Versterkende materialen

Textielvezel is de verzamelnaam voor fijne vezels gesponnen uit gesmolten glas met een bijna ronde dwarsdoorsnede. Textielglas wordt vervaardigd uit hoogwaardig E-glas en, voor speciale toepassingen, ook uit R-glas en C-glas. De relatief hoge sterkte en elasticiteitsmodulus zijn het resultaat van de sterke bindingen tussen silicium en zuurstof in een ruimtelijk netwerk. Door hun amorfe structuur zijn glasvezels isotroop in tegenstelling tot koolstof- of aramidevezels.

Na de productie wordt een lijming aangebracht op de vers gevormde glasvezel. Dit bindt de filamenten, beschermt het oppervlak en fungeert als bindmiddel voor de matrix.

Koolstof- of C-vezels bestaan voor meer dan 90% uit zuivere koolstof en hebben een diameter van 5-10 micrometer. PAN (polyacrylonitrylvezels), pek of cellulose worden meestal gebruikt als uitgangsmateriaal.

Speciale eigenschappen

• Hoge sterkte tot ongeveer 2.500°C
• zeer anisotroop
• negatieve thermische uitzetting in vezelrichting
• thermisch en elektrisch geleidend
• goede fysische compatibiliteit
• gevoelig voor knikken en druk
• zeer corrosiebestendig
• erg duur

Na de productie krijgen C-vezels een oppervlaktebehandeling. Het oppervlak wordt geoxideerd om zoveel mogelijk oppervlakteoxides te produceren die chemische bindingen kunnen vormen met het matrixsysteem. Het oppervlak van de vezels wordt onmiddellijk na de voorbehandeling voorzien van een vezelafwerking. Dit is een substantie die in eerste instantie de ophoping van water op het actieve oppervlak voorkomt en functionele groepen bevat voor binding met het matrixsysteem.

Aramidevezels (Kevlar) zijn lineaire, organische polymeren met een hoge sterkte en stijfheid. Net als C-vezels hebben aramidevezels een negatieve thermische uitzettingscoëfficiënt door hun hoge moleculaire oriëntatie (entropie-effect).

Speciale eigenschappen

• lichtste versterkende vezel
• zeer gevoelig voor druk
• zeer anisotroop
• hoge vochtopname
• UV-gevoelig
• slechte hechting aan de matrix
• slechte bewerkingseigenschappen
• erg duur

Het oppervlak van de aramidevezel is chemisch inert en zeer glad. Chemische of mechanische hechting aan de matrix is daarom grotendeels uitgesloten. De aangebrachte coating heeft hier alleen een beschermende functie.

Cellulosevezel

Cellulosevezel behoort tot de groep van organische versterkende vezels. Het bestaat meestal uit sulfietpulp van beukenhout of pure katoencellulose.

In de begindagen van de vezelcomposiettechnologie werd deze vezel gebruikt om fenolharsen te versterken. Vandaag de dag is het nog steeds te vinden in fenolpapierproducten.

Pan Vezel

Polyacrylonitrilvezel behoort tot de groep synthetische organische versterkende vezels. PAN-vezel is een vezel met een hoge sterkte en een niervormige dwarsdoorsnede. Het wordt voornamelijk gebruikt als vervangingsmateriaal voor asbestcementproducten en in remvoeringen.

Polyethyleenvezel

Polyethyleenvezel behoort tot de groep synthetische organische versterkende vezels.

De PE-vezel bestaat uit sterk uitgerekt UHMW PE. Het smeltpunt ligt bij ongeveer 150°C en het heeft de neiging om te kruipen. Het heeft echter een hoge absorptiecapaciteit voor impactenergie en wordt bij voorkeur gebruikt als hybride materiaal (in combinatie met andere versterkende vezels).

Keramische vezels

Keramische vezels behoren tot de groep van synthetische anorganische versterkende vezels. Keramische vezels worden gebruikt om metalen materialen te versterken

Houtvezel

Houtvezel behoort tot de groep van natuurlijke organische versterkende vezels.

Houtmeel dat wordt gebruikt om fenolformaldehyde- en melamineformaldehyde-modelleerverbindingen te versterken, zijn meestal fijngemalen houtvezels gemaakt van sparren- of beukenhout.

Polyestervezels (PET)

Polyestervezels behoren tot de groep van organisch-synthetische versterkende vezels. Ze worden voornamelijk gebruikt voor textiel. De treksterkte komt ongeveer overeen met die van polyamidevezels, maar is hoger dan de slagvastheid van de meeste synthetische vezels. In combinatie met glasvezels in composietmaterialen leidt dit tot een verbetering van de slagvastheid.

Asbestvezel

Asbestvezels behoren tot de groep anorganische natuurlijke versterkende vezels.

Asbest is het oudste anorganische vezelmateriaal en werd verkregen uit natuurlijke minerale afzettingen (gehydrateerde Mg- en Na-silicaten). Om bekende redenen worden ze tegenwoordig niet meer gebruikt en worden ze vervangen.

Metaalvezels

Metaalvezels behoren tot de groep synthetische anorganische versterkingsvezels. Metaalvezels kunnen worden gemaakt van staal, messing, brons, koper, aluminium, zilver, goud en platina. Metaalvezels worden gebruikt om metalen materialen te versterken.

Sisalvezels

Sisalvezel behoort tot de groep van natuurlijke organische versterkende vezels.

Ondanks de lagere prijs in vergelijking met glasvezel kon het zich echter niet vestigen.

Pas toen er een vervanger voor asbest werd gezocht bij de productie van remvoeringen, kwam sisal weer in de gunst.

Polyamidevezel

Polyamidevezels behoren tot de groep synthetische organische versterkende vezels.

De technisch belangrijkste polyamidevezels zijn gebaseerd op PA 66 en PA 6, die met name de elasticiteit en de sporingweerstand verbeteren.

Boorvezel

Boorvezel behoort tot de groep synthetische anorganische versterkende vezels.

Boriumvezel wordt geproduceerd met behulp van het wasproces. Als substraat wordt wolfraam gebruikt. Een dunne wolfraamdraad wordt elektrisch verhit en het boor slaat neer uit de gasfase.

Boorvezels worden gebruikt om metalen te versterken.

Whisker

Whiskers behoren tot de groep van synthetische anorganische versterkende materialen. Whiskers zijn synthetisch geproduceerde monokristallijne anorganische vezels. Als het mogelijk is om deze vezels te oriënteren met een smelt, wordt een composietmateriaal met een enorme sterkte verkregen.