Samenvatting Materialen 1
Indeling van de materialen in klassen of families
4 materiaalfamilies:
- De metalen
- De macromoleculaire materialen of polymeren
- De keramische materialen
- De composieten
De metalen
Onderverdeling:
- Ferro-metalen: metaallegeringen waarvan het basismetaal ijzer is
o Staal en gietijzer: legeringen van ijzer en een kleine procent koolstof (C)
- Non-ferro metalen: alle metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer
o Lichte non-ferro metalen: alle metalen en hun legeringen met een dichtheid
lager dan 4500 kg/m3
o Zware non-ferro metalen: alle metalen en hun legeringen met een dichtheid
hoger dan 4500 kg/m3
§ 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 1 of meer metalen met een niet-
metaal
- Doel: eigenschappen van het basismetaal verbeteren
o Basismetaal: atoomsoort de legering waarvan de concentratie het hoogst is
o Legeringselementen: overige atoomsoorten of molecuulsoorten
Voorbeelden:
- Staal: legering van ijzer en koolstof met een laag C-gehalte ( < 1,7%)
- Gietijzer: legering van ijzer en koolstof met een hoog C-gehalte (tussen 1,7% en
6,7%)
- Brons: legering van koper en tin (Sn)
- Messing: legering van koper en zink (ZN)
Kenmerken en eigenschappen van de metalen
- Chemisch gezien meestal 1-, 2-, of 3-waardig
- Goede geleiders voor warmte en elektriciteit
- Plastisch vervormbaar
- Ondoorzichtig (geen enkel metaal is lichtdoorlatend)
- Worden harder (verstevigen) bij koude vervorming
- Bezitten een glans, vooral na polijsten
o MAAR: veel metalen bedekken zich met een oxidelaag in aanraking met lucht,
waardoor ze dof lijken
o Edele metalen behouden hun glans
1
, - Meestal onbrandbaar
- Voelen meestal koud aan
- Corrosiegevoelig
o Algemeen: corrosievastheid van de non-ferro metalen is beter dan die van de
ferro-metalen
o Corrosie: de natuurlijke chemische aantasting van materialen doordat de
omgeving op de inwerkt
- Hoge smelttemperatuur
- Bezitten hoge stijfheid en hoge sterkte
o Stijfheid ¹ sterkte
§ Stijfheid: grote kracht nodig om te vervormen
§ Sterkte: grote kracht nodig om te breken
- Zwaar: daardoor relatief lage specifieke sterkte en specifieke stijfheid
o Specifieke stijfheid: stijfheid gedeeld door de dichtheid
§ Goede maat voor gewichtsefficiëntie van een constructiemateriaal
o Specifieke sterkte: sterkte gedeeld door de dichtheid
o Hoe hoger de specifieke sterkte en de specifieke stijfheid, hoe lichter men
een product of constructie kan maken
De macromoleculaire materialen of polymeren
Onderverdeling:
- Natuurlijke polymeren
- Synthetische polymeren of kunststoffen
Polymeer: stof opgebouwd uit macromoleculen, deze macromoleculen ontstaan door een
aaneenrijging van een groot aantal kleinere eenheden (monomeren) tot lange ketens of tot
een ruimtelijk netwerk
De natuurlijke macromoleculaire materialen
- Afkomstig uit de levende natuur
- Hernieuwbare materialen dus in principe onuitputtelijk
- Hun invloed op onze leefomgeving en het ecologisch evenwicht is heel groot
- Onderscheid tussen natuurlijke materialen met een lange of korte groeicyclus
- CO2 – neutrale materialen: leggen co2 vast tijdens hun groeiproces, hetzelfde CO2 dat
eventueel uitgestoten wordt tijdens hun verwerking tot en/of gebruik als natuurlijke
plastics
De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
Synthetische materialen opgebouwd m.b.v. chemische processen: dus geen
natuurproducten maar industriële producten afkomstig uit de chemische industrie
Onderverdeling:
- Half synthetische kunststoffen
- Vol synthetische kunststoffen
2
,De meeste vol synthetische kunststoffen worden van petroleum afgeleid (geen
onuitputtelijke grondstof)
Onderverdeling vol synthetische kunststoffen:
- Thermoplasten
- Thermoharders
- Elastomeren
De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
Algemeenheden
- Soort restcategorie
- Samengesteld uit metalen en niet-metalen
- Hebben meestal duidelijke herkenbare geologische afkomst
- Het zijn de aan de aardkorst onttrokken anorganische verbindingen
Kenmerken en eigenschappen van keramische materialen
- Druksterk en hebben stabiele verbindingen
- Bestand tegen hoge temperaturen
- Corrosiebestendig
- Slecht geleidend, zowel voor warmte als elektriciteit
- Breekbaar en broos
- Niet bestand tegen schokken
- Niet bruikbaar onder trek- en drukspanning
De composieten
Composiet bestaat uit een matrix en een wapeningsmateriaal
Compositiemateriaal: combinatie van een of meerdere materialen
Doel: de interessante eigenschappen van de samenstellende materialen te verenigen in 1
materiaal
- Additieve effect: het geheel is niets anders dan de som van de goede eigenschappen
van de componenten
Voorbeeld: gewapend beton
- Beton heeft een goede druksterkte, maar verdraagt geen trekkrachten
o Versterken met staardraden of staalstaven (hebben hoge treksterkte)
§ Gewapend beton: zowel trek- als druksterk
Modern composiet is tot meer in staat
- Bestaat uit 2 of meerdere materialen waarvan de eigenschappen meer presteren
dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke componenten = synergetisch
effect
3
, Voorbeeld: koolstofvezelversterkt epoxy
- Koolstofvezel is broos
- Onversterkt epoxy breekt snel
o Koolstofvezel met epoxy impregneren
§ 2 brosse materialen vormen 1 van de sterkste en meest
impactbestendige nieuwe materialen
Niet elk composiet is kunstmatig: bv. Hout
- Cellulosevezels die bijeen worden gehouden door een matrix van lignine
Interessante ontwikkeling van het laatste decennium: bio-composieten
- Combineren van goede mechanische eigenschappen met interessante ecologische
voordelen
- Biodegradeerbaar en CO2- neutraal
- Pas als ze gecombineerd worden met een biopolymeer als matrix bekomt men een
volledig bio-composiet
Wat zijn kunststoffen?
Kunststoffen: materialen die NIET in min of meer gebruiksklare toestand in de natuur
worden aangetroffen, maar die langs ‘kunstmatige’ weg verkregen worden
Definitie: ‘kunststoffen’ of ‘plastics’ zijn synthetische macromoleculaire stoffen, die
overwegend van organische aard zijn en die door plastische vormgeving hun
materiaalfunctie verkrijgen
4 essentiële aspecten
- Macromoleculair karakter
o Kunststoffen zijn opgebouwd uit macromoleculen
o Min. Grens: +- 1000 atomen
o Deze macromoleculaire structuur is bepalend voor de eigenschappen van de
kunststoffen
- Overwegend van organische aard
o Kunststoffen zijn koolstofverbindingen, dus organisch
o 1 grote uitzondering: groep van de siliconen
§ Hoofdstructuur is niet van organische aard, maar bestaat uit silicium
(Si) en zuurstof (O)
- Ondergaan een fase van plastische vormgeving
o Grote verscheidenheid van technieken
- Synthetische materialen
o Producten opgebouwd m.b.v. chemische processen
o DUS: industriële producten afkomstig uit de chemische industrie
Naargelang de herkomst van de grondstoffen die men gebruikt om de uiteindelijke
macromoleculen te vormen kan men de kunststoffen indelen in 2 groepen:
- HALF synthetische kunststoffen
- VOL synthetische kunststoffen
4
Indeling van de materialen in klassen of families
4 materiaalfamilies:
- De metalen
- De macromoleculaire materialen of polymeren
- De keramische materialen
- De composieten
De metalen
Onderverdeling:
- Ferro-metalen: metaallegeringen waarvan het basismetaal ijzer is
o Staal en gietijzer: legeringen van ijzer en een kleine procent koolstof (C)
- Non-ferro metalen: alle metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer
o Lichte non-ferro metalen: alle metalen en hun legeringen met een dichtheid
lager dan 4500 kg/m3
o Zware non-ferro metalen: alle metalen en hun legeringen met een dichtheid
hoger dan 4500 kg/m3
§ 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 1 of meer metalen met een niet-
metaal
- Doel: eigenschappen van het basismetaal verbeteren
o Basismetaal: atoomsoort de legering waarvan de concentratie het hoogst is
o Legeringselementen: overige atoomsoorten of molecuulsoorten
Voorbeelden:
- Staal: legering van ijzer en koolstof met een laag C-gehalte ( < 1,7%)
- Gietijzer: legering van ijzer en koolstof met een hoog C-gehalte (tussen 1,7% en
6,7%)
- Brons: legering van koper en tin (Sn)
- Messing: legering van koper en zink (ZN)
Kenmerken en eigenschappen van de metalen
- Chemisch gezien meestal 1-, 2-, of 3-waardig
- Goede geleiders voor warmte en elektriciteit
- Plastisch vervormbaar
- Ondoorzichtig (geen enkel metaal is lichtdoorlatend)
- Worden harder (verstevigen) bij koude vervorming
- Bezitten een glans, vooral na polijsten
o MAAR: veel metalen bedekken zich met een oxidelaag in aanraking met lucht,
waardoor ze dof lijken
o Edele metalen behouden hun glans
1
, - Meestal onbrandbaar
- Voelen meestal koud aan
- Corrosiegevoelig
o Algemeen: corrosievastheid van de non-ferro metalen is beter dan die van de
ferro-metalen
o Corrosie: de natuurlijke chemische aantasting van materialen doordat de
omgeving op de inwerkt
- Hoge smelttemperatuur
- Bezitten hoge stijfheid en hoge sterkte
o Stijfheid ¹ sterkte
§ Stijfheid: grote kracht nodig om te vervormen
§ Sterkte: grote kracht nodig om te breken
- Zwaar: daardoor relatief lage specifieke sterkte en specifieke stijfheid
o Specifieke stijfheid: stijfheid gedeeld door de dichtheid
§ Goede maat voor gewichtsefficiëntie van een constructiemateriaal
o Specifieke sterkte: sterkte gedeeld door de dichtheid
o Hoe hoger de specifieke sterkte en de specifieke stijfheid, hoe lichter men
een product of constructie kan maken
De macromoleculaire materialen of polymeren
Onderverdeling:
- Natuurlijke polymeren
- Synthetische polymeren of kunststoffen
Polymeer: stof opgebouwd uit macromoleculen, deze macromoleculen ontstaan door een
aaneenrijging van een groot aantal kleinere eenheden (monomeren) tot lange ketens of tot
een ruimtelijk netwerk
De natuurlijke macromoleculaire materialen
- Afkomstig uit de levende natuur
- Hernieuwbare materialen dus in principe onuitputtelijk
- Hun invloed op onze leefomgeving en het ecologisch evenwicht is heel groot
- Onderscheid tussen natuurlijke materialen met een lange of korte groeicyclus
- CO2 – neutrale materialen: leggen co2 vast tijdens hun groeiproces, hetzelfde CO2 dat
eventueel uitgestoten wordt tijdens hun verwerking tot en/of gebruik als natuurlijke
plastics
De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
Synthetische materialen opgebouwd m.b.v. chemische processen: dus geen
natuurproducten maar industriële producten afkomstig uit de chemische industrie
Onderverdeling:
- Half synthetische kunststoffen
- Vol synthetische kunststoffen
2
,De meeste vol synthetische kunststoffen worden van petroleum afgeleid (geen
onuitputtelijke grondstof)
Onderverdeling vol synthetische kunststoffen:
- Thermoplasten
- Thermoharders
- Elastomeren
De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
Algemeenheden
- Soort restcategorie
- Samengesteld uit metalen en niet-metalen
- Hebben meestal duidelijke herkenbare geologische afkomst
- Het zijn de aan de aardkorst onttrokken anorganische verbindingen
Kenmerken en eigenschappen van keramische materialen
- Druksterk en hebben stabiele verbindingen
- Bestand tegen hoge temperaturen
- Corrosiebestendig
- Slecht geleidend, zowel voor warmte als elektriciteit
- Breekbaar en broos
- Niet bestand tegen schokken
- Niet bruikbaar onder trek- en drukspanning
De composieten
Composiet bestaat uit een matrix en een wapeningsmateriaal
Compositiemateriaal: combinatie van een of meerdere materialen
Doel: de interessante eigenschappen van de samenstellende materialen te verenigen in 1
materiaal
- Additieve effect: het geheel is niets anders dan de som van de goede eigenschappen
van de componenten
Voorbeeld: gewapend beton
- Beton heeft een goede druksterkte, maar verdraagt geen trekkrachten
o Versterken met staardraden of staalstaven (hebben hoge treksterkte)
§ Gewapend beton: zowel trek- als druksterk
Modern composiet is tot meer in staat
- Bestaat uit 2 of meerdere materialen waarvan de eigenschappen meer presteren
dan de som van de eigenschappen van de afzonderlijke componenten = synergetisch
effect
3
, Voorbeeld: koolstofvezelversterkt epoxy
- Koolstofvezel is broos
- Onversterkt epoxy breekt snel
o Koolstofvezel met epoxy impregneren
§ 2 brosse materialen vormen 1 van de sterkste en meest
impactbestendige nieuwe materialen
Niet elk composiet is kunstmatig: bv. Hout
- Cellulosevezels die bijeen worden gehouden door een matrix van lignine
Interessante ontwikkeling van het laatste decennium: bio-composieten
- Combineren van goede mechanische eigenschappen met interessante ecologische
voordelen
- Biodegradeerbaar en CO2- neutraal
- Pas als ze gecombineerd worden met een biopolymeer als matrix bekomt men een
volledig bio-composiet
Wat zijn kunststoffen?
Kunststoffen: materialen die NIET in min of meer gebruiksklare toestand in de natuur
worden aangetroffen, maar die langs ‘kunstmatige’ weg verkregen worden
Definitie: ‘kunststoffen’ of ‘plastics’ zijn synthetische macromoleculaire stoffen, die
overwegend van organische aard zijn en die door plastische vormgeving hun
materiaalfunctie verkrijgen
4 essentiële aspecten
- Macromoleculair karakter
o Kunststoffen zijn opgebouwd uit macromoleculen
o Min. Grens: +- 1000 atomen
o Deze macromoleculaire structuur is bepalend voor de eigenschappen van de
kunststoffen
- Overwegend van organische aard
o Kunststoffen zijn koolstofverbindingen, dus organisch
o 1 grote uitzondering: groep van de siliconen
§ Hoofdstructuur is niet van organische aard, maar bestaat uit silicium
(Si) en zuurstof (O)
- Ondergaan een fase van plastische vormgeving
o Grote verscheidenheid van technieken
- Synthetische materialen
o Producten opgebouwd m.b.v. chemische processen
o DUS: industriële producten afkomstig uit de chemische industrie
Naargelang de herkomst van de grondstoffen die men gebruikt om de uiteindelijke
macromoleculen te vormen kan men de kunststoffen indelen in 2 groepen:
- HALF synthetische kunststoffen
- VOL synthetische kunststoffen
4
