Aanvrager: rein4ced
Uitvinders: VERHUIZEN ALEXANDER, SIMONS ROBBE
Octrooinummer: WO2021/224460
Het Belgische bedrijf REIN4CED heeft een gloednieuw schokbestendig composietmateriaal ontwikkeld en gepatenteerd, dat een einde zal maken aan het brosse en plotse breukgedrag van koolstofvezelversterkte composieten.
Het probleem
Fietsframes worden vaak gemaakt van vezelversterkte composieten. Om een volledig integrale of naadloze fiets te maken, worden de pre-pregs in een mal gedrapeerd en worden de verschillende onderdelen in een uithardingsstap met elkaar verbonden. Door gebruik te maken van thermohardende composietmaterialen wordt het fabricageproces minder complex. Zodra het uitharden is voltooid, is de vorm van de onderdelen onomkeerbaar vastgelegd.
Er zijn echter enkele nadelen verbonden aan thermohardende materialen, waaronder een slechte recycleerbaarheid en repareerbaarheid en/of de noodzaak van een complexe en dus kostbare mal voor elk onderdeel.
Bovendien is bekend dat de verbindingen een negatieve invloed hebben op de prestaties van het product, wat betreft stijfheid en/of sterkte, wat leidt tot scheuren of het falen van het onderdeel ter hoogte van de verbindingen bij zware belasting.
Een alternatieve verbindingsmethode is het gebruik van thermoplastische materialen.
De oplossing
Rein4ced heeft een methode uitgevonden om fietsframes te vervaardigen door twee holle buisdelen, gemaakt van een thermoplastisch vezelversterkt composiet, met elkaar te verbinden door het eerste buisdeel naast het tweede te plaatsen over een naad. Door een eindgedeelte van het eerste buisdeel in het tweede buisdeel te steken, wordt een overlapping tussen beide delen gevormd. Het samensmelten gebeurt door het eerste holle buisdeel en de met vezels versterkte hulsdelen bij de overlapping te verhitten tot een temperatuur boven een verwekingstemperatuur van het eerste en tweede thermoplastische vezelcomposiet; de verbinding wordt door druk geconsolideerd om een gesmolten verbinding tussen de holle buisdelen te vormen.
Deze methode maakt het mogelijk een monocoque frame te fabriceren dat licht en stijf is en ook kan worden gebruikt om andere fietsonderdelen te fabriceren. Het verdient de voorkeur vezels met een hoge specifieke stijfheid te gebruiken, zoals koolstof- en staalvezels of een combinatie van beide. Geschikte polymeren zijn onder andere polypropyleen, polyethyleen, polyethyleentereftalaat, polyamide (nylon), polyetheretherketon, polyetherketoneketon, polyetherimide, polyfenyleensulfide, (poly)acrylonitril-butadieen-styreen (ABS), polymelkzuur (PLA), polycarbonaat (PC), en polyaryletherketon (PAEK).
Beide thermoplastische vezelversterkte composieten kunnen van dezelfde aard zijn of kunnen verschillend zijn, maar zijn bij voorkeur van dezelfde aard. Het gebruik van composieten van dezelfde aard, b.v. hetzelfde type polymeer, bleek de sterkte van de verbindingen te verbeteren. Het gebruik van composieten van verschillende aard kan resulteren in kleine visuele storingen, vermoedelijk als gevolg van een verschillend gedrag in reactie op wisselende blootstelling aan temperaturen.