Materialen
2 bespreking van de materiaalklassen
2.1 de metalen
2.1.1 indeling van de metalen
Ferro metalen= materiaallegeringen met basismateriaal ijzer
• Belangrijke: staal, gietijzer
• Legeringen van ijzer en klein % koolstof
Non-ferro metalen= metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer
1. Lichte metalen= alle metalen en hun legeringen met een dichtheid lager dan 4500kg/m3
o Aluminium (Al) en zijn legeringen
o Magnesium (Mg) en zijn legeringen
o Titaan (Ti) en zijn legeringen: tussen licht en zwaar want 4700kg/m3
2. Zware metalen= alle metalen en hun legeringen met een dichtheid hoger dan 4500kg/m3
o Koper (Cu) en zijn legeringen
o Zink (Zn) en zijn legeringen
o Nikkel (Ni) en zijn legeringen
o Wolfram (W) en zijn legeringen
o Lood: 11 ton
• Edele metalen= metalen die in zuivere toestand niet worden aangetast door zuivere lucht of
door zuren
o Palladium
o Platina
o Goud
o Zilver
Legering= combinatie van 2 of meer metalen of van een of meer metalen met een niet metaal.
Bedoeling: eigenschappen basismetaal verbeteren
• Atoomsoort met hoogste concentratie in legering= basismetaal
• Overige atoomsoorten of moleculesoorten heten legeringselementen
• Meest toegepast in de praktijk
o Staal: legering van ijzer en koolstof met laag C-gehalte
o Gietijzer: legering van ijzer en koolstof met hoog C-gehalte
o Brons: legering van koper en tin (Sn)
2.1.2. Kenmerken en eigenschappen van de metalen
1. Chemisch: metalen zijn 1, 2 of 3 waardig
2. Goede geleiders voor warmte en elektriciteit
3. Plastisch vervormbaar
4. Ondoorzichtig
5. Worden harder bij koude vervorming
6. Bezitten een glans, vooral na polijsten, maar vele metalen bedekken zich in aanraking met
de lucht met een oxide laag waardoor ze dof schijnen
→ Edele metalen behouden glans
, 7. Meestal onbrandbaar
8. Voelen meestal koud aan
9. Hoge smelttemperatuur
10. Corrosiegevoelig: corrosievastheid van non-ferro metalen beter dan die van Ferro metalen
11. Hoge stijfheid en hoge sterkte
12. Metalen zijn zwaar, daardoor hebben ze een relatief lage specifieke sterkte en lage
specifieke stijfheid
• Specifieke stijfheid: stijfheid gedeeld door dichtheid
• Specifieke sterkte: sterkte gedeeld door dichtheid
• Hoe hoger specifieke sterkte en stijfheid hoe lichter een product of constructie
2.2 de macromoleculaire materialen of polymeren
Indelen in 2 groepen:
1. Natuurlijke macromoleculaire materialen of natuurlijke polymeren
2. Synthetische polymeren of kunststoffen
• Polymeer zijn stoffen opgebouwd uit macromoleculen. Deze macromoleculen ontstaan
door een aaneenrijging van een groot aantal kleinere eenheden= monomeren, tot lange
ketens of een ruimtelijk netwerk
2.2.1. De natuurlijke macromoleculaire materialen
• Afkomstig uit de levende natuur
▪ Bv. Hout, bamboe, riet, katoen, wol, …
• Hernieuwbare materialen dus onuitputtelijk
• Invloed op onze leefomgeving en ecologische voetafdruk
Onderscheid:
1. Materialen met lange groeicyclus: bv. Hout dus spaarzaam gebruiken
2. Materialen met korte groeicyclus: bv. Vlas of hennep hebben 1-jarige groeicyclus en leggen
CO2 vast tijdens groeicyclus= CO2 neutrale materialen
2.2.2. De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
• Opgebouwd met behulp van chemische processen
• Industriële producten afkomstig uit de industrie
Opdelen in 2 categorieën:
1. Half synthetische kunststoffen:
2. Vol synthetische kunststoffen: afgeleid van petroleum
2.3. De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
2.3.1. Algemeenheden
Keramische materialen:
• Samengesteld uit metalen en niet-metalen
• Anorganische oorsprong
• Klassieke keramische materialen: aan de aardkorst onttrokken anorganische verbindingen
▪ Bv. Zand, klei, kalk, …
▪ Worden verwerkt tot bv. Bouwstenen, bakstenen, porselein, beton, …
,2.3.2. Kenmerken en eigenschappen van keramische materialen
• Druksterkte en stabiele verbindingen
• Bestand tegen hoge temperaturen
• Corrosiebestendig
• Slecht geleidend voor warmte en elektriciteit
• Breekbaar en broos
• Niet bestand tegen schokken
• Helemaal niet bruikbaar onder trek- of buigspanning
2.4. De composieten
Bestaat uit:
1. Matrix: polymeren, metalen, keramieken
2. Wapeningsmateriaal: jute, vlas, glas, … --> versterkende vezels
Composietmateriaal= combinatie van 1 of meerder materialen met de bedoeling de interessante
eigenschappen van de samenstellende materialen te verenigen in 1 materiaal
▪ Bv. Gewapend beton: men gaat beton dat een goed druksterkte heet maar geen
trekkrachten verdraagt met staaldraad os staalstaven die een hoge treksterkte hebben
• Modern composiet= bestaat uit 2 of meerdere componenten waarvan de eigenschappen
meer presteren dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke componenten -->
synergetisch effect
▪ Bv. Koolstofvezel versterkt epoxy: koolstofvezel is bros, epoxy breekt ook makkelijk.
Deze 2 samen vormen 1 van de sterkste materialen
• Ook in de natuur composieten: hout is een composiet van cellulozevezels die
bijeengehouden worden door een matrix van lignine
• Composieten bestaan al lang maar werden nog niet altijd zo benoemd
▪ Glasvezelversterkte polyester bekend onder de naam van fiberglas of … maar niet onder
de naam composiet of polymeercomposiet: aan het niet benoemen van composieten
kwam een einde toen een glasvezelindustrie zich wilde ontdoen van het plasticimago
van glasvezelversterkte kunststoffen en de naam composites lanceerde. Werd in de
wetenschappelijke wereld vrij snel ingeburgerd na het succes van de koolstofvezel. De
erkenning als aparte materiaalfamilie kwam pas later.
• Bio-composieten: het gebruik van natuurlijke vezels als wapening. Ze combineren goede
mechanische eigenschappen met interessante ecologische voordelen. Ze zijn
biodegradeerbaar en CO2 neutraal. Pas als ze gecombineerd worden met een biopolymeer
als matrix, bekomt men een volledig bio-composiet
▪ Theekopjes ‘Time for tea’ waarin vezelige theeblaadjes als versterking ingebracht
werden in een matrix van rijstlijm. Product bestand maken tegen heet water: binnenkant
met natuurlijke Urushi-lak bedekt.
3. Wat zijn kunststoffen?
Definitie: kunststoffen of plastics zijn synthetische macromoleculaire stoffen, die overwegend van
organische aard zijn en die door plastische vormgeving hun materiaalfunctie verkrijgen.
→ 4 aspecten
1. Macromoleculair karakter:
o Opgebouwd uit grote moleculen= macromoleculen, dus opgebouwd uit groot aantal atomen
, 2. Overwegend van organische aard
o Koolstofverbindingen
o 1 grote uitzondering: siliconen, de hoofdstructuur bestaat uit silicium dus niet van
organische aard
3. Plastisch vervorming
o Ondergaan plastische vervorming van grondstof naar eindproduct of gebruiksvoorwerp
4. Synthetische materialen
o Kunststoffen zijn producten opgebouwd met behulp van chemische processen
o Industriële producten afkomstig uit de industrie
o Indelen in:
1) Half synthetische kunststoffen: bekomen door chemische modificaties van de in de
natuur aanwezige macromolecule. De grondstoffen zijn dus van vivo chemische
oorsprong bv. Cellulose uit hout of katoen, caseïne uit melk, ...
2) Vol synthetische kunststoffen:
➢ Macromolecule volledig opbouwen, uitgaand van kleine moleculen. Men gaat de
natuur nabootsen in de opbouw van de structuur van de stof.
➢ Stoffen zijn van carbochemische of van petrochemische oorsprong, de
grondstoffen komen uit 2 grote industriesectoren: steenkoolindustrie en
aardolie-industrie.
➢ De meeste kunststoffen worden van petroleum afgeleid.
4.indeling van de vol synthetische kunststoffen
3 grote groepen:
1. Thermoplastische kunststoffen= thermoplasten
2. Therm hardende kunststoffen= thermoharders
3. Elastomeren= kunstrubbers
4.1. De thermoplasten
= kunststoffen die, nadat de macromoleculen gevormd zijn, bij normale temperatuur vast zijn, maar
bij temperatuursverhoging week en zacht worden om bij afkoeling opnieuw hun vormvastheid te
verkrijgen
Structuur: opgebouwd uit lineaire macromoleculen, al of niet vertakt
▪ PE= polyetheen
▪ PP= polypropyleen
▪ PS= polystyreen
Hoofdeigenschappen van de thermoplasten en de consequentie daarvan op de vormgeving
• Hoofdeigenschap= thermoplasticiteit: thermoplast wordt plastisch onder invloed van
warmte. Als je hem afkoelt wordt hij weer hard --> proces blijven herhalen, behalve als het
oververhit
→ Ontledingstemperatuur= de temperatuur waarbij de macromoleculen uit elkaar vallen,
waardoor het materiaal gaat ontbinden en zijn kenmerkende eigenschappen verliest
• Van thermoplasticiteit wordt gebruik gemaakt de verwerking van thermoplasten: wanneer
men op een thermpoplast die week gemaakt wordt onder invloed van warmte, een druk
gaat uitoefenen, glijden de lineaire macromoleculen over elkaar tot de stof de vorm
