Rapporteringsdatum 02-10-2023

Het inzetten van vezelversterkte kunststoffen stelt constructeurs in de transportsector en automotive in staat lichte, en toch heel stijve en sterke (sandwich)structuren op te bouwen. Dit past binnen de evolutie naar het minimaliseren van het voertuiggewicht en het maximaliseren van de nuttige lading, zowel voor vracht - als personenvervoer. Dit kadert duidelijk in een overkoepelende inspanning om de ecologische voetafdruk van transport te verkleinen. Niet enkel de optimale technische performantie van lichtgewichtstructuren draagt bij tot de ecologische duurzaamheid ervan, maar vooral ook de gebruikte basismaterialen en de aangewende productieprocessen. In dit opzicht bieden natuurvezelversterkte thermoplastische kunststofstructuren een oplossing die zowel technologisch (performantie) als ecologisch aantrekkelijk is. Dit project zet in op een uitermate belangrijk aspect bij lichtgewichtstructuren, namelijk het verbinden van afzonderlijke componenten (panelen, versterkingen, inserts, ...). Het gebruik van thermoplastische kunststoffen als basismateriaal laat per definitie een aantal verschillende verbindingstechnieken toe zoals verlijmen, lassen en mechanisch verbinden. Dit project focust op twee continue verbindingstechnieken namelijk het laserlassen en het structureel verlijmen behandelt een aantal courante knelpunten. Binnen het Athens project vind een grensoverschrijdende samenwerking plaats tussen verschillende projectpartners binnen zowel Vlaanderen (KU Leuven), Wallonië (Materia Nova) als Frankrijk (IMT Lille Douai). Elk van deze partners beschikt over een eigen expertise die genoodzaakt is om dit project uit te voeren. Verder is er een goede afstemming en communicatie bestaande om die ervoor zorgt dat op elk onderdeel van het project opeenvolgend kan worden uitgevoerd door de verschillende projectpartners zodat een vlotte samenwerking ontstaat. Verschillende onderzoekers werden bij elk van de projectpartners aangeworven binnen de deelaspecten die in het onderzoek aan bod komen. Na het inwerken in het project door een grondig literatuurstudie uit te voeren werden initiële testen op de selectie composietmaterialen uitgevoerd. Deze materialen werden zorgvuldig geselecteerd in samenspraak tussen de verschillende projectpartners. Met behulp van vloei simulatie software (Moldflow) kan van de geproduceerde kortvezelige composietplaten de lokale vezel oriëntatie worden voorspeld binnen KU Leuven. Deze data werd uitgewisseld met IMT Lille Douai om een numeriek model van de microstructuur op te stellen dewelke gebruikt wordt tijdens simulaties om de invloed van de vezels op de inkomende laser licht straal te bepalen tijdens het laserlas proces. Verder werden ook experimentele testen op zowel de composiet materialen als op lijm samenstellingen werden uitgevoerd om de mechanische materiaalparameters te bepalen binnen KU Leuven. Deze werden vervolgens gebruikt om een ‘digital twin’ op te stellen om het mechanische gedrag van een lijnverbinding in single lap joint (SLJ) configuratie te voorspellen. Finaal in het project werd een initiële terugkoppeling gemaakt van het productie process van de korte vezel composieten om de mechanische structuur van de korte vezel composieten te optimaliseren ten opzichte van de gewenste verbindingstechniek om op deze manier de performantie te verhogen. Tijdens het 4e semester vond het launch event van het project plaats. Dit werd eerder uitgesteld wegens COVID-19. Tijdens dit event werd het ‘ATHENS’-project voorgesteld aan het bredere publiek, bestaande uit deelnemers uit zowel de industrie als de (academische) onderzoekswereld. Eerste conferentie proceedings vonden in het 5e semester plaats, waar bij projectpartner IMT Nord Europe een presentatie werd gegeven op «First European Summer School on Bio-based Composites»(ESBBC), alsook op de EUROMAT 2021 conferentie over de vooruitgang van het modelleren van het laserlassen van de korte vezel thermoplastische composieten. Verder werd binnen KU Leuven ook verder gewerkt aan het mechanisch model die zal worden gebruikt om de performantie van beide verbindingstechnieken te voorspellen. Tijdens het 6e semester werd binnen KU Leuven deelgenomen aan de 'IAA 2022' conferentie in Portugal waar het werk ivm het voorspellen van de spanningen in de lijmverbinding aan de hand van multi-schaal modelleren van de korte vezel gevulde thermoplastische composieten. Binnen IMT Nord Europe werd een presentatie gegeven op de ‘GDR week MIC 2021’ waar een update van het werk ivm het laserlassen werd voorgesteld. En de 3e project parner Materia Nova heeft afgelopen semester opnieuw een artikel gepubliceerd met betrekkingen tot ‘Catalyst-free reprocessable crosslinked biobased polybenzoxazine-polyurethane besed on dynamic carbamate chemistry'. Daarnaast vond in dit semester ook het eerste valorisatie comité plaats, waarbij genodigden uit verschillende industrieën een overzicht van het onderzoek binnen het ATHENS project kregen en hier werd afgestemd naar de industriële noden. Binnen KU Leuven werd vooral gefocust op op het opzetten van de numerieke simulaties voor het mechanisch gedrag van de korte vezel composieten. Binnen IMT Nord Europe werd in samenwerking met KU Leuven thermal conductivity parameters opgemeten om te implementeren in de opgestelde numerieke modellen voor simulaties van het laserwelden. Bij Materia Nova werd gefocust op dynamische covalente bindingen in het vernette systeem van de lijmformulatie te brengen, die onder betrekkelijk milde omstandigheden uitwisselingsreacties induceren die de binding en de recycling van dit soort systemen bevorderen. Tijdens het 7e semester van het project werd door KU Leuven deelgenomen aan de SAMPME Benelux conferentie, waarbij de presentatie ivm het modelleren van de korte vlas vezel gevulde composieten werd geselecteerd voor een presentatie op de SAMPE Europe conferentie in november 2023. Verder werd het werk ook gedeeld op de 6ème Colloque Fibres Naturelles et Polymères (14-15.09.2022). De focus op de lijmverbinding werd anderzijds ook gepresenteerd op de Adhesion 2022 conferentie in Glasgow. De samenwerking tussen KU Leuven en IMT Nord Europe resulteerde ook in een gemeenschappelijke publicatie in de Journal of manufacutirng processes. Bij IMT Nord Europe zelf werd verder ook deelgenomen aan de ICMTE 2022 conferentie, focussende op de laatste vooruitgang binnen het modelleren en valideren van het laserlas process van de korte vezel composieten. Binnen Materia Nova werd een nieuwe paper gepubliceerd in Royal Society of Chemistry, gaande over ‘Solvent-free synthesis of a formaldehyde-free benzoxazine monomer: study of its curing acceleration effect for commercial benzoxazine’.