten op shotniveau kunnen worden gecombineerd in een grafiek, die is weergegeven in grafiek A1.

Test 3 Pulsatiegedrag De pulsatietests zijn uitgevoerd in vier verschillende snelheden. Een moving-average filter is toepast om de ruis eruit te filteren. Dit is noodzakelijk vanwege het dynamische karakter van de test. Vallende korrels zorgen voor constante trillingen op het weegsysteem. De snelheid voor LIW1 en LIW2 konden niet in toeren per minuut worden ingevoerd. Daardoor kan er niet met zekerheid worden vastgesteld of de ingestelde waarde exact overeenkomt met de waarden van LIW3 waarbij

Zoals te zien is in zowel de tabel als in de grafiek, produceert de GIW batches met additieven-verhoudingen die dicht bij 2 procent liggen. De LIW-machines produceren shots met aanzienlijk minder nauwkeurige

Bereik in procent

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

[1,99 - 2,01]

0,8

0,9

1,6

34,1

[1,9 - 2,1]

7,8

9,8

16,0

100,0

[1,7 - 2,3]

23,3

28,7

45,4

100,0

[1,5 - 2,5]

37,9

46,3

68,6

100,0

LIW1

LIW2

LIW3

Gemiddelde ruis

0,000

Standaarddeviatie ruis

0,012

0,008

0,011

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

Gemiddelde shot

2,00

1,97

1,99

Standaarddeviatie shot

0,14

0,12

0,06

0,02

Tabel A2 Kans op daadwerkelijke additiefdosering binnen een bepaald bereik voor test 1.

Tabel A3 Resultaten van de ruismetingen bij test 1. Tabel A4 Statistische waarden voor LIW1, LIW2, LIW3 en GIW test 2. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_AppendixA.indd 25

13/04/2021 10:11

Bereik in procent

LIW1

LIW2

LIW3

GIW

[1,99 - 2,01]

5,7

6,6

11,7

34,1

[1,9 - 2,1]

52,5

59,5

86,3

100,0

[1,7 - 2,3]

96,8

98,8

100,0

[1,5 - 2,5]

100,0

LIW1

LIW2

LIW3

Gemiddelde ruis

0,000

Standaarddeviatie ruis

0,008

0,019

de toeren per minuut wel konden worden ingesteld. In de grafieken is ook een sinusfunctie uitgezet met een frequentie die overeenkomt met de rotatiefrequentie. De eerste snelheid is 5 omw/min. Hierbij is een moving-average filter over 50 metingen toegepast. De resultaten zijn weergegeven in grafiek A3, A4 en A5. Het pulserend effect is te zien in elk van de getoonde grafieken.

Tabel A5 Kans op daadwerkelijke additiefdosering binnen een bepaald bereik, test 2

Tabel A6 Resultaten van ruismetingen bij test 2.

De tweede snelheid is 10 omw/min. Hier is een dertigtal metingen gebruikt voor het moving-average filter. Deze resultaten zijn weergegeven in grafiek A6, A7, A8. Wederom is het pulserend gedrag goed te zien in de grafieken. De LIW1 heeft meerder gedeeltes waar de pulsatie verstoord is. De derde test is gedaan met 20 omw/min. Een moving-average filter van twintig metingen is toege-

Graﬁek A3 Pulsatiegedrag in g/s bij 5 omw/min voor LIW1.

Graﬁek A4 Pulsatiegedrag in g/s bij 4 omw/min voor LIW2.

Ferlin_AppendixA.indd 26

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 10:11

Graﬁek A5 Pulsatiegedrag in g/s bij 5 omw/min voor LIW3.

Graﬁek A6 Pulsatiegedrag in g/s bij 10 omw/min voor LIW1.

Graﬁek A7 Pulsatiegedrag in g/s bij 8 omw/min voor LIW2.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_AppendixA.indd 27

13/04/2021 10:11

Graﬁek A8 Pulsatiegedrag in g/s bij 10 omw/min voor LIW3.

Graﬁek A9 Pulsatiegedrag in g/s bij 17 omw/min voor LIW1.

Graﬁek A10 Pulsatiegedrag in g/s bij 15 omw/min voor LIW2.

Ferlin_AppendixA.indd 28

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 10:11

Graﬁek A11 Pulsatiegedrag in g/s bij 20 omw/min voor LIW3.

Graﬁek A12 Pulsatiegedrag in g/s bij 39 omw/min voor LIW1.

Graﬁek A13 Pulsatiegedrag in g/s bij 38 omw/min voor LIW2. FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_AppendixA.indd 29

13/04/2021 10:11

Graﬁek A14 Pulsatiegedrag in g/s bij 50 omw/min voor LIW3.

past. De resultaten zijn weergeven in grafiek A9, A10 en A11. Het pulserende effect is ook bij deze test in alle grafieken duidelijk te zien. Het gedrag van LIW3 is bij bepaalde rotaties verstoord maar de meeste pieken komen overeen. De vierde snelheid is 50 omw/min waar een moving average filter van tien metingen is toegepast. De resultaten zijn weergegeven in figuur A12, A13 en A14. De pieken van de sinussen komen in de grafieken meestal nog overeen met de pieken van de metingen, er is dus nog steeds een pulserend effect. De pulsatie is het sterkst voor LIW1 en LIW2. De metingen tonen aan dat het pulsatiegedrag op alle gebruikte doseersnelheden effect heeft. Daarnaast wordt hiermee aangetoond dat zowel doseerschroeven (LIW1) als doseerbuizen (LIW2, LIW3) pulsatiegedrag vertonen.

Test 4 Validatie kostenvoorbeeld Deze test wordt uitgevoerd om de resultaten van het kostenvoorbeeld te valideren. Alleen LIW1 wordt in deze test gebuikt. In tabel A7 zijn de resultaten van de test met 10 g shotgewicht en 5 procent additief weergegeven. Voor de berekening van het additiefpercentage wordt uitgegaan van een constant shotgewicht van 10 gr. Per shot moet de LIW1 hier 0,5 g doseren. De waardes voor de ruis tijdens deze test zijn weergeven in tabel A8

Doseren Er wordt aangenomen dat de doseermethoden van de LIW-machines een normale verdeling hebben. In wer-

LIW1

Ferlin_AppendixA.indd 30

Gemiddelde shot

5,01

Standaarddeviatie shot

1,11

Tabel A7 Resultaten validatie kostenvoorbeeld.

kelijkheid is dit misschien niet waar, vanwege de invloed van het besturingssysteem van de machines. Als het besturingssysteem de doseersnelheid verandert, zal het gemiddelde verschuiven en de kansverdeling veranderen. Hierdoor kunnen de vormen van de kansverdelingen in figuur A1 en figuur A2 in werkelijkheid enigszins afwijken. Desalniettemin zijn de verschillen tussen alle standaarddeviaties significant en daarom kan worden geconcludeerd dat deze aanname de uitkomst van de tests niet verandert.

Metingen De metingen voor de GIW worden uitgevoerd met een eigen intern weegsysteem, terwijl de metingen voor de LIW-systemen worden uitgevoerd met het externe weegsysteem. De NECS heeft een 4 kg loadcell volgens klasse C3 en een dataverwerkingsmethode vergelijkbaar met die van het externe weegsysteem. De GIW past een eigen weegsysteem toe om het additief eerst te wegen. De hoeveelheid hoofdmateriaal is hierop aangepast en wordt bovenop het additief in de weegpan gedoseerd. Dit maakt het zeer arbeidsintensief om de doseringen van de NECS te wegen met het externe weegsysteem. De resultaten van de test laten significante verschillen zien tussen de prestaties van alle vier de machines. De invloed van het gebruik van een ander meetsysteem voor de resultaten van de GIW wordt daarom verwaarloosbaar verondersteld.

Omgeving De testen zijn uitgevoerd in een gecontroleerde omge-

LIW1 Gemiddelde ruis

0,000

Standaarddeviatie ruis

0,007

Tabel A8 Resultaten van ruismetingen bij test 4.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

13/04/2021 10:11

Graﬁek A15 Histogram van de meetruis in test 1 met LIW1.

ving. In de praktijk worden de doseermachines waarschijnlijk bovenop een extruder of spuitgietmachine gemonteerd. De verwerkingsmachines introduceren bijvoorbeeld trillingen of wekken warmte op. Dit verandert waarschijnlijk de nauwkeurigheid van de doseermachines. Er zijn echter veel verschillende productieomgevingen, waardoor het onmogelijk is om algemene resultaten te creëren die in alle gevallen gelden.

Materiaal De testen zijn uitgevoerd met één, veel gebruikte, materiaalsoort. Het uitvoeren van de tests met een ander materiaal kan tot verschillende resultaten leiden. Aangezien het verschil tussen de verkregen resultaten significant is, wordt verwacht dat een ander materiaal (zolang het in pelletvorm is en (relatief) vrij stromend is) de uitkomst van deze testen niet zal veranderen.

Verstoringen De doseertesten hebben een dynamisch karakter door de het vallende materiaal. Door na het doseren 2 seconden te wachten voor de gewichtsmeting met het

externe weegsysteem begint worden de effecten van dit dynamische karakter zo veel mogelijk verminderd. De gegevens van de GIW kunnen ook worden beïnvloed door ruis. Het meten van deze ruis is echter verre van triviaal en valt buiten het doel van dit onderzoek. De standaarddeviatie van de GIW kan daarom in werkelijkheid lager zijn. De meetruis van het externe weegsysteem werd verondersteld een normaalverdeling te hebben met een gemiddelde van nul. Het gemiddelde van nul wordt gevalideerd door de resultaten in tabel A3, tabel A6 en tabel A8. De statistische verdeling van de ruis kan worden onderzocht door middel van een histogram. Het histogram voor de ruismeting van de eerste test met LIW1 is weergegeven in grafiek A15. De vorm van het histogram volgt ongeveer de vorm van een normale verdeling. De ruis in test 3, de pulsatietest, is deels meetruis, maar heeft ook een bijdrage gerelateerd aan het dynamische gedrag van de test. De korrels vallen constant op de weegsysteem en veroorzaken trillingen. Met de moving-average-filters wordt deze ruis deels gefilterd. De grootte van het filter is altijd kleiner dan het aantal metingen per rotatie.

FERLIN PLASTICS AUTOMATION

Ferlin_AppendixA.indd 31

13/04/2021 10:11

Doe een gratis en vrijblijvende test met onze doseermachine en ervaar zelf hoeveel er bespaard kan worden op additieven. Neem hiervoor contact op met info@ferlin.nl

Ferlin_Cover.indd 32

13/04/2021 11:01