Materialen 1
4 Materiaalfamilies
1. Metalen
2. Macromoleculaire materialen of Polymeren
3. Keramische materialen
4. Composieten
Tussen de kenmerken van elk van die groepen zijn er overlappingen en binnen elk groep
zijn er materialen met schitterende eigenschappen die echter (nog) niet bruikbaar zijn of die
(nog) niet te verwerken zijn tot bruikbare vormen.
1.Metalen
Metaal is een groep van chemische elementen die meestal glanzend, goed geleidend voor
elektriciteit en warmte zijn, en meestal een hoge dichtheid en sterkte hebben. Ze zijn vaak
vervormbaar (maleerbaar) en kunnen worden gesmolten en gegoten. Veelvoorkomende
metalen zijn ijzer, koper, aluminium en goud.
Meestal bestaan metalen uit een legering om ze sterker te maken.
- Mineralen die aan de aardkorst ontbonden worden.
- Goede geleider warmte en elektriciteit
- Makkelijk aantastbaar: corrosie? Inox, RVS (roestvrijstaal) roest niet
Indeling op ijzer gebaseerde metalen
Ferro metalen: basis materiaal is ijzer (belangrijke zijn staal en gietijzer)
Non-ferro metalen: basis materiaal is niet ijzer!
★ Lichte metalen:legeringen kleiner dan 4500kg/m3. (Aluminium, magnesium, titaan en
hun legeringen)
★ Zware metalen: legeringen groter dan 4500kg/m3. (Koper, zink, nikkel, wolfarm en hun
legeringen)
Edele metalen: zuivere metalen, deze worden in zuivere toestand niet aangetast door
zuivere lucht of door zuren. (Goud, Zilver, Platina
Materialen 1
1
,Legeringen: onzuivere metalen. Een combinatie van een metaal + een niet-metaal. Altijd 1
basis metaal + legeringselement. (om eigenschappen van basismetaal te verbeteren)
Basismetaal: atoomsoort in de legering, concentratie is het hoogst
Legeringselement: overige atoomsoorten of molecuulsoorten
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
Stijfheid is niet hetzelfde als sterkte
Een materiaal is stijf indien een grote kracht nodig is om het te vervormen. (bijvoorbeeld om
het rekken of om het te buigen)
Een materiaal is sterk indien er een grote kracht nodig is om het te breken. Niet alle stijve
materialen zijn daarom sterk, zo zijn er slappe metalen die zeer sterk zijn.
Eigenschappen Metalen
- Chemisch
- goede geleiders voor warmte en elektriciteit.
- plastisch vervormbaar.
- Ondoorzichtig
- harder bij koude vervorming.
- Glans
- onbrandbaar.
- voelen meestal koud aan.
- hoge smelttemperatuur.
- Corrosiegevoelig
- 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
Specifieke sterkte = sterkte (treksterkte) gedeeld door de dichtheid.
Hoe hoger specifieke stijfheid en specifieke sterkte, hoe lichter men product of constructie kan maken
2.Macromolecule materialen of polymeren
Hout, plastic, rubber, plexiglas,isomo,kurk
Polymeer: stoffen opgebouwd uit macromoleculen (ontstaan door aantal monomeren)
Bestaan uit:
1. De natuurlijke macromoleculaire materialen of natuurlijke polymeren.
= Hernieuwbare, onuitputtelijke materialen afkomstig van de natuur (hout, cellulose/
bamboe/ riet/ leer/ wol)
★ Zeer lange groeicyclus: spaarzaam gebruik van maken voorbeeld: Hout, tropisch hout…
★ Korte, eenjarige groeicyclus: CO2-neutrale materialen voorbeeld: Vlas, hennep…
Materialen 1
2
, 2. De synthetische polymeren of kunststoffen = opgebouwd met behulp van chemische
processen, geen natuurproducten, maar industriële producten afkomstig uit de
chemische industrie.
3.Keramische materialen(inclusief glasachtige materialen)
= (restcategorie) samengesteld uit metalen en niet metalen. zijn van anorganische oorsprong.
Klassieke keramische materialen hebben duidelijk herkenbare geologische afkomst. van aardkorst
onttrokken anorganische verbindingen. voorbeeld: Zand, klei, kalk… --> Deze worden verwerkt tot
bouwstenen, baksteen, porseleinen, beton…
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?
- 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
4. Composieten
Bestaan uit een matrix en een wapeningsmateriaal. = een combinatie van een matrix
(polymeren, metalen, keramieken) met versterkende vezels (jute, vlas, glas, koolstof,...)
Carbon, gewapend beton, bamboe, fiberglas (glasvezel versterkt polyyester)
Compositen zijn samengestelde materialen waarbij minstens twee materialen aanwezig zijn
(de matrix/massa, meest en de wapening, wat ertussen komt en zorgt dat matrix aan elkaar
geketend raakt) ze zijn sterk, we maken ze om de twee te laten samensmelten, ze zijn de
som van de eigenschappen van de elementen samen, en soms versterken ze elkaar zelf
meer dan enkel de som. hout is een natuurlijk composit
★ Composietmateriaal:Samenstelling van goede eigenschappen van verschillende materialen om
zo tot een interessant eindmateriaal te komen
○ Gewapend beton
★ Modern composiet (kunstmatig):Bestaat uit 2 of meerdere componenten waarvan de
eigenschappen meer presteren dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke
componenten ⇝ synergetisch effect.
○ Koolstofvezel versterkt epoxy
Materialen 1
3
, ★ Bio-composiet (natuurlijk):Het gebruik van natuurlijke vezels als wapeningen, zij combineren
goede mechanische eigenschappen met interessante ecologische voordelen (zijn
biodegradeerbaar en CO2-neutraal).
○ Pas als ze gecombineerd worden met een biopolymeer als matrix, bekomt men een
volledige bio-composiet.
○ Hout (cellulose + lignine)
Wat zijn kunststoffen?
= Synthetische macromoleculen die vooral van organische aard zijn die door plastische
vormgeving hun materiaalfunctie krijgen.
4 essentiële aspecten
1. Macromoleculair karakter: verbindingen van groot aantal atomen
2. Kunststoffen overwegend van organische aard: verbinding met koolstof
3. Ondergaan plastische vormgeving: een materie is plastisch wanneer men de positie van alle
materialen kan veranderen/vervormen
-technische fase tussen grondstof en eindproduct ≠ plastisch vervormen
4. Synthetische materialen: kunststoffen die opgebouwd zijn met behulp van chemische
processen (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
-
- Men gaat de natuur nabootsen in de opbouw van de structuur van de stof
- Grondstoffen zijn van carbochemische of petrochemische oorsprong
- Grondstoffen komen uit 2 industrie sectoren: steenkool en aardolie (bakeliet, PVC, plexi,…)
Materialen 1
4
