Thermohardende composieten, zoals die bijvoorbeeld gebruikt worden in windturbinebladen, zijn moeilijk voor hergebruik geschikt te maken. Daarom werkt de onderzoeksgroep van dr. ir. Albert ten Busschen, associate lector aan de Hogeschool Windesheim, aan nieuwe composietsamenstellingen. Door thermoplastische acrylaathars te gebruiken ontstaat een product met vergelijkbare eigenschappen als de traditionele thermohardende kunststoffen, maar met veel betere mogelijkheden voor recycling.
Rotorbladen van windturbines moeten na ongeveer 25 jaar vervangen worden. Het materiaal kan eigenlijk alleen worden versnipperd en daarna met harsen worden gemengd om nieuwe producten te vormen. De kunststoffen die zo ontstaan hebben echter niet de eigenschappen van de oorspronkelijke thermohardende composieten. De vezels zijn niet meer zo lang en missen daardoor de sterkte die nodig is voor het maken van nieuwe rotorbladen. Op dit moment wordt het versnipperde materiaal daarom vooral gebruikt als vulmiddel in bouwstoffen of als nieuwe composiet in minder veeleisende toepassingen. Denk daarbij aan kunststoffen in de auto-industrie of bij de productie van walbeschoeiing, geluidschermen en plantenbakken.
Zoeken naar de juiste condities
Een nieuwe ontwikkeling is het gebruik van thermoplastische acrylaathars bij de productie van windturbinebladen. De polymeerketens zijn in dat geval niet permanent aan elkaar verknoopt, waardoor ze met behulp van verhitting, het gebruik van geschikte oplosmiddelen of chemische recycling uit elkaar vallen. De vezels en de hars kunnen zo opnieuw worden verwerkt.
Deze aanpak lost echter het afvalprobleem van de huidige generatie rotorbladen niet op, constateert Ten Busschen. Daarom onderzoekt hij in het TKI-project Acrylic resin for pultrusion EoL composite of de recyclebare acrylaathars kan worden gecombineerd met het versnipperde composietafval uit de eerder ontwikkelde methode.
Het uithardingsproces van acrylaathars verloopt echter anders dan bij de thermohardende composieten, waardoor onder andere meer aandacht moet worden besteed aan de temperatuurontwikkeling. “We zijn er nu achter dat de begintemperatuur een belangrijke factor is die we kunnen beïnvloeden door de matrijzen voor te verwarmen”, vertelt Ten Busschen. Daarnaast is het proces te beheersen met de inzet van verschillende typen peroxiden die als katalysator bij het proces dienen. “Sommige peroxiden die heel fel werken met polyester, werken juist heel traag of zelfs niet met acrylaat. We hebben gezien dat je een selectie van peroxiden kunt gebruiken om het proces op gang te brengen bij heel lage temperaturen, terwijl andere peroxiden de reactie kunnen afmaken.”
Aandacht ligt nu bij het pultrusieproces
Het chemische proces is met deze getrapte uitharding grotendeels in kaart gebracht in de eerste fase van het eenjarige project. Nu verschuift de aandacht naar de praktische verwerking via pultrusie. Daarbij wordt het pakket van vezels, composietvlokken en hars door een verwarmde matrijs getrokken. Het team onderzoekt onder meer het gebruik van een voormatrijs waarin het materiaal kan worden voorgevormd, waarna de hars wordt voorverwarmd en geïnjecteerd voordat het materiaal de definitieve verwarmde matrijs ingaat.
Een zijlijn in het onderzoek is de digitale modellering van het proces. Daarmee zou eenvoudiger naar de juiste polymerisatiecondities kunnen worden gezocht. Ten Busschen geeft aan dat de eerste initiatieven daartoe niet erg succesvol waren omdat de chemische reacties erg complex zijn. Hij wil daar met collega’s wel verder onderzoek naar doen.
Samenwerking met de industrie is essentieel
Bij dit project, dat onder meer gefinancierd wordt door ChemistryNL, zijn naast onderzoekers en studenten van Windesheim ook verschillende industriële partners betrokken, waaronder AOC, Parthian Technology, Pontis Engineering, PBS Machinery en Nouryon. “Voor het tweede deel van het onderzoek werken we veel bij AOC omdat zij een pultrusieopstelling hebben die nodig is voor de proeven.”
PBS Machinery is daarnaast betrokken bij de ontwikkeling van de (voor)matrijs en het proces. Het einddoel van het project is om tijdens een bijeenkomst eind november of begin december een gestandaardiseerde proefstaaf van de nieuwe composiet te laten zien met een lengte van 5 cm en een doorsnede van circa 2,5 cm.
Een verdere opschaling is werk voor de industrie omdat daar grote en kostbare apparatuur voor nodig is. De composietindustrie staat wel open voor circulaire innovatie, onder meer door vragen uit de markt en strengere milieuwetgeving. Toch merkt Ten Busschen ook voorzichtigheid. Bedrijven willen vaak eerst meer duidelijkheid over welke technologie de meeste kans van slagen heeft. In Nederland is nog weinig ervaring met deze acrylaatharsen. “Er wordt niet alleen naar economische kosten gekeken, maar ook naar het overheidsbeleid, milieukosten en de inkoopvoorwaarden.” De businesscase moet dus praktisch én economisch overtuigend zijn voordat bedrijven de nieuwe technologie grootschalig oppakken.
