Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 6 Hoofdstuk 5 Blz 134 t/m 138

Vezel en matrix worden veel toegepast in de techniek van tegenwoordig. Ze worden in combinatie gebruikt om belastingen over te dragen aan elkaar en hebben daarom sterke eigenschappen.


De vezel en matrix

Uitwendige belastingen moeten via de matrixhars op de vezels worden overgedragen. Daartoe is een goede en, onder alle omstandigheden, blijvende hechting tussen hars en de vezels nodig.

Een van de belemmerende factoren voor het verkrijgen van een goede hechting was de noodzaak om ter bevordering van de handelbaarheid van de vezels tijdens het spinnen en weven smeermiddelen, te gebruiken.

Deze smeermiddelen worden ook wel met een mooi woord avivages genoemd. Helaas waren deze smeermiddelen van een dusdanige samenstelling, dat de hechting van een matrixhars op de vezels onmogelijk werd gemaakt.

Dit probleem werd later overwonnen, een avivage is nu een oplossing die bestaat uit verschillende scheikundige stoffen en heeft de volgende functies:

  • Bindmiddel, om de afzonderlijke filamenten tot een bundel bijeen te houden;
  • Smeermiddel, Glas is zeer stroef en daardoor gevoelig voor krassen, ten gevolge waarvan de sterkte afneemt;
  • Hechtmiddel, om bij impregneren een goede hechting met de matrix te verkrijgen, wordt het glas voorzien van een hechtmiddel.

De 2 matrixharsen en hun functie

De hoofdfunctie van de matrixharsen is het doorgeven van de uitwendige belastingen op de constructie naar de dragende vezels. Hoewel daarbij de matrix voornamelijk schuifspanningen ondervindt, zijn trekspanningen in de matrix zeker niet uitgesloten.

Immers, bij axiale vervorming van de vezels moet de matrixhars, die daarmee onverbrekelijk verbonden is, meedoen. Ook loodrecht op de vezels kunnen in de matrix trekspanningen optreden. Die kunnen het gevolg zijn van een belasting loodrecht op het vlak van de constructie.

Ten slotte kunnen inwendige trekspanningen in de matrixhars ontstaan door verhinderde krimp van de hars door niet alleen temperatuurwisselingen, maar ook door volumevermindering als gevolg van de chemische reactie die tijdens de harding van vooral thermohardende harsen voorkomen.


Polyesterhars

Polyesterhars behoort tot de eerste generatie hars en wordt in hoofdzaak gebruikt in combinatie met glasvezel. Polyester geeft echter niet de sterkte die nodig is voor de meeste vliegtuigtoepassingen, maar vanwege de lage kosten wordt het nogal eens gebruikt voor niet structurele componenten, zoals de fairings (vloeistukken).

Glas vezel wordt gebruikt in elektrische kabels
Glasvezel in kabel

Polyesterharsen bestaan uit twee componenten, de hars en de verharder. Deze componenten moeten in de juiste verhouding bij elkaar worden gebracht waarbij er altijd sprake is van een groot deel hars en een klein deel verharder.


Epoxyhars

Epoxyharsen worden het meest gebruikt vanwege de vele verschillende eigenschappen. Er zijn vele soorten epoxyharsen met even zovele eigenschappen. Sommige zijn zo dun als water, andere zo dik als stroop. Sommige kunnen tegen hoge temperaturen, andere juist tegen lage temperaturen.

Sommige zijn erg stijf, andere erg flexibel. Sommige zijn sneldrogend, andere weer niet. Kortom heeft men het dus voor het uitkiezen. Ook epoxyharsen zijn tweecomponentharsen. Alleen dient er bij de epoxyhars aanzienlijk meer verharder te worden toegepast.

Drie elementen zijn nog van belang bij de aanmaak en verwerking van epoxyharsen:

  • De Shelflife (de houdbaarheidsdatum);
  • De Potlife (de tijd waarin het mengsel kan worden verwerkt);
  • De Curetime (de uithardingstijd).

Het mengen van 2 componenten is een proces dat negatief beïnvloed kan worden door verkeerde temperaturen, te hoog stofgehalte en verkeerde uitrusting. De negatieve factoren moeten zoveel mogelijk beperkt worden.

De nieuwe JBL Live serie


De prepeg

Onder prepregs verstaat men een combinatie van versterkingsmateriaal met daarop reeds aangebrachte hars, dat in het algemeen gedeeltelijk is uitgehard (B-stage). De harssystemen zijn over het algemeen gedeeltelijk uitgehard om de handelbaarheid van de prepregs te bevorderen.

Hierdoor wordt echter aan de opslag bepaalde eisen gesteld. Over het algemeen worden de prepregs in een vriezen bij -18°C of lager opgeslagen, waarbij de uithardingstijd wordt belemmerd. Nadat een prepeg uit de vriezer is gehaald, komt pas de uitharding weer op gang.

Opslag in een vriezer kent zijn grenzen, prepeg heeft een bepaalde houdbaarheid. Als deze is overschreden moet het worden afgevoerd. Voordeel is dat de juiste hoeveelheid hars is aangebracht en dat we er verzekerd van kunnen zijn dat de hars in de juiste verhouding is gemengd.


De vezel materialen

Het doel van het toevoegen van versterkingsmaterialen aan kunststoffen is het verkrijgen van een composiet met betere eigenschappen dan de afzonderlijke stoffen. De voor productie van composieten gebruikte versterkingsmaterialen zijn met name:

  • Glasvezel;
  • Koolstofvezel;
  • Aramide vezel (zie onderstaande afbeelding).
Kogel vrij vest is van aramide vezel
Kogel vrij vest is van aramide vezel

Deze vezels kunnen ook in combinatie met elkaar worden gebruikt, dan spreekt men van een hybride.

Glasvezels zijn gemaakt van glasfilamenten die vanuit gesmolten glas zijn vervaardigd en vervolgens tot een weefsel kunnen worden gebracht. Er zijn 2 typen glas die hiervoor worden gebruikt. E-glas (electrical glass) en S-glas (structural glass).

E-glas heeft goede elektrische eigenschappen, maar S-glas is sterker en wordt gebruikt waar dus grote sterke-eigenschappen zijn vereist. S-glas is wel duurder.

Weefsel van koolstofvezels zijn zwart van kleur, zijn erg sterk, licht van gewicht en als eindproduct erg stijf. Ze worden gebruikt voor primaire vliegtuigdelen waar grote sterkte is vereist.

Als koolstof echter wordt verbonden met aluminiumcomponenten, vraagt dit speciale aandacht omdat als gevolg van een elektrochemisch proces het aluminium zal corroderen.

Koolstofvezel is zeer sterk
Koolstof vezel is sterk van zichzelf

de aramide vezel is een organische vezel welke door de firma Dupont en AKZO op de markt wordt gebracht onder de handelsnaam Kevlar en Twaron. Het is geel van kleur, licht van gewicht, sterk en flexibel.

Nadat de aramidevezel werd uitgevonden heeft het veel galsvezelproducten vervangen. Een goed vervaardigd aramidedeel heeft een sterkte die gelijk (of groter) is dan een metalen onderdeel, het is echter aanmerkelijk lichter van gewicht.


De verschillende soorten Vezel

Het woord ‘vezel’ wordt gebruikt als verzamelnaam voor de diverse soorten vezels, zoals matten, roving en weefsels.

  • Roving: wanneer men een aantal filamenten bundelt en op een klos wikkelt, ontstaat een zogenoemde roving;
  • Weefsel: wanneer men de roving gaat verweven, ontstaat een weefsel;
  • Chopped strands: snijden we de rovingbundel in stukjes (0,5 tot 5 cm), dan krijgen we chopped strands;
  • Mat: wanneer men de chopped strands in de vorm van een deken neerdwarelt en men lijmt de vezeltjes met behulp van een binder, dan ontstaat een mat, dit gebeurt alleen met glas;
  • Milled fibers: malen we de chopped strands tot zeer korte vezels, dan ontstaan milled fibers;
  • Tow: bundel van 1000 tot 160000 filamenten;
  • Braid: een kous die op een breimachine wordt vervaardigd. De kousen worden geleverd in verschillende diameters en gebruikt voor de aanmaak van leidingen.

Door verschillende factoren te wijzigen, kan een groot aantal kwaliteiten en soorten worden vervaardigd. Variaties zijn aan te brengen in lengte van de vezel, soort avivage, aantal filamenten en het weefselpatroon.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 6 Hoofdstuk 5 Blz 134 t/m 138

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.