CFR Thermoplast

In deze blog zal ik het verschil uitleggen tussen de algemene term "composiet" en de specifieke aanduiding van "cfr thermoplasten".

De definitie van "composiet" is eigenlijk een al lang bestaande term voor de combinatie van twee materialen die nieuwe eigenschappen of voordelen opleveren. Het is eigenlijk niet specifiek gerelateerd aan polymeren en vezels, maar kan elke combinatie van materialen of elementen zijn. Zo is gewapend beton (beton met stalen staven) een composietmateriaal of bijvoorbeeld een sandwichpaneel (zoals schuimmateriaal tussen twee lagen aluminium).

Thermoharde composieten

De ontwikkeling van versterkte polymeren begon met de combinatie van vezels en thermohardende polymeren (meestal thermoharders genoemd). Thermoharder is een polymeer dat in een onomkeerbare toestand wordt gebracht door uitharding van een zachte vaste of stroperige vloeibare prepolymeer of hars. De vloeibare hars is, vanwege de relatief lage viscositeit, perfect geschikt om samen met vezels te worden gelamineerd en in een specifieke vorm te worden gegoten: het thermoharde composietproduct. Zoals gezegd is dit proces onomkeerbaar waardoor het materiaal niet van vorm veranderd kan worden en dus niet (gemakkelijk) recyclebaar is. Het alternatief om thermoharde producten in verbrandingsovens te verbranden, resulteert in een beperkte energieopwekking en soms tot giftige gassen en dampen. Dat is in vergelijking met metaal of thermoplastisch materiaal het grootste nadeel van de toepassing van thermoharde materialen.

Thermoplast composieten

De ontwikkeling van thermoplast composieten heeft een lange weg afgelegd vanwege de hogere viscositeit van thermoplasten in vergelijking met de harsen van thermoharders. De huidige productietechnologie maken de productie mogelijk van veel verschillende soorten UD-tape (unidirectionele tape, met de vezels in lengterichting). Veel verschillende thermoplastische polymeren kunnen worden gecombineerd met vezels en in verschillende breedtes worden gesneden om een plaat te vormen of in een smalle breedte voor het leggen van tape. De combinatie van lagen met verschillende hoeken, maakt het mogelijk om de sterkterichting te optimaliseren of isotroop gedrag van het eindproduct te creëren.

 

 

Op maat gesneden UD-tape (© Mitsui Chemicals)

Verwerking van CFR Thermoplast materiaal

De tape en plaat zijn de grondstof voor verdere verwerking met thermovormen, tape leggen of tape wikkelen. De vezel in de UD-tape is eindeloos en daarom worden de producten gemaakt van UD-tape doorlopend vezelversterkte thermoplasten genoemd (Engels: CFR Thermoplastics / CFR-TP en in het Nederlands: CFR Thermoplast of Thermoplast composieten) en bieden ze de mogelijkheid om de volledige sterkte van de vezels te benutten in veeleisende toepassingen.

Thermoplast materiaal wordt zachter bij een bepaalde temperatuur die afhankelijk is van het soort materiaal. In die toepassingen waar de bedrijfstemperatuur zeer hoog is, kunnen materialen als PEEK (of PAEK en PEKK) uitkomst bieden. Thermoplasten kunnen (lokaal) worden gevormd door de temperatuur ruim boven de glastemperatuur (Tg) te brengen en het materiaal te vervormen (zoals de meeste metalen). En ook belangrijk om te vermelden is de recyclebaarheid van thermoplast composietmateriaal, waardoor het materiaal past in de circulaire economie!

Geschreven door Theo Mimpen (maart 2021)