Een composiet is een materiaalconstructie, bestaande uit minimaal twee nog te onderscheiden materialen die samenwerken om zo tot een beter resultaat te komen.

Bij het vervaardigen van een composietproduct worden het materiaal en de constructie vaak tegelijkertijd gemaakt.

• Gewicht besparend Grote vrijheid in vorm, materiaal en proces
• Eenvoudig te kleuren Kleur- en glansbehoud
• Lichtdoorlatend
• Hoge mate van integratie van
• functies mogelijk
• Sterkte, stijfheid, thermische- en
• electrische weerstand kunnen
• gemanipuleerd worden
• Lage totale onderhoudskosten
• Waterbestendig en bestand tegen veel chemicaliën
• Gebruik van duurzame materialen mogelijk
• Automatisering mogelijk

Composiet producten in de automotive, transport en logistiek zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk.

Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Spatborden
• Opleggers
• Carroserie delen
• Interieurpanelen
• Dakaanpassingen
• Tramonderdelen
• Onderdelen voor bussen en vrachtwagens
• Onderdelen voor tractoren en grasmaaiers
• Onderdelen voor paardentrailers
• Onderdelen voor trikes
• Onderdelen voor caravans en campers
• Ombouw van voertuigen zoals speciaal transport en koelauto's
• Dubbelcabines
• Zit en voetkuipen
• Laadvloeren
• Adblue opvangtanks
• Flexibele containers
• Ombouw naar grijs kenteken
• Carrosseriebouw
• Daken
• Deuren
• Spoilers
• Bumpers
• Spatborden
• Motorkappen
• Binnenbekleding
• Panelen
• Interieurdelen
• Schortplaten
• Verhoogde daken
• Tussenwanden

Composiet producten in de maritieme sector logistiek zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk.

Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Scheepsbouw
• Bootonderdelen
• Hovercraft bouw
• Custom made spa's maritiem
• Bordessen
• Leuningen
• Steigers
• Loopbruggen
• Kompasopstanden
• Vetafscheiders
• Casco botenbouw
• Dekkisten
• Machinekappen
• Kano's

Heeft u meer vragen? Neem contact op met het verkoopteam van Starline.

Composiet producten in de industrie zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk. Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Halffabricaten
• Ventilatorhuizen
• Kanalen
• GVK dragers stalvloeren
• Kokers voor luchtwassers
• Profielen
• Afzuigkappen
• Trechter
• Waterzuivering
• Ongevallen transport kisten
• Kisten en kasten
• Apparatenbouw
• Luchtwasinstallaties
• Piping systems
• Behuizingen
• Afschermkappen
• Machinekappen
• Isolatiekappen
• Afdekkappen
• Meetboeien
• Afdichtingsringen
• Voersystemen
• Pomp omkastingen
• Carrosserie voor mestschuifrobot
• Kalverboxdaken
• Carrosseriedelen voor aardappelrooimachines
• Vetafscheiders
• Slibopvang
• Lekbakken

Composiet producten in opslag systemen zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk. Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Vloeistoftanks
• Silo's
• Opslagtanks
• Visbakken
• Filterbakken
• Opslag- en opvang bakken
• Zoutstrooikisten
• Bassins
• Watermeterputten
• Afdekkappen voor tanks
• Filters

Composiet producten in de weg- en waterbouw zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk. Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Bruggen en Viaducten
• Gesloten wegdekken
• Rioolrenovatie
• Putdeksels
• Afwerking betondelen
• Bewegwijzering
• Achtergrondschilden van stoplichten en verkeersborden

Composiet producten in de interieurbouw en kunst zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk. Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Meubilair
• Tuinmeubilair
• Recepties en balies
• Vitrine kasten
• Tafels
• Schoolmeubilair
• Winkelinrichting
• Stoelen
• Bekleden
• Inrichtingen
• Blow-ups
• Buitendecoratie
• Attracties
• Reclame en kunstobjecten
• Toneel en cabaret
• Grote vazen en plantenbakken
• Banken , stoelen en zittingen
• Gondels en diverse beplatingsvormstukken

Composiet producten in de recreatie zijn legio. In vrijwel elke toepassing is dit mogelijk. Hierbij een aantal voorbeelden van deze toepassingen met composiet:

• Zwembaden
• Vijvers
• Spa’s
• Waterattracties
• Glijbanen

Polyester composieten worden, mede wegens de gunstige prijs, erg veel toegepast. Het materiaal is wijdverbreid in de jachtbouw, auto-industrie, tanks en leidingen, en in kunststeen. Bij polyester zijn de belangrijkste componenten (onverzadigde polyester monomeren en styreen) al gemengd. Dit betekent, dat polyester in de container hard zou kunnen worden. Als je lang genoeg wacht gebeurt dat ook, maar dit proces verloopt bij kamertemperatuur erg langzaam en kan vertraagd worden door speciale toevoegingen (inhibitoren). Om een werkbare procestijd te krijgen wordt aan het niet-uitgeharde polyester de katalysator toegevoegd .Een paar gewichtsprocent is genoeg om een reactie op gang te krijgen.

De onverzadigde polyester is opgelost in ca. 35% styreen.Dit styreen vormt bij uitharding verbindingen met de onverzadigingen in de polyester ketens, waardoor een drie-dimensionale structuur ontstaat. Het grootste deel (>95%) van het styreen neemt aan deze reactie deel. Een deel van de styreen verdampt wel tijdens het proces (<5%). Er bestaat ook lage styreen emissie polyesterhars (LSE). Polyester is gevoelig voor water. De gevoeligheid van polyester voor water geldt niet voor alle polyesters. Hiervoor wordt isoftaalzure-polyester (in plaats van orthopolyester) gebruikt.

Vinylester wordt met name gebruikt in toepassingen waar een hogere chemische weerstand nodig is dan polyester kan bieden. Ook is vinylester veel minder gevoelig voor vocht, het kan bijvoorbeeld als beschermlaag gebruikt worden over een polyester constructie die veel aan water wordt blootgesteld. Dit komt deels door het relatieve lage aandeel aan esters, doordat de monomeren wat langer zijn, en deels door het type esters, die zich naast aromatische groepen bevinden waardoor ook de mechanische eigenschappen beter zijn.

Epoxymaterialen zijn wat duurder en worden wat minder toegepast dan polyesters en vinylesters. Met de opkomst van vacuüminjectietechnieken is hun marktaandeel echter wel gestegen. Een groot deel van de windturbinebladen wordt met epoxysystemen gemaakt, ook omdat de vermoeiingssterkte van vezelversterkt epoxy beter is dan die van vezelversterkt polyester (hierbij zij meteen aangetekend, dat een belangrijke bladfabrikant (LM Glasfiber), een zeer groot marktaandeel heeft met polyester bladen).

Chemisch gezien werkt epoxy heel anders dan polyester of vinylester. De kunststof ontstaat door samenvoeging van twee componenten, vaak een epoxy-molecuul en een amine. Door mengen wordt de reactie op gang gebracht die er in resulteert dat de componenten (epoxymoleculen en amines) een dicht netwerk vormen, dat regelmatiger van structuur is dan dat van vinylesters. Voor beide componenten van een epoxy bestaan verscheidene varianten.

Epoxy is overigens bekend als lijm; veel 2-componentenlijm is epoxy. Deze is erg geschikt om met metaal te verlijmen.

Fenolharsen zijn thermoharders die een hoge glasovergangstemperatuur hebben, en goede eigenschappen wanneer ze in contact komen met vonken; ze schroeien maar branden of smelten niet. Je vindt ze daarom vaak in printplaten en interieurdelen van vliegtuigen en treinen. Ook worden ze gebruikt in de verlijming van triplex en hardboard. Nadelen zijn dat ze bros zijn en er bij de uitharding water vrijkomt.

Vezels in een composiet zijn van de bij elkaar gevoegde componenten meestal bepalend voor de sterkte en stijfheid. Een kunststof, waaraan gerichte vezels zijn toegevoegd, is in vezelrichting vele malen sterker en stijver dan de kunststof zelf. De sterkte loodrecht op de vezels is aanzienlijk lager, omdat de vezels als spanningsconcentratoren optreden. In de praktijk worden vaak vezels in verschillende richtingen ingebouwd.

Glas en koolstof (carbon en grafiet) worden het meeste toegepast. Hoe worden glasvezels gemaakt?

De vervaardigingswijze is zeer verschillend. Voor glasvezels wordt siliciumoxide (SiO2 uit zand) samen met verscheidene toevoegingen verhit tot boven het smeltpunt. De smelt wordt vervolgens naar kanaaltjes geleid, waar aan de onderkant kleine gaten zitten (diameter circa 2 mm), waar de smelt doorheen zakt.

De stroperige smelt wordt op een spoel gewonden. Dit gaat met hoge snelheid (tientallen meters per seconde). Hierdoor worden de smeltdraden aanzienlijk gestrekt en daarmee veel dunner, tot ca. 20 micrometer diameter. Vlak na het verlaten van de extrusiebussen (die gemaakt zijn van een platina-rhodium-legering die bestand is tegen hoge temperaturen) worden de vezels besproeid met water zodat ze met hoge snelheid stollen. In het water zit een toevoeging die ervoor zorgt dat de verdere verwerking van de vezels vergemakkelijkt wordt.

Er zijn verschillende types glas, met verschillende materiaaleigenschappen. Elk type wordt aangeduid met een letter. De meest voorkomende is E-glas. Andere types zijn o.a. S-glas (hogere sterkte en stijfheid), C-glas (chemisch resistent), D-glas (lage diëlectrische constante en daardoor zeer geschikt voor toepassing in bijvoorbeeld radarkoepels (radomes)). Het type glas wordt bepaald door de chemische samenstelling.

Het hierboven beschreven proces is relatief goedkoop maar er zitten wat complicerende factoren aan. De bestanddelen moeten in de juiste verhoudingen gemengd worden.

Koolstofvezels worden op een heel andere manier vervaardigd (Figuur 5). Ook hier kunnen verschillende grondstoffen gebruikt worden, voorwaarde is wel dat de grondstof een hoog gehalte aan koolstofatomen in de chemische verbinding heeft. Over het algemeen worden PAN (polyacrylnitril), pek (pitch) of kunstzijde (rayon/viscose) gebruikt (deze laatste bijvoorbeeld in biocomposieten). PAN is een halffabrikaat, waarvan de eigenschappen binnen nauwe marges vallen; pek is een “natuurproduct”.

Voor een consistente kwaliteit heeft PAN de voorkeur, terwijl pek goedkoper is. Uit de PAN of pek worden draden getrokken, die vervolgens 3 stappen doorlopen: oxidatie bij ca. 200ºC (hierbij krijgen de vezels hun karakteristieke zwarte kleur); carbonisatie, bij 800-1600ºC (in een inerte atmosfeer worden verscheidene componenten, zoals stikstofatomen, verwijderd; en tenslotte grafitisering (de vezel krijgt z’n definitieve samenstelling).

Tijdens het proces worden de vezels gestrekt, zodat de oriëntatie van de koolstofketens in het materiaal zoveel mogelijk evenwijdig aan de vezelrichting loopt en er een anisotrope vezel ontstaat. Koolstofvezels zijn vaak transversaal isotroop en hebben in lengterichting een veel hogere stijfheid dan in dwarsrichting.

Naast glas en koolstof worden vele andere vezelversterkingen gebruikt. Basaltvezels lijken het meest op glasvezels voor wat betreft fabricagemethode. Basalt (vulkanisch gesteente) wordt, net als glas, in een oven verhit, waarna er draden van worden getrokken. Hierbij is het niet nodig bestanddelen te mengen; het basalt is ‘kant en klaar’.

Daarbij moet wel worden gezegd dat de samenstelling van basalt afhangt van de vindplaats, waardoor er uiteindelijk een beperkt aanbod is. Verder is basalt moeilijker te smelten dan glas en is het abrasiever, waardoor de extrusiebussen vaker vervangen moeten worden. Hiermee is basalt duurder dan E-glas, maar nog altijd goedkoper dan de duurdere soorten glas en koolstof.

Veel toegepaste vezels zijn aramidevezels (aromatische polyamiden), bekend onder de merknamen Kevlar en Twaron. Bij fabricage worden de polymeerketens in deze vezels sterk gericht, waardoor een stijve vezel ontstaat. Het soortelijk gewicht van deze vezels is zeer laag, wat goede specifieke eigenschappen oplevert. Een belangrijk voordeel van deze vezels is hun grote taaiheid, wat ze zeer geschikt maakt voor toepassing in kogelwerende vesten.

Natuurlijke vezels (uit planten, zoals vlas, hennep, bamboe, hout) hebben tijdens verwerking en in gebruik het nadeel dat ze gevoelig zijn voor vochtopname en rotting. Sterkte en stijfheid, zeker in verhouding tot hun gewicht, kunnen van dezelfde orde zijn als die van kunstvezels. Een nadeel van plantaardige vezels is dat ze een vrij kleine lengte hebben.

Belangrijke begrippen in het werken met composieten zijn lamel en laminaat. Een laagje geïmpregneerde vezelversterking wordt lamel genoemd; een stapel lamellen heet een laminaat. Voor de interne opbouw van een lamel en voor hoe een laminaat op zijn beurt is opgebouwd bestaan zeer veel mogelijkheden.

De vezels en vezelbundels worden vaak niet direct in een product verwerkt, maar meestal eerst verwerkt tot een textiel. Behalve voor wikkelen en pultrusie (voor vervaardigingsmethoden is een textiel veel geschikter dan een vezel(bundel).

De methoden die gebruikt worden voor de verwerking van vezels tot textielen zijn voor een groot deel afgeleid van de textielindustrie, en veel termen uit deze tak van sport vinden we dan ook terug in de verwerking van de versterkingsvezels tot textielen. Filamenten (vezel; Engels: fibre) kunnen gebundeld worden tot een streng (strand, end) en direct verwerkt worden tot een vezelmat. Een dergelijke mat bestaat uit korte of lange vezels die in een min of meer willekeurig patroon aan elkaar zijn geplakt. Het is dus eigenlijk al een composiet. Een kortvezelige of langvezelige mat wordt meestal chopped strand mat of continuous strand mat genoemd.

Bij een heel laag oppervlaktegewicht wordt van een vlies gesproken. Maar de vezel kan ook worden gebundeld tot een getwijnde streng (garen; yarn) van een aantal vezels. Ongetwijnde strengen kunnen gebundeld worden tot een bundel (roving). Vervolgens kunnen er twee klassen van versterkingsmateriaal van gemaakt worden:

• Weefsel
• Non-crimp fabric

Bij een weefsel zijn de vezelbundels geweven. De krimp (crimp), de oppervlaktestructuur en de drapeerbaarheid worden bepaald door het weefpatroon, t.w. het patroon waarmee schering (warp) en inslag (weft) elkaar afwisselen. De krimp is niet de mate waarin een weefsel krimpt, maar zegt hier wel iets over. De krimp is per definitie de ‘bochtigheid’ van een vezel in een weefsel, die wordt bepaald door het weefpatroon.

De mate waarin een weefsel toegeeft aan de volume-afname van de hars tijdens uitharden, hangt samen met de krimp van het weefsel. Drapeerbaarheid (drapeability) zegt iets over het gemak waarmee een textiel een opgelegde vorm aanneemt – des te drapeerbaarder een textiel is, des te minder vouwen komen erin en des te groter zijn de richtingsveranderingen die voor het textiel haalbaar zijn in de mal. Dit gaat wel ten koste van de hoeveelheid controle die men heeft over de richting van de vezels in het gedrapeerde textiel tijdens het hanteren. De binding (weave) is van grote invloed op de eigenschappen van een lamel. Over het algemeen vertonen lossere bindingen, zoals keper en satijn, betere drapeerbaarheid en permeabiliteit dan effen bindingen, die op hun beurt stabiele textielen opleveren.

De stijfheid van een composiet kan in verschillende richtingen anders zijn door de vezeloriëntatie. Dit wordt weergegeven in een polair stijfheidsdiagram, waarin de stijfheid in verschillende richtingen is aangeduid als de afstand van de oorsprong tot de lijn in die richting.

Zoals de naam aangeeft, heeft een non-crimp fabric (NCF) geen ingebouwde krimp; alle vezelbundels liggen recht. Dit wordt bereikt door de vezelbundels aan elkaar te stikken, hetzij aan elkaar, hetzij aan een dunne steunlaag. Dit is een beperkte hoeveelheid vezels dwars op de hoofdrichting van het textiel, of een dun vlies van willekeurig georiënteerde (gesneden) vezels. Non-crimp fabric wordt daarom ook vaak aangeduid als stitched fabric.

Een materiaal is isotroop voor een eigenschap als deze eigenschap in alle richtingen even groot is. Het tegenovergestelde is anisotroop. Composieten zijn door hun vezeloriëntatie bijna altijd anisotroop. Een speciaal geval van anisotropie is ‘transversaal isotroop’: dit is vaak het geval bij koolstofvezels. Een ander voorbeeld is orthotropie, die karakteristiek is voor bijna alle lamellen in een composiet. Soms wordt nagestreefd een composiet zoveel mogelijk isotroop te maken, men maakt dan gebruik van quasi-isotrope stapeling van lagen.

Thermoplasten zijn polymeren die bij verhitting smelten, bewerkbaar worden, en die bij afkoeling weer een vaste vorm aannemen. De meeste onversterkte gebruiksplastics zijn thermoplasten. Moleculair gezien bestaan thermoplasten uit lange ketens, die in elkaar verstrengeld zitten. Bij verhitting ontstaat er enige bewegingsvrijheid door de molecuulbewegingen.

Uitzonderingen daargelaten zijn thermoplasten over het algemeen niet geschikt voor impregneren van een vezelversterking wegens hun hoge viscositeit (grote stroperigheid in vloeibare toestand, die gerelateerd is aan de moleculaire toestand). Die hindert de thermoplast om de vezels voldoende te benatten (impregneren), waardoor geen goed composiet ontstaat. Om toch composietmaterialen met thermoplasten te maken zijn hoge drukken en temperaturen nodig; een veelgebruikte methode is droge lamellen af te wisselen met thermoplastische films en d.m.v. een verwarmde pers een composiet te maken. Ook worden thermoplastische garens of vezelbundels meegesponnen met de vezelversterking. Met dergelijke materialen is een lagere externe druk nodig om tot een goede impregnering te komen.

Een recente procesontwikkeling is infusie van thermoplasten. Hier worden monomeren gebruikt tijdens de infusie, die tijdens de uitharding polymeriseren. Omdat monomeren korte ketens hebben raken ze niet in elkaar verstrengeld, hebben ze in vloeibare toestand een lage viscositeit, en zijn ze geschikt voor infusie.

Thermoharde kunststoffen (kort: thermoharders) smelten bij verhitting niet, maar verbranden uiteindelijk. Moleculair gezien bestaan de meeste thermoharders uit relatief korte ketens, die ervoor zorgen dat de niet-uitgeharde kunststoffen een zeer lage viscositeit hebben (zie 1 - 6). Uitharding gebeurt door het op gang brengen van een chemische reactie, waarbij de korte ketens bindingen met elkaar aangaan en een driedimensionaal netwerk vormen. Vaak wordt tijdens de uitharding de temperatuur geregeld, en, afhankelijk van de vervaardigingsmethode, ook de externe druk.

Het onderscheid tussen thermoplasten en thermoharders is niet altijd even scherp. Polyesters kunnen ook thermoplastisch zijn. Fenolharsen gedragen zich tot een bepaalde temperatuur als thermoplasten.

De meest gebruikte thermoharde kunststoffen zijn de polyesters, vinylesters en epoxy’s.

Kenmerken van deze thermoharde kunststoffen:

• Polyesters en vinylesters zijn goedkoper om te maken dan epoxy’s.
• Epoxy krimpt een stuk minder bij uitharden dan polyesters en vinylesters.
• Polyesters zijn gevoeliger voor schade door osmose (water dat in de kunststof wordt opgenomen en blaasjes (blisters) kan veroorzaken.
• Alle kunststoffen worden gemengd uit minimaal twee componenten: in het geval van polyester en vinylester is dat het monomeer en een katalysator (en accelerator); bij epoxy wordt het hoofdbestanddeel met een harder samengevoegd.
• Voor alle systemen geldt, dat een exotherme reactie plaatsvindt.

De sandwichmaterialen zijn een bijzondere categorie composieten. Doorgaans bestaan ze uit twee huiden met een kernmateriaal ertussen. Sandwichconstructies worden vaak toegepast in lichtgewicht constructies. Voor zowel de huiden als de kern kan uit een groot scala van materialen gekozen worden.

Enkele opties voor kernmateriaal worden hier besproken. Kernen van sandwiches kunnen bestaan uit honingraatconstructies, (balsa)hout, en kunststof schuimen. Voor een sandwich is het van belang dat de materiaalkeuze en de verbindingsmethode met de huiden tot een sterke verbinding leidt. Zo zal een polystyreen schuim gevoelig zijn voor de oplosmiddelen die in veel lijmen gebruikt worden.

Honingraatconstructies worden veel toegepast in luchtvaart- en ruimtevaartconstructies. Honingraat is relatief duur. Balsahout is goedkoper en heeft een goede stijfheids/gewichts verhouding. Het is een natuurlijk materiaal dus er is variatie in mechanische eigenschappen, het kan rotten en het is beperkt beschikbaar. Kunststof schuimen worden veel gebruikt. Ze zijn in diverse soorten kunststof en in diverse standaard dichtheden verkrijgbaar.

Kernmaterialen zijn als plaatmateriaal verkrijgbaar. Voor toepassing in gekromde of dubbelgekromde oppervlakken worden de materialen als blokjes op een vezeldoek verlijmd, of in één of twee richtingen voorzien van groeven (geheel of gedeeltelijk door de dikte), die het mogelijk maken de platen kernmateriaal te buigen of draperen.

Het samenvoegen van een huid en een kern kan vooraf door verlijming gebeuren. Maar het is ook mogelijk om huiden en kernen bijvoorbeeld in een vacuüminfusieproces samen te voegen; bij het impregneren van de huiden en de buitenste laag van de kern wordt de verbinding tussen huid en kern met hars gemaakt. Hierbij moet dan wel rekening gehouden worden met de mate waarin de kern hars opneemt (en chemisch compatibel is met de hars). Zeker bij sandwichmaterialen met de bovenbeschreven dwars- en langsgroeven kan er veel hars in de groeven stromen waardoor de constructie onnodig zwaarder wordt.

Om te zorgen dat een product in de juiste vorm gemaakt wordt, zijn vervaardigingsmethoden van composieten vaak gebaseerd op het gebruik van mallen. De mal wordt in de behandeling van vervaardigingsmethoden vaak onderbelicht, maar de mal is van groot belang voor de kwaliteit van het eindproduct, en maakt vaak een aanzienlijk deel van de kosten uit. Voor grote producten is de vormvastheid van groot belang, wat meestal inhoudt dat een stijve malconstructie nodig is die z’n geometrie behoudt in een groot temperatuurbereik. Voor grote series moet de mal bestand zijn tegen slijtage. De meeste harssystemen vormen in uitgeharde toestand goede lijmverbindingen. Dit betekent, dat de mal vóór aanvang van het productieproces voorzien moet worden van een lossingslaag. Hiervoor wordt bijvoorbeeld was, PVA (polyvinylalcohol) of Teflontape gebruikt.

Voor één of enkele producten kan een directmal vervaardigd worden. De directmal is een negatieve afdruk van het product. Des te beter het product lossend is gemaakt door geometrie en het aanbrengen van een lossingsmiddel, des te meer producten hiermee gemaakt kunnen worden (des te groter de ‘standtijd’).

Bij grotere series is het nodig om eerst een positief 1-op-1 model (de ‘plug’) te maken en hiervan een hoogwaardige composiet mal te vervaardigen. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer een object gekopieerd wordt. Neem bijvoorbeeld een schip, waar je er méér van wilt namaken. Dan kun je een “afdruk” maken van de scheepsromp, die je dan als directmal gebruikt om een nieuwe scheepsromp in te vervaardigen. De originele scheepsromp is dan de plug.

Soms wordt eerst een plug vervaardigd (bijv. met een numerieke frees), daar wordt een mal van gemaakt, waarin dan een scheepswand wordt gelamineerd. Deze schijnbaar omslachtige methode wordt toegepast, zodat de geometrie en de afwerking van het uiteindelijke product aan de zichtzijde volgens specificaties zijn.

Een mal maken in de vorm van de binnenwand van een schip, en daar de scheepswand overheen lamineren, kan tot onvoldoende resultaat leiden. Ook de inbouw van de overige scheepsconstructie en de afbouw van het schip is dan moeilijker. Die directmal of plug kan van het originele object gemaakt worden, maar het kan ook een eenvoudige MDF of EPS mal zijn, of een hoogwaardiger CNC-gefreesde schuimmal met modelpasta.

Bij het maken van een mal en/of plug moet je stilstaan bij de volgende zaken:

Lossing: het product moet uiteindelijk uit de mal te halen zijn. De zijden van de mal moeten minimaal een hoek van enkele graden maken met de richting van de lossing, zonder het product op te sluiten in de mal. Wanneer een product niet lossend is, maar wel uit één stuk gemaakt moet worden, kan de mal voorzien worden van een insert, die vóór lossing uit de mal gehaald kan worden of losgemaakt wordt van de mal en met het product mee lost.

Flenzen: het is aan te bevelen om rond het uiteindelijke product een ‘productieflens’ te reserveren. De mal wordt wat groter gemaakt dan het product, zodat rondom ruimte is om bijvoorbeeld hulpmiddelen die nodig zijn voor vacuümtechniek te plaatsen, en om de randen van het product na lossen af te kunnen werken. Bij niet-lossende producten wordt de mal soms in delen gemaakt, dan is sprake van een deelflens.

De mal en/of plug spelen een grote rol bij het bereiken van een goede lossing en gewenste standtijd, uiterlijk en glans van het product, vervorming van het geloste product (krimpspanningen), en natuurlijk de vorm en toleranties van het product. Bij het (integrale) ontwerp van een constructie, moeten ook het ontwerp van een eventuele mal en plug goed doordacht worden.

Vervaardigingsmethoden kunnen gekozen worden op basis van allerlei criteria. Enkele voorbeelden:

• Geschikt voor enkelstuks- of serieproductie
• Temperatuur
• Druk
• Uithardingssnelheid
• Te bereiken oppervlaktekwaliteit
• Uitgangsmaterialen
• Hoeveelheid en type benodigd gereedschap
• Kosten (een functie van bovenstaande criteria)

Aangezien het materiaal en het product in één keer worden gemaakt, bepaalt de productiewijze in hoge mate de kwaliteit van het eindproduct. Ook de ‘bijkomende’ zaken zoals gereedschappen, bepalen het succes van een composiet product. Voor elk product is er een optimum te vinden tussen investering in kennis en gereedschap en de functionaliteit.

Het kiezen van een (combinatie van) productietechniek(en) is één van de meest uitdagende zaken bij het construeren in composietmaterialen.

Bij open-mal technieken is sprake van een mal waarop het product gemaakt wordt, die tijdens de impregnatie niet wordt afgedekt met een tweede mal of vacuümfolie. Bij openmal technieken kun je tijdens benatting van de vezels (impregnatie) geen gebruik maken van manipulatie van de druk. De uitstoot van vluchtige stoffen is meestal groter en minder controleerbaar dan bij gesloten-mal technieken.

Het is mogelijk om een vervaardigingsproces te beginnen als open-mal techniek, maar vóór het uitharden het product alsnog af te dekken en over- of onderdruk aan te brengen om overtollige hars af te voeren of luchtinsluitsels (voids) te verminderen. Open-mal technieken zijn niet per se minder high-tech dan gesloten-mal technieken; lasergeconsolideerd thermoplastisch wikkelen is in principe ook een open-mal techniek. Wel zijn de twee bekendste open-mal technieken ook vrijwel de eenvoudigste vervaardigingsmethoden die beschikbaar zijn: vezelspuiten en handlamineren.

Wikkelen is een vrij toepassing specifiek productieproces, dat zeer geschikt is om cilindrische containers zoals drukvaten te maken. Het in een wikkelproces kunnen oriënteren van de vezels levert grote gewichtsvoordelen op bij drukvaten. Bij drukvaten wordt de vloeistof/gasdichte binnenlaag (liner) vaak als mal gebruikt. Bij wikkelen is het verwijderen van de mal soms een probleem. Er bestaan oplosbare mallen.

Bij fibre placement (vezelplaatsing), wordt vaak met een pre-preg of thermoplastische tape of vezelbundel gewerkt. Deze wordt door een computergestuurde robot in de mal gelegd; aan ’t proces komen geen mensenhanden te pas. Een voordeel van deze methode is dat vezels in het vlak niet recht hoeven te liggen, wat moeilijk te realiseren is met andere methoden. Zonder automatisering is deze methode ondoenlijk.

Pultrusie is een samenstelling van het werkwoord ‘to pull’ en het ‘extrusie’-proces. Extrusie wordt veel gebruikt bij het maken van profielen. Hierbij wordt het materiaal door een mal geperst met de vorm van de profieldoorsnede. Een vezelversterkt materiaal laat zich niet zo gemakkelijk door een vorm duwen, daarom wordt bij pultrusie het ruwe materiaal door de mal getrokken. Als grondstof wordt meestal een combinatie van vezelbundels en vezelmatten (Continuous Strand Mat) gebruikt die door een harsbad worden geleid, en vervolgens door de mal.

Hierin wordt het profiel uitgehard bij hogere temperaturen (ca. 130ºC) en meestal op een bepaalde standaardlengte afgezaagd. In principe is het mogelijk oneindig lange profielen te maken, maar in de praktijk is pultrusie meestal een semi-continu proces, waarbij de profielen in lengtes van bijvoorbeeld 6 meter afgezaagd worden.

Gesloten maltechniek. Er bestaan zeer veel technieken die als vacuümtechnieken gekarakteriseerd kunnen worden, zoals ‘(VA)RTM’ (Vacuum-Assisted Resin Transfer Moulding), of SCRIMP (Seeman’s Composite Resin Infusion Molding Process). Deze techieken hebben met elkaar gemeenschappelijk dat het werkstuk met behulp van atmosferische druk geïmpregneerd wordt. Dat kan alleen als het werkstuk luchtdicht wordt afgesloten en aan één zijde de lucht door een vacuümpomp wordt afgezogen.

Je kunt een werkstuk luchtdicht afsluiten met een stuk plastic (vacuümfolie). Dan moet het werkstuk wel aan één zijde ondersteund worden door een mal, anders zou het in het vlak in elkaar gedrukt worden (kreukelen). Je kunt ook een rigide onder- en bovenmal gebruiken; hiermee is het meestal gemakkelijker het juiste vezelvolumegehalte te verkrijgen en een goede oppervlaktekwaliteit te krijgen aan beide productzijden. Dit is onder andere aan te bevelen bij de vervaardiging van proefstukken voor materiaaltesten. Het principe van vacuümtechniek is vrij eenvoudig, de productkwaliteit is goed en er kunnen grote producten en redelijk grote series mee gemaakt worden.

In een mal in de vorm van het eindproduct breng je als eerste een lossingslaag aan, zodat het product na uitharden uit de mal gehaald kan worden (de meeste harsen zijn prima lijmen!). Vervolgens bouw je het laminaat op volgens specificatie. Bij een eenzijdige mal wordt vaak nog scheurdoek (‘peel ply’) toegepast: dit is wederom een soort lossingslaag, maar zorgt er ook voor dat de uiteindelijke oppervlaktestructuur een bepaalde ruwheid krijgt (bijv. gunstig voor lijmen). Soms wordt over een deel van het product een doek of gaas gelegd, die ervoor zorgt dat de hars overal in het product kan komen vóórdat uitharding optreedt. Tenslotte wordt de hele stapel afgedicht met vacuümfolie.