De nanotechnologie achter 14CARBON: XCR
hoe onze XCR technologie geboren werd
14CARBON is een merk dat onderdeel is van het nanotech bedrijf Nano Composites Applied Technologies BV te Koudum. De eigenaar, Thijs Tuinstra, is in dit ingenieursbureaur uitvinder-scheikundige-tekenaar en bedenkt hier zijn nieuwe creaties. In de FIETS van September 2021 hadden ze hem al eens gespot voor een interview, lees het hier.
Thijs begon, na diverse beursbezoeken en gesprekken, zich te richten op het grootste nadeel van carbon: zijn breekbaarheid. Carbon is erg stijf en licht, maar niet altijd erg sterk. In zijn zoektocht naar een sterkere vezel richtte hij zich op grafeen: een nano-materiaal met zeer bijzondere eigenschappen. Ondanks een kleine proefproductie bij Teijn-Aramid, bleek deze grafeen vezel zeer elektrisch geleidend, echter de verwachte sterkte en stijfheid bleef uit. Het contact met Teijin-Aramid was evengoed gelegd en de focus ging uit naar een ander materiaal: kristallijn polyaramide, een nano-vezel dat zijn waarde in kogelwerende vesten al had bewezen. Een klein team van engineers werd aangetrokken en in 2019 hadden ze het eerste zelf gemaakte frame gemaakt in een combinatie van koolstof en polyaramide vezels klaar! Het eerste ontwerp, een cyclo/gravel, werd samen met Aalto University in Helsinki Finland getekend. Het tweede ontwerp, een AERO racer werd samen met een voormalig Formule-1 ontwerper getekend: Richard MacAinsh. 14CARBON heeft een eigen lijn van ontwerpen thans in bezit.
De productie in Koudum bleek erg kostbaar, de arbeidstijd was dusdanig hoog dat besloten is de productie uit te besteden in een goedkoper productie land: China. Sinds 2020 komen hier de koolstof frames vandaan en in 2022 zijn de eerste frames van de versterkte vezels van de lopende band gekomen: de XCR technologie was geboren. XCR is een samenspel van koolstofvezel en polyaramide vezel in één product. De XCR technologie doorloopt een patent aanvraag en het idee is gedeponeerd bij de notaris. De volgende stap is onafhankelijkheid creëren, de wens is alle basis chemicaliën (de vezels) in Europa te maken en onafhankelijk te worden van de grillen van de markt. Zo kunnen we invloed houden op de kwaliteit en functie van de materialen die we willen inzetten.
Nanomateriaal
Naast grafeen en polyaramide werken we ook met andere nanomaterialen in bijvoorbeeld onze eigen fietslakken en coatings. Hierbij kijken we vooral naar functie. Denk aan slijtvastheid, water- en vuilafstotendheid, krasarm en zelfs zonnecellen inbouwen in een lak behoort tot de functies waaraan we denken. We hebben een paar projecten voor je op rij gezet waar we ons in de komende tijd op richten.
Polysiloxaan harsen voor duurzame lakken
Deze nieuwe generatie in Duitsland geproduceerde harsen zijn onze basis voor eigen ontwikkelde fietslakken. Het zijn lakken die grotendeels zonder aardolie geproduceerd worden en het zijn tevens extreem sneldrogende 2K lakken. Polysiloxaan lakken worden momenteel veel in de scheepvaart gebruikt omdat ze milieuvriendelijk, slijtvast en duurzame laksystemen zijn: ze staan tevens aan de basis van onze eigen ontwikkelde lakken.
Siliciumoxide en Siliciumcarbide voor harde lakken
Beide materialen behoren tot de ingrediënten die de lakken harder en daarmee krasarmer maken. Beide zijn enkele bekende voorbeelden van extreem harde materialen, vlakbij de hardheid van diamant. Er zijn al enkele fietsen met deze zogenaamde keramische lakken opgeleverd: na een jaar intensief fietsen zat er geen enkele kras op! Vraag ons naar de mogelijkheden of kijk in onze shop of je jou fiets ook in een krasarme coating kunt krijgen. Let wel op dat hoeveelheid kleuren nog beperkt is!
Grafeen en carbon-nano-tube (CNT) voor structuurversterking
We passen grafeen toe in lakken die we geleidend, antibacterieel, sterker of omwille van de kleur donker willen maken. Grafeen is van zichzelf een vet materiaal en lijkt in de verte ook op grafiet. Schuur je de lak met grafeen of grafiet dan krijg je zo’n kenmerkend potlood effect. Grafeen lijkt zijn nut als versterkend materiaal te hebben verloren, voor versterking van harsen is het broertje van grafeen veel interessanter: carbon nano tube (CNT). Bekende toepassingen van grafeen en CNT in producten zijn de banden van Vittoria: rubber gaat langer mee, het is slijtvaster. Ook in autobanden wordt grafeen en CNT toegepast.
Polysilazaan, waterafstotende coatings, superhydrofobe coatings
Niet te verwarren met polysiloxaan, dit polymeer staat aan de basis van wat commercieel ook wel ‘glasscoat’ wordt genoemd. Tegenwoordig vallen er meer materialen onder deze ook wel waterafstotende coatings, denk aan titaniumdioxide sprays. Wij hebben een eigen formule van nanomaterialen in een spuitklare coating ontwikkeld, technisch kan je de gehele fiets of auto mee inspuiten. Er vormt zich een 5-10micron dikke onzichtbare laag dat beschermt en de verf of koolstof langer beschermd. De laag is tevens een sterk UV filter. Polysilazanen zijn polymeren van silicium ketens en zijn reactief naar de meeste oppervlaktes met verf of kunststof oppervalktes. Hiermee wordt bedoeld dat het chemisch hecht aan de ondergrond, je kunt hert vergelijken met permanente was. De ontstane laag lijkt op glas, een netwerk van “Si-O-Si-O” moleculen. Het kenmerkende is net als glas: het is hard en daarom wordt het ook wel keramisch coating genoemd en het is waterafstotend. Een ander voordeel is dat het ook aerodynamisch werkt.
Er lopen nog meer onderzoeksprojecten naar bv katalytische coatings waarvoor we subsidie hebben gekregen. Katalytische coatings kunnen bijvoorbeeld stikstofoxiden en amine omzetten in minder schuldige stoffen en daarmee een bijdrage leveren aan het ‘stikstof’ probleem.
