Versterkingsmaterialen

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

Na de productie wordt er een appret op de vers gevormde glasvezel aangebracht. Deze verbindt de filamenten met elkaar, beschermt het oppervlak en fungeert als hechtmiddel voor de matrix.

Koolstof- of C-vezels bestaan voor meer dan 90% uit zuivere koolstof en hebben een diameter van 5-10 micrometer.
Als grondstof worden doorgaans PAN (polyacrylonitrilvezels), pek of cellulose gebruikt.

Bijzondere eigenschappen

• zeer hoge sterkte tot ca. 2.500 °C
• zeer anisotroop
• negatieve thermische uitzetting in de vezelrichting
• thermisch en elektrisch geleidend
• goede biocompatibiliteit
• gevoelig voor knikken en druk
• zeer corrosiebestendig
• zeer duur

Na de productie worden C-vezels aan een oppervlaktebehandeling onderworpen. Daarbij wordt het oppervlak geoxideerd om een zo groot mogelijk aantal oppervlakteoxiden te genereren, die chemische bindingen kunnen aangaan met het matrixsysteem. Het oppervlak van de vezels wordt onmiddellijk na de voorbehandeling voorzien van de vezelafwerking. Dit is een stof die in de eerste plaats de hechting van water aan het actieve oppervlak moet voorkomen en die de functionele groepen bevat voor de binding aan het matrixsysteem.

Aramidevezels (Kevlar) zijn lineaire, organische polymeren met een hoge sterkte en stijfheid. Net als de C-vezel vertoont de aramidevezel vanwege de hoge moleculaire oriëntatie een negatieve thermische uitzettingscoëfficiënt (entropie-effect).

Bijzondere eigenschappen

• lichtste versterkingsvezel
• zeer drukgevoelig
• sterk anisotroop
• hoge vochtopname
• Gevoeligheid voor UV-straling
• slechte hechting aan de matrix
• moeilijk te bewerken
• zeer duur

Het oppervlak van de aramidevezel is chemisch inert en zeer glad. Daardoor is chemische of mechanische hechting aan de matrix grotendeels uitgesloten. De aangebrachte appretuur heeft hier louter een beschermende functie.

Basaltvezels worden vervaardigd uit gesmolten basaltgesteente en tot doorlopende filamenten getrokken. Ze zijn mineraal en niet-metaalhoudend. Als versterkingsmateriaal zijn ze onder andere verkrijgbaar in de vorm van rovings, matten, weefsels en geweven stoffen.

Bijzondere eigenschappen

• hoge temperatuur- en chemicaliënbestendigheid
• goede mechanische sterkte en stijfheid
• elektrisch isolerend
• goede vochtbestendigheid
• afhankelijk van de vezelstructuur goede geluids- en trillingsdemping
• minerale grondstof

Voor pultrusie zijn vooral geschikte basaltrovings van belang. De verwerkbaarheid en de uiteindelijke eigenschappen van het onderdeel hangen onder andere af van de appret, het harssysteem, het vezelgehalte en de geometrie van het onderdeel.

Cellulosevezel

De cellulosevezel behoort tot de groep van organische versterkingsvezels. Deze bestaat doorgaans uit sulfietcellulose van beukenhout of uit zuivere katoencellulose.

In de beginjaren van de vezelcomposiettechnologie werd deze vezel gebruikt voor het versterken van fenolharsen. Ook vandaag de dag is ze nog steeds te vinden in producten van fenolhardpapier.

Pan-vezel

De polyacrylonitrilvezel behoort tot de groep van synthetische organische versterkingsvezels.
De PAN-vezel is een zeer sterke vezel met een niervormige dwarsdoorsnede. Deze wordt vooral gebruikt als vervangingsmateriaal in asbestcementproducten en in remblokken.

Polyethyleenvezel

De polyethyleenvezel behoort tot de groep van synthetische organische versterkingsvezels.

De PE-vezel bestaat uit sterk uitgerekt UHMW-PE. Het smeltpunt ligt bij ca. 150 °C en de vezel vertoont de neiging tot kruip. De vezel heeft echter een hoog absorptievermogen voor slagenergie en wordt bij voorkeur als hybride materiaal (in combinatie met andere versterkingsvezels) toegepast.

Keramische vezel

De keramische vezel behoort tot de groep van synthetisch-anorganische versterkingsvezels.
De keramische vezel wordt gebruikt voor het versterken van metalen materialen

Houtvezel

De houtvezel behoort tot de groep van natuurlijke organische versterkingsvezels.

Houtmeel dat wordt gebruikt voor het versterken van fenolformaldehyde- en melamineformaldehyde-vormmassa's bestaat doorgaans uit fijngemalen houtvezels van sparren- of beukenhout.

Polyestervezels (PET)

Polyestervezels behoren tot de groep van organisch-synthetische versterkingsvezels.
Ze worden voornamelijk gebruikt voor textiel. De treksterkte komt ongeveer overeen met die van polyamidevezels, maar de slagvastheid overtreft die van de meeste synthetische vezels. Wanneer ze in combinatie met glasvezels worden verwerkt, leidt dit in composietmaterialen tot een verbetering van de slagvastheid.

Asbestvezel

De asbestvezel behoort tot de groep van anorganische natuurlijke versterkingsvezels.

Asbest is de oudste anorganische vezelstof en werd gewonnen uit natuurlijke minerale afzettingen (gehydrateerde Mg- en Na-silicaten). Om bekende redenen worden deze vezels tegenwoordig niet meer gebruikt en zijn ze vervangen door andere materialen.

Metaalvezel

Metaalvezels behoren tot de groep van synthetisch-anorganische versterkingsvezels.
Metaalvezels kunnen worden vervaardigd uit staal, messing, brons, koper, aluminium, zilver, goud en platina.
Metaalvezels worden gebruikt voor het versterken van metalen materialen.

Sisalvezel

Sisalvezel behoort tot de groep van natuurlijke organische versterkingsvezels.

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

Pas toen er werd gezocht naar een alternatief voor asbest bij de productie van remblokken, kwam sisal weer in beeld.

Polyamidevezel

De polyamidevezel behoort tot de groep van synthetische organische versterkingsvezels.

De technisch belangrijkste polyamidevezels zijn gebaseerd op PA 66 en PA 6. In composietmaterialen verbeteren ze vooral de elasticiteit en de kruipweerstand.

Boorvezel

De boorvezel behoort tot de groep van synthetische anorganische versterkingsvezels.

De boorvezel wordt vervaardigd volgens het wax-up-proces. Wolfraam dient als substraat. Een dunne wolfraamdraad wordt elektrisch verwarmd, waarna het boor uit de gasfase neerslaat.

Boorvezels worden gebruikt voor het versterken van metalen.

Whiskers

Whisker behoort tot de groep van synthetische anorganische versterkingsmaterialen.
Whiskers zijn synthetisch vervaardigde monokristallijne anorganische vezels. Als het lukt om deze vezels in een smelt te oriënteren, ontstaat er een composietmateriaal met een enorme sterkte.