FACIDO: Fast and Stable Adhesive Curing with Debonding Option (FACIDO)

In België zijn veel kmo's actief in de industrietak van kunststofverwerking of assemblage ervan. Het consortium kan een 200-tal bedrijven in Vlaanderen identificeren die de Project resultaten kunnen valoriseren. Deze bedrijven fabriceren of leveren aan in volgende sectoren : transportmiddelen, consumentenproducten, bouwmaterialen, machinebouwers. Daarbij rekent men ook leveranciers van lijmen en apparatuur tot de doelgroep en een aantal bedrijven actief in recyclage van kunststofafval.
We vinden kunststoffen en composieten steeds vaker terug in alle productcategorieën, van transportmiddel over constructie-element tot machinebehuizing. Een van de meeste efficiënte technieken om (kunststof)onderdelen te integreren is door ze te verlijmen, maar tot op vandaag blijft lijmen een tijdsrovend proces, zeker met 2 componenten lijmen. In assemblage loont het om snel te zijn, maar de droogtijd blijft een flessehals en de kwaliteit is afhankelijk van de temperatuur en druk. Het FACIDO project beoogt om een lijmtechnologie te ontwikkelen waarvan de droogtijd aanzienlijk ingekort is t.o.v huidige technieken. Daarenboven zal die lijmverbinding reversibel terug kunnen losgemaakt worden (de-bonding), hetgeen duurzame perspectieven biedt voor recyclage of reparatie.  Het FACIDO project beoogt om een lijmtechnologie te ontwikkelen waarvan de droogtijd aanzienlijk ingekort is t.o.v huidige technieken. Deze nieuwe lijmtechniek is gebaseerd op toevoeging van Curie partikels (deeltjes die hun elektromagnetische eigenschappen verliezen bij een specifieke temperatuur) gecombineerd met inductie verwarming om heel snel en gecontroleerd de lijm uit te harden. Het uithardingsproces kan - afhankelijk van het type lijm en substraat - met een factor 5 tot 10 versneld worden.  FACIDO zal een methodologie ontwikkelen om het juiste lijmmengsel te selecteren en de geometrie van de inductiespoel te bepalen. Het project zal de voordelen van deze technologie benchmarken op een aantal toepassingen uit de gebruikersgroep.

Resultaten:

Het FACIDO project beoogde om een lijmtechnologie te ontwikkelen waarvan de droogtijd aanzienlijk ingekort is t.o.v huidige technieken. Deze nieuwe lijmtechniek is gebaseerd op toevoeging van Curie partikels (deeltjes die hun elektromagnetische eigenschappen verliezen bij een specifieke temperatuur) gecombineerd met inductie verwarming om heel snel en gecontroleerd de lijm uit te harden. Het uithardingsproces kan - afhankelijk van het type lijm en substraat - met een factor 5 tot 10 versneld worden. In het project FACIDO werd onderzoek uitgevoerd naar de methodologie om het juiste lijmmengsel te selecteren en de geometrie van de inductiespoel te bepalen. Een aantal van de ontwikkelde lijmmengsels werden toegepast op een aantal demonstratoren bepaald door de begeleidingsgroep van het project. Dit resulteerde in de volgende resultaten:

Door het uitvoeren van testen met het inmengen van Curie-deeltjes in commerciële één- en twee-component epoxy lijmsoorten werd aangetoond dat het effectief mogelijk is om de temperatuur in de lijmlaag onder controle te houden. Daarenboven werd de volledige uitharding van de lijm versneld van traditioneel ‘dagen’ naar ‘minuten’ door de mogelijkheid om gebruik te maken van inductie.

Debonding van materialen werd aangetoond in een labtest met de lijmsoort Araldite 2011 2K Epoxy. In deze test konden de verlijmde delen binnen de 2 minuten terug uit elkaar gehaald worden.

Een aandachtspunt is het feit dat hard brosse lijmverbindingen een daling in performantie vertonen door het toevoegen van Curie-deeltjes. De meer flexibele lijmsoorten zijn hier minder onderhevig aan.

Onderzoek met betrekking tot de parameters van de inductietechnologie om de uitharding van de lijmen met Curie-deeltjes te bewerkstelligen, toont aan dat het vermogen en de frequentie de meest significante parameters in het proces zijn. Het is efficiënter om de inductiefrequentie te verhogen dan om het gewichtspercentage aan Curie-deeltjes te verhogen om een hogere temperatuur in de lijmlaag te verkrijgen. Dit is positief aangezien meer Curie-deeltjes een invloed hebben op de performantie van de lijm.  

Op het vlak van modellering werd aangetoond dat het mogelijk is om het inductieproces te simuleren en te gebruiken voor optimalisatie van het proces. Er is echter nog verder onderzoek noodzakelijk naar het verbeteren van de accuraatheid van de elektromagnetische modellen  en het begrip van het specifieke gedrag van de Curie-deeltjes tijdens het inductieproces.

De onderzoeksresultaten werden toegepast op 4 cases van bedrijven uit de gebruikersgroep. Voor 1 case werd het proces uitgewerkt tot een volledig geautomatiseerde proof of concept.  

Er is nood aan verder onderzoek om de behaalde resultaten op te schalen en te integreren in een industrieel productieproces. Dit wordt momenteel onderzocht door een aantal bedrijven uit de begeleidingsgroep. In het vervolgproject COOCK_Circular Bonding wordt voort gebouwd op de behaalde resultaten om de industriële relevantie van de ontwikkelde technologie aan te tonen.  

Door het uitvoeren van testen met het inmengen van Curie-deeltjes in commerciële één- en twee-component epoxy lijmsoorten werd aangetoond dat het effectief mogelijk is om de temperatuur in de lijmlaag onder controle te houden. Daarenboven werd de volledige uitharding van de lijm versneld van traditioneel ‘dagen’ naar ‘minuten’ door de mogelijkheid om gebruik te maken van inductie.

Debonding van materialen werd aangetoond in een labtest met de lijmsoort Araldite 2011 2K Epoxy. In deze test konden de verlijmde delen binnen de 2 minuten terug uit elkaar gehaald worden.

Een aandachtspunt is het feit dat hard brosse lijmverbindingen een daling in performantie vertonen door het toevoegen van Curie-deeltjes. De meer flexibele lijmsoorten zijn hier minder onderhevig aan.

Niet-destructieve analyses via X-stralen tomografie konden een goed beeld geven over de poriën en magnetische deeltjesverdeling in de lijmlagen. Voor sommige deeltjes werd geobserveerd dat deze zich in de lijmlaag gingen richten naar het aangelegde magnetische veld tijdens de inductie-uitharding (lijnenpatroon). Hierdoor gaat een uniforme verdeling van de deeltjes over de lijmlaag verloren. Voorts werden Thermografie en microgolf technologie getest om na te gaan in welke mate deze technieken een toegevoegde waarde kunnen hebben in het opwarmen van de magnetische deeltjes. Op lab-niveau werd de feasibility van deze technieken aangetoond. Actieve thermografie biedt de mogelijkheid om toegepast te worden op grotere componenten.

Onderzoek met betrekking tot de parameters van de inductietechnologie om de uitharding van de lijmen met Curie-deeltjes te bewerkstelligen, toont aan dat het vermogen en de frequentie de meest significante parameters in het proces zijn. Het is efficiënter om de inductiefrequentie te verhogen dan om het gewichtspercentage aan Curie-deeltjes te verhogen om een hogere temperatuur in de lijmlaag te verkrijgen. Dit is positief aangezien meer Curie-deeltjes een invloed hebben op de performantie van de lijm.  

Op het vlak van modellering werd aangetoond dat het mogelijk is om het inductieproces te simuleren en te gebruiken voor optimalisatie van het proces. Er is echter nog verder onderzoek noodzakelijk naar het verbeteren van de accuraatheid van de elektromagnetische modellen  en het begrip van het specifieke gedrag van de Curie-deeltjes tijdens het inductieproces.

De onderzoeksresultaten werden toegepast op 4 cases van bedrijven uit de gebruikersgroep. Voor 1 case werd het proces uitgewerkt tot een volledig geautomatiseerde proof of concept.  

Er is nood aan verder onderzoek om de behaalde resultaten op te schalen en te integreren in een industrieel productieproces. Dit wordt momenteel onderzocht door een aantal bedrijven uit de begeleidingsgroep. In het vervolgproject COOCK_Circular Bonding wordt voort gebouwd op de behaalde resultaten om de industriële relevantie van de ontwikkelde technologie aan te tonen.