Die Demokratisierung von Verbundwerkstoffen

Ich habe über Covestros Maezio Continuous Fiber-Reinforced Thermoplastic (CFRTP)-Materialien und ihre Anwendung in Haiers High-End-Casarte-Klimaanlagen gebloggt. Maezio wird jetzt in limitierten Laufschuhen für die chinesische Sportbekleidungsmarke Bmai verwendet.

„Covestro hat seit 2011 einen globalen Hauptsitz in Shanghai“, sagt David Hartmann, Covestro Senior VP Growth Ventures, der in Shanghai ansässig ist. „Nach der weltweiten Rezession haben wir erkannt, dass China der größte Einzelmarkt für unsere Produkte ist und es daher nicht möglich war, unser Geschäft hier mit einem Hauptsitz nur in Europa zu entwickeln.“ So habe Covestro seine etablierten Stützpunkte in Deutschland und den USA, aber der Schwerpunkt für Maezio thermoplastische Verbundwerkstoffe liege sehr stark in Asien.

Bmai Lead Designer Axis Liu arbeitet mit Covestro Teammitglieder im APAC Innovation Experience Center von Covestro in Shanghai. QUELLE | Covestro.

China zuerst

„Wir sehen, dass die aktuellste und spannendste Entwicklung für Konsumgüter in China stattfindet“, so Hartmann weiter. „Ein Grund dafür ist, dass die chinesischen Verbraucher sehr nachsichtig sind. Sie sind bereit, neue Technologien auszuprobieren und dann zur nächsten Iteration überzugehen. Wenn Sie mit der Iterationsgeschwindigkeit Schritt halten können, können Sie sich leicht neue Möglichkeiten einfallen lassen.“

Obwohl Partnerschaften und die Zusammenarbeit entlang der gesamten Lieferkette für Materiallieferanten schon immer von entscheidender Bedeutung waren – bei DuPont haben wir mit unseren direkten Nomex-Papierkunden, den Kernherstellern sowie Plattenherstellern und Boeing/Airbus zusammengearbeitet – ist der Ansatz von Covestro in China ein Schritt nach vorne. „In unserer Partnerschaft mit Bmai diskutierten und schickten wir 2-3 Mal täglich Designinformationen über digitale Kommunikations-Apps hin und her. Und es ist wichtig, nicht nur zu kommunizieren, wo Sie erfolgreich sind, sondern auch, wo Sie scheitern. Dies ist sehr untypisch für den Standard in Europa und den USA.“

Ein weiterer atypischer Ansatz besteht darin, den chinesischen Markt direkt über Alibabas 1688.com-Plattform, den größten digitalen Business-to-Business-Marktplatz in China, zu erproben. „Das ist nicht nur eine Verkaufsstelle“, sagt Hartmann. „Wir machen unsere Produkte leichter zugänglich, was es den Kunden erleichtert, das Material zu testen und die Einführung thermoplastischer Verbundwerkstoffe voranzutreiben.“ Eine 1-kg/33-m-Spule aus 120 mm breitem unidirektionalem Kohlefaser-/Polycarbonat-Band wird für 488 Yuan angeboten. Obwohl dies das einzige Maezio-Produkt auf 1688.com ist, hat Covestro auch Platten in maßgeschneiderten Größen und Bänder in Breiten von 120-730 mm sowie 3k-gewebte Alternativen vermarktet.

Leistung für alle

Ein Grund für diese neue Ebene der Partnerschaft ist, dass Verbundwerkstoffe so maßgeschneidert werden können – oder, wie Covestro bevorzugt, abstimmbar . „Bei der Herstellung einer Zwischensohle stimmen wir die Steifigkeit in eine Richtung und die Flexibilität in die andere genau ab“, sagt Hartmann. „Für jeden Kunden/Partner, mit dem wir bei Schuhen zusammenarbeiten – und es gibt eine Reihe von ihnen – entwickeln wir einen etwas anderen Leistungsbereich, der darauf basiert, was dieser Schuh erreichen soll. Mit thermoplastischen Verbundwerkstoffen ist dies in großem Umfang möglich.“

Er stellt fest, dass Covestro schon sehr lange in Schuhen mit einer Vielzahl von Materialien steckt und dass duroplastische Verbundwerkstoffe bis in die 1980er Jahre zurückreichen. „Nike hat sie in Schaft und Sohlen verwendet, aber sie waren hauptsächlich für das Aussehen da“, erinnert sich Harmann. „Und dann kam der Nike Vaporfly 4%, wo sie einen Schuh entworfen haben, der dabei hilft, die 2-Stunden-Marathon-Barriere zu durchbrechen. Beim Laufen gibt es außer dem Schuh nichts zwischen dir und der Straße. Nike behauptete, dass die Verwendung von Verbundwerkstoffen und anderen Technologien in diesem Schuh 4% der Energie des Läufers an ihn oder sie zurückgab. Sie haben jetzt genug Daten, um zu zeigen, dass Läufer in diesem Schuh einen Vorteil von bis zu 4 % haben.“

Aber Bmai und Covestro wollen nicht nur Spitzensportlern helfen, sich diese Art von Leistungsvorteil zu erschließen. „Hier verbinden sich Bmai und unsere Gruppe bei Maezio“, sagt Hartmann. „Bmai ist ein ungewöhnliches Unternehmen“, ergänzt Covestro, der globale Produktexperte von Covestro, Cholthee Chandrachoti. „Sie haben sich von der Top-Sportmarke in China abgespalten, haben sich aber fast als Gegenkultur etabliert. (HINWEIS:Bmai bedeutet ins Englische übersetzt „sei du selbst“.) Sie liegen mitten in Pekings größtem Freizeitpark und jeder Mitarbeiter hat ein Laufziel. Sie engagieren sich sehr dafür, sportliche Leistungen für alle zugänglich zu machen, und betonen, dass jeder das Recht hat, sich selbst zu helfen, schneller zu laufen und sein Bestes zu geben.“ Sie fügt hinzu, dass es in China mittlerweile jedes Jahr mehr als 1.000 Marathons gibt.

Skizzen des Schuhdesigners Brett Golliff zeigen die komplexe Funktionsweise gesucht in Design und Material (siehe Kohlefaser im mittleren Bild) sowie einen Blick darauf, wie unterschiedlich Schuhe in der Zukunft sein könnten, rechts.
QUELLE| Coroflot.com (links, Mitte) und (rechts) ursprünglich von Complex.com (nicht mehr verfügbar), aber derzeit auf Sohu.com und museafrica.com veröffentlicht.

Änderung traditioneller Verbraucheranwendungen

Diese Idee der Demokratisierung der sportlichen Leistung ist faszinierend. „Wir haben bereits Anfragen von Kunden zu Lösungen für Frauen erhalten, wie zum Beispiel High Heels mit höherer Leistung“, sagt Chandrachoti. „Sie brauchen Flexibilität für den Vorfuß, aber mehr Steifigkeit im Fußgewölbe und dann noch mehr Unterstützung, wenn Sie sich zur Ferse bewegen. Allerdings wollen die Hersteller nicht viele unterschiedliche Materialien und Teile zusammenbauen. Sie wollen einen Teil. Wir können dies mit Maezio ermöglichen.“

Hartmann listet eine Vielzahl möglicher Schuhkomponenten auf, darunter Zwischensohlen, Zehenkappen, Ober- und Laufsohlen. „Die Zwischensohle befindet sich zwischen dem Polster oben und der Außensohle“, erklärt er. „Schuhdesigner versuchen, ein sehr dichtes Material zu finden, das den Schuh unterstützt, aber auch Funktionen wie Dämpfung und Strapazierfähigkeit beisteuert.“ Chandrachoti fügt Pronation als weitere Schlüsselfunktion hinzu, die die orthopädische Gesundheit, Stabilität und Kontrolle während des Trainings beeinflusst. Pronation ist die seitliche Bewegung des Fußes beim Gehen oder Laufen. Wenn Sie über pronate – d. h. dein Fuß rollt nach innen mehr als normal – dann sollte Ihr Schuh dazu beitragen, den Aufprall gleichmäßig zu verteilen und die Stabilität zu erhöhen. Wenn Sie unter proniert – d. h. Ihr Fuß rollt weniger nach innen als normal – dann sollte Ihr Schuh mehr Dämpfung bieten, um die zusätzliche vertikale Kraft und den Aufprall zu absorbieren. „Schuhhersteller möchten die Steifigkeit, Dämpfung und/oder Flexibilität für eine bestimmte Aktion oder ein bestimmtes Nutzungsprofil erhöhen“, erklärt sie. „Diese Abstimmbarkeit wurde durch konventionelle Materialien eingeschränkt und auch das Gewicht dieser Materialien muss reduziert werden. Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten eine Lösung für beide Probleme.“

Maezio Materialmuster für Schuhkappe, Schaft und Zwischensohle. QUELLE | Covestro.

Dies war Bmais erster Vorstoß in thermoplastische Verbundwerkstoffe und eine Art Testfall. „Ihr Ziel ist es, den Preis erschwinglich zu halten. Bmai hat nicht viele Einzelhandelsgeschäfte – 70 % des Umsatzes werden online getätigt. Die wenigen Geschäfte, die es gibt, werden als „Erlebniszentren“ bezeichnet und bieten den Kunden Schulungen zu ihren Produkten.“ Da Bmai nicht viel Geld für Werbung oder groß angelegtes Marketing ausgibt, liegt der Durchschnittspreis für ein Paar Schuhe unter 100 $.

Matrixoptionen und Nachhaltigkeit

Polycarbonat (PC) ist das erste Material, das für Maezio-Produkte kommerzialisiert wird, da Covestro hier über umfassendes Know-how und Kapazitäten verfügt. „Die Lösung für Bmai war PC, aber wir prüfen eine Reihe von Materialien für Schuhe“, sagt Chandrachoti. „Wir haben zehn verschiedene Materialien im Test, darunter thermoplastisches Polyurethan (TPU).“

In Bezug auf die Recyclingfähigkeit sagt Hartmann, dass die EU Einwegplastik bis 2024 verbieten will. „Wir haben bereits recycelte PC-Qualitäten auf dem Markt und suchen sie für Maezio, aber wir brauchen erste Partner, die dies entwickeln wollen. Wir können es nicht alleine schaffen, weil es die gesamte Wertschöpfungskette umfasst.“ Er behauptet, dass thermoplastische Verbundwerkstoffe das Potenzial haben, nachhaltiger zu sein als Duroplaste, da Schrott zerkleinert und neu geformt oder zu Spritzgussmassen verarbeitet wird. „Ein Kreislauf-Recycling für Maezio würde den Aufbau einer dedizierten Wertschöpfungskette erfordern“, betont Hartmann. „Aber genau das haben wir in unserer Arbeit mit Haier gemacht. Über acht Monate hat unser technisches Team mit einer großen Anzahl von Partnern in China Kontakt aufgenommen, um dieses Programm zum Laufen zu bringen. Aber diese Art von Partnerschaft und Nachhaltigkeit sind die Zukunft sowohl für die Chemie- als auch für die Verbundwerkstoffindustrie.“

Andere Anwendungen und Branchen

Hartmann sieht in Maezio Leichtbaulösungen für ein breites Anwendungsspektrum. „Wir haben eine Reihe aktiver kommerzieller Automobilprogramme im Gange und sprechen derzeit mit den meisten großen Laptop-Herstellern.“ Er sagt, die Laptopindustrie wolle „dünner und leichter“, aber die äußere Hülle muss steif genug sein, um die Elektronik zu schützen. Hersteller haben traditionell Magnesiumlegierungen für die Außenfläche kommerzieller Laptops verwendet, aber es gab Probleme mit der Lieferkette und Maezio bietet einige interessante Designflexibilität, einschließlich verschiedener Oberflächenveredelungen.

Akkupacks und Gepäck sind weitere Anwendungen in der Entwicklung. „Unser Material hat für Reisegepäck eine einzigartige Ästhetik sowie Funktionalität und Leichtigkeit“, sagt Hartmann. „Und wir haben es geschafft, die Probleme mit der Umformung von Tiefziehstrukturen zu lösen. Die Ecken – Kofferecken genannt – sind recht schwierig. Als wir dies erreicht haben, haben wir wirklich ein Erfolgserlebnis verspürt und unsere Fähigkeit gezeigt, die Anforderungen der Branche zu erfüllen.“ Diese Formbarkeit hilft auch Maezios Entwicklung bei Fahrrädern und anderen Sportartikeln.

Hohe Leistung, hohe Lautstärke, gering Preis?

Interessant ist, dass sich alle aktuellen Entwicklungsprogramme von Maezio auf Konsumgüter beziehen, die in relativ großen Mengen produziert werden. „Bei Kleinteilen wie einer Schuhsohle oder Laptophülle geht es um Jahresmengen in Millionenhöhe“, sagt Hartmann. „Hier kommen die Vorteile thermoplastischer Verbundwerkstoffe zum Tragen. Bei Duroplasten war dieses Volumen sehr schwierig. Mit unseren Materialien ist das kein Problem.“ Warum nicht? Aufgrund der schnellen möglichen Formzyklen, die normalerweise in 1-2 Minuten gemessen werden, bis hin zu Sekunden. „Dennoch als neues Startup sehen wir unsere Aufgabe darin, diese Branchen und Märkte kennenzulernen, um besser zu verstehen, was sie brauchen und was wir tun müssen, um ihre Anforderungen zu erfüllen.“

Hartmann sagt, die Bedeutung von „Made in China“ ändere sich. „Hier gibt es einen sehr starken Designfetisch, der aber mit dem Wunsch nach Demokratisierung gepaart ist. Das Ziel ist, dass jeder Zugang zu Stil und Leistung hat.“ Als gutes Beispiel nennt er den chinesischen Elektronikhersteller Xiaomi. „Sie sind dafür bekannt, hochwertige Elektronik zu einem günstigeren Preis zu produzieren“, erklärt er. „Sie haben sich verpflichtet, nur eine Gewinnspanne von 5 % zu erzielen und streben eine große Kundengruppe an. Mit Maezio geht Covestro CFRTP mit dieser Markt- und Produktentwicklung Schritt. Wir ermöglichen es den Menschen, die Vorteile von Design, Leistung und Lifestyle zu erleben, die Verbundwerkstoffe bieten – aber ohne einen Lamborghini-Preis.“