MATERIALEN DEEL 1
INLEIDING
4 materiaalfamilies:
- Metalen
- Macromoleculaire metalen of polymeren
- Keramische metalen
- Composieten
MATERIAALKLASSEN
METALEN
INDELING METALEN (op ijzer gebaseerde metalen)
Ferro
metalen Zware Edele
Metalen
Non-ferro metalen metalen
metalen Lichte
metalen
Ferro metalen = algemene benaming voor metaallegeringen waarvan basismateriaal ijzer is.
Non-ferro metalen = alle metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer.
- Lichte metalen = alle metalen en hun legeringen met een dichtheid lager dan 4500kg/m3.
Aluminium, magnesium, titaan en hun legeringen
- Zware metalen = alle metalen en hun legeringen met een dichtheid groter dan 4500kg/m3.
Koper, zink, nikkel, wolfarm en hun legeringen
§ Edele metalen = metalen die in zuivere toestand niet worden aangetast door zuivere lucht of door
zuren.
LEGERINGEN
= Een combinatie van 2 of meer metalen of van één of meer metalen met een niet metaal. Met de
bedoeling om op die manier de eigenschappen van het basismetaal te verbeteren.
BASISMETAAL Atoomsoort in de legering, waarvan de concentratie het hoogst is.
LEGERINGELEMENTEN Overige atoom soorten of molecuul soorten.
Bv. Staal: legering van ijzer & koolstof met een laag C-gehalte
Bv. Gietijzer: legering van ijzer & koolstof met een hoog C-gehalte
Bv. Brons: legering van koper & tin
KENMERKEN EN EIGENSCHAPPEN VAN METALEN
- Chemisch gezien worden metalen gekenmerkt doordat ze meestal 1-, 2- of 3-waardig zijn.
- Metalen zijn goede geleiders voor warmte en elektriciteit.
- Metalen zijn plastisch vervormbaar.
- Ondoorzichtig: geen enkel metaal is lichtdoorlatend.
- Metalen worden harder bij vervorming.
- Metalen bezitten glans, vooral na polijsten, maar vele metalen bedekken zich in aanraking met lucht
met een oxide laag waardoor ze dof schijnen (edele metalen behouden glans).
- Meestal onbrandbaar.
- Metalen voelen meestal koud aan.
1
,- Metalen hebben een hoge smelttemperatuur.
- Metalen zijn corrosiegevoelig. Over het algemeen is de corrosievastheid beter van non-ferro metalen
dan van die van ferro metalen.
- Metalen bezitten een hogen stijfheid en een hoge sterkte.
Stijf = indien een grote kracht nodig is om het te vervormen.
Sterk = indien er een grote kracht nodig is om het te breken.
- Metalen zijn zwaar, daardoor hebben ze een relatief lage specifieke sterkte en lage specifieke stijfheid.
Specifieke stijfheid = stijfheid (elasticiteitsmodulus) gedeeld door de dichtheid, dit is een goede
maat voor de gewichtsefficiëntie van een constructiemateriaal.
Specifieke sterkte = sterkte (treksterkte) gedeeld door de dichtheid.
MACROMOLECULAIRE MATERIALEN of POLYMEREN
Natuurlijke
polymeren
Polymeren
Kunststoffen
- De natuurlijke macromoleculaire materialen of natuurlijke polymeren
- De synthetische polymeren of kunststoffen
POLYMEER
= een samenvoeging van de Griekse woorden “poly” dat “veel” betekent, en “meros” dat “deel” betekent.
= stoffen opgebouwd uit macromoleculen. Deze macromoleculen ontstaan door een aaneenrijging van
een groot aantal kleinere eenheden, monomeren genoemd, tot lange ketens of tot een ruimtelijk
netwerk.
NATUURLIJKE MACROMOLECULAIRE MATERIALEN of NATUURLIJKE POLYMEREN
- Afkomstig uit de levende natuur
- Hernieuwbare materialen en in principe onuitputtelijk
Hout (cellulose), bamboe, riet, leer, wol, zijde, rubber, kurk…
§ Zeer lange groeicyclus: spaarzaam gebruik van maken
Hout, tropisch hout…
§ Korte, eenjarige groeicyclus: CO2-neutrale materialen = leggen CO2 vast tijdens het groeiproces,
hetzelfde koolstofdioxide dat eventueel uitgestoten werd tijdens hun verwerking tot en/of
gebruik als natuurlijke plastics
Vlas, hennep…
SYNTHETISCHE MACROMOLECULAIRE MATERIALEN of KUNSTSTOFFEN
= synthetische materialen opgebouwd met behulp van chemische processen, geen natuurproducten, maar
industriële producten afkomstig uit de chemische industrie.
2
,KERAMISCHE MATERIALEN (inclusief glasachtige materialen)
ALGEMEEN
Keramische materialen zijn samengesteld uit metalen en niet metalen. Ze zijn van anorganische
oorsprong.
Klassieke keramische materialen hebben meestal een duidelijk herkenbare geologische afkomst. Het zijn
de van de aardkorst onttrokken anorganische verbindingen.
Zand, klei, kalk…
⇝ Deze worden verwerkt tot bouwstenen, baksteen, porseleinen, beton…
KENMERKEN EN EIGENSCHAPPEN
- Druksterkte en stabiele verbindingen
- Bestand tegen hoge temperaturen
- Corrosiebestendig
- Slechte geleiding, zowel voor warmte als voor elektriciteit
- Breekbaar en broos
- Niet bestand tegen schokken
- Helemaal niet bruikbaar onder trek- of buigspanning
WAT IS GLAS?
GLAS
- Een anorganisch materiaal dat vanuit de gesmolten toestand door afkoelen in vaste toestand
overgaat zonder te kristalliseren
- Is een vloeistof, waarvan de viscositeit zo hoog is dat het bij gewone temperatuur de stijfheid en de
mechanische weerstand bezit van een vaste stof.
= onderkoelde vloeistof
- Een niet-kristallijn of amorf materiaal
- Heeft geen smeltpunt, maar bezit een smelttraject
COMPOSIETEN
COMPOSIETEN
Composieten bestaan uit een matrix en een wapeningsmateriaal
= een combinatie van een matrix (polymeren, metalen, keramieken) met versterkende vezels (jute, vlas,
glas, koolstof…) of andere materialen
Een combinatie van 1 of meer materialen, met de bedoeling interessante
eigenschappen van de samenstellende materialen te verenigen in 1
COMPOSIETMATERIAAL materiaal. Het geheel is dan de optelsom van de goede eigenschappen van
de componenten.
Bv. Gewapend beton
Bestaat uit 2 of meerdere componenten waarvan de eigenschappen meer
presteren dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke
MODERN COMPOSIET componenten ⇝ synergetisch effect.
Bv. Koolstofvezel versterkt epoxy
Het gebruik van natuurlijke vezels als wapeningen, zij combineren goede
mechanische eigenschappen met interessante ecologische voordelen (zijn
biodegradeerbaar en CO2-neutraal).
BIO-COMPOSIETEN Pas als ze gecombineerd worden met een biopolymeer als matrix, bekomt
men een volledige bio-composiet.
Bv. Theekopjes: vezelige theeblaadjes als versterking ingebracht werden in
een matrix van rijstlijm (zetmeel)
3
, WAT ZIJN KUNSTSTOFFEN?
Half
synthetische
kunststoffen
Kunststoffen
Vol
synthetische
kunststoffen
= synthetische macromoleculaire stoffen, die overwegend van organische aard zijn en die door plastische
vormgeving hun materiaalfunctie verkrijgen.
4 essentiële aspecten:
MACROMOLECULAIR KARAKTER
- Kunststoffen opgebouwd uit “zeer grote” moleculen, macromoleculen
- “zeer groot”: moleculen van deze materialen zijn opgebouwd uit een zeer groot aantal atomen
KUNSTSTOFFEN OVERWEGEND VAN ORGANISCHE AARD
- Kunststoffen zijn koolstofverbindingen, dus organische stoffen ≠ levende natuur
- 1 grote uitzondering, namelijk de groep siliconen, waarvan de hoofdstructuur niet van organische
aard is, maar bestaat uit silicium en zuurstof
ONDERGAAN PLASTISCHE VORMGEVING
- Een materie is plastisch wanneer men de positie van alle materie kan veranderen/vervormen
- Materialen ondergaan ergens op de weg van grondstof naar eindproduct of gebruiksvoorwerp een
fase van plastische vormgeving ≠ plastisch vervormen
SYNTHETISCHE MATERIALEN
- Producten gebouwd met behulp van chemische producten ≠ natuurproducten, maar industriële
producten
HALF SYNTHETISCHE KUNSTSTOFFEN
- Kunststoffen bekomen door chemische modificaties van de in de natuur aanwezige macromolecule
- Grondstoffen zijn van vivochemische oorsprong (afkomstig uit levende natuur)
Cellulose uit hout of katoen, caseïne uit melk…
VOL SYNTHETISCHE KUNSTSTOFFEN
- Kunststoffen waarbij men niet meer vertrekt van de in de natuur aanwezige macromoleculen, maar
de macromolecule volledig opbouwt uitgaande van kleine moleculen
- Men gaat de natuur nabootsen in de opbouw van de structuur van de stof
- Grondstoffen zijn van carbochemische of petrochemische oorsprong
4
