Polymeercomposieten bestaan uit een textielversteviging in een polymeermatrix. Centexbel-VKC beschikt over de ideale uitrusting en expertise om zowel de vezelversterkte composieten zelf als de materialen waaruit ze zijn gemaakt aan een grondige analyse te onderwerpen.

Thermisch Gedrag en Reologie

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.

Mechanisch gedrag

The static mechanical properties (rigidity, resistance to elongation at break) of composites are characterised by traction, flexion and compression tests. De statische mechanische eigenschappen (stijfheid, sterkte en breukrek) van composieten worden gekarakteriseerd op basis van trek-, buig- en compressietesten.

Ook de impactweerstand is een belangrijke parameter van composieten. De impactweerstand meten we met een Charpy of Izod impacttest die de hoeveelheid energie registreert die wordt geabsorbeerd door een materiaal tijdens breuk. Het probleem met composieten is echter dat, in tegenstelling tot metalen en kunststoffen waar een eenzijdig breukgedrag in trek geïnduceerd wordt aan de inkeping, het breukgedrag van composieten vaak complex is.

De drie standaard breukmodes - trek, compressie en afschuiving - kunnen  optreden in hetzelfde staal zodat het moeilijk wordt de gemeten geabsorbeerde energie van het staal te relateren aan een echte structurele component. Daarom is de ‘impact drop test’ meestal relevanter voor vezelversterkte composieten. 

Tijdens deze test wordt het staal geïmpacteerd met een voorgeschreven impactenergie, waarna de compressie na impact of de buiging na impact wordt bepaald. Op die manier wordt de daling in sterkte en stijfheid door de impact gekwantificeerd. 

Kruip is de neiging van een materiaal om te vervormen bij een constante (langdurige) belasting in het elastisch gebied. Dit is doorgaans een ongewenst verschijnsel en kan de levensduur van een object beperken. Ook de temperatuur heeft een invloed op de kruip van materialen. Zo zal er bij verhoogde temperatuur sneller kruip optreden. Centexbel-VKC bepaalt de kruip in trek, compressie en buigmodus bij temperaturen van kamertemperatuur tot 150 °C. 

Vezelvolumefractie

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.

Brandgedrag

Het vlamvertragend karakter van composieten is een andere belangrijke parameter. Centexbel kan in zijn uitgebreid brandlabo verschillende testen uitvoeren om de vlamvertragende eigenschappen van composieten te kwantificeren.

Thermomechanische Eigenschappen

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.

Microscopie

Microscopie wordt voor composieten vaak gebruikt als complementaire techniek om waarnemingen uit andere testen te verduidelijken, bv. om de impregnatiekwaliteit van een procedure na te gaan, of om breukoppervlakken te bestuderen. Afhankelijk van wat nodig is, wordt gekozen voor lichtmicroscopie of elektronenmicroscopie.