Modułowa konstrukcja wspiera przejście na biokompozyty
Biotworzywa stają się silnymi kandydatami, jeśli chodzi o zastąpienie materiałów ropopochodnych w wielu sektorach. Nie sposób jednak tak po prostu zamienić jednych na drugie: ich właściwości fizyczne i termochemiczne różnią się, a bezpośrednia zamiana może okazać się niewystarczająca w rzeczywistych zastosowaniach. Dlatego też finansowany przez UE projekt BIO-UPTAKE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zakłada pójście inną drogą, opartą na modułowości i strategicznym łączeniu biokomponentów. 14 partnerów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projektu postanowiło zwiększyć wykorzystanie kompozytów pochodzenia biologicznego o 39%. Po trzech latach badań i testów przemysłowych powstały adaptowalne procesy produkcyjne i produkty demonstracyjne do zastosowań budowlanych, medycznych i opakowaniowych. Koordynator projektu Leyre Hernández wyjaśnia jego główne założenie: „BIO-UPTAKE wprowadza modułową koncepcję, w której biokompozyty są przekształcane w produkty pośrednie – arkusze organiczne, taśmy i granulki – które można łączyć ze sobą na wiele sposobów. Takie podejście umożliwia prefabrykację lekkich, wysokowydajnych komponentów przy zmniejszonej ilości odpadów materiałowych i przy krótszych cyklach produkcyjnych”. Dzięki tej modułowości producenci mogą również dostosować właściwości wyrobów do konkretnych potrzeb, zachowując jednocześnie elastyczność w zakresie projektowania.
Elastyczne metody produkcji
Połączenie różnych produktów pośrednich BIO-UPTAKE poprawiło właściwości mechaniczne, trwałość i możliwości obróbki wyrobów. „Połączenie dwóch materiałów może wzmacniać ich zalety. Na przykład arkusze organiczne pozwalają zwiększyć sztywność, taśmy wzmacniają krytyczne obszary, a granulki umożliwiają tworzenie skomplikowanych kształtów oraz dużych części”, wyjaśnia Hernández. Prefabrykaty te stanowią podstawę dla trzech metod produkcji opracowanych w ramach projektu. Pierwszym z nich jest proces kompozytów termoutwardzalnych, który wykorzystuje żywice odwracalne i worki próżniowe – usuwające powietrze w celu lepszej zestalenia – do produkcji wytrzymałych, lekkich paneli. „Panele te są wykonane przy użyciu prepregów z włóknami lnianymi, które są bardziej ekologiczne i oferują doskonałe właściwości mechaniczne”, mówi. Drugi to wysoce spersonalizowany proces termoplastyczny, który wykorzystuje samowzmacniające się taśmy oraz granulki. Umożliwia on produkcję indywidualne dopasowanych kształtów na potrzeby małych partii, idealnych do zastosowań medycznych. Z kolei wielkoseryjny proces termoplastyczny łączy formowanie wstępne i wtryskowe w jednej operacji. Przyspiesza on produkcję dużych części, takich jak pokrywy pojemników, a jednocześnie zmniejsza zużycie energii i wagę produktu. Zastosowano w nim również odwracalne kleje w celu zwiększenia możliwości recyklingu i demontażu. „Wszystkie trzy procesy wykorzystują monitorowanie w czasie rzeczywistym i symulację cyfrową w celu zapewnienia odpowiedniej jakości i efektywności”, podkreśla koordynator projektu.
Produkty pilotażowe o praktycznym potencjale
Aby przetestować te metody produkcji, zespół BIO-UPTAKE wyprodukował trzy różne produkty pilotażowe. Na potrzeby sektora budowlanego powstały lekkie, sztywne panele sufitowe do łazienek, które pozwalają na ułatwiają montaż i recykling po zakończeniu eksploatacji. Jeśli chodzi o sektor medyczny, poprawiono ergonomię, komfort i trwałość wkładek do stóp wykonanych przy użyciu niestandardowego procesu termoplastycznego. W zakresie branży opakowaniowej zespół produkuje lekkie i nadające się do recyklingu pokrywy pojemników, które zmniejszają zależność od tworzyw sztucznych opartych na paliwach kopalnych. „Demonstratory te udowodniły, że biokompozyty mogą spełniać wymagania techniczne i środowiskowe w różnych sektorach”, mówi Hernández. Od początku realizacji projektu łączono zrównoważony rozwój z oceną cyklu życia i zasadami ekoprojektu. Wybrano materiały pochodzące ze źródeł odnawialnych lub z recyklingu oraz stosowane niskoemisyjne metody produkcji. We wszystkie produktach pośrednich zawartość bioproduktów sięgała ponad 75%, a obecnie trwają testu mające na celu potwierdzenie redukcji emisji gazów cieplarnianych nawet o 33%. „W projekcie BIO-UPTAKE przeprowadzono trzy pilotaże przemysłowe, przeszkolono operatorów w zakresie nowych procesów, przeprowadzono działania komunikacyjne i zorganizowano warsztaty standaryzacyjne, wytyczając jasną ścieżkę do przyjęcia i skalowania biokompozytów”, podsumowuje Hernández.
