Waarom harsselectie cruciaal is: composite sterkte en prestaties verbeteren

De kerncomponenten van een composiet zijn vezels en een hars. De vezels (meestal glas- of koolstofvezel) leveren sterkte en stijfheid, maar kunnen alleen geen vorm krijgen waar deze eigenschappen toepasbaar zijn. Door de vezels met hars te impregneren en te verharden, kunnen we hun sterkte, stijfheid en lichtgewicht voor diverse toepassingen benutten, terwijl de hars nog meer voordelen toevoegt.

Bij harsselectie zijn er veel keuzes, evenals de mogelijkheid om harsadditieven toe te voegen om aan toepassingseisen te voldoen. Het is daarom essentieel om de verschillen tussen harsen te kennen en hoe hun keuze de composiet-eigenschappen beïnvloedt.

Bestaande eigenschappen complementeren

Alle composieten delen gemeenschappelijke voordelige eigenschappen: sterkte, stijfheid, lichtgewicht en weerstand tegen harde omgevingen. Elk van deze kenmerken kan dominanter worden gemaakt door een hars te kiezen die het complementeert. Om de meest geschikte hars te selecteren, moet je eerst bepalen wat de dominante functie moet zijn.

Onverzadigde polyesterhars – kosteneffectief gewichtsbesparend

Een kosteneffectieve manier om een gewichtsbesparend composiet te maken is onverzadigde polyesterhars, met redelijk goede mechanische, elektrische en chemische eigenschappen. Geschikt voor routinetoepassingen zoals transport, structurele en bouwprofielen.

Epoxyhars – superieure sterkte en stijfheid

Als een toepassing grotere stijfheid of sterkte vereist, is epoxyhars te verkiezen. De binding tussen epoxyhars en vezel is sterker, waardoor hogere afschuiflasten tussen vezels overgedragen kunnen worden – betere sterktewaarden. Gecombineerd met het hogere vezelvolume dat epoxy toelaat, ontstaat een composiet met uitstekende sterkte en hoge stijfheid, verder aanpasbaar voor hightemperatuurtoepassingen.

Vinylesterhars – chemische weerstand + stijfheid

Als naast stijfheid ook weerstand tegen harde omgevingen nodig is, zijn vinylesterharszen een betere keuze. De moleculaire structuur van vinylester vergemakkelijkt chemische weerstand. Ideaal voor mariene omgevingen of industriële toepassingen met zuren/basen.

Polyurethaan – extreme zwaarte voor schroefverbindingen

Bij composietprofielen die met schroeven gemonteerd worden, moet het composiet robuust zijn om scheuren en breuk te voorkomen. Dit kan via structureel ontwerp, maar een geschikte hars vereenvoudigt de structuur en verlaagt kosten. Polyurethaan is extreem zacht in vergelijking met onverzadigde polyester, ideaal voor dergelijke toepassingen.

Nieuwe eigenschappen toevoegen via additieven

Naast het verbeteren van bestaande eigenschappen kunnen harsen volledig nieuwe eigenschappen toevoegen. Harsadditieven kunnen worden geïntegreerd voor voordelen variërend van:

• Verbeterde oppervlakteafwerking of kleurtoevoeging
• UV-weerstand – ultraviolet absorbers voorkomen embritteling en ontbinding in lichtintensieve omgevingen
• Antimicrobiële/antivirale eigenschappen – nuttig voor door mensen behandelde composites: machines, openbaar vervoer, medische apparaten

Invloed van additieven op composiet-eigenschappen

Let op: in sommige gevallen kunnen harsadditieven de composiet-eigenschappen veranderen. Bijvoorbeeld: brandvertragende additieven zijn soms in zulke hoge hoeveelheden nodig dat het vezelvolume in het composiet moet worden verminderd, wat sterkte en stijfheid vermindert.

Conclusie: Harskeuze is een vitaal onderdeel van composietontwerp en mag niet over het hoofd worden gezien. Door de belangrijkste functie van het composiet vast te stellen en de hars te ontwerpen om de capaciteit om deze functie te vervullen te verbeteren, creëer je een composietoplossing waarin vezels en hars harmonieuzen samenwerken.

Over de auteur

Sami Pirinen

Sami Pirinen (PhD in materialenchemie) is sinds 2017 chemist en technisch support contactpersoon bij Exel Composites. Hij werkt als onderdeel van Exel's R&D-team aan harsoplossingen voor klantenvragen voor composite producten. Hij onderzoekt ook nieuwe harsmaterialen om de mogelijkheden van composites te vergroten voor nieuwe toepassingen.