Plastic tuintafel krijgt luchtig hart

Van speelgoed tot bureaustoel, van koffiebeker tot computerkast, van kunststof kan zo ongeveer alles worden gemaakt. Het basismateriaal is goedkoop en de productietechniek, spuitgieten, is snel en relatief eenvoudig. De producten zijn licht en toch sterk.

Bij de bestaande spuitgiettechniek, ook wel compact spuitgieten genoemd, wordt een holle vorm, de matrijs, volledig gevuld met gesmolten kunststof. Als de stroperige pasta onder druk is afgekoeld met koelwater, opent de matrijs zich en werpt de machine het product uit. Grenzen aan het formaat zijn er nauwelijks, spuitgieten leent zich voor producten van heel groot tot heel klein.

Maar 'traditioneel' spuitgieten kent z'n beperkingen, zeggen H. Simons en P. Toonssen. Zij zijn verbonden aan de divisie productietechnologie van TNO Industrie, die zich bezighoudt met het optimaliseren van productietechnieken, onder meer voor kunststof en metaal.

De wanddikte is het knelpunt. Een dikke wand zorgt voor een te lange afkoeltijd en daarmee een te lange cyclustijd – de tijdsduur van het inspuiten van de gesmolten kunststof, het nadrukken, afkoelen tot en met het uitwerpen. En minder producten per uur betekent een duurder proces.

Bovendien ziet de huid van een dik product er niet al te fraai uit, er ontstaan makkelijk oneffenheden. Bij het afkoelen wordt de vloeibare kunststof steeds stroperiger en is daardoor moeilijk tegen de wand van de matrijs te drukken. Ook krimpt de massa en laat dan plaatselijk los van de vorm.

Vandaar dat grote producten als tuinstoelen vaak 'holle' leuningen hebben, en de tuintafel niet een massief blad heeft maar een dunne plaat met dwarsribben als versteviging. De armleggers van bureaustoelen zien er op het eerste gezicht massief uit, maar schijn bedriegt. Wie goed kijkt, ziet een lasnaad. De leuning bestaat uit twee dunwandige helften die aan elkaar zijn bevestigd. „Een extra productiestap, dus extra kosten”, zegt Simons.

Massief ogen
De oplossing is volgens Toonssen om „iets anders dan kunststof in het binnenste stoppen, bijvoorbeeld water of gas.” Daarmee zijn producten mogelijk die massief ogen, maar toch een dunne wand hebben. Er is minder materiaal nodig, de afkoeltijd wordt korter, het oppervlak fraaier en extra montagestappen zijn overbodig.

Het injecteren van gas in een kunststof product, gasinjectiespuitgieten, is al zo'n tien jaar bekend, maar het midden- en kleinbedrijf (mkb) maakt er nog weinig gebruik van. „Onbekendheid en complexiteit zijn belangrijke oorzaken”, zeggen de TNO-ers. „Veel bedrijven durven er niet aan te beginnen vanwege de extra toeters en bellen op de apparatuur. Het mooie is wel dat je de bestaande machines kunt gebruiken, er is alleen een extra gasunit nodig.”

Om de drempel voor de kleine bedrijven –spuitgietbedrijven hebben vaak niet meer dan twintig tot dertig man personeel– te verlagen, startte TNO zo'n twee jaar geleden een project gasinjectiespuitgieten. Het moet leiden tot meer inzicht in het complexe proces en 'gereedschappen' opleveren waarmee het mkb met de techniek aan de slag kan. Behalve TNO nemen ook enkele spuitgietbedrijven en het Duitse instituut IKV deel aan het door de Europese Unie gesubsidieerde project, dat in november wordt afgerond.

Stikstof
Bij het gasinjectiespuitgieten wordt de vorm maar gedeeltelijk gevuld met de gesmolten kunststof. Een gasnaald injecteert daar een hoeveelheid stikstof in. Toonssen: „Het gas zoekt zich een weg naar het midden en drukt de kunststof tegen de koele wand van de matrijs, alsof een ballon wordt opgeblazen binnen de vorm. De kunststof buitenlaag koelt snel af. Dat levert tijdswinst op. Ook bereik je een gewichtsvermindering van 20 tot 40 procent. Een bobbelig oppervlak is verleden tijd, want met het gas kun je de kunststof stevig tegen de vorm drukken.” Het enige wat aan de buitenkant van het product herinnert aan de gasbel, is het gaatje van de naald. Speciale technieken kunnen zelfs dat maskeren.

Eenvoudig wat gas in het vloeibare kunststof spuiten, is er niet bij. Daarvoor is het proces te ingewikkeld. Zo heeft de kunststofsoort invloed, de vorm van het product, de temperatuur en de druk. „En ze beïnvloeden elkaar allemaal ook nog eens”, zegt Toonssen.

Om toch vooraf in te kunnen schatten wat het gas in een product doet, heeft Simons een grote reeks experimenten uitgevoerd met een testmatrijs. Op die manier verwierf hij inzicht in de beste plaats voor de gasnaalden, de optimale temperatuur en druk. Daarmee werd een simulatieprogramma ontwikkeld waarmee spuitgietbedrijven hun matrijsontwerp kunnen uitproberen. Binnen een halfuur weten ze dan of ze op de goede weg zitten, of misschien toch het ontwerp aan moeten passen, een andere temperatuur kiezen of met een andere druk moeten werken.

De mkb'ers die meedraaien in het project, zijn enthousiast. Toonssen: „Vooral de simulatiesoftware spreekt hen aan. Niemand van hen heeft nog mogelijkheden om vooraf te kijken wat er gebeurt bij het gasinjectiespuitgieten van hun producten.” Voor bedrijven die nu nog niet betrokken zijn bij het TNO Industrie-project, is TNO straks de vraagbaak. Zo kan het kennisinstituut de investeringen weer terugverdienen. Softwareontwikkelaar Polyworx zet de simulatiesoftware op de markt.