Voor- en nadelen van composieten

Read this post in English

 

Composietmaterialen zijn materialen die relatief onbekend zijn en vaak worden gezien als geavanceerde materialen voor moderne toepassingen. In het verleden hebben bijna alle materialen een vergelijkbare evolutie doorgemaakt. Vroeger waren houten schepen bijvoorbeeld de meest geavanceerde optie, maar later werd staal de norm. Deze overgang gebeurde niet vanzelf. Er waren verschillende redenen om over te stappen, zoals de behoefte aan meer sterkte, stijfheid of het schaarser worden van bestaande materialen. Vervolgens moesten nieuwe constructiemethoden worden ontwikkeld en verdwenen er scheepswerven of moesten deze volledig worden aangepast om met deze nieuwe materialen te kunnen werken. Ook ontwerpmethoden en berekeningen moesten worden aangepast, vaak als gevolg van trial-and-error en lessen die werden geleerd uit bijvoorbeeld de onverwachte brosse breuken van de Amerikaanse Liberty-schepen.

De vraag of composiet nu echt het allernieuwste is, kan worden betwist. Er worden al meer dan 60 jaar constructies gemaakt van moderne composietmaterialen. Het lijkt echter wel zo te zijn dat er langzaamaan een overgang naar het gebruik van composiet plaatsvindt in steeds meer industrieën.

Van ingenieurs wordt verwacht dat ze op de hoogte zijn van de verschillende materialen die beschikbaar zijn en een weloverwogen materiaalkeuze maken op basis van de specificaties die vereist zijn. Ze kunnen gebruikmaken van moderne software, zoals CES Edupack, om direct toegang te krijgen tot kennis over talloze materialen en deze met elkaar te vergelijken op basis van de gewenste eigenschappen.

Het is ook belangrijk om zowel de voordelen als de nadelen van een materiaal te begrijpen. Hieronder worden enkele mogelijke voor- en nadelen kort genoemd:

Voordelen	Nadelen
Gewichtsbesparend	Hoge materiaalkosten
Grote vrijheid in vorm, materiaal en proces	Rekenmethoden soms specialistisch
Eenvoudig te kleuren	Kleur- en glansbehoud niet altijd voorspelbaar
Lichtdoorlatend	Gedrag van details en verbindingen relatief onbekend
Hoge mate van integratie van functies mogelijk	Nabewerken nog niet ver ontwikkeld
Sterkte, stijfheid, thermische- en elektrische weerstand kunnen gemanipuleerd worden	Stijfheid en faalgedrag kunnen ongunstig zijn, gevoelig voor temperatuur, brand, en blikseminslag
Lage totale onderhoudskosten	Hoge investeringskosten
Waterbestendig en bestand tegen veel chemicaliën	Gevoelig voor UV-licht
Gebruik van duurzame materialen mogelijk	Recycling nog niet ver ontwikkeld
Automatisering mogelijk	Soms kapitaalintensieve productiemethoden

De genoemde voor- en nadelen hierboven zijn relatief ten opzichte van een niet gespecificeerd “standaard” materiaal. Het is belangrijk om deze punten in elke ontwerpsituatie te nuanceren, omdat ze in sommige gevallen niet van toepassing zijn of zelfs tegenstrijdig kunnen werken. Elk ontwerp heeft zijn eigen specifieke context waarin deze voor- en nadelen moeten worden beoordeeld.

Een voorbeeld hiervan is het lagere gewicht van een materiaal. Als een object zelden of nooit verplaatst wordt en het eigen gewicht geen significante belasting vormt, heeft het geen zin om een ontwerp te maken dat gericht is op lichtgewicht, omdat gewichtsbesparing geen voordeel oplevert. Bovendien moeten kosten en duurzaamheid altijd in samenhang worden bekeken gedurende de levensduur van een ontwerp. Op bepaalde onderdelen of in specifieke levensfasen kunnen de kosten hoog oplopen, bijvoorbeeld bij de investering in een mal, of kan het materiaal zelf niet duurzaam zijn (zoals het energieverbruik bij de productie van koolstofvezels). Soms kan dit echter worden gecompenseerd door lagere onderhoudskosten of een lager energieverbruik tijdens transport, en in sommige gevallen kan het zelfs leiden tot energieopwekking, zoals bij een windturbine. Het is dus belangrijk om de totale, integrale kosten van het gebruik in overweging te nemen.

Het aantal voor- en nadelen van een composiet zegt op zichzelf niets over de algemene bruikbaarheid ervan. Voor een specifiek ontwerp kan één bepaald aspect al voldoende zijn om succes te garanderen, terwijl hetzelfde aspect in een ander ontwerp een struikelblok kan vormen. Het hangt allemaal af van de specifieke vereisten en context van het ontwerp.