Construeren in composieten is niet anders dan productontwikkeling in een ander materiaal: in het begin van het ontwikkelingsproces staat in principe nog niet vast uit welk materiaal of welke materialen de constructie zal bestaan. Ontwerpers, tekenaars en constructeurs die gewend zijn met metalen te werken, zijn dus ook zeer wel in staat om zich aan composiet constructies te wagen. Wel is er een aantal factoren die de construeren in composieten onderscheiden van het ontwerpen in traditionele materialen. Deze factoren zijn:

• het gebrek aan productvoorbeelden;
• de verscheidenheid aan composiet materialen;
• de verscheidenheid aan vervaardigingsmethoden;
• de relatie tussen vorm, materiaal en vervaardigingsmethode;
• de mechanische verschillen tussen composieten en isotrope materialen.

Veel nieuwe producten komen tot stand doordat de constructeur een goed beeld heeft van het ‘oude’ product of van een concurrerend product. Hij heeft hierdoor ook direct een gevoel voor de benodigde materiaaldiktes. Wanneer de overstap naar composieten wordt gemaakt, ontbreekt vaak een dergelijk voorbeeld, omdat we om ons heen nog geen overvloed aan composieten constructies tegenkomen. Dit vraagt dus meer creativiteit en meer zoekwerk. Gelukkig is inmiddels de tijd lang voorbij dat alleen de vliegtuigbouw zich met deze materialen inliet. Voorbeelden kunnen nu worden gehaald uit de windenergiesector (windmolenbladen), jachtbouw, offshore, automobielindustrie, machinebouw, bouw, infrastructuur, recreatie, transport enz.

Composietmaterialen

In de eerste ontwerpfasen – nog voor dat de materiaalkeuze is gemaakt – zijn de volgende materiaaleigenschappen voor ontwerpers van belang: gewicht, vormbaarheid, sterkte en stijfheid, en trek- en druktesterkteverhuiding. Andere relevante aspecten voor constructeurs zijn de onderhoudsongevoeligheid, de combineermogelijkheden met andere materialen en de verbindingen. De constructeur stelt overigens niet alleen de geometrie, delingen en materiaaldikte van een composietproduct vast, maar stelt ook het composietmateriaal samen.

Vezelmaterialen geven composieten hun sterkte. De meest voorkomende vezels zijn glasvezel, koolstofvezel en aramidevezel. Er kunnen ook biologische vezels worden toegepast zoals een vlasvezel. Het materiaal dat de vezels samenbindt, is de hars. Polyesterhars wordt op industriële schaal het meest gebruikt, daarnaast worden vinylester-, fenol- en epoxyharsen veel toegepast. Met de verschillende vezeloriëntaties en productiemethoden ontstaat een grote keuze aan laminaten. Ieder met specifieke materiaaleigenschappen. In het ontwerpproces wordt met deze eigenschappen ‘gespeeld’, waarna de definitieve materiaalkeuze wordt bepaald.

Vervaardigingsmethoden

Productontwerp en vervaardigingsmethode zijn bij composietproducten niet te scheiden. Productietechnieken zijn bijvoorbeeld handlamineren, harsinjectie, geslotenmal-techniek, reaction injection moulding, pultrusie, wikkelen of autoclaaf.

Er zijn vijf basisbewerkingen:

• het aanbrengen van de vezels op of in de mal;
• het impregneren van de vezels met hars;
• het verdichten en ontluchten van de harsvezellaag;
• het herhalen van de drie vorige stappen zodat een composietproduct uit meerdere composietlagen opgebouwd wordt;
• het laten uitharden van het hars (op kamertemperatuur, via opwarming of onder druk), waarna het product van de mal wordt losgemaakt.

Na deze productiefase is in de meeste gevallen nabewerking nodig, zoals boren, frezen, waterstraalsnijden. Het kan ook nodig zijn dat het composietproduct nog wordt afgemonteerd of klaar gemaakt voor opname in een grotere constructie.

Download de VKCN Factsheets over composieten.