Composietmaterialen

De thermoplastische matrix wordt gekarakteriseerd via Differential Scanning Calorimetry (DSC) die het smelt- en kristallisatiegedrag van de thermoplast analyseert. Reologie is de studie van het vloeigedrag van de gesmolten thermoplastische matrix. Op basis van deze analyses kunnen we de impregnatiekwaliteit van de resulterende composieten voorspellen. Verschillende testen komen hierbij in aanmerking, zoals Melt Flow Index of MFI-metingen, rotationele en capillaire viscosimetrie, Ubelohde etc. Daarnaast wordt (M)DSC ook gebruikt om de uithardingsreacties van thermohardende matrices in kaart te brengen.

De vezelvolumefractie van composieten wordt via verschillende routes bepaald. Er bestaan zowel destructieve als niet-destructieve methodes, waarbij de resultaten van de destructieve methodes accurater zijn. 

Centexbel gebruikt doorgaans destructieve methodes, waarbij de matrix van het composiet verwijderd wordt, hetzij chemisch, hetzij via afbranden. De matrix wordt afgebrand via TGA (thermogravimetrische analyse) of via een ‘Resin burn-off’-test voor stalen met een keramische vezelversterking. Bij TGA worden zeer kleine stalen getest waardoor de foutmarge vrij groot kan zijn door lokale verschillen in het composietmateriaal. 

Het voordeel van TGA is echter dat het kan worden gebruikt voor zowel glasvezel als koolstofvezelversterkte composieten. Bij deze laatste wordt TGA onder een stikstofatmosfeer uitgevoerd. Resin burn-off maakt gebruik van grotere stalen waardoor de lokale verschillen uitgemiddeld worden.

Thermomechanometrische technieken bieden de mogelijkheid om de mechanische eigenschappen te bestuderen in functie van de temperatuur. Dit is vooral belangrijk voor materialen die als eindproduct moeten functioneren in een omgeving met verhoogde temperatuur. De meest eenvoudige is de ‘Heat Deflection Temperature (HDT)’-test. Deze test meet de temperatuur waarbij het materiaal vervormt bij een specifieke belasting en geeft hierdoor de weerstand tegen vervorming op verhoogde temperatuur weer. Ook de ‘Vicat softening temperature’ kan gemeten worden. Bij deze test wordt het materiaal met stijgende temperatuur slechts lokaal vervormd door middel van een naald. Meer precieze en nauwkeurige mechanometrische technieken zijn TMA (thermo-mechanische analyse) en DTMA (dynamische thermo-mechanische analyse). Bij TMA worden dimensionele veranderingen gemeten als functie van stijgende temperatuur of als functie van tijd onder constante verhoogde temperatuur. Ook de (statische) kracht die op het staal wordt uitgevoerd, kan nauwkeurig worden gecontroleerd. Via de verschillende modes van deze techniek worden verscheidene karakteristieken bepaald zoals vrije krimp of krimpkracht, spanning-rek-metingen, deflectietemperatuur onder belasting, de coëfficient van thermische expansie, enz. 

Bij DTMA, anderzijds, zal er een oscillerende kracht worden aangelegd tijdens opwarming of afkoeling door middel van beweegbare klemmen. Hierdoor kunnen de temperatuursafhankelijke visco-elastische eigenschappen van het staal bepaald worden zoals de elastisciteits-, de viscositeitsmodulus en de dempingscoëfficiënt in functie van temperatuur, frequentie en tijd. Via DTMA kunnen kleine overgangsgebieden bepaald worden, die met DSC niet kunnen worden gedetecteerd, zoals overlappende glastransities. Ook relaxatiegedrag, kruip en maximale werkingstemperatuur kunnen via DTMA gemakkelijk bepaald worden. Mogelijke opstellingen zijn de single- of dual-cantilever klem, driepuntsbuiging of trekmodus.