Expandable beads

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Expandable Beads
Expandablebeads.jpg
Eigenschappen
Categorie: Technieken
Originele auteur: Titia Lelie en Jeroen Snippert
Jaar: 2009
Wikipedia link: Foam

Inhoud

Beschrijving

Een proces dat gebruikt kan worden om van (kunst)stoffen een schuim te maken.

Proces

Van het te gebruiken materiaal worden bolletjes gemaakt waarin een ‘agent’ is opgenomen. Traditioneel is de agent pentaan, een schadelijk gas, alternatieven worden onderzocht. In Wageningen is men bezig water tot een opblaasagent te maken (WaterExpandablePS). Expanderen gebeurd in twee stappen: Pre-expansie: door verhitting verdampt de ‘agent’, de druk creëert kamers in het materiaal dat als gevolg heeft dat het balletje extreem uitzet (tot 95%). Deze uitgezette balletjes gaan door naar de tweede expansie fase; hierin worden de bolletjes in een vorm geplaatst en opnieuw verhit. Omdat de expansie wordt begrenst door de vorm drukken de bolletjes tegen elkaar, hechten aan elkaar en vormen een vaste structuur. Na het losmaken van de vorm blijft een geëxpandeerd product over. Het schuim kan ook zelf geproduceerd worden.

Gereedschap

  • Snijden: mes, hete draad, laser
  • CNC-machine
  • Lijmen: lijm, smelten
  • Vacuümvormen

Vooral de hete draad wordt veel gebruikt vanwege het snelle resultaat, eenvoudige en goedkope methode. De draad kan met de hand maar ook met een CNC-machine worden bestuurd. Ook is het mogelijk het schuim te verlijmen, maar let op, geschuimde kunststoffen lossen op in een aantal soorten lijm Het is mogelijk de bolletjes niet in een vorm te drukken maar ze tot een dunne plaat te extruderen en deze vervolgens te vacuümvormen, op deze manier kunnen bijvoorbeeld maaltijddozen worden gemaakt.

Materialen

  • Polystyreen
  • Polypropyleen
  • Polyurethaan
  • Bio:
  • Maiszetmeel
  • Polymelkzuur
  • Vele andere mogelijkheden

Veruit de meest gebruikte materialen zijn polystyreen EPS (expanded polysterene) en polypropyleen EPP. Ook wordt polyurethaan gebruikt, dit materiaal vormt aan de buitenzijde een dikkere, sterke laag. Dit wordt intergraal schuimen genoemd. In principe kunnen bijna alle kunststoffen tot expandable beads worden gemaakt en zelfs de meeste stoffen, de enige voorwaarde is dat ze bij de kooktemperatuur van de agent kunnen uitzetten en niet desintergreren. De meeste stoffen worden niet en masse toegepast omdat de duurder zijn, tot hogere temperaturen moeten worden verhit of minder ideale eigenschappen opleveren. De laatste tijd is er wel meer interesse voor biologisch afbreekbare materialen het is gelukt een succesvol proces op te zetten met maïszetmeel en melkzuur. Deze stoffen kunnen op bijna dezelfde manier en machines worden gefabriceerd als het gangbare EPS. Het verschil in eindproduct is nauwelijks merkbaar, het resultaat van intergraal schuimen levert een wat hardere gladdere buitenkant op en EPS (piepschuim) is het enige schuim dat piept bij aanraking.

Toepassingen

Er zijn vele toepassingen, dit zijn de belangrijkste:

  • In de automobiel industrie worden expandable beads (vooral EPP) vooral gebruikt voor schokdemping voor zowel de bestuurder als de omgeving van de auto. De reden dat hier expandable beads worden gebruikt in plaats van andere materialen is dat dit erg licht en milieuvriendelijk is.
  • Expandable beads (vooral lagere kwaliteit EPS) kunnen voor bijna alle mogelijke verpakkingen worden gebruikt, of het verpakte nou stevig moet zitten, erg zwaar is of breekbaar/gevoelig is. Voor verpakking zijn ook grote voordelen dat het goedkoop is en de benodigde vorm kan bijna altijd worden verkregen.
  • Van expandable beads (hoge kwaliteit EPP) worden kasten, planken en andere consumentenproducten van gemaakt. Ook stoelen en banken zijn goed mogelijk. Door mogelijke variabele eigenschappen is het hierbij mogelijk bijvoorbeeld een sterke bank te maken die fijn zit en zacht aanvoelt.
  • Ook voor sportattributen (vooral EPP) zoals helmen en andere bescherming zijn expandable beads goed toepasbaar. Vooral de goede schokdemping en het lage gewicht zijn eigenschappen die deze materialen aantrekkelijk maakt voor sport.
  • Voor expandable beads (vooral EPP) zijn veel toepassingen op het water. Vanwege de lage dichtheid maar grote sterkte wordt het gebruikt voor de binnenlaag van de romp van schepen. Ook zijn er op EPS-platen wegen en zelfs huizen op water gebouwd.
  • De verloren-schuim methode (vooral EPS) is een toepassing waarbij de beads als mal worden gebruikt om producten van bijvoorbeeld beton te maken. Belangrijk is hier dat expandable beads goedkoop, milieuvriendelijk en makkelijk in vorm te brengen zijn.
  • Met expandable beads zijn snel en goedkoop kunstwerken en monumenten te maken. Een nadeel hiervan is de relatief korte levensduur van het materiaal, het materiaal zal na enkele tientallen jaren achteruit gaan. Jasper Grootveld (provo) heeft in Amsterdam drijvende tuinen als kunst/sociaal project geintroduceerd.
  • Een apart geval zijn de geodecks. Hierbij worden platen van expandable beads (vooral EPS) in de grond aangebracht tegen inzakking van de grond onder wegen of tegen afschuiving van de aarde op steile hellingen.

Voordelen

  • Licht
  • Goedkoop
  • Variabele sterkte, van eenzelfde polymeer kunnen producten met verschillende eigenschappen worden gemaakt. Door de expansietijd te verlengen of verkorten veranderen de materiaal eigenschappen. Korte expansietijd zorgt voor een sterk maar relatief zwaar product
  • Waterbestendig
  • Schokabsorberend
  • Brandbestendig
  • Geluidabsorberend
  • Isolerend
  • Complexe vormen mogelijk
  • Snelle productie methodes

Nadelen

  • Volume (hoge vervoerskosten)
  • Breekbaar
  • Vermindering van kwaliteit over een langere termijn
  • Milieu-impact (polymeren en additieven)
  • Losmiddel gebruikt bij vormen kan schadelijk zijn
  • Bij gebruik van een vorm moet het product lossend zijn

Milieuaspecten

Het gebruik van kunststoffen kan zeer schadelijke effecten hebben, de polymeren vergaan langzaam en hebben een desastreus effect op het leefklimaat van veel diersoorten. Recycling is een oplossing: het piepschuim kan zo goed als 100% gerecycled worden en levert opnieuw de grondstoffen: polymeer, additieven, olie en nafta deze kunnen opnieuw gebruikt worden (zie ook bijgesloten poster). Het volume van het schuim is echter een groot nadeel, de hoge transportkosten maken het al snel onrendabel, zowel financieel als milieutechnisch. Oplossing voor dit probleem is het compacteren van het schuim, wat nu gebeurd met crushers. Oplossen is ook mogelijk, maar het oplosmiddel is vaak brandbaar. Er zijn nu echter een aantal producten in ontwikkeling die brandveilig chemisch compacteren. Jan van den Wittenboer heeft een bedrijfje (RECEPS) in Enschede en produceert een dergelijke stof. Op deze manier kan recyclen economisch gunstig worden, bovendien is het niet erg als het schuim enigszins vervuild is. Nadelen: het schuim mag enkel polystyreen zijn en mixen met andere schuimen heeft een zeer nadelige invloed op het compacteerproces, verder is het voorlopig enkel rendabel bij het verzamelen van zeer grote hoeveelheden schuim bij bijvoorbeeld vishandels of winkelketens. Nog een voetnoot, hoeveel olie er nodig is om m.b.v. een kraker (tyoe chemische fabriek) het schuim te degraderen tot grondstoffen is ons onbekend, deze verbranding heeft een negatieve invloed op de effectiviteit van recycling. Op deze manier zou zelfs een cradle 2 cradle polymeer keten kunnen worden gevormd. Gebruikt van afbreekbare schuimen is een andere mogelijkheid. Van aardappel zetmeel en op melkzuurbasis kunnen al schuimen worden gefabriceerd, er is zelfs onderzoek naar het gebruik van enkel aardappelschillen. Deze schuimen zijn CO2 neutraal bij verbranding en op een afvalstort zullen ze tot compost vergaan.

Leveranciers en kenniscentra

Informatie

Video's

Boeken

  • Jeroen Joost Crevecoeur, Water expandable polystyrene (WEPS), Eindhoven, Eindhoven University of Technology, 1997.
  • Artikel uni. Massachusetts door J.Whitfield en timothy Connelly over schadelijkheid pentaan en mogelijke vervanging.
  • Daniel Klempner/Vahid Sendijarevic, Handbook of polymeric foams and foam technology, 2e druk (Munich : Hanser Publishers, 2004).

Bedrijf

http://www.receps.nl/ Ir. J. (Jan) van den Wittenboer Lonnekerbrugstraat 82a 7547 AJ Enschede

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen