Het toepassingsgebied van composietmaterialen

Composietmaterialen worden gemaakt door twee of meer andere materialen te combineren, zodat ze elkaar aanvullen en verbeteren, maar toch hun eigen unieke eigenschappen in het eindproduct behouden.

extrusiemachine voor kunststofplaten

machines voor het recyclen van plastic

Vanwege hun uitstekende prestaties worden composietmaterialen op grote schaal gebruikt in diverse sectoren. Deze reeks artikelen geeft een uitgebreid overzicht van de belangrijkste toepassingsgebieden van composietmaterialen, waaronder: lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, bouw, energie, energieopslag, infrastructuur, scheepvaart, pijpleidingen en opslagtanks, sport en entertainment, transport en tien andere sectoren.

1

LUCHT- EN RUIMTEVAART

Grote vliegtuigfabrikanten zoals het Europese Airbus en het Amerikaanse Boeing hebben potentie getoond voor grootschalige toepassing van composieten in de luchtvaart, terwijl NASA op zoek is naar fabrikanten van composieten voor raketten en andere ruimtevaartuigen met innovatieve composietoplossingen.

Het aandeel composietmaterialen in elke nieuwe generatie vliegtuigen die door Boeing is ontwikkeld, is toegenomen, en in de Boeing 787 Dreamliner bedraagt ​​dit aandeel meer dan 50%. Belangrijke structurele componenten van de Boeing 787 Dreamliner zijn gemaakt van meer koolstofvezelcomposieten in de vorm van sandwichconstructies en geavanceerde koolstofvezellaminaten, waarmee afstand wordt genomen van de verouderde glasvezelcomposieten.

Aramidevezels worden daarentegen veelvuldig gebruikt bij de constructie van vleugelonderdelen, zowel aan de voor- als achterkant, en voor zeer stijve en lichte schotten, brandstoftanks en vloeren. Daarnaast worden geavanceerde composietmaterialen, bestaande uit zeer sterke en stijve vezels ingebed in gangbare matrixmaterialen, ook veelvuldig toegepast in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

2

automobielindustrie

De auto-industrie is de grootste afnemer van composietmaterialen en is daarom geen onbekende voor deze materialen. Naast baanbrekend werk in voertuigontwerp dragen composietmaterialen bij aan lichtere en brandstofzuinigere auto's. Auto's vereisen betrouwbare, gesynchroniseerde mechanismen met componenten die bestand zijn tegen wrijving, corrosie en temperatuurschommelingen.

Onnauwkeurigheden in ontwerp of productie hebben invloed op de prestaties en kunnen de fabrikant omzet kosten. In vergelijking met metaalstaal voldoen composietmaterialen aan de eisen van de auto-industrie en overtreffen deze zelfs. Deze unieke eigenschappen omvatten:

lage thermische uitzettingscoëfficiënt

Uitstekende vormvastheid voor optimale betrouwbaarheid.

Corrosiebestendigheid in natte en droge omstandigheden

Hoge slagvastheid om herhaald gebruik te weerstaan

Relatief laag gewicht om de totale massa van het voertuig te verminderen.

Betere geluidsisolatie en betere prestaties.

Geschiktheid voor het schilderen, inclusief het voldoen aan de eisen voor een oppervlak van klasse A, en de verf- en bakprocessen.

Eenvoudig te produceren en relatief goedkoop.

Typische toepassingen van composietmaterialen in interieur- en exterieurconstructies van auto's

Composietmaterialen worden veelvuldig gebruikt in diverse structurele onderdelen van auto's, van koplampbehuizingen tot elektrische en thermische isolatiecomponenten onder de motorkap, carrosseriedelen, interieurstructuren en sierlijsten. Hieronder staan ​​enkele veelvoorkomende toepassingen van composietmaterialen in auto-onderdelen:

Deflectoren en spoilers

inlaatspruitstuk

Batterijhouder en deksel

Bumpers en bumperbalken

Cilinderkopdeksels (bijv. kleppen, tuimelaars, nokkenassen)

Raam-/zonnedakkozijn

Voorste grille openingsplaat

behuizing van de koplamp

Hitteschilden (bijv. motor, transmissie)

Steunbalken en bekledingen

3

Bouw sector

De bouwsector ervaart een aanzienlijke groei in de kennis over en het gebruik van composietmaterialen. Composieten bieden architecten en ontwerpers hoge prestaties en een goede prijs-kwaliteitverhouding bij grootschalige projecten, en het gebruik ervan in de commerciële en residentiële bouw neemt toe.

In een recent artikel wordt beschreven hoe Palari Group duurzame, 3D-geprinte gemeenschappen en woningen bouwt. Mighty Buildings is een bouwtechnologiebedrijf dat 3D-printen, robotica en automatisering gebruikt om betaalbare en duurzame woningen te creëren. De fundamentele bouwsteen van het huis is het Mighty Panel, een 3D-geprint paneel van 100% polymeercomposiet met structurele elementen, isolatie, installatie van werktuigbouwkundige en sanitaire voorzieningen, lucht-, vocht- en brandwerende barrières en binnen- en buitenafwerking. Mighty Buildings print de panelen afzonderlijk in de fabriek en assembleert ze vervolgens tot huizen op de bouwlocatie.

In de bouw spelen de hoge sterkte-eigenschappen van koolstofvezel een positieve rol. Koolstofvezel is extreem sterk, flexibel en gemakkelijk te verwerken, en kan worden gebruikt voor het repareren en versterken van gebouwen, waardoor ze er weer als nieuw uitzien. Koolstofvezellaminaten worden veelvuldig gebruikt om het draagvermogen van vloeren en kolommen te verhogen. Bovendien is koolstofvezel bestand tegen aardbevingsschade, waardoor het ook kan worden gebruikt voor de structurele versterking van nieuwbouw en als vervanging voor geprefabriceerd staal.

4

Energieopslagveld

Multifunctionele energieopslagcomposieten (MESC's) worden ontwikkeld door batterijlagen in de structuur in te bedden, waarbij in elkaar grijpende klinknagels de batterijlagen vastzetten en de mechanische eigenschappen verbeteren. Experimentele tests tonen aan dat MESC's een vergelijkbaar elektrochemisch gedrag kunnen vertonen als andere materialen. In vergelijking met pouch-cellen bereiken MESC's een 15 keer hogere mechanische stijfheid bij een inkapselingsefficiëntie van 60%.

Andere representatieve toepassingen van composieten in energieopslag zijn onder meer:

Waterstoftanks voor de ruimtevaart

Waterstofbrandstofcelsysteem

Batterij van natuurlijk composietmateriaal

5

infrastructuurgebied

Strikt genomen is er geen strikt onderscheid tussen infrastructuur en gebouwen. De afgelopen jaren is de infrastructuurbouw, met de opkomst van nieuwe, goedkope en hoogwaardige composietmaterialen, een nieuwe fase ingegaan. Vezelversterkte kunststof (FRP) kan niet alleen staal vervangen in veel dragende constructies, maar het is ook bewezen dat het mogelijk is om betonnen balken te versterken met intern of extern aangebrachte vezelversterkte kunststof (FRP).

Composieten gemaakt van glas-, aramide- of koolstofvezels worden steeds vaker overwogen voor het voorspannen, naspannen of versterken van beton. Om gecorrodeerde wapeningsstaven te vervangen, zouden FRP-systemen uiteindelijk kunnen worden gebruikt in betonnen brugdekken of andere betonnen vloerconstructies in de buitenlucht.

Corrosiebestendigheid is een van de belangrijkste factoren die koolstofvezel zo aantrekkelijk maken in de infrastructuursector. Koolstofvezel corrodeert en roest niet, waardoor de koolstofvezelbetonlaag aanzienlijk dunner kan worden gemaakt. Er hoeft immers geen rekening te worden gehouden met corrosiebestendigheid zoals bij een stalen kern, wat de hoeveelheid beton die nodig is voor het gebouw aanzienlijk vermindert. Dit heeft ook andere voordelen, zoals lagere kosten, een snellere bouwtijd en een kortere droogtijd. Bovendien kan koolstofvezel, dankzij de goede elektrische geleidbaarheid, worden gebruikt om elektromagnetische interferentie af te schermen, gebouwparameterinformatie te verzenden en zo een integraal onderdeel te worden van slimme gebouwen.

6

Nieuw energieveld

Het gebruik van composietmaterialen in hernieuwbare energie zal een steeds belangrijkere rol spelen bij het creëren van constructies die duurzame energie kunnen benutten. Een lager gewicht, lagere transport- en installatiekosten en, belangrijker nog, lagere onderhoudskosten gedurende de levensduur van de constructie in vergelijking met metalen constructies hebben composieten tot hét materiaal voor grootschalige projecten gemaakt. Ze bieden economische oplossingen.

Het lichte gewicht en de complexe vleugelprofielen van windturbinebladen hebben composietmaterialen tot een toonaangevende positie in de sector gemaakt. Er worden mallen gebruikt die ontworpen zijn om bladen economisch en met minimale arbeid te produceren. Huidig ​​onderzoek en ontwikkeling is gericht op het voldoen aan de toegenomen eisen voor turbine- en rotorbladen voor systemen op land en op zee.

7

oceaanveld

Al decennialang worden FRP-composieten met succes gebruikt in maritieme toepassingen zoals radomes en massieve constructies, superjachten, werkboten en plezierboten. Meer recentelijk wordt FRP ook gebruikt in minder bekende toepassingen zoals lagers, propellers, commerciële luiken, uitlaten en dakconstructies.

Het gebruik van glasvezelcomposieten in maritieme toepassingen was een van de eerste belangrijke toepassingsgebieden van GRP. Het heeft een revolutie teweeggebracht in de mogelijkheden om grote composietconstructies te ontwerpen en te produceren in diverse sectoren. De boot wordt in het Verenigd Koninkrijk vervaardigd met behulp van verschillende processen, waaronder handmatig GRP-leggen, harsinjectie, thermoplast en hoogwaardig koolstofvezelprepreg voor racejachten.

De belangrijkste voordelen van GRP in maritieme toepassingen zijn:

Milieubestendigheid, waaronder weerstand tegen rotting, corrosiebestendigheid, enz.

Vermogen om naadloze, complex gevormde structuren te verwerken

Vermogen om de sterkte aan te passen aan de belastingomstandigheden.

Uitstekende sterkte-gewichtsverhouding - GRP-scheepsconstructies wegen doorgaans de helft minder dan vergelijkbare stalen constructies.

Weinig onderhoud nodig en makkelijk te repareren.

uitstekende duurzaamheid

Roeiboten maken meer gebruik van composietmaterialen dan welke andere maritieme constructie dan ook. Vanwege specifieke eisen worden er geen typische materialen voor de scheepvaart gebruikt. Een minimaal gewicht en maximale stijfheid waren cruciaal bij het ontwerp om met maximale snelheid te kunnen varen en de effecten van golven en andere elementen van de maritieme omgeving te kunnen weerstaan.

Koolstofvezelversterkte epoxycomposieten worden veelvuldig gebruikt voor rompen met honingraat- of schuimkern, spanten, kielen, masten, gieken, lierdrums en assen van koolstofvezel. Het gebruik van FRP draagt ​​bij aan betere prestaties en minimaliseert het risico op navigatieproblemen en storingen onder wisselende internationale vaaromstandigheden.

8

Leidingensysteemveld

Composiet leidingsystemen worden al meer dan 25 jaar in chemische fabrieken gebruikt. Het gebruik van composietmaterialen in industriële toepassingen raakte in de jaren zeventig wijdverspreid. Tegenwoordig neemt het gebruik van composiet leidingen en tanks toe in bovengrondse en ondergrondse, commerciële, gemeentelijke en residentiële toepassingen. De lage kosten van aardgas stimuleren de markt verder, doordat nieuwe chemische fabrieken worden ontwikkeld en bestaande fabrieken worden uitgebreid.

Typische toepassingen en producten van composietbuizen zijn onder andere:

luchtverontreinigingsbestrijding

aquacultuur

chemische verwerking

ontzilting

Aardolie en aardgas

Water en afvalwaterbehandeling

pijpleiding

Beslag en voeringen

Pijpleidingssysteem

Brandstoftankbekleding

olie opslagtank

Procescontainer

schrobber

ventiel

9

Sport- en vrijetijdssector

Koolstofvezel speelt al sinds jaar en dag een prominente rol in de sportwereld. Van wielrennen en skiën tot golf, vissen en tennis: koolstofvezel wordt overal veelvuldig gebruikt. Door de toenemende populariteit en de dalende prijs van koolstofvezel wordt het materiaal steeds vaker toegepast in sportartikelen.

Koolstofvezel wordt tegenwoordig gebruikt in veel rackets, snowboards, sleeën, hockeysticks, vishengels, golfclubs, fietsen, surfplanken, vliegers, schoenen en andere sportartikelen.

Koolstofvezel in sport en vrije tijd

Momenteel maken 7 van de 10 populairste buitensporten en vrijetijdsactiviteiten gebruik van composietmaterialen. Glasvezel- en koolstofvezelversterkte composieten vervangen steeds vaker hout en metaal in vishengels, tennisrackets, schachten voor kajakpeddels, windsurfmasten en -boards, hockeysticks, vliegers en fietssturen.

10

Vervoer

Er is een trend in de transportsector om grotere voertuigen te gebruiken. Of het nu een bus, trein of vrachtwagen met oplegger is, het idee is simpel: meer vracht vervoeren. De uitdaging is om manieren te vinden om grotere ladingen veilig te vervoeren, brandstof te besparen en de milieubelasting te verminderen. Composieten bieden een indrukwekkend antwoord op deze uitdaging.