Door kunststofhars te mengen met vezels ontstaat vezelversterkte kunststof. Zo’n composiet is sterker en stijver dan gangbare kunststoffen. Vandaag worden vooral glas- of koolstofvezels gebruikt. Natuurlijke vezels, echter, zijn eveneens bruikbaar. ‘In Vlaanderen komt vooral vlasvezel in aanmerking. Vlas is hier een populaire teelt’, weet Jan Hoogewys, Researcher Biobased Plastics VKC-Centexbel. ‘Ook in Noord-Frankrijk, Zuid-Nederland en in mindere mate Duitsland komt het gewas relatief vaak voor.’
Nu reeds worden vezels van zo’n vlas gebruikt in composieten. Maar dan gaat het veeleer om lánge vezels. Die worden, in de vorm van matten of andere weefselstructuren, geïmpregneerd met een kunststofmateriaal. Of ze ondergaan pultrusie (trekken van vezels door een matrijs, red.), of nog andere specifieke technieken. Het zijn verwerkingsstappen die relatief duur zijn, en arbeidsintensief bovendien.
Kansen voor vlassector
Het zou goedkoper zijn om composieten te maken die verder kunnen worden verwerkt met klassieke kunststofverwerkingstechnieken, zoals spuitgieten, extruderen of thermovormen. Daarvoor zijn wel korte vlasvezels nodig. Deze ontstaan bij het aanmaken van lange vlasvezels als restproduct. Maar het is ook mogelijk lange vezels te versnijden tot korte. De vlassector is enthousiast, meldt Hoogewys.
‘Reden is dat vlasvezels vandaag grotendeels worden afgezet in Oosterse landen, zoals China of India. Daar maken bedrijven er linnen van. Maar als de sector haar vezels ook kan aanbieden aan de kunststofsector, ontstaat een bijkomend afzetkanaal. En zo blijft het vlas in onze eigen regio. Bovendien is vezelversterkte kunststof een potentieel hoogwaardige toepassing.’
Twee jaar R&D
Om na te gaan of vlasvezels in plastics potentieel hebben, is in het eerste kwartaal van 2011 een haalbaarheidsstudie uitgevoerd door KHBO (Katholieke Hogeschool Brugge Oostende), ABV (Algemeen Belgisch Vlasverbond) en VKC (Vlaams Kunststof Centrum). Die studie was gericht op spuitgiettoepassingen. Het resultaat was grotendeels positief.
Daarop volgde FlaxHemPlast, een Europees project binnen het CORNET(Collective Research Network)-subsidieprogramma. Het ging van start op 1 mei 2012 en zal eindigen op 31 oktober 2014. Onderwerp van onderzoek: niet alleen het potentieel van vlasvezels, maar ook dat van vezels van industriële hennep. Dat is een teelt met, vooral in Wallonië, een klein maar toenemend aantal hectares. Verschillende projectpartners werkten samen in FlaxHemPlast: ABV, VKC, Kulab (Katholieke Universiteit Leuven Afdeling Brugge, de nieuwe naam voor KHBO), Flanders’ PlasticVision, IKV (Institut für Kunststoffverarbeitung, Duitsland), Fraunhofer LBF (Duitsland) en het Waalse Celabor.
Zo vroeg mogelijk
Onder meer gingen de onderzoekers na waar in het vlasverwerkingsproces het best de vezels kunnen worden gewonnen. Hoe vroeger dit kan, hoe beter, want meer verwerkingsstappen maken de vezels duurder. Er is onderzocht of er verschil is in gebruikseigenschappen en in vereisten qua verwerking tussen gezwingeld vlas, gehekeld vlas, niet geroot en geroot strovlas. Voorts is geëxperimenteerd met vezellengtes, variërend van enkele honderden micrometer tot een tiental millimeter.
Tenslotte meldt Hoogewys dat is gebleken dat vlasvezel makkelijk vocht opneemt. ‘Het aan elkaar kleven van de vezels door het vocht kan voor moeilijkheden zorgen bij het doseren’, legt hij uit. ‘Ook in latere verwerkingsstappen kan het vocht voor problemen zorgen. Bijvoorbeeld in de spuitgietmachine: door oppervlakteruwheid, luchtbellen et cetera. Voldoende drogen van het vlas onder de juiste condities is dus belangrijk.’
Compounding en verwerken
Na het verwerken van het vlas volgt het samenstellen van de kunststof, de compounding. Als matrix kozen de onderzoekers voor polyolefines. Vooral PP, polypropyleen, naast nog enkele andere varianten. Ze testten verschillende schroefconfiguraties, snelheden en temperaturen. Als copolymeer gebruikten ze maleïnezuuranhydride, omdat dit de hechting tussen vezel en kunststof bevordert.
Een volgende stap was het verwerken van de kunststofkorrels. Dat gebeurde via spuitgieten en extrusie. Opnieuw testten de onderzoekers verschillende procesparameters uit, zoals temperatuur en snelheid. ‘Toen merkten we dat het procesvenster heel ruim is. Met andere woorden, dat de machineparameters om de gewenste eigenschappen, zoals productsterkte, stijfheid of demping, te realiseren, vrij robuust zijn’, verduidelijkt Hoogewys. Vergelijkbare testen, maar minder in aantal, zijn uitgevoerd met hennepvezels.
Marktrijp
Intussen is het proces grotendeels onder controle. De projectpartners produceren vezelversterkte kunststoffen die vergelijkbare voordelen hebben als de kunststoffen met lange vezels qua sterkte, stijfheid en demping. Vlas scoort voor deze drie eigenschappen iets beter dan hennep. Dankzij de korte vezels, echter, is het eindproduct goedkoper en is minder arbeid nodig om het aan te maken.
Intussen zijn reeds verschillende bedrijven geïnteresseerd in het vermarkten van deze composieten. Die zijn bruikbaar voor diverse toepassingen. Onder meer zijn de trillingsdempende eigenschappen interessant voor onderdelen in grote landbouwmachines en weefgetouwen. Maar er zijn nog andere mogelijkheden. Zo overweegt een bedrijf om van het materiaal pallets te maken: daarmee wegen ze namelijk minder.
Mogelijkheden tot upcycling
Intussen zijn twee vervolgprojecten ingediend. Hoogewys: ‘Eén dienden we in bij het Vlaamse Agentschap Ondernemen. Het heet Valorflax. Het focust op verdere business development van de nieuwe materialen. De bedoeling is om een marketing roadmap op te stellen voor een optimale, internationale vermarkting van de nieuwe composieten.
Een ander projectvoorstel is, net als FlaxHemPlast, een Europees onderzoeksproject. Het zou niet alleen polyolefines gebruiken als matrix voor de vezels, maar ook andere kunststoffen. Zo zou een matrix van biogebaseerde kunststoffen leiden tot een 100 procent biogebaseerde compound. In dat project zouden we ook de mogelijkheden van upcycling onderzoeken, dus het opwaarderen van kunststofafval door natuurlijke vezels aan de recyclaten toe te voegen.
Voorts willen we nagaan welk effect het oplevert als we in een kunststofmatrix niet alleen natuurlijke vezels, maar ook glas- of koolstofvezels mengen. Dan krijg je zogenaamde hybrid fillers. En dan is er nog de vezel-matrix adhesie (hechting) die we verder willen optimaliseren. Beide projectvoorstellen lijken op weg naar een positieve evaluatie. De start is voorzien voor het najaar van 2014.’
