Materialen 1
Gustavo Mulhall
DEEL 1: DE MATERIALEN
1. INDELING VAN DE MATERIALEN IN MATERIAALKLASSEN OF
MATERIAALFAMILIES
- 4 materiaalfamilies:
o Metalen
o Macromoleculaire materialen of polymeren
o Keramische materialen
o Composieten
2. BESPREKING VAN DE MATERIAALKLASSEN
2.1 De metalen
2.1.1 Indeling van de metalen
o Ferro metalen= de algemene benaming voor materiaallegeringen waarvan het
basismateriaal ijzer is (ijzer en een klein procent koolstof)
Vb: staal en gietijzer
o 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
Vb: aluminium, magnesium, titaan en hun legeringen
▪ Zware metalen= alle metalen en hun legeringen met een dichtheid hoger
dan 4500kg/m3
Vb: koper, zink, nikkel, wolfram en hun legeringen
• Edele metalen= metalen die in zuivere toestand niet worden
aangetast door zuivere lucht of zuren
Vb: palladium, platina, goud en zilver
o Legering= is een combinatie van twee of meer metalen of van een of meer
metalen met een niet metaal met als bedoeling de eigenschappen van het
basismateriaal te verbeteren. Die atoomsoort in de legering, waarvan de
concentratie het hoogst is, heet het basismateriaal. De overige atoomsoorten of
molecuul soorten heet legeringselementen
➔ Meeste metalen toegepast in praktijk zijn
legeringen
2.1.2 Kenmerken en eigenschappen van de metalen
o Chemisch gekenmerkt doordat ze meestal 1-,2- of 3- waardig zijn
o Goede geleiders voor warmte en elektriciteit
o Plastisch vervormbaar
o Ondoorzichtig
o Worden harder bij koude vervorming
o Bezitten een glans
o Voelen meestal koud aan
o Meestal onbrandbaar
o Hoge smelttemperatuur
o Corrosiegevoelig
o Hoge stijfheid en hoge sterkte
o Zwaar
▪ Specifieke stijfheid= de stijfheid (elasticiteitsmodulus) gedeeld door de
dichtheid
▪ Specifieke sterkte= de sterkte (de treksterkte) gedeeld door de dichtheid
➔ Hoe hoger de specifieke stijfheid en specifieke
sterkte, hoe lichter men een product of een
constructie kan maken
1
,2.2 De macromoleculaire materialen of polymeren
- Polymeren= 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
o Natuurlijke macromoleculaire materialen/natuurlijke polymeren
o Synthetische polymeren/kunststoffen
▪ Half synthetische kunststoffen
▪ Vol synthetische kunststoffen
2.2.1 De natuurlijke macromoleculaire materialen
o Afkomstig uit levende natuur
o Hernieuwbare materialen dus in principe onuitputtelijk
o Co2-neutrale materialen= leggen Co2 vast tijdens hun groeiproces, hetzelfde
koolstofdioxide dat eventueel uitgestoten werd tijdens hun verwerking tot en/of
gebruik als natuurlijke plastics
2.2.2 De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
o Opgebouwd met behulp van chemische processen dus industriële producten
afkomstig uit de chemische industrie vandaar de naam kunst(matige)stof
▪ Half synthetische kunststoffen
▪ Vol synthetische kunststoffen
2.3 De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
2.3.1 Algemeenheden
o Keramische materialen= zijn samengesteld uit metalen en niet metalen, ze zijn
van anorganische oorsprong
o Klassieke keramische materialen hebben meestal een duidelijke herkenbare
geologische afkomst, het zijn aan de aardkost onttrokken anorganische
verbindingen
Vb: zand, klei, gesteenten, kalk worden verwerkt tot glas, pleisterwerk, beton,
cement…
2.3.2 Kenmerken en eigenschappen van de keramische materialen
o Druksterkte en stabiele verbindingen
o Bestand tegen hoge temperaturen
o Corrosiegevoelig
o Slecht geleidend
o Breekbaar en broos
o Niet bestand tegen schokken
o Niet bruikbaar onder trek- of buigspanning
2.3.3 Wat is glas?
o Glas= een anorganisch materiaal dat vanuit de gesmolten toestand door
afkoelen in een vaste toestand overgaat zonder te kristalliseren
o Glas is een niet kristallijn of amorf materiaal
o Glas is een ondergekoelde vloeistof
▪ Glas is dus een vloeistof, waarvan de viscositeit zo hoog is dat het bij
gewone temperatuur de stijfheid en de mechanische weerstand bezit
van een vaste stof -> ondergekoelde vloeistof
o Glas heeft geen smeltpunt, wel smelttraject
2.4 De composieten
- Composiet: bestaat uit een matrix en wapeningsmateriaal
- Composietmateriaal= een combinatie van een of meerdere materialen, met de bedoeling
de interessante eigenschappen van de samenstellende materialen te verenigen in 1
materiaal (additieve effect). Het geheel is dan niets anders dan de optelsom van de goede
eigenschappen van de componenten
Vb: gewapend beton
- Modern composiet= bestaat uit twee of meerdere componenten waarvan de
eigenschappen meer presteren dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke
componenten -> synergetisch effect
Vb: koolstofvezelversterkt epoxy
- Bio-composiet= gebruik van natuurlijke vezels als wapening, zij combineren goede
mechanische eigenschappen met interessante ecologische voordelen
Vb: theekopjes ‘Time for Tea’ Paul James Lighterness
2
, 3. WAT ZIJN KUNSTSTOFFEN
- Kunststoffen= synthetische macromoleculaire stoffen, die overwegend van organische
aard zijn en die door de plastische vormgeving hun materiaalfunctie verkrijgen
- 4 essentiële aspecten:
o Macromoleculair karakter (opgebouwd uit zeer groot aantal atomen)
o Organische aard (kunststoffen zijn koolstofverbindingen, dus organische stoffen !1
uitzondering nl de siliconen)
o Fase van plastische vormgeving ondergaan
o Synthetische materialen
- Half synthetische kunststoffen= kunststoffen bekomen door chemische modificaties van
de in de natuur aanwezige macromolecule
- Vol synthetische kunststoffen= kunststoffen waarbij men niet meer vertrekt van de in
natuur aanwezige macromoleculen maar de macromolecule volledig opbouwt uitgaande
van kleine moleculen -> gaat de natuur nabootsen in de opbouw van de structuur van de
stof
o Thermoplasten
o Thermoharders
o Kunstrubbers/ elastomeren
4. INDELING VAN DE VOL SYNTHETISCHE KUNSTSTOFFEN
- Thermoplasten
- Thermoharders
- Elastomeren of kunstrubbers
4.1 Thermoplasten
- 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
Vb: polyetheen (PE), polypropyleen (PP), polystyreen (PS), polycarbonaat (PC),
polyvinylchloride (PVC), polymethylmetacrylaat (PMMA)
- Opgebouwd uit lineaire moleculen, al of niet vertakt
- Plastisch onder invloed van warmte, bij afkoelen terug hard
- Ontledingstemperatuur= de temperatuur waarbij de macromoleculen uit elkaar vallen,
waardoor het materiaal gaat ontbinden en zijn kenmerkende eigenschappen verliest
4.2 Thermoharders
- Thermoharders= kunststoffen die, nadat de macromolecule gevormd is, vast en hard zijn
en door temperatuursverhoging achteraf niet meer kunnen worden verweekt. Ze zijn
onsmeltbaar
Vb: fenolformaldehyde (PF), ureumformaldehyde (UF), onverzadigde polyester (UP),
epoxyhars (EP), polyurethaan (PUR)
- Eenmaal product gevormd, niet meer zacht of vloeibaar gemaakt door verwarming
- Opgebouwd uit driedimensionale macromoleculen, ze bestaan uit netwerken van ketens
- Vormgeving gebeurt tijdens het vormen van de macromolecule
- Tijdens uitharding, thermoharders over van een vloeibare toestand in een vaste vorm
4.3 Elastomeren
- Elastomeren= tussenvorm van thermoplasten en thermoharders
Vb: styreenbutadieenrubber (SBR), polyurethaanrubber (PUR), siliconenrubber
- Gekenmerkt door een netstructuur met wijde mazen
- Voor de ‘netvorming’ -> thermoplastische eigenschappen
- Nadat het opgebouwd is door vulkaniseren -> niet meer te verweken door
temperatuursverhoging
- Vulkaniseren= het verhitten van rubber met zwavel waardoor er een aantal
dwarsverbindingen (bruggen) ontstaan tussen de verschillende ketens en de rubber zijn
sterkte verkrijgt en zijn typische elastische eigenschappen
- Typerend is hun rubber elastisch gedrag
3
Gustavo Mulhall
DEEL 1: DE MATERIALEN
1. INDELING VAN DE MATERIALEN IN MATERIAALKLASSEN OF
MATERIAALFAMILIES
- 4 materiaalfamilies:
o Metalen
o Macromoleculaire materialen of polymeren
o Keramische materialen
o Composieten
2. BESPREKING VAN DE MATERIAALKLASSEN
2.1 De metalen
2.1.1 Indeling van de metalen
o Ferro metalen= de algemene benaming voor materiaallegeringen waarvan het
basismateriaal ijzer is (ijzer en een klein procent koolstof)
Vb: staal en gietijzer
o 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
Vb: aluminium, magnesium, titaan en hun legeringen
▪ Zware metalen= alle metalen en hun legeringen met een dichtheid hoger
dan 4500kg/m3
Vb: koper, zink, nikkel, wolfram en hun legeringen
• Edele metalen= metalen die in zuivere toestand niet worden
aangetast door zuivere lucht of zuren
Vb: palladium, platina, goud en zilver
o Legering= is een combinatie van twee of meer metalen of van een of meer
metalen met een niet metaal met als bedoeling de eigenschappen van het
basismateriaal te verbeteren. Die atoomsoort in de legering, waarvan de
concentratie het hoogst is, heet het basismateriaal. De overige atoomsoorten of
molecuul soorten heet legeringselementen
➔ Meeste metalen toegepast in praktijk zijn
legeringen
2.1.2 Kenmerken en eigenschappen van de metalen
o Chemisch gekenmerkt doordat ze meestal 1-,2- of 3- waardig zijn
o Goede geleiders voor warmte en elektriciteit
o Plastisch vervormbaar
o Ondoorzichtig
o Worden harder bij koude vervorming
o Bezitten een glans
o Voelen meestal koud aan
o Meestal onbrandbaar
o Hoge smelttemperatuur
o Corrosiegevoelig
o Hoge stijfheid en hoge sterkte
o Zwaar
▪ Specifieke stijfheid= de stijfheid (elasticiteitsmodulus) gedeeld door de
dichtheid
▪ Specifieke sterkte= de sterkte (de treksterkte) gedeeld door de dichtheid
➔ Hoe hoger de specifieke stijfheid en specifieke
sterkte, hoe lichter men een product of een
constructie kan maken
1
,2.2 De macromoleculaire materialen of polymeren
- Polymeren= 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
o Natuurlijke macromoleculaire materialen/natuurlijke polymeren
o Synthetische polymeren/kunststoffen
▪ Half synthetische kunststoffen
▪ Vol synthetische kunststoffen
2.2.1 De natuurlijke macromoleculaire materialen
o Afkomstig uit levende natuur
o Hernieuwbare materialen dus in principe onuitputtelijk
o Co2-neutrale materialen= leggen Co2 vast tijdens hun groeiproces, hetzelfde
koolstofdioxide dat eventueel uitgestoten werd tijdens hun verwerking tot en/of
gebruik als natuurlijke plastics
2.2.2 De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
o Opgebouwd met behulp van chemische processen dus industriële producten
afkomstig uit de chemische industrie vandaar de naam kunst(matige)stof
▪ Half synthetische kunststoffen
▪ Vol synthetische kunststoffen
2.3 De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
2.3.1 Algemeenheden
o Keramische materialen= zijn samengesteld uit metalen en niet metalen, ze zijn
van anorganische oorsprong
o Klassieke keramische materialen hebben meestal een duidelijke herkenbare
geologische afkomst, het zijn aan de aardkost onttrokken anorganische
verbindingen
Vb: zand, klei, gesteenten, kalk worden verwerkt tot glas, pleisterwerk, beton,
cement…
2.3.2 Kenmerken en eigenschappen van de keramische materialen
o Druksterkte en stabiele verbindingen
o Bestand tegen hoge temperaturen
o Corrosiegevoelig
o Slecht geleidend
o Breekbaar en broos
o Niet bestand tegen schokken
o Niet bruikbaar onder trek- of buigspanning
2.3.3 Wat is glas?
o Glas= een anorganisch materiaal dat vanuit de gesmolten toestand door
afkoelen in een vaste toestand overgaat zonder te kristalliseren
o Glas is een niet kristallijn of amorf materiaal
o Glas is een ondergekoelde vloeistof
▪ Glas is dus een vloeistof, waarvan de viscositeit zo hoog is dat het bij
gewone temperatuur de stijfheid en de mechanische weerstand bezit
van een vaste stof -> ondergekoelde vloeistof
o Glas heeft geen smeltpunt, wel smelttraject
2.4 De composieten
- Composiet: bestaat uit een matrix en wapeningsmateriaal
- Composietmateriaal= een combinatie van een of meerdere materialen, met de bedoeling
de interessante eigenschappen van de samenstellende materialen te verenigen in 1
materiaal (additieve effect). Het geheel is dan niets anders dan de optelsom van de goede
eigenschappen van de componenten
Vb: gewapend beton
- Modern composiet= bestaat uit twee of meerdere componenten waarvan de
eigenschappen meer presteren dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke
componenten -> synergetisch effect
Vb: koolstofvezelversterkt epoxy
- Bio-composiet= gebruik van natuurlijke vezels als wapening, zij combineren goede
mechanische eigenschappen met interessante ecologische voordelen
Vb: theekopjes ‘Time for Tea’ Paul James Lighterness
2
, 3. WAT ZIJN KUNSTSTOFFEN
- Kunststoffen= synthetische macromoleculaire stoffen, die overwegend van organische
aard zijn en die door de plastische vormgeving hun materiaalfunctie verkrijgen
- 4 essentiële aspecten:
o Macromoleculair karakter (opgebouwd uit zeer groot aantal atomen)
o Organische aard (kunststoffen zijn koolstofverbindingen, dus organische stoffen !1
uitzondering nl de siliconen)
o Fase van plastische vormgeving ondergaan
o Synthetische materialen
- Half synthetische kunststoffen= kunststoffen bekomen door chemische modificaties van
de in de natuur aanwezige macromolecule
- Vol synthetische kunststoffen= kunststoffen waarbij men niet meer vertrekt van de in
natuur aanwezige macromoleculen maar de macromolecule volledig opbouwt uitgaande
van kleine moleculen -> gaat de natuur nabootsen in de opbouw van de structuur van de
stof
o Thermoplasten
o Thermoharders
o Kunstrubbers/ elastomeren
4. INDELING VAN DE VOL SYNTHETISCHE KUNSTSTOFFEN
- Thermoplasten
- Thermoharders
- Elastomeren of kunstrubbers
4.1 Thermoplasten
- 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
Vb: polyetheen (PE), polypropyleen (PP), polystyreen (PS), polycarbonaat (PC),
polyvinylchloride (PVC), polymethylmetacrylaat (PMMA)
- Opgebouwd uit lineaire moleculen, al of niet vertakt
- Plastisch onder invloed van warmte, bij afkoelen terug hard
- Ontledingstemperatuur= de temperatuur waarbij de macromoleculen uit elkaar vallen,
waardoor het materiaal gaat ontbinden en zijn kenmerkende eigenschappen verliest
4.2 Thermoharders
- Thermoharders= kunststoffen die, nadat de macromolecule gevormd is, vast en hard zijn
en door temperatuursverhoging achteraf niet meer kunnen worden verweekt. Ze zijn
onsmeltbaar
Vb: fenolformaldehyde (PF), ureumformaldehyde (UF), onverzadigde polyester (UP),
epoxyhars (EP), polyurethaan (PUR)
- Eenmaal product gevormd, niet meer zacht of vloeibaar gemaakt door verwarming
- Opgebouwd uit driedimensionale macromoleculen, ze bestaan uit netwerken van ketens
- Vormgeving gebeurt tijdens het vormen van de macromolecule
- Tijdens uitharding, thermoharders over van een vloeibare toestand in een vaste vorm
4.3 Elastomeren
- Elastomeren= tussenvorm van thermoplasten en thermoharders
Vb: styreenbutadieenrubber (SBR), polyurethaanrubber (PUR), siliconenrubber
- Gekenmerkt door een netstructuur met wijde mazen
- Voor de ‘netvorming’ -> thermoplastische eigenschappen
- Nadat het opgebouwd is door vulkaniseren -> niet meer te verweken door
temperatuursverhoging
- Vulkaniseren= het verhitten van rubber met zwavel waardoor er een aantal
dwarsverbindingen (bruggen) ontstaan tussen de verschillende ketens en de rubber zijn
sterkte verkrijgt en zijn typische elastische eigenschappen
- Typerend is hun rubber elastisch gedrag
3
