PM PLAST Produktutveckling 3 KPP039 ANMAR SHAWI 2011-01-17
SAMMANFATTNING Plast har varit aktuell för konstruktörer de senaste tio åren, hela industrin börjar lägga stora resurser för att lära sig om plast. Plast skiljer sig från andra material och har stora fördelar om man använder rätt plast på rätt sätt. Under detta arbete kommer härdplast och termoplast gruppen att behandlas. Dessutom får man veta vad de används inom i dagens läge. För konstruktör räcker inte att veta plastens egenskaper och inom vad den används. För att plast är mer komplicerat än så. Utan det krävs mer kunskap om de olika tillverkningsmetoder som lämpar sig för plast. Därför behandlades de olika tillverkningsmetoder för plast under detta arbete, dessutom framgår vilken plast som går att använda för varje tillverkningsmetod och för/nackdelar för varje metod. Plast innehåller energi lika mycket som bränsle, därför är återvinning av plast aktuell och dessutom återvinnbar. De olika återvinningsmetoderna behandlas under arbetsgång. I slutet av arbete kommer en tabell som hjälper konstruktören att konstruera miljövänligt. Detta arbetsmallen fungerar som ett stöd för konstruktören att konstruera på ett bättre återvinnbar metod. 1
INNEHÅLL SAMMANFATTNING... 1 INNEHÅLL... 2 PLASTER OCH DESS EGENSKAPER... 3 HÄRDPLAST:... 3 TERMOPLAST... 5 TILLVERKNINGSMETODER FÖR PLAST... 8 FORMSPRUTNING:... 8 FORMBLÅSNING:... 8 GJUTNING:... 9 STRÄNGSPRUTNING:... 9 ÅTERVINNING:... 10 KONSTRUERA MILJÖSMART:... 11 SLUTSATS... 12 REFERENSER... 13 2
PLASTER OCH DESS EGENSKAPER Under detta kapitel kommer en beskrivning på härdplast och termoplast, och vad dessa plaster används till. HÄRDPLAST: Härdplasternas molekylkedjor är genom för nätningen så stark sammanflätade att den inte kan smältas, därför kan inte den formas genom att upphettas. Materialet blir så hårt med hjälp av en härdare ett ämne som tillsätts till ett polymert material för att skapa tvärbindningar. Fenplast: Namnet fenplast utpekar att plasten är sammansatt av de kemiska föreningarna fenol och formaldehyd. Produkter av fenoplast innehåller fyllmedel. Om man väljer rätt fyllmedel i fenoplast får materialet bra mekaniska egenskaper och god värmebeständighet. Det har bra kemikaliebeständighet och tål vatten mycket bra även om det uppvisar en tydlig vattenabsorption. Fenoplast har i sig gul eller brun färg, vid utsättning av UVstrålning mörknar den. Det färgas därför enbart i mörka färger. Goda elektriska egenskapar vid torr luft utmärker fenoplast. Detaljer av fenoplast förkolnar vid ytan vid förbränning. Fenoplast innehåller spår av icke polymeriserad fenol, att materialet ger smak. Därför förbjöds den att användas med livsmedel. Fördelen med fenoplast att den motverkar angrepp av bakterier och mögel. Exempel på användningsområde: - Handtag och knappar av hushållsvaror - Elektriska installationsmaterial Aminoplast: Aminoplaster är fasta material.. Gruppen innefattar karbamidplast, UF, och melaminplast, MF. Aminoplasterna har goda mekaniska egenskaper och god kemikaliebeständighet. De är hårda och har särskilt god nötningsbeständighet. De har goda elektriska egenskaper, framför allt när det gäller beständighet mot krypströmmar. 3
Plasterna laddas inte upp på elektrostatisk väg och de samlar därför inte damm. De är dock självslocknande. Aminoplasterna är halvgenomskinliga till mörka. De kan färgas i ett mycket stort antal olika färger. Man använder där vid ett färgat fyllmedel så som cellulosa. De polymerer som aminoplasterna tillverkas av används i lim, bindemedel och lack. Karbamidplast används framför allt för konsumentprodukter, t ex lock, vred och kapsyler. Den polymer av vilken plasten är uppbyggd används bl a som bindemedel till spånskivor. Melaminplast används till ytskikten hos fenolplastlaminat. Plastens ljusa färg gör att ytorna kan förses med de mest skiftade slag av mönster. Användningsområde: - Tallrikar, uppläggningsfat, tillbringare och skålar - Elektriska detaljer Esterplaster: Samlingen Esterplast omfattar dels omättad esterplast UP, dels mättad esterplast. Den omättade esterplasten är den polymer som den senare härdade plasten byggs upp av. Omättad esterplast är i sig ett hårt och sprött material. Innan det används för tillverkning av olika detaljer löses det därför upp med hjälp av styren, ett ämne som också behövs under den efterföljande härdningen. Detaljer av esterplast är i de allra flesta fall armerade med något slag av fiber så som glasfiber. Plasten verkar i dessa sammanhang som bindemedel mellan armeringsfibrerna. Fibrerna påverkar armerad plast draghållfasthet. Det polymera materialet bestämmer armerad plaster termiska och elektriska egenskaper samt dess kemikaliebeständighet. Fibrer och polymermaterial bestämmer tillsammans det armerade materialets mekaniska egenskaper, såsom draghållfasthet och böjhållfasthet. Armerad plast har olika mekaniska egenskaper i olika riktningar. Riktningsegenskaperna påverkas också av fiberlängd och fiberorientering samt av den metod enligt vilken en detalj tillverkats samt av detaljens geometriska utformning. Användningsområde: - Bilkarosser - Flygplansdelar - Tankar för olika slag av vätskor - Rör för vatten och avloppsvatten - Höljen för maskiner och elektriska apparater. 4
Epoxiplast: Epoxiplast är ett vanligen flytande material som omättad polyester, i stor utsträckning används som bindemedel till armeringar av t ex glasfiber och kolfiber. Oarmerad epoxiplast har goda mekaniska och elektriska egenskaper samt synnerligen god kemikaliebeständighet. Materialet kan användas inom ett brett temperaturområde. Goda krympningsegenskaper vid gjutning vilket gör det lämpat för gjutning främst större detaljer. Glasfiberarmerad epoxiplast har till större delen bättre egenskaper än glasfiberarmerad esterplast. Det är emellertid dyrare och något besvärligare att hantera under bearbetning av detaljer, något som begränsar materialets spridning. De stora användningsområdena för epoxiplast är i laminat och armerad plast, vidare i lacker, lim, som gjutmassa och som bindemedel. Användningsområde: - Karosser till tävlingsbilar - Fiskespön - Skidor - Lack - Lim TERMOPLAST Termoplasterna beskrivs av att de normalt har förgrenad eller linjär molekylstruktur, de kan formas genom uppvärmning och att de ofta bearbetas till produkter med hjälp av högtrycksmetoder. Det tillverkas i dag mycket fler produkter av termoplaster än av härdplaster. Olefinplast är en kategori av plaster som innehåller etenplaster, propenplast och sampolymerer. Gruppen är byggd på en typ av kolväten som tidigare kallas olefiner, och idag har det systematiska namnet alkener. Alkener såsom eten och propen känns igen på deras dubbelbindningar som gör dem reaktionsbenägna. Olefinplasterna äger bestånd av polyalkener. 5
1. Etenplaster är en grupp av plaster, som är byggda på polyeten. Etenplasternas generella fördel är att de är slagtåliga, likaså i kyla, att de har bra elektriska egenskaper, försumbar vattenabsorption och att de är motståndskraftiga mot de flesta kemikalier samt att de är billiga i tillverkning. Nackdelen med dem är belastningstålighet samt värmetålighet. Gruppen etenplaster innefattar lågdensitetspolyeten, med densitet mellan 0,91till 0,92 gram per kubikcentimeter, och högdensitetspolyeten, med densitet mellan 0,940 till 0,965 gram per kubikcentimeter. Dessutom finns en variant, som kallas linjär lågdensitetspolyeten. De har något olika molekylstrukturer, egenskaper och användningar. Användningsområde: - Lågdensitetspolyeten används till bland annat förpackningsfilm, byggfilm, leksaker, flaskor och kabelisolering samt innerfilm i kartongförpackningar för mjölk och juice. - Högdensitetspolyeten används till backar för läskedrycksflaskor, godispåsar, flaskor för motorolja, bensindunkar, bensintankar och leksaker. - Linjär lågdensitetspolyeten används i glassbägare och leksaker. 2. Propenplast är ett vitt, som i form av tunna filmer är transparent. Den är styvare, hårdare och har bättre hållfasthet än polyeten. Det har goda elektriska egenskaper och ganska god kemikalieresistens men är mindre tåligt mot slag än polyeten. Användningsområde: - Fläktpropellrar - Instrumentpaneler - Flaskor - Rör - Behållare - Rattar - Elektriska isolerdetaljer - Hårtorkar 6
3. Sampolymere är uppbyggd av blandning av polymerer, t ex av polyeten och polypropen. Blandingen ger materialet specifika egenskaper som slagtålighet vid kyla. Det ger material med specifika egenskaper, som t ex slagtålighet vid kyla. Användningsområde: - Bilar 4. Vinylplast är en sammanfattande benämning för ett antal plaster som baseras på en polymer som innehåller en viss typ av molekylgrupper vinylgrupper. Styrenplast är en sammanfattande benämning på en grupp plaster som är byggda av materialet polystyren. De utgör tillsammans en grupp med ett mycket brett egenskapsregister. Ren polystyren är ett glasklart, hårt och styvt material med goda elektriska egenskaper och liten vattenabsorption. Materialet är dock sprött samtidigt som det lätt bildar mikrosprickor. Det har svag resistens mot oljor, lösningsmedel och diskmedel och det tål inte UV-strålning. Styrenplast används till främst förpackningar, engångsartiklar, och cellplast. Slagtålig styrenplast är gjorts motståndskraftig mot slag genom att den sampolymeriserats med butadien. Materialet är i sig opakt men kan färgas i ett stort antal färger. Användningsområde: - Högtalarlådor - Bilinredningar - kärl till alkaliska batterier 7
TILLVERKNINGSMETODER FÖR PLAST Olika plastgrupper kräver olika tillverkningsmetoder, nedan behandlas de olika tillverkningsmetoder som är bäst lämpad. FORMSPRUTNING: Vid formsprutning trycks en plastsmälta under högt tryck, vanligen mellan 200 bar och 1 000 bar, in i en form, eller formverktyg, som är monterat i en formsprutningsmaskin. Formverktygets temperatur är lägre än plastens smältområde. Smältan stelnar därför i formen och efter avsvalning är detaljen färdig och kan stötas ut. Fördelar: Ytfinhetsgrad från grov till mycket fin Komplicerade former Tillverkningsmetoden kan tillämpas på mycket stort antal termoplaster Nackdelar: Formar för formsprutning kostar väldigt mycket, (lämpad för storserietillverkning). Kan endast användas för härdplaster FORMBLÅSNING: Halvstelnade rörämnet som trycks ut genom en formsprutmaskin med rör munstycke förs in mellan två formhalvor. Halvorna sluts och ämnet blåses upp med hjälp av tryckluft så att det utbreder sig och formar sig efter formväggarna och deras geometri. Arbetstrycket är lågt, det brukar vara mellan 1 och 3 bar. Den metoden används för att tillverka bränsletankar, behållare flaskor m.m. Fördelar: Billigt Nackdelar: Grov finish Inga komplicerade former 8
GJUTNING: Flyttande material hälls i gjutform(slutna & öppna former)och sedan stelna. Den smältande härdplast som tillsatt i gjutformen blir hård på grund av en kemisk process. Gjutformarna avgör ytans finish, beroende på hur man tillverkar gjutformen. Fördelar: Från enklar till avancerade detaljer går att tillverka Billig metod för småserietillverkning Nackdelar: Vid tillverkning av för avancerade detaljer förstörs gjutformen för att kunna få ut detaljen STRÄNGSPRUTNING: Kontinuerlig formning av en plastisk massa till en profil, t ex ett rör eller en stav med önskad form hos tvärsnittet. Trycket vid sprutningen är förhållandevis högt, 10-50 bar. Ytans finish är låg till måttligt, det gäller även formens komplexitet. Strängsprutning tillämpas endast för termoplaster. Fördelen med strängsprutning är att inget slitage inträffar normalt av formen, (formen på verktyget). 9
ÅTERVINNING: Det finns två olika sätt för återvinning av plast, materialåtervinning och energiutvinning. Materialåtervinning sker genom mekaniskåtervinning eller råvaruåtervinning, medan energiåtervinning sker genom direkt förbränning eller alternativt bränsle. Mekanisk återvinning Det polymera materialet i produkten tas till vara för att tillverka samma produkt eller en helt annan produkt. Exempel på produkter som återvinnas genom mekanisk återvinning är plaströr och PET-flaskor. Plast återvinnas ungefär sju gånger innan den börjar tappa en del av sina egenskaper. Råvaruåtervinning Plasten bryts ner till sina ursprungliga råvaror. Det positiva med råvaruåtervinning är att alla plaster kan återvinnas. Det som skiljer sig ifrån mekanisk materialåtervinning kan även de plaster som finns i materialblandningar och är förorenade återvinnas. Energiutvinning Plastmaterialen innehåller höra energiinnehåll det utnyttjas för att producera elektricitet eller värme. Energiinnehållet hos plast är väldigt för den tillverkas av olja, därför lämpar plast sig som ett bränsle. Det sparar dessutom på andra naturresurser så som olja och gas. 10
KONSTRUERA MILJÖSMART: Tabellen nedan hjälper konstruktören att optimera återvinningen. Det medför att man vinner tillbacka råvaran helt och spara mer pengar vid återvinning. Konstruera plast på ett miljösmart sätt. Steg 1: Kan produkten bestå av ett enda material? JA: En stor del av målet är uppnådd. Går vidare till steg 4. NEJ: Gå vidare till steg 2. Steg 2: Kan man konstruera så att det går att skilja materialen från varandra, utan någon special utrusning? JA: Man har då kommit åt problemet. Gå vidare till steg 4. NEJ: Gå vidare till steg 3. Steg 3: Inför brottanvisningar på lämpliga ställen eller på annat sätt möjliggöra en snabb separering. Steg 1 3: Huvudsakliga uppgiften för dessa steg är att kunna separera materialet som underlättar återvinningen. Steg 4: Skall lim användas? JA: Lim är svårt att skilja ifrån plast. Använd ett lim som är blandbart med materialen som det sammanfogar. NEJ: Gå vidare till steg 5. Steg 5: Undvik att använda skruvförband: Steg 6: Undvik Ingjutna eller inpressade metallinsatser Rekommenderas inte för det tar tid att öppna och ibland omöjligt. Det försvårar arbetet vid återvinning och kräver en speciell och dyrbar metallsepareringsprocess. Steg 7: Skall produkten lackas? JA: Använd lack som är blandbar med plastmaterialet, då kan produktens materialåtervinnas Nej: Ett steg närmare miljösmart konstruktion är uppnådd. 11
SLUTSATS Avslutningsvis kan sägas att urvalet av plast i en produkt kan vara svår om inte alla förhållanden ses över. En plast som ser och känns bra kanske inte klarar av den miljö som produkten kommer att utsättas för under bruk av konsumenten. Detta ställer väldigt hög ansvar för konstruktörer. Därför är det viktigt för dig som är konstruktör att breda ut dina kunskaper för den plast som skall användas. Och innan du börjar med att konstruera skaffa dig de kunskaper som behövs för den tillverkningsmetoden som kommer att tillämpas vid tillverkning. Vissa tillverkningsmetoder lämpar sig bättre eller sämre vid tillverkning av stora serier eller mindre serier. Därför är det viktigt att i tidigtfas beräkna på lönsamheten och använd arbetsmallen som ett verktyg, för att bidra till en bättre miljö för samhället. Det har varit väldigt intressant att arbeta och utvidga sina kunskaper om hur plast kan användas. 12
REFERENSER Internetkällor: I. http://www.plastinformation.com/ (13-01-2011) II. http://www.talentplastics.se/1/sv/start/index.php (13-01-2011) III. http://sv.wikipedia.org/wiki/plast (14-01-2011) Tryckta källor: I. Berggren Kenneth. (2008). Konstruera i plast. 13