fiets – bromfietstechniek - Fietstoeren

A2. Fiets – bromfietstechniek
Composieten van thermoplasten worden versterkt met gehakte vezels. Het mengsel van
kunststof en vezel wordt bij een temperatuur van 150 tot 250°C, in een mal gespoten tot
eindproduct, b.v. kunststof wielen voor BMX-fietsen. De toepassing is beperkt tot
industriële massafabricage. Het vezelgehalte is laag, maximaal 20 tot 30 %. De vezels zijn
gewoonlijk van glas, hoewel er recentelijk ook hoogwaardige composieten met de
thermoplast PEEK zijn ontworpen.
Er bestaan vele composieten met thermoharders; de meeste worden versterkt met
vulstoffen en vezels. De fabricage gebeurt vaak bij hoge temperatuur en druk, maar er zijn
twee belangrijke groepen thermoharders die bij atmosferische druk en kamertemperatuur
uitharden: de epoxyharsen (EP) en de onverzadigde polyesterharsen (UP= unsaturated
polyester). Beide producten variëren enorm in samenstelling, naar gelang de toepassing
en gewenste eigenschappen. De grondstoffen zijn lange ketens, die door toevoeging van
een "harder" aan elkaar worden verknoopt. Bij epoxy gebruikt men vaak een harder die
pas bij hogere temperaturen actief wordt, zo kan men het hars langer verwerken en
"prepreg -weefsel" gebruiken (reeds met hars geïmpregneerd en uit te harden in een
oven).
Polyesterharsen worden vooral gebruikt in combinatie met glas - of polyestervezels.
Hoogwaardige composieten van carbon -, aramide - of polyetheenvezel, worden verwerkt
met epoxy; dit hecht bovendien goed aan metalen.
Glasvezels worden getrokken uit gesmolten glas. Chemisch bestaat glas hoofdzakelijk uit
siliciumoxide. E-glas, de meest gebruikte soort, bevat weinig verontreinigingen. De sterkte
is redelijk, maar de elasticiteitsmodulus is matig en de soortelijke massa hoog.
De productie van carbonfibers geschiedt door een draad van rayon of dralon te verkolen
bij 700 tot 950°C. De verkoolde draad wordt nu verder verhit tot boven de 2000°C. De
koolstof gaat dan rekristalliseren tot grafiet. Het proces duurt lang en vreet energie.
Daarom is carbonfiber duur (maar sterk en stijf).
De aramides Kevlar 49 en Twaron HM zijn chemisch gelijk. Aramides hebben een hoge
treksterkte en redelijke E-modulus, maar ze zijn slecht op druk belastbaar.
Polyetheenvezels maakt men door lange ketens PE (>10 6 ) op te lossen in paraffine
(Spectra) ofdecaline (Dyneema). Ze hebben een hoge treksterkte, redelijke E-modulus, en
een laag gewicht.
Het samenspel tussen matrix en vezel is nogal kritisch. De matrix dient de vezel geheel te
doordrenken, en zich goed aan de vezel te hechten. Dyneema krijgt om de hechting te
verbeteren een z.g.n. "coronabehandeling". De matrix verdeelt de belasting over de vezels
(trek en druk). Bovendien beschermt het hars de vezels tegen chemische en mechanische
invloeden. Aan het eind van de vezel geeft het hars de krachten door aan de omringende
vezels. Een groot probleem zijn de verschillen in uitzettingscoëffïcient van matrix en vezel.
Als de vezels zich losgewerkt hebben, nemen ze geen krachten meer op (vergelijkbaar
met een losse spaak). Er ontstaat dan een zwakke plek in de composiet, waarvan niets te
zien is, en die aanleiding kan zijn tot een plotselinge breuk (geen rek!). Koolstof en
aramide worden geleverd in de kwaliteiten HT (high tensile= hoge treksterkte) en HM (high
modulus= hoge E-modulus). In composieten kiest men gewoonlijk HM.
De diameter van de afzonderlijke vezels (filamenten) is ongeveer 0,007mm. Bundels
filamenten heten rovings. Deze kan men twijnen ("opdraaien") tot garens. Een van de
verwerkingsmethoden van composieten is het spuiten van gehakte rovings en hars, tegen
een mal. Het vezelgehalte is laag, circa 25%. Gehakte rovings kunnen ook met een
bindmiddel tot z.g.n. glasmatten verwerkt worden, en daarna geïmpregneerd met hars
(vezelgehalte circa 35 %). Verder kan men de rovings tot weefsel verwerken (rovingmatten),
of tot garen twijnen en als garenweefsel (doek) gebruiken; 't vezelpercentage stijgt
dan tot 50-60%. De matrix mag niet op afschuiving belast worden. Dit houdt in dat bij een
buis -lugsframe de vezels van de buis de lugs onder een hoek van 45° moeten ingaan.
19