Talrijke wetenschappelijke en technische vooruitgang hebben geleid tot de conclusie dat de eigenschappen van composietmaterialen vaak superieur zijn aan traditionele keuzes. Hier zijn enkele voordelen die ze zo veelbelovend maken.

1. Verbetering van duurzaamheid

De wereldwijde focus ligt op dringende kwesties zoals klimaatverandering en overmatige afvalproductie. Mensen zijn steeds meer bezig met het ontwikkelen van duurzame materialen om die te vervangen die waarschijnlijk vaker worden weggegooid. Veel eco-vriendelijke composietmaterialen kunnen aan deze behoefte voldoen.

Herstelbare koolstofvezel-componenten om bruikbare levensduur te verlengen

Koolstofvezel-composieten zijn populaire alternatieven om conventionele metalen te vervangen die gebruikt worden voor alles, van vliegtuigonderdelen tot golfclubs. Echter, de meeste zijn praktisch onmogelijk te repareren of te recyclen zodra ze breken.

Een nieuwe doorbraak door onderzoekers van de Universiteit van Washington kan dat nadeel overwinnen. Het team creëerde een nieuw materiaal dat even licht en sterk is als conventionele koolstofvezel-composieten, maar makkelijk te repareren is als het scheurt. Mensen kunnen de schade herstelbaar maken op traditionele wijze of met radiofrequentie-gebaseerde verwarming.

Het materiaal valt binnen een relatief nieuwe categorie genaamd koolstofvezel-versterkte vitrimers (vCFRP). Andere typen koolstofvezel-composieten vallen in twee primaire groepen. De eerste bevat epoxy, wat een permanente hardheid geeft. Die in de tweede categorie hebben een zachtere lijm die het ontbinden van het materiaal voor herwerk toestaat, wel ten koste van verminderde sterkte en rigiditeit. Echter, vCFRP's staan koppelen, ontkoppelen en herkoppelen toe zonder dergelijke compromissen.

Koolstofvezel-component voor auto-interieur snijt emissies

In een ander geval van verbeterde duurzaamheid door koolstofvezel-composiet-vooruitgang, verving een Zweeds bedrijf negen interieurcomponenten van voertuigen die typisch in motorsport worden gebruikt, door een duurzamer composietmateriaal van natuurlijke vezel. Dit veroorzaakte een 94% reductie in materiaaluitstoot en sloot de cradle-to-gate emissies met 90% in.

Een ander voordeel van composietmaterialen is dat ze hun oorspronkelijke eigenschappen kunnen overtreffen, zoals hergewonnen hout dat behandeld is voor hittebestendigheid. Dat betekent dat mensen verrast kunnen zijn naarmate ze meer leren over hoe composieten de kenmerken van veelvoorkomende materialen kunnen veranderen die ze dachten goed te kennen.

Dit zijn slechts enkele van de vele voorbeelden van hoe deze futuristische composietmaterialen kunnen bijdragen aan de wereldwijde inspanning om duurzaamheid te verbeteren. Bedrijfsleiders kunnen ze zelfs als verkooppunten gebruiken om aan te tonen dat milieu-duurzaamheid door de gehele bedrijfsvoering loopt. Bijvoorbeeld, windturbinefabrikanten die ze gebruiken, prioriteren uitgebreide veerkracht boven het voortijdig naar stortplaatsen sturen van items.

2. Verbetering van essentiële processen

Mensen die met composietmaterialen werken, onderzoeken vaak hoe ze gebruikers kunnen helpen hun processen te verbeteren. Bijvoorbeeld, composietschroeven zijn veelvoorkomende keuzes voor het monteren van terrassen omdat ze doorgaans dichter zijn dan traditionele houtversies. Ze hebben ook fijner draad en relatief kleinere koppen, wat ze makkelijker in terrassen te draaien maakt.

Het verbeteren van schroeven kan besparen op arbeidskosten en de kans op geweldige resultaten vergroten, en dit is slechts één voorbeeld. Manieren om een bestaand proces te versterken, kunnen op praktisch elk stadium duidelijk worden, van het ontwerpen van een product tot het doorlaten van kwaliteitscontroles.

Robots helpen bij composiet-waaierbladeproductie

Veel van het lopende werk met composietmaterialen betreft futuristische benaderingen, zoals het toepassen van robotica en machine learning op ontwikkelingsinspanningen.

Bijvoorbeeld, Rolls-Royce heeft een nieuwe toegewijde faciliteit voor het ontwikkelen van nieuwe composietmaterialen. Een van de benaderingen daar betreft het gebruik van robots om composiet-waaierbladen te helpen maken die in straalmotoren worden gebruikt.

Koolstofvezel-composietmateriaal wordt gelagd op een waaierhuis-mol

Elk component heeft ongeveer 500 lagen koolstofvezelmateriaal, elk toegepast in een volledig geautomatiseerd proces onder toezicht van fabrieksarbeiders. Robots tillen en verplaatsen de onderdelen tussen assemblage-linestations, wat een soepel, efficiënt proces garandeert.

Machine learning kan composiettesten verbeteren

Onderzoekers hopen ook machine learning te gebruiken om vooruitgang te boeken met de methodes die doorgaans worden toegepast om composietmaterialen op defecten te testen. De meest populaire traditionele methodes zijn röntgen- en ultrasoon-gebaseerde tests. Echter, beide hebben hun nadelen, wat onderzoekers dwingt de beperkingen aan te pakken.

Russell Varley is hoogleraar composietmaterialen bij Carbon Nexus, een productie-onderzoeksfaciliteit in Australië. Hij zei: "Het begrijpen en ontwikkelen van next-generation analysemethodes voor niet-destructieve testing van composietproducten heeft groot potentieel om de industrie te transformeren."

Een organisatie heeft een onderzoeksbeurs toegekend voor dit project om te zien of machine learning sommige bekende composiet-testissues kan aanpakken. Bijvoorbeeld, het gebruik van röntgen-gebaseerde methodes is kapitaal- en operationeel kostenintensief.

Deze casestudies impliceeren niet dat men gestopt heeft met het verbeteren van processen geassocieerd met traditionele materialen. Echter, een lopend hoog belangstelling in composieten van materialspecialisten wereldzijds zorgt ervoor dat veel van het onderzoek zich richt op nieuwere opties gemaakt van minstens twee constitutieve materialen.

High-tech composieten veranderen kleur om defecten te tonen

De twee vorige voorbeelden in deze sectie benadrukken hoe composietmaterialen vaak lijnen met inspanningen om Industry 4.0 te omarmen. Echter, er is ook fascinerend werk in het maken van de materialen zelf fabrieksprocessen versnellen.

Onderzoekers ontwikkelden een composietlaminaat dat kleur verandert in reactie op deformatie. Ze geloven dat dit het detecteren van problemen in vroegere stadia mogelijk maakt en mensen waarschuwt voor mogelijke materiaalfalen. Mensen hebben het materiaal tot nu toe alleen in het lab gebruikt. Echter, als het werkt zoals de ontwikkelaars hopen, kan de innovatie processen op tal van manieren verbeteren.

Bijvoorbeeld, het kan werknemers voorkomen van het produceren van composietstukken met interne zwaktes en toekomstige recalls minimaliseren. Het team rapporteerde ook dat hun nieuwe materiaal, bestaande uit lagen, breukbestendig en licht is. Aangezien die de meest gewenste eigenschappen van composieten zijn, kan deze uitvinding brede toepassingen en aantrekkingskracht hebben.

3. Voortgang in materiaalgebaseerde verbeteringen

Een ander van de voordelen van composietmaterialen is dat ze ingenieurs en wetenschappers in staat stellen om nieuwe opties te ontwikkelen die behoeften vervullen die niet worden aangesproken door conventionele keuzes. Mensen zoeken altijd naar haalbare manieren om producten te verbeteren. Composieten wijzen vaak de weg naar voren.

Nieuw composietmateriaal gemaakt van non-woven stoffen

Non-woven stoffen zijn die afgeleid van het binden van vezels die geen breien of weven vereisen. Onderzoekers creëerden onlangs een nieuw composietmateriaal dat in deze categorie valt. Ze geloven dat hun innovatie ideaal kan zijn voor medische producten, zoals verbanden en maskers.

Het creëren van een materiaal dat urenlang in contact kan zijn met mensen's huid vereist zorgvuldig nadenken over de gewenste eigenschappen van composietmaterialen. In dit geval wilde het team ademend vermogen en waterabsorptie. Ze wilden ook katoen opnemen voor comfort.

Tests lieten zien dat de nieuwe stof absorberender was dan traditionele opties. Het presteerde ook goed in rek-herstel tests, wat suggereert dat het materiaal goed zou weerstaan tegen herhaald gebruik. Het team erkende dat hoewel andere opties goed ademend vermogen en rekcapaciteiten hebben, de keuze om katoen toe te voegen een ander merkbaar voordeel zou moeten bieden.

High-tech materiaal kan de ellende van gebarsten telefoonschermen beperken

Omdat schermen zo'n noodzakelijk onderdeel zijn van huidige smartphones, doen veel mensen grote moeite om ze te beschermen. Bijvoorbeeld, zelfs wanneer fabricanten ultra-duurzaam glas installeren, voegen veel smartphone-eigenaren ook schermbeveiligers toe of stoppen hun apparaten in speciale hoesjes voor extra rust. Echter, een innovatie gerelateerd aan composietglas kan de noodzaak voor die extra stappen verminderen.

Een internationaal onderzoeksproject resulteerde in een glascomposiet dat schermbreuk kan minimaliseren en een helderder display biedt. De materialen zijn gebaseerd op loodhalide-perovskieten, die werken als miniatuur zonnepanelen omdat ze energie vangen en opslaan. De basisbenadering is om nanokristallen in een porieus glas in te pakken.

Die methode zou de huidige nanokristaltechnologieën die voor apparaatschermen worden gebruikt, moeten verbeteren. De groep die aan dit project werkt, waarschuwde dat, hoewel ze geloven dat hun technieken schaalbaar zijn, er nog veel werk te doen is. Ze moeten uitvinden wat de beste manieren zijn om materialen met de gewenste eigenschappen te creëren.

High-tech materialen tonen veelbelovende toekomst

Dit zijn slechts enkele van de vele voordelen van composietmaterialen die mensen enthousiasmeren over wat de toekomst brengt. Traditionele materialen hebben nog steeds een plek in tal van instanties, maar deze voorbeelden tonen de voordelen van werken met composieten om specifieke resultaten te genereren.