Wat is composietmateriaal? - Definitie en typen

Wat zijn composietmaterialen?

Een composietmateriaal is een combinatie van twee materialen met verschillende fysische en chemische eigenschappen. Wanneer ze worden gecombineerd, creëren ze een materiaal dat gespecialiseerd is om een ​​bepaald werk uit te voeren, bijvoorbeeld om sterker, lichter of bestand tegen elektriciteit te worden. Ze kunnen ook de sterkte en stijfheid verbeteren.

De reden voor hun gebruik boven traditionele materialen is omdat ze de eigenschappen van hun basismaterialen verbeteren en in veel situaties toepasbaar zijn.

Deze samenstellende materialen hebben opmerkelijk ongelijke chemische of fysische eigenschappen en worden samengevoegd tot een materiaal met eigenschappen, in tegenstelling tot de afzonderlijke elementen. Binnen de voltooide structuur blijven de afzonderlijke elementen gescheiden en onderscheiden, waardoor composieten worden onderscheiden van mengsels en vaste oplossingen.

Typische samengestelde materialen zijn onder meer:

• Gewapend beton en metselwerk
• Composiet hout zoals multiplex
• Versterkte kunststoffen, zoals vezelversterkt polymeer of glasvezel
• Keramische matrixcomposieten (composietkeramiek en metaalmatrices)
• Metalen matrix composieten
• en andere geavanceerde composietmaterialen

Er zijn verschillende redenen waarom de voorkeur kan worden gegeven aan nieuwe materialen. Typische voorbeelden zijn materialen die goedkoper, lichter, sterker of duurzamer zijn in vergelijking met gewone materialen.

Meer recentelijk zijn onderzoekers ook begonnen met het actief opnemen van detectie, activering, berekening en communicatie in composieten, die bekend staan ​​als robotmaterialen.

Composietmaterialen worden over het algemeen gebruikt voor gebouwen, bruggen en constructies zoals bootrompen, zwembadpanelen, carrosserieën van racewagens, douchecabines, badkuipen, opslagtanks, imitatiegraniet, gootstenen van gekweekt marmer en werkbladen. Ze worden ook steeds vaker gebruikt in algemene automobieltoepassingen.

De meest geavanceerde exemplaren presteren routinematig op ruimtevaartuigen en vliegtuigen in veeleisende omgevingen.

Wat zijn composieten?

Een composiet is een materiaal dat is vervaardigd uit twee of meer samenstellende materialen. Deze samenstellende materialen hebben opmerkelijk ongelijke chemische of fysische eigenschappen en worden samengevoegd tot een materiaal met eigenschappen, in tegenstelling tot de afzonderlijke elementen.

Simpel gezegd, composieten zijn een combinatie van componenten. In onze branche zijn composieten materialen die worden gemaakt door twee of meer natuurlijke of kunstmatige elementen (met verschillende fysieke of chemische eigenschappen) te combineren die als team sterker zijn dan als individuele spelers.

De samenstellende materialen versmelten niet volledig of verliezen hun individuele identiteit; ze combineren en dragen hun meest bruikbare eigenschappen bij om het resultaat of het eindproduct te verbeteren. Composieten worden doorgaans ontworpen met een bepaald gebruik in gedachten, zoals extra sterkte, efficiëntie of duurzaamheid.

Waar zijn composieten van gemaakt?

Composieten, ook bekend als Fiber-Reinforced Polymer (FRP) composieten, zijn gemaakt van een polymeermatrix die is versterkt met een kunstmatige, kunstmatige of natuurlijke vezel (zoals glas, koolstof of aramide) of ander versterkend materiaal.

De matrix beschermt de vezels tegen omgevings- en externe schade en draagt ​​de belasting over tussen de vezels. De vezels zorgen op hun beurt voor sterkte en stijfheid om de matrix te versterken en te helpen scheuren en breuken te weerstaan.

In veel van onze industrieproducten is polyesterhars de matrix en glasvezel de versterking. Maar in composieten worden veel combinaties van harsen en versterkingen gebruikt en elk materiaal draagt ​​bij aan de unieke eigenschappen van het eindproduct:vezel, krachtig maar bros, zorgt voor sterkte en stijfheid, terwijl flexibelere hars vorm geeft en de vezel beschermt.

FRP-composieten kunnen ook vulstoffen, additieven, kernmaterialen of oppervlakteafwerkingen bevatten die zijn ontworpen om het productieproces, het uiterlijk en de prestaties van het eindproduct te verbeteren.

Natuurlijke en synthetische composieten

Composietmaterialen kunnen natuurlijk of synthetisch zijn. Hout, een natuurlijk composiet, is een combinatie van cellulose of houtvezel en een stof die lignine wordt genoemd. De vezels geven hout zijn kracht; Lignine is de matrix of natuurlijke lijm die het bindt en stabiliseert. Andere composieten zijn synthetisch (door de mens gemaakt).

Multiplex is een kunstmatige composiet die natuurlijke en synthetische materialen combineert. Dunne lagen houtfineer worden aan elkaar gelijmd om platte laminaatplaten te vormen die sterker zijn dan natuurlijk hout.

Zijn kunststofcomposieten?

Niet alle kunststoffen zijn composieten. In feite zijn de meeste kunststoffen die in speelgoed, waterflessen en andere bekende voorwerpen worden gebruikt, geen composieten. Het zijn pure plastics. Veel soorten kunststoffen kunnen echter worden versterkt om ze sterker te maken. Deze combinatie van plastic en versterking kan enkele van de sterkste, meest veelzijdige materialen (voor hun gewicht) creëren die technologie ooit heeft ontwikkeld.

Polymeerharsen (zoals polyester, vinylester, epoxy of fenol) worden soms plastic genoemd.

Korte geschiedenis

Mensen gebruiken composieten al duizenden jaren. 3400 v.Chr. De eerste door de mens gemaakte composieten werden gemaakt door de Mesopotamiërs in Irak. De oude samenleving lijmde stroken hout onder verschillende hoeken op elkaar om multiplex te maken.

Hierna begonnen de Egyptenaren rond 2181 voor Christus met het maken van dodenmaskers van linnen of papyrus gedrenkt in gips. Later begonnen beide samenlevingen hun materialen te versterken met stro om modderstenen, aardewerk en boten te versterken.

In 1200 na Christus begonnen de Mongolen met het bouwen van samengestelde bogen, die destijds ongelooflijk effectief waren. Deze werden gemaakt van hout, pezen van runderen, hoorn, bamboe, been en zijde gebonden met dennenhars.

Na de industriële revolutie kregen kunstharsen door polymerisatie een vaste vorm. In de jaren 1900 leidde deze hernieuwde kennis van chemicaliën tot de vervaardiging van verschillende kunststoffen zoals polyester, fenol en vinyl. Toen begon de ontwikkeling van kunststoffen, bakeliet werd gemaakt door de chemicus Leo Baekeland. Het feit dat het geen elektriciteit geleidt en hittebestendig was, betekende dat het op grote schaal kon worden gebruikt in veel industrieën.

De jaren dertig waren een ongelooflijk belangrijke tijd voor de vooruitgang van composieten. Glasvezel werd geïntroduceerd door Owens Corning, die ook de eerste vezelversterkte polymeerindustrie (FRP) oprichtte. De in deze periode ontwikkelde harsen worden tot op de dag van vandaag gebruikt en onverzadigde polyesterharsen werden in 1936 gepatenteerd. Twee jaar later kwamen krachtigere harssystemen beschikbaar.

De eerste koolstofvezel werd in 1961 gepatenteerd en kwam toen in de handel verkrijgbaar. Halverwege de jaren negentig werden composieten steeds populairder in productieprocessen en constructie vanwege hun relatief lage kosten in vergelijking met eerder gebruikte materialen.

De composieten op een Boeing 787 Dreamliner in het midden van de jaren 2000 bevestigden hun gebruik voor toepassingen met hoge sterkte.

Verschillende soorten composietmaterialen

Enkele veel voorkomende composietmaterialen zijn:

• Keramische matrixcomposiet :Keramiek uitgespreid in een keramische matrix. Deze zijn beter dan normaal keramiek omdat ze bestand zijn tegen thermische schokken en breuken
• Metaalmatrixcomposiet :Een metaal verspreid over een matrix
• Gewapend beton :Beton versterkt door een materiaal met een hoge treksterkte zoals stalen wapeningsstaven
• Glasvezelversterkt beton :Beton dat wordt gestort in een glasvezelstructuur met een hoog zirkoniumgehalte
• Doorschijnend beton: Beton dat optische vezels omhult
• Bewerkt hout: Vervaardigd hout gecombineerd met andere goedkope materialen. Een voorbeeld is spaanplaat. Een speciaal materiaal zoals fineer is ook te vinden in deze composiet
• Multiplex: Bewerkt hout door vele dunne lagen hout onder verschillende hoeken aan elkaar te lijmen
• Geconstrueerde bamboe :Stroken bamboevezel aan elkaar gelijmd om een ​​plank te maken. Dit is een nuttige composiet vanwege het feit dat het een hogere druk-, trek- en buigsterkte heeft dan hout
• Parket: Een vierkant van vele stukken hout, vaak samengesteld uit hardhout. Het wordt verkocht als decoratief stuk
• Hout-kunststof composiet :Ofwel houtvezel of meel gegoten in plastic
• Cementgebonden houtvezel :Gemineraliseerde houtstukken gegoten in cement. Deze composiet heeft isolerende en akoestische eigenschappen
• Glasvezel: Glasvezel gecombineerd met een kunststof die relatief goedkoop en flexibel is
• Met koolstofvezel versterkt polymeer :Koolstofvezelset in kunststof met een hoge sterkte-gewichtsverhouding
• Sandwichpaneel :Een verscheidenheid aan composieten die op elkaar zijn gelaagd
• Samengestelde honingraat :Een selectie van composieten in vele zeshoeken om een ​​honingraatvorm te vormen.
• Papier-maché :Papier gebonden met een lijm. Deze zijn te vinden in ambachten
• Geplastificeerd papier :Papier bedekt met plastic om de duurzaamheid te verbeteren. Een voorbeeld van waar dit wordt gebruikt, is bij speelkaarten
• Syntactische schuimen :Lichte materialen die ontstaan ​​door het vullen van metalen, keramiek of kunststoffen met microballonnen. Deze ballons zijn gemaakt van glas, koolstof of plastic

Voordelen van composieten

Composieten zijn doorgedrongen in ons dagelijks leven:ze worden gebruikt in de auto's waarin we rijden, golfclubs waarmee we zwaaien, pijpen die afvalwater uit onze buurten verwijderen en nog veel meer. Sommige toepassingen, zoals raketschepen, zouden waarschijnlijk niet van de grond komen zonder composietmaterialen.

Composieten bieden veel voordelen. De belangrijkste daarvan zijn sterkte, lichtgewicht, corrosieweerstand, ontwerpflexibiliteit en duurzaamheid.

• Sterk. Per pond zijn composieten sterker dan andere materialen zoals staal. De twee belangrijkste componenten van composieten - vezels en harsen - dragen bij aan hun sterkte. Vezels dragen de belasting, terwijl harsen het gewicht naar behoefte over het composietdeel verdelen.
• Lichtgewicht. Composieten zijn licht in gewicht in vergelijking met de meeste houtsoorten en metalen. Maar waarom is lichter beter? Een lager gewicht draagt ​​bij aan het brandstofverbruik in auto's en vliegtuigen. En lichtere objecten, van elektriciteitspalen tot brugdekken, zijn gemakkelijker te vervoeren en te installeren.
• Resistent. Composieten zijn bestand tegen schade door weersinvloeden en agressieve chemicaliën die andere materialen kunnen aantasten. Dat maakt ze goede keuzes voor toepassingen die voortdurend worden blootgesteld aan zout water, giftige chemicaliën, temperatuurschommelingen en andere zware omstandigheden.
• Flexibel. Een breed scala aan materiaalcombinaties kan worden gebruikt in composieten, wat ontwerpflexibiliteit mogelijk maakt. De materialen kunnen op maat worden gemaakt om aan de unieke specificaties van elke toepassing te voldoen. Composieten kunnen ook gemakkelijk in ingewikkelde vormen worden gegoten.
• Duurzaam. Simpel gezegd, composieten gaan lang mee! Constructies gemaakt met composieten hebben een lange levensduur en vergen weinig onderhoud. Veel producten gemaakt met composieten, zoals boten, zijn al meer dan een halve eeuw in gebruik.

Waarom Composites gebruiken?

Gewichtsbesparing is een van de belangrijkste redenen om composietmaterialen te gebruiken in plaats van conventionele materialen voor componenten. Hoewel composieten lichter zijn, kunnen ze ook sterker zijn dan andere materialen. Versterkte koolstofvezels kunnen bijvoorbeeld tot vijf keer sterker zijn dan staal van 1020-kwaliteit en slechts een vijfde van het gewicht, waardoor ze perfect zijn voor structurele doeleinden.

Een ander voordeel van het gebruik van een composietmateriaal ten opzichte van een conventioneel type materiaal is de thermische en chemische weerstand, evenals de elektrische isolatie-eigenschappen. In tegenstelling tot traditionele materialen kunnen composieten meerdere eigenschappen hebben die niet vaak in één materiaal voorkomen.

Vezelversterkte composietmaterialen zoals vezelversterkte kunststof (GVK-composietmaterialen) worden steeds vaker gebruikt bij de ontwikkeling en fabricage van eindproducten voor marketing.

Voorbeelden van composietgebruik:

• Elektrische apparatuur
• Lucht- en ruimtevaartstructuren
• Infrastructuur
• Buizen en tanks
• Huizen kunnen worden ingelijst met gelamineerde kunststof balken

Veelgestelde vragen.

Wat is composietmateriaal?

Een composietmateriaal is een combinatie van twee materialen met verschillende fysische en chemische eigenschappen. Wanneer ze worden gecombineerd, creëren ze een materiaal dat gespecialiseerd is om een ​​bepaalde taak uit te voeren, bijvoorbeeld om sterker, lichter of bestand tegen elektriciteit te worden. Ze kunnen ook de sterkte en stijfheid verbeteren.

Wat is een composiet?

Een composiet is een materiaal dat is gemaakt van twee of meer samenstellende materialen. Deze samenstellende materialen hebben opmerkelijk ongelijke chemische of fysische eigenschappen en worden samengevoegd tot een materiaal met eigenschappen, in tegenstelling tot de afzonderlijke elementen.

Wat zijn de voorbeelden van composietmaterialen?

Voorbeelden van samengestelde bouwmaterialen zijn beton, versterkte kunststoffen, cement, met staal gewapend beton en samengestelde houten balken. Deze materialen zijn over het algemeen duurzaam en sterk.

Wat is een voorbeeld van composietmaterialen?

Voorbeelden van composietmaterialen:

• Modderstenen. Wat is een betere manier om composieten te introduceren dan over modderstenen te praten
• Hout. Hout (en bomen natuurlijk) bestaan ​​al duizenden jaren.
• Glasvezel.
• Doorschijnend beton.
• Absorberend beton.
• Kevlar.
• Koolstofvezel.
• Pykrete.

Wat zijn de 4 soorten composieten?

Composieten worden meestal ingedeeld naar het type materiaal dat voor de matrix wordt gebruikt. De vier belangrijkste categorieën composieten zijn polymeermatrixcomposieten (PMC's), metaalmatrixcomposieten (MMC's), keramische matrixcomposieten (CMC's) en koolstofmatrixcomposieten (CAMC's).

Wat zijn de belangrijkste soorten composietmaterialen?

Er zijn veel soorten composietmaterialen, zoals koolstofversterkte kunststof, glasvezelversterkt aluminium, composieten met koolstofnanobuisjes en nog veel meer. Andere soorten composieten zijn onder meer metaal-matrix en keramische-matrix composieten.

Is composiet gemaakt van plastic?

Niet alle kunststoffen zijn composieten. Deze combinatie van plastic en versterking kan enkele van de sterkste, meest veelzijdige materialen produceren (voor hun gewicht) die ooit door technologie zijn ontwikkeld. Polymeerharsen (zoals polyester, vinylester, epoxy of fenol) worden soms plastic genoemd.

Wat is een samengesteld voorbeeld?

In wiskunde kunnen samengestelde getallen worden gedefinieerd als de gehele getallen met meer dan twee factoren. Hele getallen die geen priemgetallen zijn, zijn samengestelde getallen omdat ze deelbaar zijn door meer dan twee getallen. 4, 6, 8, 9 en 10 zijn bijvoorbeeld de eerste paar samengestelde getallen.

Wat worden composieten gebruikt?

Composieten worden nu gebruikt in voertuig- en uitrustingstoepassingen, waaronder panelen, frames, interieurcomponenten en andere onderdelen. Sommige toepassingen van samengestelde infrastructuur omvatten gebouwen, wegen, bruggen en palen.

Wat is het verschil tussen polymeer en composiet?

Volgens de beschikbare literatuur is het belangrijkste verschil tussen polymeermengsel en composiet echter dat het polymeermengsel bestaat uit het mengen van twee of meer polymeren om een ​​​​enkele fase te krijgen, terwijl composiet bestaat uit een combinatie van twee of meer elementen resulterend in een meerfasig systeem met meerdere componenten.

Wat zijn de 2 componenten van composietmaterialen?

Composietmaterialen worden gemaakt van individuele materialen. Deze afzonderlijke materialen staan ​​bekend als samenstellende materialen en er zijn twee hoofdcategorieën van. De ene is de matrix (bindmiddel) en de andere is de wapening.

Zijn bakstenen composieten?

Enkele voorbeelden van composieten zijn baksteen, glasvezel, koolstofvezel, beton, multiplex en Kevlar.

Waarom worden composietmaterialen gebruikt?

Het grootste voordeel van composietmaterialen is sterkte en stijfheid gecombineerd met lichtheid. Door een geschikte combinatie van wapening en matrixmateriaal te kiezen, kunnen fabrikanten eigenschappen produceren die precies passen bij de vereisten voor een bepaalde structuur voor een bepaald doel.

Wat zijn de nadelen van composietmaterialen?

Nadelen:

• GRP.
• Duur materiaal.
• Gespecialiseerd productieproces vereist.
• Matrijs van hoge kwaliteit nodig.
• KOOLSTOFVEZEL.
• Zeer duur materiaal.
• Alleen verkrijgbaar in het zwart.
• Er zijn zeer gespecialiseerde productieprocessen vereist.

Wat is het verschil tussen composiet en legering?

Zowel legeringen als composieten zijn een mengsel van verschillende elementen. Het belangrijkste verschil tussen legeringen en composieten zit in de samenstelling van de twee materialen. Een legering moet minimaal één metaal in zijn samenstelling hebben, terwijl composieten geen metalen componenten hebben.

Wat is vezels in composietmaterialen?

In een composiet draagt ​​de vezel, op zijn plaats gehouden door de matrixhars, bij aan de treksterkte, waardoor de prestatie-eigenschappen in het laatste deel, zoals sterkte en stijfheid, worden verbeterd, terwijl het gewicht wordt geminimaliseerd.

Wat zijn de voordelen van composietmaterialen?

Andere belangrijke voordelen zijn:

• Als gegoten maatnauwkeurigheid. Nauwe tolerantie, herhaalbare vormstukken.
• Chemische resistentie.
• Geconsolideerde onderdelen en functie.
• Corrosiebestendigheid.
• Ontwerpflexibiliteit.
• Duurzaam.
• Hoge buigmodulus om veeleisende lasten te dragen. Hoge slagvastheid.
• Hoge prestaties bij hoge temperaturen.

Is multiplex een composiet?

Multiplex is zelf een basisvorm van composiet, gemaakt door dunne vellen hout aan elkaar te lamineren om een ​​dikker, sterker eindproduct te creëren.

Is beton een composiet?

Beton is een composietmateriaal dat is samengesteld uit fijne en grove toeslagstoffen die aan elkaar zijn gehecht met een vloeibaar cement (cementpasta) dat na verloop van tijd uithardt (uithardt). Beton is na water de meest gebruikte stof ter wereld en het meest gebruikte bouwmateriaal.

Hoeveel soorten composietmaterialen zijn er?

Er zijn drie hoofdtypen composietmatrixmaterialen:Keramische matrix - Keramische matrixcomposieten (CMC's) zijn een subgroep van composietmaterialen. Ze bestaan ​​uit keramische vezels die zijn ingebed in een keramische matrix en vormen zo een met keramiekvezel versterkt keramisch (CFRC) materiaal.

Is glasvezel een composiet?

Het meest gebruikte composietmateriaal is glasvezel in polyesterhars, ook wel glasvezel genoemd. Glasvezel is lichtgewicht, corrosiebestendig, economisch, gemakkelijk te verwerken, heeft goede mechanische eigenschappen en heeft een geschiedenis van meer dan 50 jaar.

Wat is composietmateriaal en de toepassing ervan?

Een composietmateriaal is een combinatie van twee materialen met verschillende fysische en chemische eigenschappen. Wanneer ze worden gecombineerd, creëren ze een materiaal dat gespecialiseerd is om een ​​bepaalde taak uit te voeren, bijvoorbeeld om sterker, lichter of bestand tegen elektriciteit te worden. Ze kunnen ook de sterkte en stijfheid verbeteren.

Is nylon een composietmateriaal?

Nylon is een complexer polymeer dan PP met polaire groepen die aan de polymeerketen zijn bevestigd, wat nylon een hydrofiel karakter geeft. Vanwege de polaire aard van beide, wordt verwacht dat nylon en hout kunnen worden gecombineerd met een sterke hechting, wat resulteert in een composietmateriaal met een hogere stijfheid en sterkte.

Wat is het verschil tussen composiet en blend?

Is dat composiet een mengsel van verschillende componenten, terwijl het mengsel een mengsel is van twee of meer dingen.

Is beton een polymeer of composiet?

Polymeerbeton is een composietmateriaal waarin het toeslagmateriaal met een polymeerbindmiddel in een matrix aan elkaar wordt gebonden.

Wat is koolstofvezel?

Koolstofvezel is gemaakt van organische polymeren, die bestaan ​​uit lange slierten moleculen die bij elkaar worden gehouden door koolstofatomen. De meeste koolstofvezels (ongeveer 90%) zijn gemaakt van het polyacrylonitril (PAN) proces. Een kleine hoeveelheid (ongeveer 10%) wordt vervaardigd uit rayon of het petroleumpekproces.

Kunnen composieten staal vervangen?

Composietmaterialen worden vaak gebruikt in constructies die een hoog niveau van mechanische prestaties vereisen. Hun hoge sterkte-tot-gewicht- en stijfheid-tot-gewichtverhoudingen hebben de ontwikkeling van lichtere constructies vergemakkelijkt, die vaak conventionele metalen constructies vervangen.