7 composietmaterialen met hoog potentieel onthuld

We leven in een tijdperk van snelle veranderingen, waarin technologische vooruitgang het landschap snel verandert. Het innovatietempo van nieuwe materiaaltechnologieën versnelt.

Afzonderlijke materialen voldoen vaak niet aan de uiteenlopende prestatie-eisen van de mensheid, waardoor de verschuiving naar composietmaterialen een onvermijdelijke trend is.

In deze omgeving hebben composietmaterialen een explosieve marktgroei doorgemaakt, met een toenemende nadruk op milieuvriendelijke eigenschappen zoals duurzaamheid, een lage koolstofvoetafdruk, hoge prestaties en recyclebaarheid.

Welke materialen hebben volgens industrie-experts het meeste ontwikkelingspotentieel? Laten we vandaag eens kijken naar zeven composietmaterialen met een aanzienlijk potentieel.

1. Koolstofvezel en composieten met hoge prestaties

Koolstofvezel, ook wel de "koning van lichtheid" genoemd, heeft een dichtheid van minder dan een kwart van die van staal, terwijl het 5 tot 7 keer zo sterk is. Het bezit ook wenselijke eigenschappen zoals weerstand tegen hoge temperaturen, wrijvingsweerstand, thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid.

Koolstofvezels dienen voornamelijk als versterking in composieten met harsen, metalen, keramiek en koolstof om geavanceerde materialen te maken.

Vooral koolstofvezelversterkte epoxycomposieten hebben de hoogste specifieke sterkte en modulus onder de huidige technische materialen.

Met een diameter van slechts 5 micron - ongeveer een tiende tot een twaalfde van de breedte van een menselijke haar - is de sterkte van koolstofvezel groter dan die van aluminiumlegeringen meer dan vier keer.

Vergeleken met constructies uit aluminiumlegeringen kunnen koolstofvezelcomposieten een gewichtsbesparing realiseren van 20% tot 40%; ten opzichte van stalen metalen onderdelen kan de gewichtsbesparing oplopen tot een indrukwekkende 60% tot 80%.

2. Para-aramidevezel met hoge prestaties en bijbehorende composieten

Para-aramidevezel is een uiterst belangrijk strategisch materiaal, met een sterkte die 5 tot 6 keer hoger is dan die van staaldraad en een specifieke modulus die 2 tot 3 keer hoger is dan die van staal of glasvezel. De taaiheid is twee keer die van staal, terwijl het slechts ongeveer een vijfde weegt.

Het kan worden gebruikt als structureel materiaal dat lasten draagt en als functioneel materiaal dat hittebestendigheid, ablatiebestendigheid en corrosiebestendigheid biedt.

Het is een van de meest geproduceerde organische vezels ter wereld en staat bekend om zijn hoge modulus, hoge sterkte, tolerantie voor hoge temperaturen, weerstand tegen zuren en alkaliën en lichtgewicht eigenschappen.

De primaire toepassingen van hoogwaardige para-aramide vezels en hun composieten omvatten vezelversterking, de auto-industrie, lucht- en ruimtevaart, elektrische apparatuur, spoorwegvervoer, militaire bescherming, sportartikelen en nieuwe energiesectoren.

In de afgelopen jaren hebben China's onderzoek en ontwikkeling op het gebied van para-aramidevezels belangrijke doorbraken bereikt en talrijke technische barrières overwonnen.

3. Polyethyleenvezel met ultrahoog moleculair gewicht en de composieten ervan

Polyethyleenvezel met ultrahoog moleculair gewicht (UHMWPE) staat samen met koolstofvezel en aramidevezel bekend als een van de drie belangrijkste hightechvezels ter wereld. Het is de vezel met de hoogste specifieke sterkte en modulus die beschikbaar is, gesponnen uit polyethyleen met een moleculair gewicht variërend van 1 tot 5 miljoen.

Dankzij het lage gewicht, de hoge sterkte en superieure energieabsorptie vervangt UHMWPE geleidelijk de aramidevezels als de voorkeurskeuze voor persoonlijke ballistische bescherming.

4. Koolstof/koolstofcomposietmaterialen

Koolstof/koolstofcomposietmaterialen, d.w.z. koolstofvezel- en weefselversterkte koolstofmatrixcomposieten, hebben uitzonderlijke eigenschappen zoals lichtgewicht, uitstekende weerstand tegen ablatie, goede weerstand tegen thermische schokken, hoge-temperatuursterkte en sterke ontwerpbaarheid. Ze worden beschouwd als een van de meest veelbelovende hogetemperatuurmaterialen voor de toekomst.

Door hun unieke eigenschappen hebben koolstofcomposieten uitgebreide toepassingen gevonden in de ruimtevaart, de auto-industrie en de geneeskunde.

Voorbeelden zijn straalpijpen en keelvoeringen van raketmotoren, thermische beschermingssystemen voor neuskappen en vleugelvoorranden van ruimtevaartuigen en remschijven van vliegtuigen.

5. Basaltvezel versterkte composieten

Basaltvezels hebben een hoge sterkte en stijfheidZe zijn bestand tegen hoge temperaturen en corrosie en zijn bovendien licht van gewicht.

Vergeleken met andere composietmaterialen bieden ze voordelen zoals biologische afbreekbaarheid, niet-giftigheid en milieuvriendelijkheid, waardoor ze de titel "groen industrieel materiaal" van de 21e eeuw verdienen. Ze hebben een belangrijke toepassingswaarde in de lucht- en ruimtevaart, het leger en het wegtransport.

6. Koolstof/keramische composietmaterialen

Koolstof/keramische composietmaterialen combineren de hoge sterkte, modulus, hardheid, slagvastheid, oxidatiebestendigheid, tolerantie voor hoge temperaturen, zuur- en alkalibestendigheid, lage thermische uitzettingscoëfficiënt en lage dichtheid van hoogwaardige keramiek.

Ze vormen een nieuw soort structureel en functioneel materiaal voor hoge temperaturen dat bestand is tegen temperaturen tot 1650℃.

Bovendien overwinnen deze composieten de brosheid en beperkte functionaliteit die kenmerkend zijn voor algemene keramische materialen, waardoor ze algemeen erkend worden als ideale structurele en wrijvingsmaterialen bij hoge temperaturen.

Koolstof/keramische composieten worden op grote schaal gebruikt in de ruimtevaart, defensie, energie, auto's en hogesnelheidstreinen. Ze worden erkend als de meest ideale structurele en frictiematerialen bij hoge temperaturen in de nieuwste generatie remsystemen voor vliegtuigen en auto's en worden ook beschouwd als het toppunt van prestaties in de huidige remmaterialen.

7. Metaalmatrixcomposieten

Metaalmatrixcomposieten bestaan uit metalen en hun legeringen als matrix, kunstmatig gecombineerd met een of meer metalen of niet-metalen versterkingsfasen. Ze vormen een belangrijke tak van moderne composietmaterialen.

Mechanisch gekenmerkt door een hoge dwars- en afschuifsterkte, bezitten deze composieten uitstekende uitgebreide mechanische eigenschappen zoals taaiheid en weerstand tegen vermoeiing.

Bovendien bieden ze thermische geleidbaarheid, elektrische geleidbaarheid, slijtvastheid, een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, goede dempingseigenschappen, vochtbestendigheid, niet-verouderend en niet-vervuilend.

Hun uitzonderlijke prestaties hebben geleid tot uitgebreide toepassingen in de ruimtevaart, auto-industrie, elektronica en machinebouw.