1 Eigenschappen van materialen
Macro-, micro- en mesoniveau
► Macrostructuren/Macroniveau: door de mens waarneembare kenmerken en
meetbare eigenschappen van stoffen en materialen (hardheid, kleur, treksterkte,
etc.).
► Microstructuren/Microniveau: deeltjesniveau; macroscopische kenmerken
en eigenschappen van deeltjes op het niveau van atomen, ionen, moleculen.
► Mesostructuren/Mesoniveau: manier waarop de deeltjes uit het microniveau
zijn geordend tot grotere structuren (vezels bij polymeren en kristalstructuren bij
metalen).
► Waarom gietijzer op macroniveau harder is dan zuiver staal (macroniveau) kan
op microniveau verklaard worden door aan te namen dat de metaalionen minder
gemakkelijk langs elkaar kunnen schuiven vanwege de verstoringen in het
kristalrooster. Wordt veroorzaakt door de koolstofdeeltjes met afwijkende vormen
en afmetingen.
► Legeringen zijn op macroniveau meestal sterker dan de afzonderlijke metalen
in het mengsel, wat op microniveau te verklaren is doordat de lagen in het
metaalrooster door het verschil in ionstralen van de metaalionen (Binas 40A)
minder gemakkelijk langs elkaar kunnen schuiven.
Materiaalkunde
► Materiaal: natuurlijke of kunstmatige stof of mengsel van stoffen dat voldoet
aan bepaalde eisen om te worden toegepast in gebouwen of
gebruiksvoorwerpen.
► Materiaalkundigen passen op microniveau atomen, ionen en moleculen aan
om zo de gewenste eigenschappen van het nieuwe materiaal te krijgen.
► Materialen worden ingedeeld in 4 hoofdgroepen: metalen, keramiek,
macromoleculaire materialen, composieten.
Materiaaleigenschappen
► De eigenschappen die scheikundigen op micro- en mesoniveau in het materiaal
proberen te verbeteren, worden door natuurkundigen op macroniveau met
meetapparatuur getest.
Treksterkte
► In een trekbank wordt een monster van het te onderzoeken materiaal aan
trekproeven onderworpen, waaruit de treksterkte van materialen kan worden
berekend (Binas 10B).
Macromoleculaire materialen
► Veel kunststoffen bestaan uit grote moleculen: macromoleculen. Binas 67A1
+ 67B: tijdbalk die de ontwikkeling van de verschillende macromoleculaire
materialen weergeeft.
► Macromoleculaire materialen zijn meestal polymeren. Polymeren bestaan uit
macromoleculen, en zijn gemaakt uit kleinere moleculen, monomeren, die in
een polymerisatieproces aan elkaar zijn gekoppeld.
Thermische eigenschappen macromoleculaire materialen
► Belangrijke indeling op macroniveau van macromoleculaire materialen op basis
van hun thermisch gedrag (Binas 67A2; in 66E zijn de meest gebruikte
macromoleculaire materialen ook op deze wijze ingedeeld).
, ► Thermoplast: opgebouwd uit lineaire macromoleculen. Lineaire moleculen
worden bij elkaar gehouden door vanderwaalskrachten en evt. waterstofbruggen.
Bij verwarming glijden de lineaire moleculen langs elkaar heen, omdat de
sterkere bewegingen bij temperaturen boven het smeltpunt de
vanderwaalsbindingen tussen de lange moleculen verbreken.
► Thermoharder: de lange macromoleculen zijn via covalente
dwarsverbindingen met elkaar verbonden. De dwarsverbindingen zijn veel
sterker dan vanderwaalsbindingen en waterstofbruggen -> bij sterke verhitting
worden de verbindingen niet verbroken, maar ontstaan mogelijk nog meer
dwarsverbindingen of zal het macromolecuul gaan ontleden.
► Elastomeren: op vergelijkbare manier opgebouwd als thermoharders; zullen
bij verhitting verharden. Er zitten minder covalente dwarsverbindingen in het
materiaal -> beweging tussen moleculen mogelijk -> op macroniveau bij
kamertemp. Is het materiaal elastisch.
Soort Thermisch gedrag bij hoge Oplosbaar Kan opzwellen
temperatuur
Thermoplast Smelt Ja Mogelijk
Thermoharder Verhardt Nee Nee
Elastomeer Verzacht eerst, wordt Nee Ja
daarna hard
Samenstelling macromoleculaire materialen
► Binas 66E: macromoleculaire materialen ingedeeld op basis van
molecuulstructuur. De materialen zijn opgebouwd uit synthetische polymeren, en
zijn voorzien van een ISO-code.
> Bv: PET = polyetheentereftalaat, een polyester.
► Binas 67A2: de macromoleculaire materialen kunnen
op microniveau op molecuulstructuur worden ingedeeld.
De twee belangrijkste soorten zijn:
> de lineaire molecuulstructuur;
> de netwerkmolecuulstructuur.
Macromoleculen op mesoniveau
► Amorf: de moleculen van een thermoplastisch
polymeer liggen door elkaar gekronkeld.
► Kristallijn: de polymeerketens zijn zo gerangschikt dat ze langs elkaar liggen.
► In veel polymere materialen is sprake van een mengvorm (deels amorf, deels
kristallijn).
► Bestudering van deze mesostructuren is van groot belang voor de macro-
eigenschappen van een polymeer materiaal: in amorfe toestand is het minder
sterk dan in kristallijne toestand.
Weekmakers
► Tussen polymeermoleculen treden altijd vanderwaalskrachten op.
► Polymeermoleculen zijn lange moleculen met hoge molecuulmassa ->
vanderwaalsbindingen tussen de macromoleculen kan vrij groot worden, zeker in
kristallijne toestand.
► De vanderwaalsbindingen verstoren door het toevoegen van weekmakers ->
thermoplasten worden minder hard.
> Meest gebruikte weekmaker = DEPH. DEPH-moleculen zijn veel kleiner
dan
Macro-, micro- en mesoniveau
► Macrostructuren/Macroniveau: door de mens waarneembare kenmerken en
meetbare eigenschappen van stoffen en materialen (hardheid, kleur, treksterkte,
etc.).
► Microstructuren/Microniveau: deeltjesniveau; macroscopische kenmerken
en eigenschappen van deeltjes op het niveau van atomen, ionen, moleculen.
► Mesostructuren/Mesoniveau: manier waarop de deeltjes uit het microniveau
zijn geordend tot grotere structuren (vezels bij polymeren en kristalstructuren bij
metalen).
► Waarom gietijzer op macroniveau harder is dan zuiver staal (macroniveau) kan
op microniveau verklaard worden door aan te namen dat de metaalionen minder
gemakkelijk langs elkaar kunnen schuiven vanwege de verstoringen in het
kristalrooster. Wordt veroorzaakt door de koolstofdeeltjes met afwijkende vormen
en afmetingen.
► Legeringen zijn op macroniveau meestal sterker dan de afzonderlijke metalen
in het mengsel, wat op microniveau te verklaren is doordat de lagen in het
metaalrooster door het verschil in ionstralen van de metaalionen (Binas 40A)
minder gemakkelijk langs elkaar kunnen schuiven.
Materiaalkunde
► Materiaal: natuurlijke of kunstmatige stof of mengsel van stoffen dat voldoet
aan bepaalde eisen om te worden toegepast in gebouwen of
gebruiksvoorwerpen.
► Materiaalkundigen passen op microniveau atomen, ionen en moleculen aan
om zo de gewenste eigenschappen van het nieuwe materiaal te krijgen.
► Materialen worden ingedeeld in 4 hoofdgroepen: metalen, keramiek,
macromoleculaire materialen, composieten.
Materiaaleigenschappen
► De eigenschappen die scheikundigen op micro- en mesoniveau in het materiaal
proberen te verbeteren, worden door natuurkundigen op macroniveau met
meetapparatuur getest.
Treksterkte
► In een trekbank wordt een monster van het te onderzoeken materiaal aan
trekproeven onderworpen, waaruit de treksterkte van materialen kan worden
berekend (Binas 10B).
Macromoleculaire materialen
► Veel kunststoffen bestaan uit grote moleculen: macromoleculen. Binas 67A1
+ 67B: tijdbalk die de ontwikkeling van de verschillende macromoleculaire
materialen weergeeft.
► Macromoleculaire materialen zijn meestal polymeren. Polymeren bestaan uit
macromoleculen, en zijn gemaakt uit kleinere moleculen, monomeren, die in
een polymerisatieproces aan elkaar zijn gekoppeld.
Thermische eigenschappen macromoleculaire materialen
► Belangrijke indeling op macroniveau van macromoleculaire materialen op basis
van hun thermisch gedrag (Binas 67A2; in 66E zijn de meest gebruikte
macromoleculaire materialen ook op deze wijze ingedeeld).
, ► Thermoplast: opgebouwd uit lineaire macromoleculen. Lineaire moleculen
worden bij elkaar gehouden door vanderwaalskrachten en evt. waterstofbruggen.
Bij verwarming glijden de lineaire moleculen langs elkaar heen, omdat de
sterkere bewegingen bij temperaturen boven het smeltpunt de
vanderwaalsbindingen tussen de lange moleculen verbreken.
► Thermoharder: de lange macromoleculen zijn via covalente
dwarsverbindingen met elkaar verbonden. De dwarsverbindingen zijn veel
sterker dan vanderwaalsbindingen en waterstofbruggen -> bij sterke verhitting
worden de verbindingen niet verbroken, maar ontstaan mogelijk nog meer
dwarsverbindingen of zal het macromolecuul gaan ontleden.
► Elastomeren: op vergelijkbare manier opgebouwd als thermoharders; zullen
bij verhitting verharden. Er zitten minder covalente dwarsverbindingen in het
materiaal -> beweging tussen moleculen mogelijk -> op macroniveau bij
kamertemp. Is het materiaal elastisch.
Soort Thermisch gedrag bij hoge Oplosbaar Kan opzwellen
temperatuur
Thermoplast Smelt Ja Mogelijk
Thermoharder Verhardt Nee Nee
Elastomeer Verzacht eerst, wordt Nee Ja
daarna hard
Samenstelling macromoleculaire materialen
► Binas 66E: macromoleculaire materialen ingedeeld op basis van
molecuulstructuur. De materialen zijn opgebouwd uit synthetische polymeren, en
zijn voorzien van een ISO-code.
> Bv: PET = polyetheentereftalaat, een polyester.
► Binas 67A2: de macromoleculaire materialen kunnen
op microniveau op molecuulstructuur worden ingedeeld.
De twee belangrijkste soorten zijn:
> de lineaire molecuulstructuur;
> de netwerkmolecuulstructuur.
Macromoleculen op mesoniveau
► Amorf: de moleculen van een thermoplastisch
polymeer liggen door elkaar gekronkeld.
► Kristallijn: de polymeerketens zijn zo gerangschikt dat ze langs elkaar liggen.
► In veel polymere materialen is sprake van een mengvorm (deels amorf, deels
kristallijn).
► Bestudering van deze mesostructuren is van groot belang voor de macro-
eigenschappen van een polymeer materiaal: in amorfe toestand is het minder
sterk dan in kristallijne toestand.
Weekmakers
► Tussen polymeermoleculen treden altijd vanderwaalskrachten op.
► Polymeermoleculen zijn lange moleculen met hoge molecuulmassa ->
vanderwaalsbindingen tussen de macromoleculen kan vrij groot worden, zeker in
kristallijne toestand.
► De vanderwaalsbindingen verstoren door het toevoegen van weekmakers ->
thermoplasten worden minder hard.
> Meest gebruikte weekmaker = DEPH. DEPH-moleculen zijn veel kleiner
dan
