Overvejelser ved valg af plastmaterialer:

Transkript

1 Overvejelser ved valg af plastmaterialer: Generelt: Der findes mange forskellige typer af plastmaterialer, ligesom der findes mange råvareleverandører til mange af typerne. Desuden har hver leverandør et stort antal varianter indenfor hver type. Det ender således med, at der er rigtig mange materialer at vælge imellem, og det kan være svært at vælge det rigtige til en bestemt opgave. I det følgende gennemgås nogle af de aspekter, som man bør overveje, om der er krav til, og endelig foreslås et skema, som kan lette oversigten over krav og egenskaber. I skemaet nævnes en række egenskaber, og det er jo ikke sikkert, at der er krav til alle. Slutresultatet må formodes at blive sikrest med flest mulige af egenskaberne overvejede, så der opfordres til, at man forsøger at udfylde flest mulige af rubrikkerne. Hvis der ikke kan sættes tal på en egenskab, kan man måske vurdere, om tallet skal være højt, middel eller lavt. Enhver, der skal vælge plastmateriale, opfordres til at sætte sig ind i materialernes noget specielle egenskaber, så man er i stand til at forstå et datablad og samtidig sætte tal på sine krav. Vær opmærksom på, at der findes flere standarder for fremtagning af egenskaber, og det er risikabelt at sammenligne tal, hvis de ikke er fremtaget efter den samme standard. Ud for hver egenskab, er der i skemaet nævnt et såkaldt spektrum. Det er et bud på, hvilke værdier, der kan opnås indenfor de forskellige plasttyper. Visse af de nævnte egenskaber findes der slet ikke standarder og ofte heller ikke dataoplysninger for, så her må man selv teste eller vurdere. Husk på, at det kan være dyrt at overspecificere et materiale. Hvis man stiller for mange og for høje krav til en konstruktion, kan det meget vel ende med, at der skal findes et materiale med få leverandørmuligheder, og som både er dyrt og besværligt at forarbejde. Stivhed: Min erfaring har vist, at det oftest er materialets stivhed, der er vanskeligst at forudsige kravet til. Det kan være vanskeligt at sætte tal på denne egenskab. For metallerne har vi et veldefineret E- Modul, men for de fleste plaster er det ikke tilfældet. I databladene oplyses stivhedstal som Youngs Modul (0,05 0,25 %), Sekantmodul og Krybemodul. Det første er et veldefineret tal målt ved stuetemperatur. Det næste afhænger af temperaturen og deformationsgraden, og det sidstnævnte er afhængig af temperaturen, deformationsgraden og tiden.

2 Slagstyrke: Også slagstyrken og især kærvslagstyrken bliver ofte undervurderet. Det opdages som regel først, når man er i gang med at teste emnerne, og man opdager, at de knækker sprødt ved en pludselig belastning som et fald eller et slag. Kritisk tøjning: Kritisk tøjning er et tema, som mange ikke er opmærksom på. Hvis et materiale er belastet over en bestemt grænse, vil det over tiden udvikle såkaldt tertiær krybning, som oftest ender med et brud. Krybning: Alle plastmaterialer sætter sig (kryber)(relaxerer) under langvarig belastning. Nogle gør det meget hurtigt, og andre gør det næsten ikke. Krybehastigheden afhænger af belastningen, tiden og temperaturen. Varmebestandighed: Temperaturbestandigheden kan også være vanskelig. På kort tids egenskaber er det oftest Vicat eller HDT der er målt på, men vær opmærksom på, at materialerne ofte ikke tåler disse temperaturer over lang tid. Langtidsholdbarhed er vanskelig at forudsige, men UL s temperatur index er er en god rettesnor. Elektriske egenskaber: De elektriske egenskaber stilles der ofte ikke krav til. Plast er jo i almindelighed yderst elektrisk isolerende med de fordele og ulemper, det medfører. Der findes tilsatsstoffer, som kan ændre egenskaberne, så man kan opnå næsten elektrisk ledningsevne. Kemikalier: Kemikaliebestandighed er et kapitel helt for sig. Der findes forskellige opslagsværker med generelle oplysninger, men hvis man ønsker absolut sikkerhed, bør der foretages praktiske målinger på de aktuelle kombinationer. Husk, at vand og især varmt vand over tiden kan nedbryde visse plasttyper. Tilsatsstoffer: Nogle materialer er tilsat andre stoffer for at ændre visse egenskaber. Det er ofte styrke og stivhed, man ønsker hævet, og det gøres tit med fiberformede hjælpestoffer. Det kan være korte eller lange glasfibre. Det kan også være glas i form af små runde (undertiden hule) kugler. Det kan være aramidfibre eller carbonfibre. Undertiden anvendes talkum eller kridt, ligesom forskellige metaller typisk som fint pulver også anvendes. Endelig kan der tilsættes forskellige stoffer for at

3 forbedre plastens brandtekniske egenskaber. Nogle af disse brandhæmmere er stærkt diskuterede for deres sundhedsskadelige og miljøbelastende egenskaber, ligesom nogle af dem er stærkt korroderende på maskiner og støbeforme under forarbejdningen. Undertiden anvendes der også smøremidler til intern smøring af plastmaterialer. Det kan være siliconeolie, molybdændisulfid, PTFE pulver for blot for at nævne nogle få muligheder. UV absorbere kan tilsættes for at forlænge et produkts levetid i UV lys. Som noget relativt nyt er man også begyndt at anvende såkaldte nano fyldstoffer. De består af uhyre små og tynde partikler, og med ret små mængder tilsat kan de ændre plastmaterialers egenskaber i forbavsende grad. Der er nogen diskussion om, hvorvidt disse meget små partikler kan være sundhedsskadelige i lighed med asbest, som jo i mange år blev anvendt som forstærkning i flere sammenhænge. Anisotropi: Vær opmærksom på, at alle de forskellige stoffer er tilsat for at ændre en eller flere egenskaber, og det kan meget vel hænde, at nogle egenskaber bliver dårligere, samtidig med, at nogle andre bliver bedre. Det skal især nævnes, at alle tilsatsstoffer med en større udstrækning i en retning end andre (fibre) har en udpræget tendens til at orientere sig i materialets flyderetning under støbningen. Derved vil de give øget styrke og stivhed i den retning, men de har langt mindre effekt i andre retninger. Dette kaldes anisotropi, og det er et punkt, som det er farligt at overse. Sådanne fibre vil også give materialet forskelligt svind i forskellige retninger, og det vil i uheldige tilfælde betyde, at vores emne kommer ud af støbeprocessen med helt forkerte mål, rethed og rundhed. Myndighedskrav: Visse industrigrene er underlagt det såkaldte RoHS direktiv. Det betyder, at vi skal sikre os, at en række nævnte stoffer ikke er til stede under nogen form i vores produkt. Det gælder Bly, Kviksølv, Cadmium, PBB, PBDE og Krom6. Til mange medicinske opgaver er der krav til materialerne som for eksempel til fraværet af forskellige stoffer og urenheder. Vi møder også ofte krav til brandegenskaberne og varmebestandigheden, når vi skal have vore produkter godkendt til salg på forskellige markeder Vandoptagelse: Mange plastmaterialer optager vand fra omgivelserne. Det kan ske, medens plasten ligger i sække på støberens lager, og det kan jo også ske med det støbte emne efter fremstillingen. På visse materialer virker dette optagne vand som en blødgører, så materialets egenskaber er væsentlig forskellige i tør og i fugtig tilstand. Dette gælder især for flere typer Polyamid.

4 Flere plasttyper tåler ikke at blive opvarmet til støbetemperaturen med for store vandmængder, så i de tilfælde er det afgørende, at plasten bliver tørret grundigt før støbningen og bliver holdt tørt under hele processen Støbning: Nogle plaster støbes bedst i relativt kolde forme, men andre skal støbes i meget varme og yderst kontrollerede forme. Nogle plasttyper er i den henseende så vanskelige at håndtere, at visse konstruktører og støbere undgår at anvende dem. På samme måde er visse plastmaterialer meget kritiske med, ved hvilken temperatur og med hvilken opholdstid de bliver støbt. Nogle tåler kun et såkaldt procesvindue på 20 til 30 grader, hvor andre kan støbes med variation på op i nærheden af 100 grader. Nogle plaster kan være meget slidende på procesudstyret, ligesom de kan være korrosive. I sådanne tilfælde kan det være nødvendigt at anvende gennemhærdede snekker og cylindre i støbemaskinen (pansersnekker), ligesom formene i nogle tilfælde bør fremstilles i rustfaste ståltyper. Svind: Materialets svindprocent skal jo forudsiges, inden støbeværktøjet kan konstrueres. Vær sikker på, at ansvaret for dette tal er fastlagt. Det kan lægges på slutkunden, på værktøjsmageren eller på støberen. Monomer, oligomer: Endeligt skal det nævnes, at alle plaster jo fremstilles ved en polymerisering af en eller flere monomerer. Det kan lykkes for råvareleverandøren i forskellig grad at få hele den indsatte mængde monomer til at polymerisere, men i de fleste tilfælde er der en vis mængde monomer tilbage i den leverede plast. Disse monomerer er undertiden helbredsskadelige, så nogle kunder stiller krav til, hvor meget man vil acceptere af den slags. Såkaldte oligomerer er også undertiden et problem. Hvor monomeren ofte er en gasart, er oligomerer ofte en olieagtig væske. Det er monomeren, der ikke er blevet til den rette polymer men derimod til denne olie, som er det rette stof men blot med en alt for lav molekylvægt. Ethvert firma, som specificerer brugen af plastmaterialer, bør have forståelse for alle disse aspekter, ligesom man bør have en holdning til, hvilke stoffer man vil acceptere at bruge, og hvor store mængder af de nævnte uheldige stoffer, man vil acceptere.

5 Andre temaer, som man bør overveje krav til, er UV bestandighed, udseende herunder glans, malbarhed, hæftning i 2-K proces, ridsefasthed, brandegenskaber, tribologi, transparens, termisk udvidelse, densitet, flydeegenskaber og sidst men ikke mindst prisen. Vær opmærksom på, at prisen er voldsomt afhængig af den mængde, man kan aftage. Visse råvareleverandører er slet ikke interesseret i at levere, hvis man ikke kan aftage en vis minimums mængde pr gang. Materialedata kan oftest fremskaffes fra de forskellige råvareleverandører. Vi oplever stor forskel på mængden af oplysninger fra forskellige firmaer. Centrale databaser som MATWEB, CAMPUSPLASTICS og UL Prospector er rigtig gode kilder til data. Jeg opfordrer til, at man i videst mulig omfang specificerer sit materiale helt ned til en bestemt leverandør og til et bestemt typenummer. Hvis man f.eks. bare skriver ABS, er der snesevis af forskellige materialer, man accepterer at modtage. Ofte er det også sådan, at forskellige myndighedsorganer forlanger at få at vide, hvilken (hvilke) typenumre der anvendes. Struer, Efterår 2014 Alexandersen Plastconsult, Niels Bay Alexandersen

6 Skema til vurdering af krav og egenskaber: Trækstyrke MPa ISO Slagstyrke KJ/m 2 ISO nb Kærvslagstyrke KJ/m 2 ISO nb Flyde/Brudforlængelse % ISO Stivhed (E-Modul) GPa ISO Kritisk tøjning % - 0,2-8 Sætningsegenskaber - Udmattelsesstyrke - Vicat temperatur (50N) o C ISO HDT temperatur(0,45mpa) o C ISO HDT temperatur (1,8 MPa) o C ISO UL temperatur Index o C UL Isoleringsevne kv/mm IEC Dielektrisk tabsfaktor IEC , UV bestandighed Udseende Malbarhed eller anden behandl. 2-K støbning (hæftning) Glans Ridsefasthed Standard Spektrum Krav Forslag: Bemærkninger Brandegenskaber UL94 Friktions/slidegenskaber Kemikaliebestandighed Transparens % 0-92 CLTE mm/mm. o C ISO Densitet g/cm 3 ISO ,8 1,7 ++

7 Flydeegenskaber MVR cm 3 /10min ISO 1133 Svind % Forskellige 0 3 Pris DKK/kg DKK/L 8-600