Plast som Konstruktionsmaterial Produktutveckling 3 Av: Hoda Karim Kurskod: KPP039 Examinator: Rolf Lövgren 1
Innehållsförteckning Inledning 3 Råvara Material Egenskaper Olika plasttyper Tillverkning Formgivnings metoder Formsprutning Formblåsning Filmblåsning Varmformning Extrudering Plast och miljö Bioplaster - Biobaserade plaster 3 4 4 5 6 7 8 Plastdesign och konstruktion 9 Källor 10 2
Inledning Plast har alltid haft en viktig västvärlds industriländer sedan uppfinning och det är ett populärt material bland många designer och konstruktörer som används inom allt fler områden, från förpackningar till hus och bilar. Plast är populär på grund av att det är ett formbart material vilket gör att tillverkning av plast blir enklare och kostnadseffektivt. Plast har inom många områden helt konkurrerat ut andra material som t.ex. trä på grund av den breda variationen av egenskaper som finns i olika plastsorter samt att plaster är ofta betydlig lättare än t.ex. trä eller metall som ger bättre resultat i många resultat så som transport och mindre energi. Idag tillverkas 90 miljarder ton plast per år och plastindustrin använder 4 procent av all olja som produceras årligen. En stor del av energi dock går för att tillverka plast i form av återvinnbart material vid förbränning i form av värme. Råvaror Före andra världskriget var stenkol den främsta råvaran vid plasttillverkning. I dag är råolja och naturgas basen används för polymerframställning. Vid krackning av olja skapas bl.a. eten och propen, som kan polymeriseras direkt eller via kemiska reaktioner omvandlas till polymerer, t.ex. PVC, polystyren och polymetylmetakrylat. Vissa plaster innehåller polymerer som även har mineral som råvara, t.ex. PVC, som kräver lika mycket koksalt som eten vid framställningen. Andra plaster är cellulosabaserade, t.ex. viskos som består av s.k. regenererad cellulosa. Cellulosa kan för övrigt utnyttjas för metanolframställning och därmed vid behov användas som alternativ råvaruresurs för plastindustrin. Stärkelse har använts som råvara för framställning av biologiskt nedbrytbar plast. 3
Material Plaster är syntetiska material bestående av en eller flera polymerer samt ett flertal tillsatsämnen. Polymerer i plast är organiska ämnen som består av många små byggstenar i form av kedjeformiga molekyler. Det är polymererna som ger plasterna deras speciella egenskaper jämfört med andra material typer. Alla plaster kan i något steg i tillverkningen göras flytande eller plastiska. Efter denna bearbetning blir plasterna styva med liten elastisk töjbarhet, till skillnad från elastar med liknande uppbyggnad, som blir elastiska. Plaster delas in i två stora olika; härdplaster och termoplaster. Egenskaper Plast är polymerer sin är kemiska kedjor av kolväte. Polymerer är i två huvudtyper som heter Elastiska typen och Styva typen. Egenskapen hos plasten styrs till största delen av vilken struktur polymerers molekylkedja de har. Det finns två huvudtyper av plast med helt olika egenskaper, termoplast och härdplast. Termoplasters egenskap är att det mjuknar vid uppvärmning och då kan det omformas. Det är därför Termoplaster är miljövänliga och kan återvinnas och användas för tillverkning av nya produkter. De är dessutom lösliga i lösningsmedel. Positivt med termoplaster är att de är biligare att tillverka och använda än härdplaster. Termoplaster kan i sin tur delas in i två grupper nämligen delkristallina och amorfa termoplaster. Delkristallina är mycket vanligare i tillverkning än amorfa termoplaster. Dess egenskap är att de är mjuka och mycket hållbar och dem är inte genomskinliga. Exempel på delkristallina plaster är: teflon och amidplaster. Amorfa termoplaster är styvare än delkristallina plaster. Dem är glasartade och genomskinliga. För exempel: PVC som är vinylkloridplast och är mycket hållbar. Härdplaster däremot är skapad av polymere där kedjemolekylerna är kemisk tvärbundit och endast svällas. Dess egenskaper är att de är mycket styva men samtidigt brytbara. Härdplaster är dyrare att framställa än termoplaster. Exempel på härdplaster är Uretanplast som används till lim, lacker och cellplaster. Annat exempel är Esterplast, som ä hård och skör och brukar armeras med glasfibrer. 4
Olika plast typer Plasttyp Beteckning Ingående plymer Användnings exempel Termoplaster Akrylplast PMMA polymetylmetakrylat Glassersättningar, Plexiglas Amidplast PA polyamid Lager, kugghjul, handtag Eetylentereftalatplast PET Polyetylentereftalat PET flaskor Fluortenplast PTFE Polytetrafluoreten Teflon(kokkärl) Karbonatplast PC Polykarbonat CD-skivor, Elektriska aparter Vinylkloridplast PVC Polyvinylkrolid Golv, rör, folier Härdplaster Epoxiplast EP Polymer m. epoxigrupper Kolfiberarmerade konstruktioner Esterplast UP Polyester Båtar, rör, laminat Silikonplast SI Polysiloxan Polermedel, laminat, lacker Uretanplast PUR Polyuretan Styv cellplast, lim, lack Jämförelsetabell över de vanligaste plaster. 5
Tillverkning Plast tillverkas i flera steg, först tillverkas monomerensom består av små molekyler. Sedan kopplas dem till stora kedjamolekyler. Tillverkningen är något olika för produkter av termoplast och härdplast. För termoplaster blandas tillsatsämne med polymerpulver i en strängspruta och granuleras. Blandningsprocessen kallas kompoundering. Plastgranulatet formas sedan genom bearbetning under värme och tryck med olika metoder, varav de viktigaste är formsprutning, strängsprutning och varmformning. Granulatet smälts och sprutas in i en kall form med en skruv, som under rörelsen framåt tätar mot cylinderväggen och därmed fungerar som en kolv. Smältan kyls i formen med hjälp av kylslingor i formväggen, svalnar och stelnar. Formen öppnas och detaljen stöts ut. Samtidigt förs skruven bakåt under rotation, varvid nytt granulat matas fram. Med strängsprutning bearbetas volymmässigt den mesta plasten. Metoden används för att forma profiler med olika tvärsnitt. Genom att koppla till ett formblåsningsverktyg kan flaskor tillverkas. När det gäller härdplaster används olika metoder. Formpressning är den äldsta bearbetningsmetoden som används numera endast för härdplast (och gummi). Pressmassan utgörs av en förpolymer med formaldehyd med tillsats av cellulosafiber och härdare samt vid behov fyllmedel. Pressmassan placeras i en varm form och härdas under tryck. Liknande kompounder har även framtagits för formsprutning. Den äldsta metoden för tillverkning av glasfiberarmerat polyesterlaminat är handuppläggning Metoden lämpar sig för stora produkter som båtskrov. Tillverkningsmetod 6
Formgivnings metoder Formgivning av plaster sker allmänt på flera olika sätt. De vanligaste metoderna är: Formsprutning Formblåsning Filmblåsning Varmformning Extrudering Formsprutning är en effektiv, billig och snabb produktionsmetod. Den är väl lämpad för mindre tjocklekar och mer komplicerade former vid tillverkning av plastprodukter Pressmassan placeras i en särskild sprutcylinder och pressas ut i formrummet. När keramer skall formsprutas blandas råmaterialet med ca 40 volymprocent plast. Efter formsprutningen bränns plasten bort och keramen sintras till ett tätt material. formblåsning, är den metoden för tillverkning av ihåliga föremål av termoplaster. Materialet blåses upp mot insidan av en form. Som formmaterial vid formblåsning används trä, grafit eller gjutjärn filmblåsning är en metod där en slang av het, nästan flytande plast matas fram ur ett rörformigt munstycke på en strängsprutningsmaskin. Slangen blåses upp av tryckluft samtidigt som den kyls och stelnar. Den här slangen lindas upp på en rulle, sedan kapas och svetsas slangen till olika produkter bland annat påsar och kassar. varmformning, i plasttekniken formning av en uppvärmd skiva av termoplast, t.ex. ABSplast eller akrylplast (PMMA), med hjälp av vakuum eller tryck mot en form följt av kylning. Varmformning används vid tillverkning av bl.a. öppna behållare, kupoler, paneler och jollar. Extrudering en metod att forma plastiska massor av t.ex. plast eller livsmedel. Vid extruderingen stiger temperaturen genom tryck och friktion i massan. Temperaturen kan också styras i massan genom att cylindern är omsluten av värme- eller kylmaterial. 7
Plast och miljö Plasttillverkningen har ungefär 4 procent av oljeförbrukning. Plastens låga vikt samt deras isolering förmåga gör att det sparas på olja, men när det gäller sortering och återvinning så återvinns plasten med förbränning. Det kan återanvändas på olika sätt såsom materialåtervinning, energiåtervinning, nedbrytning eller återvinning till monomer. När det gäller brytbara plaster så finns två sorter: Bioplaster Uttrycket bioplast används för att beskriva två olika begrepp. När man säger bioplaster kan man mena egenskapen, att plasten är biologiskt nedbrytbar eller komposterbar, alternativt att råvaran för plasten är förnyelsebar eller biobaserad. Men plaster inte alltid är biologiskt nedbrytbara och att biologiskt nedbrytbara plaster inte alltid är biobaserade. En plast är biologiskt nedbrytbar om den bryts ner av mikroorganismer. Inom vissa användnings områden kan det dock vara en fördel att plasten är biologiskt nedbrytbar för exempel I olika medicinska och medicintekniska tillämpningar så som nedbrytbar suturtråd och medicinkapslar som bryts ned och därmed gradvis frigör rätt mängd medicin. Biobaserade plaster Biobaserade plaster framställs från återvunna råvaror. Det finns tre huvudargument för att använda förnyelsebara råvaror för plastframställningen: att minska användningen av fossila råvaror, speciellt råolja. Att använda förnyelsebara råvaror för tillverkningen av energi och material minskar utsläppen av växthusgaser, speciellt koldioxid. Att använda förnyelsebara material är även ett stöd till jordbrukare att få fler avsättningsmöjligheter för sina grödor. Hittills har de bioplasterna varit alltför dyra att framställa för att på allvar kunna konkurrera med de traditionella syntetiska plasterna, att de inte används inom områden där dess specifika egenskaper uppvägs av ett högre pris. Nu börjar dock produkterna och produktionsmetoderna bli så pass väl utvecklade att man på allvar kan tala om ett bredare genombrott för bioplasterna. I ett längre perspektiv kommer bioplasterna att bli konkurrenskraftiga inom alla områden där syntetiska plaster används idag. 8
Plast design och konstruktion Inom konstindustrin utnyttjades plasten till en början som ett billigt ersättningsmaterial men blev så småningom ett erkänt bruksmaterial. Formgivarna fascinerades av materialets nästan obegränsade formmöjligheter. Plastens stora genombrott som designmaterial kom efter andra världskriget. Plast är ett material som ger nästintill obegränsade möjligheter. Plast kan göras tyngre än bly, ledande eller isolerande, flexibelt nog för att användas som gångjärn eller tillräckligt hållfast för att ersätta metallkonstruktioner. Plasten har gett möjligheter att konstruera produkter som är ekonomiskt omöjliga att utföra metalliska material. Att arbeta med plaster kräver kännedom om deras viskoelastiska egenskaper och vad som händer med materialet då det formas till en detalj och det kommer att användas mer och mer inom industrin. Plastdesign, av Carl-Arne Breger 9
Källor http://skoltips.wordpress.com/2008/03/08/plaster/ http://www.alltomvetenskap.se/plast.aspx?article=967&newsbillcategory=67 http://www.svanen.nu/default.aspx?tabname=svanlogga& menuitemid=7039 http://www.ne.se/lang/plastdesign http://www.plastinformation.com/informationsmaterial/plastifokus/ Plast%20i%20fokus%201_03.PDF http://www.ribbit.se/redaktionellt/snabbfakta/plast.pdf http://www.svanen.nu/default.aspx?tabname=criteriadetail&pgr=31&menuitemi 10