Per jaar wordt er wereldwijd een berg frisdrankblikjes geproduceerd waar je U tegen mag zeggen. Het zijn er ongeveer 240 miljard. Het maken en bedrukken van zo’n blikje is een duur en vervuilend proces. Maycel van der Aa promoveert vandaag op een proefschrift waarin hij een methode beschrijft om een deel van het productieproces van blikjes efficiënter èn milieuvriendelijker te laten verlopen. Een methode die mogelijk binnen afzienbare tijd wereldwijd toegepast gaat worden.

Frisdrankblikjes zijn over het algemeen gemaakt van staal en van aluminium. In Amerika wordt voornamelijk aluminium gebruikt, in Europa gebruiken de blikproducenten staal. Het productieproces van een blikje is vrij overzichtelijk. Uit een platte, dunne plaat wordt met grote kracht een ‘cupje’ diepgetrokken. Dat cupje wordt vervolgens met een stoter door een ring geduwd zodat de wanden hoger en dunner worden. Na drie ringen heeft het blikje de gewenste afmetingen. Dit proces heet draw and wall ironing, kortweg DWI of duntrekken. Op deze manier worden bijvoorbeeld ook batterijhulzen en spuitbussen geproduceerd. Als de wanden na drie ringen hoog en dun genoeg zijn, wordt er een bodem in het blikje geslagen.

Oliebad

Maycel van der Aa zocht de afgelopen vier jaar naar een alternatieve methode om een deel van dit productieproces te integreren. Van der Aa: ‘Het produceren van die blikjes gaat in een enorm tempo. Ze worden met een snelheid van tien meter per seconde door de ringen geduwd. Iedere seconde vliegen er vijf blikjes uit zo’n apparaat. Omdat het omvormproces gepaard gaat met veel wrijving en plastische deformatie - hetzelfde effect dat je krijgt wanneer je een paperclip heen en weer buigt - loopt de temperatuur behoorlijk op. Daarom vindt een deel van het proces in een oliebad plaats. De olie koelt en smeert.’

Later wordt die olie afgewassen om het blikje schoon te maken. Daarna wordt het blikje van binnen en buiten van een coating voorzien. Aan de buitenkant als eerste een laklaag om het blikje een flitsend uiterlijk te kunnen geven; van binnen om te zorgen dat de cola geen metaalsmaak krijgt. Van der Aa: ‘Als je nou zorgt dat de coating er van tevoren al op zit, zou die, behalve als eerste laklaag en bescherming, ook kunnen dienen als smeermiddel. Wij hebben geëxperimenteerd met een bepaald soort PET, een polymeer dat te vergelijken is met het spul waar PET-flessen van gemaakt zijn. Je integreert op die manier een paar stappen en brengt de productiekosten aanzienlijk omlaag. Bovendien is een polymere coating milieuvriendelijk omdat er geen oplosmiddelen meer vrijkomen, wat bij het lakken wel het geval was.’

Familieproject

Het aanbrengen van de PET-laag bleek weinig problemen op te leveren. De bottleneck in het proces was de ring waar het busje doorheen geduwd wordt om het de juiste hoogte en wanddikte te geven. Herhaaldelijk bleek de ring namelijk de flinterdunne, zachte coating van het metaal af te schrapen. ‘De belangrijkste eis is natuurlijk dat de coating op het blikje blijft zitten’, zegt Van der Aa. Daarvoor moest hij heel wat reken- en experimenteerwerk verrichten. ‘Het probleem was dat het proces in een oliebad plaatsvindt. Je kunt daar weinig aan meten en het proces is niet te zien door de olie. We hebben daarom op de TUE een proefopstelling gemaakt die het hele proces simuleert.’

De promotie van Van der Aa werd bovendien een klein familieproject, want voor de praktijkproeven schakelde hij onder meer zijn jongere broer Erik in. Van der Aa: ‘De eerste twee jaar heb ik veel rekenwerk gedaan om bestaande modellen die het materiaalgedrag voorspellen, te verfijnen. Daarna heb ik ongeveer twee jaar besteed aan experimenteren. In plaats van busjes gebruikten we hierbij metalen strips die werden dungetrokken.’

Op die manier waren alle facetten van het proces meet- en zichtbaar. Soortgelijke proeven in een laboratorium zijn volgens de promovendus nog maar amper gedaan. ‘Misschien vanwege het gevaar. Het gaat met enorme krachten gepaard. We hebben opnamen gemaakt met een hogesnelheidscamera. Wanneer de strip door de ring gestoten wordt, staat de hele opstelling te schudden. Toch zijn dit soort proeven essentieel, omdat het materiaalgedrag sterk afhangt van de snelheid waarmee het materiaal omgevormd wordt.’

Ontdekking

De ring waar het basismateriaal doorheen geperst wordt, heeft iets van een trechter. Hoe flauwer de helling van de binnenwand is, hoe hoger de druk op het materiaal en de coating wordt. Tijdens zijn onderzoek deed Van der Aa een opmerkelijke ontdekking. De coating bleek namelijk beter te blijven zitten naarmate de druk onder de ring groter was. Sterker nog, naarmate de druk groter werd, ging de coating zich zelfs gedragen als het basismateriaal en bleef beter zitten.

Van der Aa: ‘Bij mijn weten was dit nog niet bekend. We hebben de proeven zowel voor aluminium als voor staal gedaan. Het effect was vergelijkbaar.’ Uiteindelijk vond Van der Aa de beste hoek, waarbij de druk optimaal was en de PET-coating goed bleef zitten.

Over de toekomst kan de kersverse doctor alleen nog maar speculeren. ‘We hebben nu nog steeds smeermiddel nodig. Je zou kunnen proberen om een coating te maken die elk smeermiddel overbodig maakt. Dan heb je alleen nog maar water nodig om de boel te smeren.’ Opdrachtgever Hoogovens is blij met de bevin-

dingen van Van der Aa. Het bedrijf produceert zelf geen blikjes, maar verkoopt behalve het basismateriaal ook de bijbehorende technologie. Er zijn twee patenten voortgekomen uit dit project. Binnenkort komt het nieuwe procédé op de markt en wellicht zullen over afzienbare tijd de voorgecoate blikjes op de schappen verschijnen. Van der Aa sluit het project met een tevreden gevoel af. ‘We hebben mooie resultaten bereikt. En ik heb vier jaar in een hartstikke leuk team mogen werken.’

Na vier jaar tussen blik geleefd te hebben, gaat hij zich nu op nieuwe zaken richten. Hoewel zijn broer inmiddels aangenomen is bij Hoogovens, besloot hij een aanbod van de staalgigant af te slaan. Binnenkort begint hij op het NatLab van Philips.

Gertjan Harberink