Over composieten

Composiet is een materiaal dat bestaat uit vezels die ingebed zijn in een kunststof matrix.  Het is dus feitelijk een met vezels versterkte kunststof. Composieten bieden een scala aan voordelen ten opzichte van metalen, want ze zijn:

  • sterk;
  • lichtgewicht;
  • niet onderhoudsgevoelig en bestand tegen corrosie;
  • vrij vorm te geven in productie;
  • bestand tegen vermoeiing.

 

Biocomposieten en synthetische composieten

Er zijn vele vormen van composieten. De bestanddelen kunnen synthetisch zijn of natuurlijk. Synthetische vezels zijn bijvoorbeeld glas-, koolstof- of aramidevezels. Bij biocomposieten worden natuurlijke vezels gebruikt ter versterking van het materiaal. Denk hierbij aan jute-, palm- of katoenvezels.

Thermoharders

De kunststofmatrix van een composiet kan een thermoharder of een thermoplast zijn. Een thermoharder is een kunststof die bij het maken ervan chemisch reageert en uithardt. Deze reactie is vergelijkbaar met de 2-componenten lijm. Als de chemische reactie van de thermoharder uitgewerkt is, dan is deze niet meer vervormbaar. Voorbeelden van thermoharders zijn: epoxy, polyester, fenolformaldehyde. Thermoharders zijn terug te vinden in grote producten zoals zeilboten, graansilo’s, windmolenbladen, koeltrailers en pijpleidingen.

Productietechnieken die voor thermoharders gebruikt worden, zijn vacuüminjectie, pultrusie, vormpersen (SMC) en wikkelen.

Thermoplasten

In tegenstelling tot thermoharders, zijn thermoplasten te verwerken wanneer deze verwarmd worden. De composiet kan dus nog gevormd worden zodra deze in gesmolten toestand wordt gebracht. Dit proces kan oneindig herhaald worden, waarmee recycling van het product tot de mogelijkheden behoort.

Daarnaast maakt snel opwarmen en afkoelen, snelle productietechnieken mogelijk. Denk aan vezelversterkt spuitgieten, -extruderen, vormpersen en sinds kort ook (thermoplastisch) wikkelen.

Voorbeelden van thermoplasten zijn: PP (verpakking), PE (boterhamzakjes), PET (flessen), PMMA (perspex), PC (lexan), PA (nylon), PEI en PEEK. De twee laatstgenoemden zijn hierbij hoogwaardige, dure thermoplasten.

De meest simpele vorm van een thermoplast-product is het koffiebekertje uit de automaat. Als de koffie die erin zit te heet is, dan wordt het plastic zacht. Als de koffie afkoelt wordt het plastic weer hard.

Dit fenomeen wordt sinds de jaren ’90 ook gebruikt in de vliegtuigbouw, maar dan met thermoplastische harsen die een veel hogere smelttemperatuur hebben. Met de oude thermoplastische harsen zou een vliegtuig dat in de hete zon op een vliegveld staat als een plumpudding in elkaar zakken. De vliegtuigbouw gebruikt thermoplastische harsen zoals PEEK, PEI, PPS, PEKK, PES met smelttemperaturen rond de 250-300C.

Het voordeel van thermoplasten in vergelijking met thermoharders is dat het materiaal al chemisch is uit-gereageerd. De procestijden om het te vervormen zijn dus veel korter dan bij de -nog altijd toegepaste- thermohardende kunststoffen die (vaak verwarmd en onder druk) chemisch nog moeten uitharden. Dit kan snel, maar duurt altijd nog minimaal zo’n drie minuten. Dit is bijvoorbeeld te zien bij polyurethanen die in de automobielindustrie veel worden toegepast. In andere gevallen, zoals bij epoxy-harsen in de vliegtuigbouw, kan het proces 1 à 2 uur duren.

Vezelversterkt thermoplast wordt kort verwarmd, het vervormt in de gewenste eindvorm, waarna het moet afkoelen. Twee verschillende thermoplastproducten kun je dus ook heel snel aan elkaar vast smelten, ook wel lassen genoemd.

Waarom worden dan niet alle producten in de vliegtuigbouw van thermoplast gemaakt, als dat een goedkoop snel proces is? Dit heeft verschillende redenen. Allereerst stelt de vliegtuigbouw hele hoge eisen aan de kunststof. Voor de thermoplasten betekent dit dat je op hele dure soorten bent aangewezen (PEI, PEEK, PPS).

Deze producten zijn al enige tijd op de markt en het is de vraag of ze nog veel goedkoper zullen worden. Kostenbesparing zal gehaald moeten worden in het productieproces.

Een tweede reden voor het gebruik van thermoharders is dat er met ‘pre-pregs’ kan worden gewerkt. Dit zijn met hars voor-geïmpregneerde vezels, die je als een soort pleister kunt neerleggen om zo grote geïntegreerde producten op te bouwen. Met thermoplasten is dit lastiger. Als je een groot product wilt maken zal je hier de pre-pregs moeten voorverwarmen en met een robot neerleggen. Bovendien is de temperatuur waarbij thermoplast vervormt, erg kritisch; iets te koud en het vervormt of smelt niet, iets te warm en het materiaal verbrandt. Gelukkig zijn er de laatste tijd hele mooie ontwikkelingen op het gebied van robots die het materiaal kunnen verwarmen en precies kunnen neerleggen. Dit zijn veelbelovende technologieën voor de toekomst.

Kortom, het is bij ieder product steeds een afweging: goedkoper materiaal met een duurder maar minder kritisch productieproces, of duurder materiaal met een sneller en goedkoper proces dat kritischer is. Er is dus nog veel onderzoek en ontwikkeling nodig naar het materiaal en de manier waarop het verwerkt kan worden om gebruik te kunnen maken van de grote potentie. Daar werkt Fokker samen met haar partners momenteel hard aan.

Nieuws

Uitnodiging Expertmeeting Inductielassen | Vallen en opstaan tijdens processen van innovatie

Uitnodiging Expertmeeting Inductielassen | Vallen en opstaan tijdens processen van innovatie

05 november 2018

Tijdens de WCCS-expertmeetings krijgt u inzicht in de behaalde resultaten binnen het programma. Heeft...

Lees meer

Meld je aan voor de ‘What the Composites!’ hackathon

30 augustus 2018

What The Hackathon + Composieten = What The Composites! Composieten zijn de nieuwe superhero’s...

Lees meer

Uitnodiging Expertmeeting: Snel lassen van grote lengtes

22 mei 2018

Op donderdag 7 juni organiseert World Class Composites Solutions een interessante Expertmeeting over snel lassen...

Lees meer
Meer nieuws