Materialevalg - plast - Materials.dk

Materialevalg - plast - Materials.dk Materialevalg - plast - Materials.dk

from materials.dk More from this publisher

26.07.2013 Views

E@4 Efteruddannelse i Materialeteknologi · Kursus P6 Materialevalg Plast Bent Bay Danmarks Ingeniørakademi Lars Larson Dansk Teknologisk Institut Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse i et samarbejde mellem Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne, Forskningscenter Risø m.fl. 1991

E@4

Efteruddannelse i Materialeteknologi · Kursus P6

Materialevalg

Plast

Bent Bay

Danmarks Ingeniørakademi

Lars Larson

Dansk Teknologisk Institut

Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse

i et samarbejde mellem

Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut,

FORCE Institutterne, Forskningscenter Risø m.fl.

1991

Materialevalg

Plast

1. udgave, 1. oplag, 1991

Grafisk design:

Grethe Jensen og Inger Vedel, DTIIGrafik

Sats: Repro-Sats Nord, Skagen

Tryk:

Omslag: Reproset, København

Indhold: DTllTryk, Taastrup

Dansk Teknologisk Institut

Forlaget

ISBN 87-7756-153-8

Kopiering i uddrag tilladt med kildeangivelse

Materialevalg - plast

1 Introduktion til materialevalg 11

1.1 Indledning 11

1.2 Hvorformaterialevalg? 11

2 Metoder til materialevalg 13

3 Systematisk materialevalg 17

3.1 Udgangspunkt 18

3.1.1 Idefase/behovsanalyse 18

3.1.2 Projektgrundspecifikation 19

3.1.3 Produktgrundspecifikation 20

3.2 Kravspecifikation til komponent 22

3.3 Konvertering 35

3.4 Grovsortering af materialer 47

3.5 Udvælgelse af egnede materialer 50

3.6 Et eksempel: Ventilhus til varmtvandsventil 51

4 Mekaniske egenskaber 59

4.1 Stivhed ved kortvarig belastning 59

4.2 Stivhed ved langvarig statisk belastning, krybning 60

4.3 Tilladelig tøjning 64

4.4 Relaxation = Spændingsfald ved konstant tøjning . . . . . . . . . 66

4.5 Styrke ved statisk belastning 66

4.6 Styrke ved svingende påvirkning 67

4.7 Slagstyrke (slagsejhed) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.8 Friktionsegenskaber og slidstyrke 77

5 Termiske egenskaber 81

6 Brandtekniske egenskaber 89

7 Elektriske egenskaber 91

8 Optiske egenskaber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95

9 Fysiske og kemiske egenskaber. . . . . . . . . . . . . . . . .. 99

9.1 Vandoptagelse (kvældning i vand) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99

9.2 Vejrbestandighed 100

9.3 Hydrolysebestandighed 102

9.4 Kemikaliebestandighed 102

9.5 Plastmaterialer i kontakt med levnedsmidler 107

9.6 Plastmaterialer i kontakt med lægemidler 107

10 Barriereegenskaber 109

11 Biologiske egenskaber 111

12 Miljømæssige egenskaber 113

13 Forarbejdningsmetoder 117

14 Sammenføjningsmetoder 119

15 Økonomi 121

16 Vurdering af materialedata 123

17 Tabeller 127

18 Referencer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Stikord 141

Forord

Denne lærebog indgår i et omfattende, modulopbygget system

af efteruddannelseskurser, »Efteruddannelse i Materialeteknologi«,

som har til formål atruste dansk erhvervsliv til at

arbejde optimalt med såvel nye som kendte materialetyper.

Systemet dækker således alle materialetyper fra støbejern;

stål, rustfrit stål, aluminium og diverse metallegeringer over

plast, fiberforstærket plast og sandwichmaterialer til keramiske

og pulvermetallurgiske materialer. For hver materialetype

vil der være kurser i relevante emner som grundlæggende

materialekendskab, materialevalg, forarbejdning og

konstruktion, nedbrydningsformer og tilstandskontrol

m.m.m.

Tanken med det modulopbyggede efteruddannelsessystem

er, at virksomheder - eller enkeltpersoner - har mulighed

for at sammensætte et kursusforløb som er tilpasset det aktuelle

behov, hvad enten det drejer sig om at gå i dybden

med et materialeområde, eller man ønsker at udvide sine

kvalifikationer til flere materialetyper f.eks. inden for et

emne som forarbejdningsprocesser. Det er naturligvis vores

håb, at denne lærebog enten i forbindelse med det pågældende

kursus - eller ved selvstudium - vil være et godt bidrag

til en sådan opgradering af kvalifikationerne hos den

enkelte.

For at bogen kan tjene både som kursusmateriale, opslagsbog

og kilde til supplerende viden, er den forsynet med

mange figurer, der underbygger teksten, samt margentekster

og index, der letter opslag. Visse afsnit i teksten vil være

skrevet med andre typer, samt forsynet med en grå streg

langs margin som indikation af, at det pågældende afsnit

specielt henvender sig til læsere med ingeniørmæssig baggrund

el.lign.. I forbindelse med kurser vil bogen blive ledsaget

af en arbejdesmappe indeholdende supplerende materialer,

øvelsesvejledninger, opgaver m.v.

Kurserne er udviklet i et konsortium bestående af Danmarks

Ingeniørakademi (maskinafdelingen), Dansk Teknologisk

Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter RISØ

samt en række danske virksomheder. I denne forbindelse

skal der lyde en tak til de mange rundt omkring i virksomhederne,

der har bidraget til udviklingsarbejdet i form af

klarlægning af behov og løbende vurdering af materialet ved

deltagelse i følgegrupper m.v. (ingen nævnt - ingen glemt!).

Udviklingsarbejdet er foretaget med støtte fra Undervisningsministeriet

(Lov 271 - Lov om Efteruddannelse) og herunder

har Indsatsgruppen for Materialeteknologi samt de

tilknyttede referee's ligeledes ydet en god indsats med henblik

på afstemning mellem erhvervslivets behov og materialets

indhold.

Taastrup, september 1991

På konsortiets vegne

Lorens P. Sibbesen

(projektadministrator)

Forord til P6

Materialevalg er inden for »Efteruddannelse i Materialeteknologi«

behandlet i 2 moduler: »56, Materialevalg - metaller«

og »P6, Materialevalg - plast«.

Materialevalg er i dag en aktivitet, som har høj prioritet i

mange virksomheders produktudviklingsprojekter. Dokumentation

af baggrunden for et materialevalg, og sikkerhed

for at det optimale materiale vælges, er især nødvendig, når

der arbejdes med plast p.g.a. det meget store antal materialer

med vidt forskellige egenskaber.

Den foreliggende bog udgør sammen med en arbejdsmappe

det kursusmateriale, som anvendes i »P6, Materialevalg

plast«.

I bogen beskrives, hvordan man udarbejder materialeorienterede

kravsspecifikationer for komponenter. Desuden forklares,

hvordan man konverterer kravsspecifikationerne til

materialespecifikationer. Dette grundlag benyttes derefter til

at foretage et dokumenteret, optimalt materialevalg.

Forskellige metoder til datasøgning behandles. Samtidige

mekaniske og termiske påvirkninger og andre forhold, som

kræver særlig opmærksomhed ved materialevalg blandt

plastmaterialerne, belyses.

Lyngby, december 1991

Bent Bay

Lic.techn.

Tåstrup, december 1991

Lars Larson

Ingeniør

Introduktion til materialevalg

Indledning

Dette kompendium beskriver en metode til systematisk valg

af plastmaterialer. Der lægges vægt på, at materialevalget

bliver dokumenteret og begrundet, idet kravene til den komponent,

der skal konstrueres, beskrives så omhyggeligt, som

det er muligt. Disse krav skal konverteres til krav til materialeegenskaber.

For at kunne foretage denne konvertering er

det nødvendigt at have et kendskab til de enkelte materialeegenskaber.

De er derfor beskrevet i kapitlerne 4-12.

I alt produktudviklingsarbejde indgår materialevalg som en

arbejdsproces, der ikke kan isoleres fra det øvrige tekniske

arbejde. Ved materialevalg er der tale om et samspil mellem

bl.a. materiale, konstruktion, fremstillingsproces, miljø og

økonomi. Da de forskellige arbejdsprocesser i produktudviklingen

i den grad er knyttet sammen, bliver det naturligvis

vanskeligt at give en enkel og klar beskrivelse af materialevalget

som problemløsningsproces.

Hvorfor materialevalg'?

Der kan være mange årsager til at man udfører et materialevalgsarbejde.

Udvikling af et nyt produkt med en ny funktion stiller ofte

store krav om et omhyggeligt udført materialevalgsarbejde.

Firmaet kan måske kun i begrænset omfang støtte sig til tidligere

erfaringer. Dvs. at problemløsningsarbejdet kan blive

ret omfattende.

Hvis et af firmaets produkter skal kunne anvendes under

ændrede betingelser, kan det blive nødvendigt at vælge et

andet materiale. Der kan f.eks. være tale om at anvende produktet

i et ændret kemisk miljø, fordi produktet skal sælges

på et nyt marked. Nye krav fra myndighederne kan også resultere

i nyt materialevalg.

Hvis produktet fejler under anvendelsen pga. forkert materialevalg,

er det naturligvis ofte nødvendigt at ændre mate-

11

1

1.1

Der lægges vægt på, at materialevalget

bliver dokumenteret

og begrundet

Ved materialevalg er der tale

om et samspil mellem'bl.a. materiale,

konstruktion, fremstillingsproces,

miljø og økonomi.

1.2

Udvikling af et nyt produkt

med en ny funktion

Hvis et af firmaets produkter

skal kunne anvendes under

ændrede betingelser

Hvis produktet fejler

under anvendelsen

Et ændret materialevalg kan

reducere produktets kostpris

(produktionsomkostninger)

Nyudviklede materialer kan

give mulighed for udvikling

af nye produkter

rialet. Problemet kan f.eks. skyldes en forkert vurdering af

kravet til materialets slagstyrke, eller at firmaets test af materialets

kemikaliebestandighed ikke har svaret til forholdene

under anvendelsen.

Et ændret materialevalg kan reducere produktets kostpris

(produktionsomkostninger). Dvs. at man tilstræber et optimalt

materialevalg. At produktet får en lavere pris og stadig

bevarer en tilfredsstillende kvalitet, er ikke en tilstrækkelig

begrundelse for at skifte materiale. Besparelserne på produktet

skal vtlrderes i forhold til ændret konkurrenceevne,

udgifter til f.eks. udarbejdelse af nye tegninger og andre dokumenter,

flere materialetyper på lager, uddannelse af medarbejdere,

investering i nye maskiner, indkøring af ny forarbejdningsproces,

test af nyt materiale osv. Skift fra metal til

plast kan især give mange overvejelser.

Nyudviklede materialer kan give mulighed for udvikling af

nye produkter. Udvikling af long playing grammofonplader

blev først mulig, efter at en speciel PVC-kvalitet kom på markedet.

Et nyt eksempel er LEGO's anvendelse af det grønligt

lysende plastmateriale på deres rumskibe. Når materialet

rammes af dagslys eller elektrisk lys, dirigeres lysstrålerne,

således at pladekanter lyser kraftigt op. Herved opnås en

speciel visuel effekt.

En gennemgang af systematisk materialevalg og dets rolle i

produktudvikling findes i (Ref 1 og 2).

Metoder til materialevalg

Valg af plastmaterialer foregår i praksis på mange forskellige

måder, og hver metode har sine fordele og ulemper.

Valg af plastmateriale ud fra gamle konstruktionstegninger

af en lignende komponent er en ret hyppigt anvendt metode.

Det er en stærkt tidsbesparende metode. Desuden kan

konstruktøren måske lettere få accept fra sin chef og andre

medarbejdere, fordi de ikke skal overbevises om, at det er

fornuftigt at ændre materialet. Det må imidlertid frarådes at

vælge materiale på denne måde, da udviklingsarbejdet i firmaet

bliver bremset. Et konkurrerende firma er måske allerede

i gang med at udvikle et billigere produkt, således at

man sakker agterud i konkurrencen.

Hvis man vælger materiale på denne måde, må man først

sikre sig, at kravene til den ny komponent er de samme som

til den gamle. Hvis kravene er forskellige, må man sikre sig,

at kravene til materialeegenskaberne ikke ændrer sig så

meget, at komponenten fejler. Metoden er risikabel på dette

punkt, fordi konstruktøren for at spare tid vil gå lidt let hen

over den fornyede analyse af kravene. »Han har jo allerede

fundet materialet«. Desuden er materialevalget til den gamle

komponent måske ikke engang dokumenteret og begrundet.

Metoden kan også medføre, at der vælges samme materiale

fra produktgeneration til produktgeneration, selvom kundeønsker

er ændret og nye og mere egnede plastkvaliteter er

kommet på markedet. Hvis man ikke ændrer materialet under

udviklingen af den nye komponent, kan det ske, at man

bliver nødt til at gøre det, når reklamationerne strømmer

ind. Dette kan f.eks. ske, hvis den mekaniske belastning på

komponenten er øget, eller den udsættes for et andet kemisk

miljø.

Det er indlysende, at materialeleverandøren bør tages med

på råd ved valg af plastmateriale. Når man sidder med leverandørkataloget,

er det ganske vanskeligt at vælge mellem

f.eks. 20 forskellige polypropylenkvaliteter, hvoraf flere har

omtrent samme egenskaber. Her kan leverandøren supplere

katalogets oplysninger. Desuden har han ofte erfaringer med

materialerne fra lignende anvendelser. Han vil også kunne

13

2

Valg af plastmateriale ud fra

gamle konstruktionstegninger

Materialeleverandøren

bør tages med på råd

Valget af plastmateriale

foretages ikke sjældent

af en sprøjtestøbefabrik

Materialeleverandører har

udarbejdet en metode tiI

valg af plastmaterialer

gøre opmærksom på nye materialekvaliteter, der ikke fremgår

af materialekatalogerne, men som vil give et mere optimalt

valg.

Inden materialeleverandøren kontaktes, bør man have udarbejdet

en kravspecifikation for komponenten og så vidt muligt

også kravene til materialeegenskaberne. I modsat fald

bliver det vanskeligt at få en udbytterig samtale med leverandøren,

og der vil være stor risiko for misforståelser. Alligevel

er det desværre meget almindeligt, at konstruktøren

ikke har gjort sit arbejde tilstrækkeligt omhyggeligt, fordi

det er lettere at lade leverandøren tage sig af materialevalget

end selv at sætte sig ind i problemstillingen. I så fald kan

konstruktøren heller ikke forvente, at materialeleverandøren

kan udføre sit arbejde med tilstrækkelig omhu. Resultatet

kan da blive et forkert materialevalg.

Materialeleverandøren har ofte et stort kendskab til sine

egne materialer, således at man kan få en kvalificeret rådgivning

om disse materialer.

Men det er en ulempe, at materialeleverandøren ofte kun vil

omtale sine egne materialer, som han jo kender bedre end

konkurrerende materialer. Derfor må konstruktøren have

gjort sit forarbejde omhyggeligt, således at han kan stille de

rigtige spørgsmål. Før leverandøren kontaktes, bør konstruktøren

udføre et foreløbigt grovvalg af materialer, se kapitel

3.4. Desuden bør han kontakte flere leverandører: En enkelt

leverandør fører kun et vist antal plasttyper. Desuden er der

mange forskellige kvaliteter af hver plasttype. F.eks. er udbudet

af ABS-kvaliteter ret forskelligt hos forskellige leverandører.

Valget af plastmateriale foretages ikke sjældent af underleverandøren,

f.eks. en sprøjtestøbefabrik. Underleverandøren

er naturligvis interesseret i at anvende et materiale, som han

kender godt og har erfaring i at forarbejde. På denne måde

kan antallet af mulige materialer blive begrænset på en

uhensigtsmæssig måde. Desuden skal konstruktøren være

opmærksom på, at det er ham og ikke underleverandøren,

der bærer risikoen ved et forkert materialevalg.

Enkelte materialeleverandører har udarbejdet en metode til

valg af plastmaterialer. Hvis der skal vælges materiale til et

tandhjul, angiver leverandøren en række plasttyper, som

kan være anvendelige. Polypropylen, PB er ikke i denne

gruppe, fordi slidstyrken er ret dårlig og fordi materialevalgsmetoden

ikke tager højde for korttidsanvendelser. Ikke

desto mindre kan PP anvendes til tandhjul, som kun skal arbejde

kortvarigt, og PP giver en billigere løsning end de normale

tandhjulsmaterialer. I visse materialevalgsmetoder anvendes

en fremgangsmåde, hvor hver af de relevante egenskaber

tildeles et antal points i forhold til, hvor godt kravene

opfyldes. Desuden vægtes hver egenskab efter hvor væsentlig

den er for komponentens funktion. Derefter vælges det

materiale, som får den største pointsum. Denne materialevalgsmetode

er risikabel, fordi man kan ende med at vælge

et materiale, som ikke opfylder minimumskravet til en bestemt

egenskab. Materialet vælges da, fordi det får mange

points for andre egenskaber.

Figur 2.1 er et flowdiagram for konstruktionsprocessen. Elementerne

i det systematiske materialevalg er vist som en del

af konstruktionsprocessen. Dette beskrives nærmere i kapitel

3. Hovedformålene med systematisk materialevalg er:

1) at tilstræbe optimalt materialevalg

2) at støtte konstruktøren gennem operationelle checklister,

således at ingen krav glemmes.

Kun få konstruktører har overblik over hele produktudviklingsprocessen

- langt de fleste arbejder kun med delproblemer.

Derfor er det nyttigt for konstruktøren at støtte sig til

en systematik. Se i øvrigt kapitel 3.

Problemer i forbindelse med systematisk materialevalg er, at

det kan kræve en ret omfattende arbejdsindsats, og at det

kan stille ret store krav til konstruktørens materialetekniske

viden og hans evne til at samarbejde med andre personalegrupper

i og udenfor firmaet.

15

Det systematiske materialevalg

Systel11atisk l11aterialevalg

Denne materialevalgsmetodik har to hovedformål:

1. Sikre optimalt materialevalg (teknisk/økonomisk)

2. Støtte konstruktøren gennem operationelle checklister

3

Formål

Ved optimalt materialevalg forstås, at en produceret kompo- Optimalt materialevalg

nent har lavest mulig pris, men samtidig opfylder kravene til

den. Desuden har materialevalgsmetodikken til formål at

• dokumentere forudsætningerne for et materialevalg (ISO

9001)

• sikre spredning af personbunden viden og know-how

gennem bedre dokumentation

• reducere risikoen for fejlkommunikation (ekstern og intern)

I mange danske virksomheder har »kvalitet« en central rolle.

Den voksende interesse for ISO 9001 viser virksomhedernes

erkendelse af behovet for dokumentation. I den forbindelse

vil dokumentation af forudsætningerne for et materialevalg

til en plastkomponent få en naturlig plads.

Dokumentation er også vigtig, når viden skal overføres fra

en medarbejder til en anden. Det betyder mest ved jobskift,

hvor man helst skal undgå, at der opstår et hul, når en medarbejder

finder et nyt job. Når medarbejderens arbejde er

dokumenteret, kan andre nemmere sætte sig ind i arbejdsområdet.

Endelig skal en materialevalgsmetodik reducere risikoen for,

at man misforstår hinanden, både i virksomheden, men også

ved kontakt med materialeleverandører.

Den her beskrevne metodik til systematisk materialevalg

blandt plastmaterialer omfatter følgende:

1. Udgangspunkt: Idefase/behovsafklaring

Projektgrundspecifikation

Produktgrundspecifikation

17

»Kvalitet«

Dokumentation er vigtig

3.1

3.1.1

Ideer og behov analyseres

2. Kravspecifikation til komponent

3. Konvertering fra kravspecifikation til komponent til materialespecifikation

4. Grovsortering af materialer

5. Udvælgelse af egnede materialer

Punkterne beskrives i de følgende kapitler. Yderligere information

kan desuden findes i Ref. 14. Afsnit 3.1 kan eventuelt

springes over, da det ikke er ubetinget nødvendigt i forbindelse

med materialevalg blandt plastmaterialer, men beskriver

nogle generelle forhold i et produktudviklingsforløb.

Udgangspunkt

Et materialevalg påvirkes i høj grad af de aktiviteter i produktudviklingen,

som er gået forud. Særlig væsentlig er idefase,

projektgrundspecifikation og produktgrundspecifikation.

Disse gennemgås derfor kort her og særligt deres indflydelse

på materialevalget.

Det skal pointeres, at begreberne projektgrundspecifikation

og produktgrundspecifikation kan have forskellig betegnelse

i forskellige virksomheder. Men hvad de så end kaldes i et

produktudviklingsforløb, vil det normalt være muligt at finde

de oplysninger, som danner udgangspunktet for produktudviklingen.

Idefase/behovsafklaring

Udgangspunktet for en produktudvikling kan være meget

forskelligt.

• Ide fra virksomhedens medarbejdere eller kunder

• Ide fra konkurrenter (nye produkter)

• Ide gennem teknisk udvikling og forskning

• Identifikation af markedets behov

Ideer og behov kan analyseres gennem forskellige, usystematiske

og systematiske metoder. Resultatet af en i4efase afhænger

i høj grad af produkttype og kompleksibilitet. Produktets

totalform kan være fastlagt, men er det nødvendigvis

ikke. Kundernes behov kan være afklaret gennem markedsanalyser,

men er det nødvendigvis ikke.

Projektgrundspecifikation

Projektgrundspecifikationen er et styringsredskab. Projektgrundspecifikationen

udarbejdes normalt af personer fra

virksomhedens ledelse eller fra marketingsafdeling, produktionsafdeling

og udviklingsafdeling i fællesskab. Projektgrundspecifikationen

beskriver projektets »konstruktion« og

indeholder:

• Forretningsmæssige mål

- Markedsandel

- Prisniveau

- Salgsindsats

- Konkurrenter

- Kvalitet

- Patenter

• Økonornimål

- Finansiering

- Nøgletal

• Projektadministration

- Planlægning

- Økonomiske og maskinelle ressourcer

- Ansvar

- Bemanding

19

Fig. 3.1

Eksempel på skitse af et produkts

totalform (en ventil).

Materialer og dimensioner er

endnu ikke fastlagt, men sammenhængen

mellem komponenterne

er kendt.

3.1.2

Projektgrundspecifikationen beskriver

projektets »konstruktion«

3.1.3

Produktgrundspecifikation

er et målsætningsdokument

Kvaliteten af en løsning

kan vurderes

Ufravigelige krav til produktet

Ønskede egenskaber

for produktet

Projektgrundspecifikation kan være mere udspecificeret end

skitseret her eller lidt anderledes opbygget afhængig af virksomhed

og produktsortiment.

Ved udarbejdelse af kravspecifikation til komponent i forbindelse

med materialevalg indeholder de »forretningsmæssige

mål« for produktet (sjældent for komponenterne) en række

væsentlige oplysninger:

Kvalitet: Levetid

Design (farver, udformning)

Grov teknisk specifikation

Grov beskrivelse af driftsmiljø

Pris og seriestørrelse

Patenter, normer

Forholdene er grundigere beskrevet i produktgrundspecifikation.

Produktgrundspecifikation

Produktgrundspecifikation er et målsætningsdokument; en

beskrivelse af det ønskede produkt. Produktgrundspecifikationen

giver mulighed for at vurdere kvaliteten af en løsning

(et produktudkast), og afgrænser udviklingsopgaven. En

åben produktgrundspecifikation giver normalt mange nye

løsninger, mens en snæver produktgrundspecifikation giver

få løsninger.

Indhold af produktgrundspecifikationen kan være

• Anvendelsesområde

• Design

• Funktionskrav

• Levetid og pålidelighed

• Normkrav

• Emballage

• Driftsforhold

• Arbejdsmiljø, ydre miljø, genanvendelse og bortskaffelse

• Installation og service

• Økonomi og markedsforhold

t

Produktgrundspecifikationen bør være opdelt i ufravigelige

krav til produktet og ønskede egenskaber for produktet.

Ufravigelige krav adskiller løsninger fra ikke-løsninger. Opfyldes

ufravigelige krav ikke af et løsningsforslag til produkt-

Tabel 3.1 Eksempel på en enkel produktgrundspecifikation. (Baseret

på figur i Lars Hein, M. Myrup Andersen; Integreret produktudvikling)

PRODUKT-GRUNDSPECIFIKATION PROJEKT: Møntsorter

FAKTORER UFRAVIGELIGE KRAV ØNSKEDE EGENSKABER BEMÆRKNINGER

Afgrænser løsninger Bruges som målestok Åbne spørgsmål, henfra

ikke løsninger for løsningens godhed visninger, at huske

Konstruktion Sandsynliggørelses- Lavt tidsforbrug

projekt: 6 mdr.

Fysiske dim. minimale

få komponenter

Produktion GNT-teknologi Lav produktionspris

Styktal 1-2 10 5 i fem år

Få indkøbte komponenter/

specielle materialer

Enkel samling/justering

Montagevenlig udformning

Brugsfaktorer Ønske:

- input 1-5 mønttyper, cirkulære Enkel tilpasning til forskellige Ingen mekanisk udskift-

Et indløb

møntsæt ning

Diameteromr. 17-35 mm

Tykkelsesomr. 1-3 mm

Middel effekt 25 mw

Strømforbrug 15-18 mA

Lodret slids på mønttelefonens

forside, evt. indløb

ovenfra

Hvad med S-kantede?

Evt. tykkelse ned til

0,7 mm

- output To udløb: godkendte/afviste

Et elektrisk signal om møntværdi

- funktion Test på stillestående mønt:

- diameter

- tykkelse

- ledningsevne

Sorteringssikkerhed > 95% Størst mulig

driftsikkerhed

Afvise/aflede falske mønter Pålidelighed

- lejlighedsvise Sorteringshast. Hurtig sortering

operationer: >1 pr. sek.

Simpel service Hvor tit? moduler?

Let at rengøre og fjerne

forindst.?

- miljø Som for GNT's udendørs

fremmedlegemer

mønttelefon Hærværkssikker

Produktets totalform

3.2

Først når komponenter samles,

udgør de et produkt

/procesudformning og materialer, er det således ikke en løsning.

Ønskede egenskaber for produktet adskiller gode løsninger

fra dårlige løsninger. Man kan således vurdere et løsningsforslag

i forhold til produktgrundspecifikationen. Yderligere

information findes i Ref. 12.

Hvis produktets totalform endnu ikke er fastlagt, skal dette

gøres på grundlag af produktgrundspecifikationen (totalform

kan være fastlagt allerede i idefasen). Produktets totalform

og produktgrundspecifikation er udgangspunktet for

materialevalget. Yderligere information findes i Ref. 13.

Kravspecifikation for komponent

Det er vigtigt at være opmærksom på forskellen mellem produktet

(produktets totalform) og komponenten.

Først når komponenter samles, udgør de et produkt. Når

man i begyndelsen af et produktudviklingsforløb taler om

produktets totalform, har man faktisk kun fastlagt relationer-

•

rI

Fig. 3.2

Eksempel på et produkts komponenter. Dette produkt består af 9

komponenter. Produktets totalform kan ses i figur 3.1

ne mellem komponenterne. Derfor skal en række forhold for

hver komponent fastlægges, før et materialevalg kan foretages:

• Komponentens form

• Hoveddimensioner

• Overflade

• Kravspecifikation for komponent

Komponentens form skitseres på grundlag af en valgt fremstillingsproces.

Hoveddimensioner fastlægges i store træk,

og godstykkelser, tolerancer og overfladekvalitet noteres så

vidt muligt.

Ved hjælp af produktgrundspecifikation, skitseret komponentform

med hoveddimensioner og overflade udarbejdes

en kravspecifikation for komponenten. Det er vigtigt at opdele

kravspecifikationens punkter i ufravigelige krav og ønskede

egenskaber.

Kravspecifikationens hovedpunkter:

1. Delperiode

2. Mekaniske krav

3. Termiske krav

4. Brandtekniske krav

5. Elektriske/magnetiske krav

6. Optiske krav

7. Fysiske/kemiske krav

8. Krav til barriereegenskaber

9. Økonomiske krav

10. Biologiske krav

11. Miljømæssige krav

12. Forarbejdningsmetoder

13. Sammenføjningsmetoder

14. Yderligere krav

Herudover er komponentskitsen en del af kravspecifikationen.

På de følgende sider findes en checkliste, som kan hjælpe

konstruktøren til at opstille kravspecifikationen, når komponenten

forventes produceret i plast. Bagefter følger en vejledning

i udarbejdelsen af en kravspecifikation til en komponent

og et eksempel på en kravspecifikation samt forklaring

på begrebet delperiode.

23

Valgt fremstillingsproces

Ufravigelige krav og ønskede

egenskaber

Komponentskitsen er en del

af kravspecifikationen

Checkl iste tiI at opstiIle

kravspecifi kationen

Tabel 3.2 Checkliste til kravspecifikation for komponent

Godstykkelses- KRAVSPECIFIKATION FOR KOMPONENT: Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav krav egenskab

KRAVPROFIL I DELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

1.Delperiode.

Angiv delperioden (i sekunder, minutter, timer, dage eller år).

2. Mekaniske krav.

Statisk belastning:

• Angiv trækbelastninger.

• Angiv trykbelastninger.

• Angiv forskydningsbelastninger.

• Angiv torsionsbelastninger.

Dynamisk belastning:

• Er belastningen pulserende (+/+) el. (-/-)? J/N

Er belastningen vekslende (+/-)? J/N

Angiv kritiske dynamiske belastninger, incl.

frekvens, amplitude og varighed.

• Angiv krav til slagstyrke eller kærvslagstyrke.

Angiv krav til hårdhed.

Godstykkelses- KRAVSPECIFIKATION FOR KOMPONENT: Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav krav egenskab

KRAVPROFIL I DELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

• Angiv krav til deformationsevne.

• Angiv krav til stivhed.

Angiv krav til friktionsegenskaber.

Angiv krav til slidfasthed.

• Angiv krav til svingningsdæmpende egenskaber.

3. Termiske krav.

Angiv krav til termisk belastbarhed (anvendelsestemp).

• Angiv krav til termisk ledningsevne.

Angiv krav til termisk udvidelse.

4. Brandtekniske krav.

• Angiv krav til flammehæmmende egenskaber.

Angiv myndighedskrav fra lande hvor komponenten skal sælges.

5. Elektriske/magnetiske krav.

• Angiv krav til elektrisk isolationsevne.

Godstykkelses- KRAVSPECIFIKATION FOR KOMPONENT: Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav krav egenskab

KRAVPROFIL IDELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

Angiv krav til beskyttelse mod statisk opladning.

Angiv krav til anvendelighed i vekslende elektrisk felt.

Angiv krav til krybestrømssikkerhed.

Angiv krav til beskyttelse mod EMI.

6. Optiske krav.

• Angiv krav tillysgennemskinnelighed.

Angiv krav til brydningsindeks.

Angiv krav til glans.

Angiv krav til farveholdbarhed og ægthed.

Angiv krav til overfladebeskaffenhed.

7. Fysisk/kemiske krav.

Angiv krav til anvendelse i høj/lav luftfugtighed.

Angiv krav til anvendelse i direkte sollys.

Angiv krav til anvendelse i bestemte gasser, fx. særlig

industriatmosfære.

Godstykkelses- KRAVSPECIFIKATION FOR KOMPONENT: Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav krav egenskab

KRAVPROFIL I DELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

Angiv krav til anvendelse i kontakt med vand.

Angiv krav til anvendelse i forbindelse med særlige kemikalier,

som f.eks. rengøringsmidler.

Angiv krav til anvendelse i kontakt med levnedsmidler.

Angiv krav til anvendelse i kontakt med lægemidler.

Angiv krav til anvendelse i kontakt med drikkevand.

Angiv krav til autoklavering.

Angiv krav i forbindelse med strålesterilisation.

Angiv krav til anvendelse i kontakt med særlige metaller

som fx kobber.

Angiv krav til anvendelse i kontakt med blødgørere

som fx blødgjort PVC eller gummi.

Angiv krav til densitet.

Godstykkelses- KRAVSPECIFIKATION FOR KOMPONENT: Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav krav egenskab

KRAVPROFIL I DELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

8. Krav til barriereegenskaber.

• Angiv krav til tæthed overfor vanddamp.

• Angiv krav til tæthed overfor bestemte gasser.

• Angiv krav til tæthed overfor bestemte væsker.

9. Økonomiske krav.

• Angiv krav til komponentens pris.

Angiv krav til leverandører eller krav om flere mulige leverandører

af materiale.

10. Biologiske krav.

Angiv krav til modstandsdygtighed overfor dyr, herunder

insekter (termitter) og gnavere.

Angiv krav til modstandsdygtighed overfor mikroorganismer.

11. Miljømæssige krav.

Angiv krav til regranulering af materiellet.

Angiv krav til miljøbelastning af mand, maskine og natur.

Angiv krav vedrørende genbrug, bortskaffelse og

destruktion.

Godstykkelses- KRAVSPECIFIKATION FOR KOMPONENT: Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav krav egenskab

KRAVPROFIL I DELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

12. Forarbejdningsmetoder.

Angiv krav fra bestemte forarbejdningsmetoder.

Angiv krav til forarbejdningssvind/eftersvind, evt. specificeret

på langs og på tværs af flyderetning.

13. Sammenføjningsmetoder.

Angiv krav fra bestemte sammenføjningsmetoder, som f.eks.

limning, svejsning mm.

Angiv krav fra forskellige efterbehandlingsmetoder som f.eks.

lakering, metallisering mm.

14. Yderligere krav.

Relevante oplysninger om

udviklingsprojektet samles

Komponentens levetid

opdeles idelperioder

Opdelingen i delperioder er

afhængig af komponentpåvirkningerne

i levetiden

Krav som skal gælde samtidigt

registreres i samme delperiode

Kombinationsskemaet

Belastningssammenfald

Når kravspecifikationen skal udarbejdes, startes med at samle

alle relevante oplysninger om udviklingsprojektet. Vigtigst

er komponentskitsen, hvortil kravspecifikationen udarbejdes.

Herudover er ufravigelige krav og ønskede egenskaber

for produktet vigtige samt eventuelle oplysninger om lignende

produkter og komponenter, som virksomheden har fremstillet.

Når alle oplysninger er samlet og et stykke blankt papir

ligger klar, kan udarbejdelsen begynde.

Komponentens levetid opdeles først i en række delperioder,

som noteres ned.

Delperioderne for en komponent kan f.eks. være opdelt således:

Produktion PI

Producentlager LI

Transport TI

Engroslager L2

Transport T2

Montage Ml

Drift Dl

Drift D2

Destruktion El

(Produktion 1)

(Lager 1)

(Transport 1)

(Lager 2)

(Transport 2)

(Montage 1)

(Drift 1)

(Drift 2)

(Destruktion 1)

Opdelingen af komponentens levetid i delperioder er afhængig

af komponentpåvirkningerne i levetiden. Mange og

komplekse komponentpåvirkninger kræver et stort antal

delperioder, mens enkle og få komponentpåvirkninger måske

kun kræver en delperiode. Udgangspunktet for opdelingen

er, at de krav, som skal gælde samtidigt, skal kunne registreres

i samme delperiode. Opdelingen i delperioder skal

gøre komponentpåvirkningerne overskuelige.

En hjælp i den indledende fase med opdeling idelperioder

er kombinationsskemaet. Her noteres delperioderne i de

øverste felter, hvorefter man med krydser registrerer ufravigelige

krav og ønskede egenskaber. Ønskede egenskaber

kan registreres ved at man sætter en parentes om krydset.

Herved får man hurtigt overblik over, hvad kravspecifikationen

vil komme til at indeholde, og hvor der er belastningssammenfald.

Belastningssammenfald forekommer, når flere krav til komponenten

registreres i samme delperiode. Hvis der i kombi-

Tabel 3.3 Kombinationsskema

KOMBINATIONSSKEMA

Kravspecifikation for komponent

Mekaniske krav

Termiske krav

Brandtekniske krav

Elektriske/magnetiske krav

Optiske krav

Fysisk/kemiske krav

Krav til barriereegenskaber

Økonomiske krav

Biologiske krav

Miljømæssige krav

Forarbejdningsmetoder

Sammenføjningsmetoder

Yderligere krav

nationsskemaet f.eks. er sat kryds ud for mekaniske krav,

termiske krav og elektriske krav under delperioden: »drift

1«, betyder det, at komponenten i en del af sin driftstid (drift

1) samtidigt udsættes for påvirkninger af mekanisk, termisk

og elektrisk art. Belastningssammenfald kan for plastmaterialer

være særdeles kritisk, og skal derfor registreres.

For hver delperiode noteres herefter kravene til komponenten

ned på et stykke papir. Man kan tage udgangspunkt i

checklisten på de foregående sider og starte med at notere

delperiodens udstrækning i sekunder, minutter, timer, dage

eller år. Idelperioden »produktion« skal delperiodens udstrækning

normalt ikke noteres. Herefter noteres kravene til

komponenten under de enkelte hovedpunkter. Det er vigtigt

at notere, om kravene er ufravigelige kraveller ønskede egenskaber.

Desuden skal man sikre sig, at ufravigelige krav reelt er

ufravigelige. Får man noteret krav som ufravigelige, hvor de

reelt kun er en ønsket egenskab, vil man ofte i materialevalget

vælge for dyre materialer, og dermed få et for dyrt produkt.

31

Belastningssammenfald

kan for plastmaterialer

være særdeles kritiske

For hver delperiode

noteres kravene

Delperiodens udstrækning

Godstykkelsesafhængige egenskaber

er mærket med et kryds

Alle krav noteres i kravspecifikationen

med det samme

Kvantitative krav

Kva Iitative krav

Sikkerhedsfaktorer og kvantitative

krav bør ikke overdrives

Notere krav som en ønsket egenskab

og et ufravigeligt krav

I checklisten er der en kolonne, hvor godstykkelsesafhængige

egenskaber er mærket med et kryds. Disse egenskaber er

vigtige, fordi de kan påvirkes ved en ændring af komponentens

godstykkelse. F.eks påvirkes en komponents stivhed af

komponentens geometri og godstykkelsen. Hvis man på sin

komponentskitse har lagt sig fast på en lille godstykkelse, og

der samtidig er store krav til stivheden, må man finde et materiale

med højt E-modul for at opfylde kravene. Men et materiale

med lavere E-modul vil også kunne opfylde kravet,

hvis godstykkelsen må forøges. Derfor skal man hellere lægge

sig på den sikre side og vælge en stor godstykkelse til

komponenten, når første materialegrovsortering skal gennemføres.

Det er vigtigt, at alle krav noteres i kravspecifikationen med

det samme. Hvis nogle af kravene ikke er tilstrækkeligt belyst,

til at de kan beskrives med tal (kvantitativt), laver man i

stedet en beskrivelse af kravet uden tal (kvalitativt). Senere,

når mere viden er opbygget om komponenten, kan der laves

en kvantitativ beskrivelse af kravet.

Sikkerhedsfaktorer og kvantitative krav bør ikke overdrives i

forbindelse med materialegrovsortering. For høje krav og for

store sikkerhedsfaktorer vil i værste tilfælde forårsage, at det

ideele materiale til en komponent fravælges. Man kan eventuelt

notere et krav, både som en ønsket egenskab og et ufravigeligt

krav, således at det ufravigelige kraver ufravigeligt,

og den ønskede egenskab er udtryk for usikkerheden og angiver

en lidt større værdi.

Resultatet af arbejdet med kravspecifikation for komponent

er et skema, som beskriver, hvad en skitseret komponent

skal kunne yde i sin levetid.

I figur 3.2 side 22 er afbildet et ventilhus. Dette ventilhus

skal have en levetid på 90.000 timer, hvor halvdelen af levetiden

er egentlig drift med mellem 5°C og 90°C varmt vand

ved et tryk op til 5 bar. Herudover er der en række krav til

forarbejdningsmetoder og økonomi. Efter en grundigere undersøgelse

af driftsforholdene og skitsering af komponenten

med hovedmål ser et forenklet kombinationsskema ud som i

tabel 3.4 og en forenklet kravspecifikation som i tabel 3.5.

Konvertering

Konvertering af data er nødvendig, da data i kravspecifikationen

ikke kan sammenlignes med materialeleverandørernes

materialedata. Det kan data i en materialespecifikation

derimod.

Konverteringslistens hovedpunkter

1. Delperiode

2. Mekaniske krav

3. Termiske krav

4. Brandtekniske krav

5. Elektriske/magnetiske krav

6. Optiske krav

7. Fysiske/kemiske krav

8. Krav til barriereegenskaber

9. Økonomiske krav

10. Biologiske krav

11. Miljømæssige krav

12. Forarbejdningsmetoder

13. Sammenføjningsmetoder

14. Yderligere krav

Som det kan ses, er konverteringslistens hovedpunkter lig

med kravspecifikationens hovedpunkter. Det skal gøre konverteringen

mere overskuelig for konstruktøren.

På de følgende sider findes en tabel indeholdende en checkliste,

som kan hjælpe konstruktøren til at opstille en fornuftig

materialespecifikation.

35

3.3

Konvertering er nødvendig

Checkliste

Tabel 3.6 Checkliste til konvertering

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

KRAVPROFIL I DELPERIODEN (angiv delperiodens navn)

1. Delperiode: Overføres fra kravspecifikation

2. Mekaniske krav

Statisk trækspænding vurderes iht.:

• Flydespænding DIN 53455, hvis belastningen er

momentan og varig deformation skal undgås. [MPa]

· Trækspænding ved brud DIN 53455, hvis belastningen

er momentan og brud skal undgås [MPa]

• Isokronkurve DIN 53455, hvis belastningen ikke

er momentan og acceptkriterium er maksimal

deformation. [MPa]

• Krybekurve DIN 53455, hvis belastningen ikke er

momentan og acceptkriterium er maksimal blivende

deformation og undgåelse af brud [MPa]

• Statisk trykspænding vurderes iht.:

DIN 53455 eller ISO 604 [MPa]

• Forskydningsspænding vurderes iht.:

ASTMD732 [MPa]

• Statisk torsionsspænding vurderes iht.:

DIN 53447 = ISO R458 [MPa]

• Dynamisk belastning vurderes iht. :

Wbhlerkurver DIN 50100 samt Smith-diagram.

Input: Dynamisk middelspænding, amplitude og frekvens.

Acceptkriterium: Opfyldt minimal levetid. [h]

• Slagstyrke vurderes eksperimentelt eller erfaringsmæssigt iht.:

Slagstyrke Charpy DIN 53453 eller ISO 179A [kj1m 2 ]

Kærvslagstyrke Izod ISO 180 [kj1m 2 ]

Kærvtrækslagstyrke DIN 53448 [kj1m 2 ]

Charpy kærvslagstyrke DIN 53453 eller ISO 179A [kj1m 2 ]

Tøjning (korttids) vurderes iht.:

Tilladelig kortidstøjning (angiv firmanorm)

Tøjning (langtids) vurderes iht.:

Kritisk tøjning (angiv firmanorm)

36

[%]

[%]

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

Hårdhed vurderes eksperimentelt eller erfaringsmæssigt iht. :

Meget hård >90D

Hård 70-90 D

Shore A DIN 53505 = ISO 868 Middel 45-70 D

Shore D DIN 53505 = ISO 868 Blød 75-90 A eller 30-45 D

Meget blød

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

3. Termiske krav.

Kortvarig termisk belastning vurderes iht.:

Varmeformbestandighed Hm DIN 53461 = ISO 75. FC]

Brugstemperatur (max/min)

Kugletryksprøve VDE 0470

Termiske ældningsegenskaber vurderes iht.:

[OC]

Continuos use UL 746 B. (40.000 h/50 0 /0 tab af

egenskaber). FC]

• Varmeledningsevne beregnes og vurderes iht. :

Varmeledningstal DIN 52612 U/(mxsxOC)]

Opvarmning ved tilført energimængde vurderes iht.:

Specifik varmekapacitet DIN 52612 [kJ/kgOC]

Termisk udvidelse vurderes iht.:

Termisk længdeudvidelses koefficient DIN 52328

Termisk vokumenudvidelseskoefficient DIN 52328

4. Brandtekniske krav.

Selvslukkelighed vurderes iht.:

[oC-l]

• Bunsenbrænderprøve UL94= IEC 707 = VDE 0304 [UL-klasse]

Relativ brændbarhed vurderes iht.:

Oxygenindex ISO 4589 = ASTM 2863

Modstandsevne mod antændelse vurderes iht. :

Glødetrådstest UL 746A [s]

5. Elektriske/magnetiske krav.

Elektrisk isolationsevne vurderes iht. :

• Volumenmodstand ASTM D 257 [ohmx m]

Beskyttelse mod statisk opladning vurderes iht. :

Overflademodstand VDE 0303-3 eller DIN 53482 [ohm]

38

[%]

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

Anvendelighed i vekslende elektrisk felt vurderes iht.:

Dielektrisk tabsfaktor (VDE 0303-4. [ ]

(egenopvarmning)

Krybestrømssikkerhed vurderes iht.:

Krybestrømsindeks VDE 0303-2. lY]

Beskyttelse mod ElektroMagnetisk Inteferans vurderes iht. :

• Elektrisk ledningsevne - se elektrisk isolationsevne

6. Optiske krav.

Lysgennemskinnelighed vurderes iht.:

• Lystransmissionsgrad DIN 5036-3 [%]

Brydningsindex vurderes iht.:

DIN 53491 = ISO/R 489. [ ]

Glans vurderes iht. :

DIN 67530 [ ]

Farve vurderes iht.:

Lysægthed ISO R 105V-2 [ ]

Overfladebeskaffenhed vurderes iht.:

Overfladeruhed Ra DS 58 = ISO 1302 [j.tm]

Overfladeruhed Charmille.

7. Fysisk/kemiske krav.

Anvendelse i høj luftfugtighed vurderes iht.:

Fugtoptagelse DIN 53495 (23°C/50 0 /0). (dim.stab.) [vægt %]

Væskeoptagelse DIN 53476 = ISO 175. (dim.stab.) [vægt %]

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

Anvendelse i direkte sollys simuleres iht.:

UV-test i det fri DIN 53453.

Accelereret UV-test DIN 53387.

Accelereret UV-test gennem vinduesglas DIN 53389

Anvendelse i bestemte gasser (fx særlig industriatmosfære)

vurderes iht.:

Angivevalueringsmetode eller firmanorm.

Anvendelse i vand (specielt varmt vand), vurderes iht.:

Hydrolysebestandighed ISO 175 [Egenskabsændring iO/o]

(Afhængig af tid og temperatur).

Anvendelse i forbindelse med særlige kemikalier

som fx særlige rengøringsmidler vurderes iht.:

Egenskabsændring efter eksponering DIN 53476.

Anvendelse i kontakt med levnedsmidler vurderes iht.:

BGA/FDA og lokale standarder.

Anvendelse i kontakt med lægemidler vurderes iht.:

BGA/FDA og lokale standarder.

Anvendelse i kontakt med drikkevand vurderes iht.:

BGA/FDA og lokale standarder.

Autoklavering vurderes iht. :

Hydrolysebestandighed ISO 175, (se anvendelse i vand).

Varmeformbestandighed HUl' DIN 53461

Strålesterilisation vurderes iht.:

[OC]

Halveringsdosis. [Egenskabsændring iO/o]

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

Anvendelse i kontakt med særlige metaller vurderes iht.:

Angivevalueringsmetode eller firmanorm.

[Egenskabsændring iO/o]

Anvendelse i kontakt med blødgørere vurderes iht.:

DIN 53405

Densitet vurderes iht. :

Densitet DIN 53479 = ISO/R 1183. [10 3 kg/m 3 ]

8. Krav til barriereegenskaber.

Tæthed overfor vanddamp vurderes iht.:

• DIN 53122 = ISO R 1195 eller DIN 53429 = ISO R 1663

Tæthed overfor gasser vurderes iht.:

• DIN 53380 = ISO 2556 eller ASTM D-1434

Tæthed overfor væsker vurderes iht.:

• Angiv norm.

9. Økonomiske krav.

• Råvarens literpris = p [kr/kg] x d [g/cm 3 ] = P [kr/dm 3 ]

• Indirekte produktionsomkostninger vurderes iht.:

Cyklustid Te.

Krav til leverandører overføres fra kravspecifikation.

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

10. Biologiske krav.

Modstandsdygtighed overfor dyr vurderes iht.:

Angivevalueringsmetode eller firmanorm.

Modstandsdygtighed overfor mikroorganismer

(svampedannelse) vurderes iht.:

Egenskabsændring efter accelereret vækstforsøg ISO 946,

eller visuelle ændringer ISO 846.

11. Miljømæssige krav.

Krav til regranulering af materialet overføres fra

kravspecifikationen.

Miljøbelastning vurderes iht.:

Angivevalueringsmetode eller firmanorm.

Krav vedrørende genbrug, bortskaffelse og destruktion

vurderes iht.:

Angivevalueringsmetode eller firmanorm.

12. Forarbejdningsmetoder.

Forarbejdningsmetoder vurderes iht.:

Komponentens udformning samt økonomiske aspekter.

Forarbejdningssvind/eftersvind vurderes iht.:

Forarbejdningssvind i flyderetning DIN 53464

Forarbejdningssvind på tværs af flyderetning

DIN 53464

Eftersvind i flyderetning DIN 53464

Eftersvind på tværs af flyderetning DIN 53464

42

[%]

[%]

Godstykkelses- KONVERTERINGSLISTE/MATERIALESPECIFIKATION Ufravigeligt Ønsket

afhængigt krav FOR KOMPONENT: krav egenskab

13. Sammenføjningsmetoder.

Sammenføjningsmetoder vurderes iht.:

Komponentens udformning, fysisk-kemiske egenskaber

samt økonomiske aspekter.

14. Yderligere krav.

I kapitlerne senere i kompendiet

beskrives konverteringen for en

række komponentkrav

Geometriafhængige krav

Komponentskitsen ligger

til grund for nødvendige

beregninger

Kvantitative krav konverteres ved

hjælp af overslagsberegninger

De kvalitative krav

konverteres også

Materialeegenskaber målt udfra

forskellige normer kan give vidt

forskellige resultater

Belastningssammenfald i

materialespecifikationen

Visse normer til bestemmelse af

materialedata kan udføres med

belastningssammenfald

Konverteringen fra kravspecifikation for komponent til materialespecifikation

kan, afhængigt af kompleksiteten i kravspecifikationen,

være omfattende eller enkel. Hvis der er tale

om en højteknologisk komponent, kan konverteringen

kræve stor teknisk indsigt. I kapitlerne senere i kompendiet

beskrives konverteringen for en række komponentkrav, som

ofte ses i produktudvikling af plastkomponenter.

Under konverteringen bemærkes, at visse kraver geometriafhængige,

og at andre ikke er det. At et kraver geometriafhængigt

betyder, at det afhænger af komponentens form, af

komponentskitsen. Et krav om anvendelse ved forhøjet temperatur

kan være uafhængigt af geometrien, mens et krav til

komponentens længdeudvidelse ved varierende temperaturer

er geometriafhængigt. Komponentskitsen ligger altså til

grund for nødvendige beregninger i forbindelse med konverteringen.

De kvantitative krav (de som har talværdier) skal konverteres

ved hjælp af overslagsberegninger og fremstår i materialespecifikationen

med talværdier. De kvalitative krav konverteres

også, men fremstår kvalitative i materialespecifikationen.

Det er hensigtsmæssigt så vidt muligt at angive, hvilken

norm et materialekrav i materialespecifikationen refererer til.

Det er vigtigt ved kvantitative krav, mens det kan være umuligt

ved kvalitative krav. Grunden til at en egenskab skal referere

til en standard er, at materialeegenskaber målt udfra

forskellige standarder kan give vidt forskellige resultater.

Også testbetingelserne kan have indflydelse på resultatet.

F.eks. kan krybestrømsindekset for en type glasfiberforstærket

termoplastisk polyester måles til 225 V iht. DIN 53480 KB

og 550 V iht. VDE 0303-1 KC.

Ved konverteringen er det nødvendigt, at samtlige belastningssammenfald

fra kravspecifikationen føres med over i

materialespecifikationen. De krav, som findes i en delperiode,

skal fremgå som materialekrav i den selvsamme delperiode

i materialespecifikationen. Men da visse metoder til

bestemmelse af materialedata kan udføres med belastningssammenfald,

kan antallet af krav være færre i materialespecifikationen

end i kravspecifikationen. F.eks. kan DIN 53455

gennemføres ved forskellige temperaturer, og da kan mekaniske

og termiske materialekrav forenes og vurderes i forhold

til denne standard.

I materialespecifikationen skal kravene igen opdeles i ufravigelige

krav og ønskede egenskaber. Et ufravigeligt krav i

kravspecifikationen bliver til et ufravigeligt krav i materialespecifikationen,

og en ønsket egenskab i kravspecifikationen

bliver til en ønsket egenskab i materialespecifikationen. Et

eksempel på en materialespecifikation ses på side 46.

45

Ufravigelige krav og

ønskede egenskaber

Grovsortering af materialer

Når materialespecifikationen for en komponent foreligger,

kan grovsortering af materialer foretages. Grovsorteringen

gennemføres ved sammenligning af materialespecifikationen

med materialedata for forskellige plastmaterialer. Ved en

sådan grovsortering er det normalt ikke nødvendigt at tage

hensyn til belastningssammenfald. (Visse kombinationer af

krav kan virke reducerende på det ene krav. F.eks er plastmaterialernes

kærvslagstyke ved forhøjede temperaturer

højere end ved stuetemperatur).

Det væsentligste ved grovsorteringen er at fravælge materialer,

som under ingen omstændigheder kan honorere kravene.

Samtidigt må der ikke fravælges materialer, som muligvis

kan honorere kravene. Med hensyn til ufravigelige krav

og ønskede egenskaber er det de ufravigelige krav, der skal

ligge til grund for grovsorteringen. Nøjagtigt hvilke krav

blandt de ufravigelige krav der ligger til grund for grovsorteringen,

bestemmes af konstruktøren ud fra kravenes kvalitet.

Det er f.eks. sjældent muligt at basere en grovsortering

på kvalitative krav.

Materialedata kan indsamles fra

• Håndbøger

• Virksomhedens materialedatablade

• Leverandørbrochurer

• Materialedatabaser

• Tabeller

Håndbøger om plastmaterialer er gode og ofte gennemarbejdede

datakilder, som i mange år har været brugt ved materialevalg

og sammenligning mellem forskellige materialer. I

referencelisten er især Ref. 4, 5, 6, 7 og 15 relevante.

Det er meget almindeligt, at virksomheder opbygger deres

eget kartotek med materialer, som de ofte bruger. Her kan

man finde datablade på materialet og måske beskrivelser af

materialets uheldige sider. Kartoteket kan indeholde en lang

række interessante »erfaringer«.

Leverandørbrochurer er nok den mest brugte datakilde, og

på et tidspunkt i udviklingsforløbet skalleverandørbrochurer

altid studeres. Hvis databladene ikke indeholder de oplysninger,

som skal benyttes ved grovsorteringen, kan man

47

3.4

Grovsortering af materialer

Ved grovsortering er det normalt

ikke nødvendigt at tage hensyn

til belastningssammenfald

Materialedata indsamles fra

Håndbøger

Virksomheder opbygger eget

kartotek med materialer

Levera ndørbrochurer

Materialedatabaser

Databaser fra softwareleverandører

Databaser fra materialeleverandører

spørge hos leverandøren, der altid har supplerende oplysninger

om materialerne. Desværre kan egenskabsværdier fra

forskellige materialelevarandører ikke altid sammenlignes,

hvis de bygger på forskellige testmetoder. Det er muligt at

købe ganske omfattende værker, som indeholder materialedata

for en lang række materialer fra forskellige materialeleverandører.

Ref. 16 er et eksempel på et sådant værk.

Materialedatabaser benyttes stadig mere i forbindelse med

materialevalg. Databaser har den særlige fordel, at de ajourføres

automatisk med opdateringsdisketter. Databaserne kan

opdeles i databaser fra softwareleverandører og databaser

fra materialeleverandører. Databaser fra softwareleverandører

indeholder normalt mange materialer, som det er muligt

at søge på ved at indtaste søgekriterier. Disse databaser skal

købes.

Af databaser fra materialeleverandører er Campus den mest

udbredte. Campusdatabasen er resultat af et samarbejde

mellem flere materialeleverandører, som kan levere Campus-diskette.

Campus er stadig præget af at være et forholdsvis

nyt system, og en del materialer er dårligt specificeret

i programmet, hvilket dog også ses i andre databaser.

Tabel 3.8 Alfabetisk liste med licenshavere til Plastdatabasen Campus

(August 1990)

Firmanavn

Akzo Plastics

Bakelite

BASF

Bayer

Bergmann & Co.

Ciba-Geigy

Degussa

Dow

DSM

DuPont

Ems-Chemie

Enimont

Exxon Chemical

General Electric Plastics

Himont

Hoechst

Huls

Monsanto

Neste Oy Chemicals

Petrochemie Danubia

R6hm

Solvay

Diskette

Tabeller over forskellige materialetypers egenskaber kan være

en hjælp i grovsorteringen (se tabel i kapitel 17).

De skal dog bruges med forsigtighed, da egenskabsværdierne

er generelle, og alle materialetyper ikke er med.

Resultatet af en grovsortering er en reduktion af antal mulige

materialer til komponenten. Det kan være en fordel at gennemføre

grovsorteringen af materialer ad nogle gange (i en

iterativ proces), specielt hvis man kan se, at der i materialespecifikationen

er en række uklare krav (kvalitative krav),

som først på et senere tidspunkt kan belyses. Man kan da

foretage en foreløbig grovsortering, og når de uklare kraver

tilstrækkeligt belyst, gennemføres endnu en grovsortering,

og herved reduceres mængden af mulige materialer yderligere.

Ja

49

Tabeller

Resultatet af en grovsortering

er en reduktion af antal mulige

materialer

Iterativ proces

3.5

Ved udvælgelse af egnede materialer

rettes særlig opmærksomhed

på belastningssammenfald

Vurdering af konsekvenserne

ved belastningssammenfald

Gennemføre forsøg

Ønskede egenskaber

Optimering af komponentens

form ved given proces og

materiale

Endelige valg af materiale

ud fra en teknisk/økonomisk

betragtning

Udvælgelse af egnede materialer

Ved udvælgelse af egnede materialer blandt de resterende

materialer fra grovsorteringen skal der rettes særlig opmærksomhed

på belastningssammenfald, da sådanne ikke

blev vurderet under grovsorteringen. Ekspertviden inden

for firmaet, materialeleverandører eller konsulenter bør kontaktes

for vurdering af konsekvenserne ved belastningssammenfald.

Det kan eventuelt være nødvendigt at gennemføre

forsøg for at undersøge særlige belastningssammenfald. På

dette tidspunkt vurderes ligeledes, i hvor høj grad ønskede

egenskaber kan opfyldes af de mulige materialer.

På dette tidspunkt overvejes desuden, om der skal være mulighed

for at købe materialet til komponenten fra flere forskellige

leverandører. Dette kan være ønskeligt, hvis man vil

undgå at »komme i lommen« på en bestemt materialeleverandør.

Et sådant krav kan gøre, at mere specielle materialetyper,

som kun kan fås fra en leverandør, må vælges fra.

Den næste fase i produktudviklingen er optimering af komponentens

form ved given proces og materiale. Det er ofte

fornuftigt at gennemføre optimeringen for to eller flere materialer.

Herefter kan det endelige valg af materiale ske ud

fra en teknisk/økonomisk betragtning. Det er også nødvendigt

at foretage en vurdering af komponentformens og processens

indflydelse på materialeegenskaberne.

Når alt vedrørende materiale, komponentform og produktionsproces

(herunder værktøjer) er dokumenteret, fortsættes

udviklingsarbejdet med produktionsforberedelse.

Konstruktøren skal pege på relevante

materialer

Ventilen skal indgå i vandforsyningsanlæg.

Ventilen monteres ved sammenskruning med rør med ISO

tætnings-rørgevind (DS/ISO 7/1).

Anvendelsestemperatur for egentlig drift: S-90°C

Anvendelsestemperatur for reduceret drift: S-45°C.

Vandets temperatur er lig anvendelsestemperaturen.

Vandtryk under egentlig drift: 5 bar.

Konstruktionen skal virke stiv og stabil (undgå rettelser).

Transport (fra fabrik til bruger) udgør ca. 1000 timer, hvor

temperaturen kan variere fra -20°C til 60°C.

Under transport skal produktet i let emballeret tilstand tåle

fald på betongulv fra 1.5 m's højde.

Dimensionsændringer må ikke overstige 0.2% som følge af

variationer i fugtighed under drift.

Oplysningerne i produktgrundspecifikationen er baseret på

erfaringer fra lignende produkter.

Det er konstruktørens opgave på grundlag af ovennævnte

oplysninger at pege på relevante materialer til ventilhuset.

For at opnå overskuelighed ønskes kravene til komponenten

»ventilhus« ført ind i en matrix.

Produktgrundspecifikationen beskriver to driftssituationer:

• Reduceret drift (drift 1)

• Egentlig drift (drift 2)

Matrixen må altså indeholde to delperioder til beskrivelse af

krav vedr. drift.

Desuden beskriver produktgrundspecifikationen to krav

mht. transport.

• Transport.

Endelig beskrives en række krav, som er direkte produktionsrelaterede.

Disse krav kan placeres i en række delperioder,

men overskueligheden anses for at blive tilstrækkelig

god, hvis disse krav placeres i en delperiode:

• Produktion.

Herefter udfyldes kombinationsskemaet med x'er, som re-

præsenterer forskellige krav, der er relevante for komponenten:

ventilhus. Krav, som kun har relevans for andre komponenter

i ventilen, udelades.

Herefter udarbejdes kravspecifikation for ventilhus. Først

noteres delperiodernes tidsmæssige udstrækning. Da der er

forskel på krav til produkt og krav til komponent, kan det

være nødvendigt med en omformulering, før et krav noteres

i matrixen.

Til kravsspecifikation for komponent (tabel 3.5) skal knyttes

følgende bemærkninger.

Produktion/Økonomiske krav:

Da der i produktgrundspecifikationen er angivet en max.

pris for ventilhuset, er det valgt at tilføje »Billigst mulig« som

egenskab. Blandt de mulige materialer (materialer som opfylder

alle krav), ønskes således det billigste valgt.

Produktion/Sammenføjningsmetoder:

Ved »mekanisk samling: sammenskruning« tænkes på montagen,

hvor de enkelte komponenter samles til produktet:

ventil. Kravet er kvalitativt og skal undersøges nærmere,

hvis det skal lægges til grund for materialevalg. Sammenskruning

af ventil og rør er beskrevet under drift l/mekaniske

krav og drift 2/mekaniske krav.

Drift l/Mekaniske krav:

Sammenskruning af ventil og rør vil erfaringsmæssigt give

et tøjningsniveau på 0,4%. Det kvalitative krav i produktgrundspecifikationen

er altså gjort kvantitativt. Dette bør naturligvis

kun gøres efter accept fra projektledelsen.

Drift 2/Mekaniske krav:

Kravet i produktgrundspecifikationen om rimeligt dimensionsstabil

og stiv konstruktion er svært at behandle, da det

ikke er konkret. Kravet placeres idelperioden »drift 2«, da

konstruktionen vil være mindst stiv og dimensionsstabil ved

forhøjede temperaturer. Kravet skal undersøges nærmere.

Drift 2/Fysisk-kemiske krav:

Krav vedr. dimensionsændringer pga. varierende fugtighed

placeres kun i »drift 2« for at lette overskueligheden.

Drift 1

Tøjning ved gevind

Tøjning skal for plastmaterialer vurderes i forhold til materialernes

kritiske tøjning ved lange belastningstider. Den kritiske

tøjning er temperaturuafhængig, men reduceres ved kemiske

påvirkninger, hvorfor dette forhold skal undersøges

nærmere ved den endelige udvælgelse af materiale.

Vand ved anvendelsestemperaturen

Ved konvertering bliver materialekravet formuleret: Bestandighed

mod vand. Kravet er ikke væsentligt, da der under

»drift 2« er et lignende krav, men ved højere temperaturer.

Drift 2

Fladetryk indvendigt: 5 bar (0,5 MPa)

Det indvendige fIadetryk kan ved nogle simple overslagsberegninger

omregnes til belastning af gevind, belastning af

rør udsat for indre tryk og belastning af rør udsat for træk i

længderetningen.

Der regnes i det følgende på udvendigt rørgevind (se skitse).

Sikkerhedstal fl = 1,3.

Belastning af rør udsat for indre tryk (godstykkelsen s ved

gevind = 3 mm):

= p . d . fl = 0,5 . 26 . 1,3 = 2 82 MP

(Jr 2 . s 2 . 3 ' a

Belastning af rør udsat for træk i længderetningen:

= 0,5 . (7r . 13 2 ) • 1,3 = O57 MP

(Jt 192 132 ' a

7r . -7r .

Dimensionsændringer pga. varierende fugtighed under 0,2%

Kravet kan omsættes til et krav til vandabsorption, da

b = 3 . a = 3 . 0,2% = 0,6%

En volumenændring på 0,6% medfører en længdeændring i

tre dimensioner på 0,2%.

Grovsortering af materialer

Grovsortering foretages på grundlag af krav markeret med

gråt. Disse kraver valgt ud, fordi de er operationelle og

kvantitative. En søgning vha. materialedatabasen CAPS og

tabel bag i bogen (kritisk tøjning og UL-temperatur) giver

følgende materialer, som skal undersøges nærmere:

PET og PBT, PC, paM, PSU, PPO, PPS, PEI, PAI, samt

blends mellem disse.

En nærmere undersøgelse viser, at PBT, PET og PC ikke er

hydrolysebestandige over lang tid. Oplysningerne er fået fra

materialeleverandørerne.

Blandt de øvrige materialer er PPO prismæssigt mest interessant.

PPO benyttes i dag i varmtvandsanlæg.

PPS er inde i en gunstig prisudvikling og er derfor også interessant.

Det gælder for begge materialer, at de må være tilsat ca. 30%

korte glasfibre for at opfylde kravet til krybemodul ved 90%.

Med disse to materialer som udgangspunkt kan en optimering

af form, materiale og proces (et udkast) foretages. Mest

egnede grades udvælges sammen med materialeleverandøren.

Mekaniske egenskaber

Stivhed ved kortvarig belastning

Stivheden ved kortvarig belastning udtrykkes ved elasticitetsmodulet

E, målt ved trækprøvning efter DIN 53457.

For metaller er E-modulet en materialekonstant, som stort

set kun afhænger af temperaturen. Stivheden af et plastmateriale

afhænger kraftigt af:

belastningstiden

belastningens størrelse

temperaturen.

Denne opførsel skyldes plastmaterialernes stærke tendens

til krybning selv ved rumtemperatur, se afsnit 4.2.

I kravspecifikation for komponent skal derfor angives:

Krav til max. tilladelige deformation.

Belastningens størrelse og art.

Belastningstiden, må højst være ca. 1 minut.

Belastningstemperatur.

Krav til materialets korttids E-modul bestemmes ud fra

formler for sammenhængen mellem last og deformation.

Ved grovvalg af materialer kan denne beregning ofte udføres

som en overslagsberegning. Evt. kan beregningen udføres

ved hjælp af et passende computerprogram.

Beregningen af deformationen bør foretages med en for den

pågældende komponent ret stor godstykkelse for ikke at fravælge

et evt. anvendeligt materiale på dette tidspunkt.

Det skal bemærkes, at et dyrere, stivere materiale kan være

et bedre valg end et billigere, mindre stift materiale, hvis det

dyrere materiale kan give en komponent med mindre godstykkelse.

Se kapitel 15, Økonomi.

Ved belastning må materialets maksimalt tilladelige korttidstøjning

ikke overskrides, se afsnit 4.3. Dette gælder f.eks.

komponenter, der indeholder snapsamlinger.

E-modulet for plast er højere ved tryk- end ved trækpåvirk-

59

4

4.1

Stivheden af et plastmateriale

afhænger kraftigt af: belastningstiden,

belastningens

størrelse, temperaturen

Kravspecifikation for komponent

Krav til materialets korttids

E-modul bestemmes ud fra

formler for sammenhængen

mellem last og deformation

• Belastningstiden.

• Er belastningen konstant, eller sker der sommetider aflastning

af komponenten.

• Belastningstemperaturen.

Det skal understreges, at krybeegenskaberne kan blive påvirket

af diverse kemikalier, luftens fugtighed, ældning, pga.

sollys eller varme, se senere afsnit.

Hvis en komponent skiftevis er belastet og aflastet, som på

fig. 4.2, vil tøjningen blive mindre, end hvis komponenten

aldrig bliver aflastet. Dette kaldes en intermitterende belastning.Aflastning

kan f.eks. ske ved arbejdstids ophør. Der

findes kun få data for den slags krybepåvirkning. I praksis

må man enten dimensionere efter, at komponenten hele tiden

er belastet, eller udføre test på det pågældende materiale.

Fig. 4.3 viser resultatet af en sådan test på en PP-kvalitet.

Hvis der går lang tid mellem de perioder, hvor plasten er belastet,

vil plasten få mere tid til at trække sig sammen igen,

og krybetøjningen bliver lille.

E% (J

N/mm 2

3

2

o

Timer under belastning

a) 10

Fig.4.3

Tøjningen afbildet som funktion af belastningstiden for en PP-kvalitet

udsat for a): Konstant spænding 10 N/mm 2 • b) og c): Skiftevis belastning

og aflastning som vist på figuren til højre.

b)

c)

,

Hvis en komponent skiftevis

er beIastet og aflastet

n

o ........

b) c)

63

"

tid

(J

N/mm2 70

60

50

40

30-

20

10

\

\ \

Tid, sekunder

10 10 2 10 3

---------

Krybebrud

3%

1,5 %

1,0 %

Crazes

10 4 10 5 10 6 10 7

Fig. 4.4

Krybedata for stiv PVC ved 20°C.

Starten på dannelse af crazes

(mikrorevner) er angivet ved en

stiplet kurve. Den kritiske tøjning

er konstant 0,75 % fra 10 4

sekunder ru 3 timers belastning.

Amorfe Kritisk Tiladelig Delkrystallinske Kritisk Tilladelig

termoplast tøjning korttidstøjning termoplast tøjning korttidstøjning

% % % %

PS 0,3-0,5 1,8 LD-PE 3,5-4

SB 2,0 HD-PE 3,0 8

SAN 1,0 1,5 PP 2,0 6 (1,5)

ABS 1,0-1,5 2,5 (1,2) POM 2,0 8 (1,5)

PMMA 0,8 1,5 PA6 3,0 6

Stiv PVC 0,8 PA66 3,0 6

PPO/SB 0,8 2-4 (2) PA 12 2,5 6

PC 0,7 4 (2) PBT 2,0 5 (1,5)

PSU 0,8

Tabel 4.2 Vejledende værdier for kritisk tøjning og for tilladelig korttidstøjning

for en række plast-materialer.

Termoplast og hærdeplast, som er glasfiberforstærket, har en kritisk

tøjning på ca. 0,3-0,4 % . Den tilladelige kortidstøjning gælder for

snapkroge af uforstærket plast. Værdierne i parantes gælder for plast

med 30% glasfibre. For ringsnap skal værdierne ca. halveres (Hoechst

og Bang og Olufsen).

4.4

Hvis en plastkomponent udsættes

for en konstant tøjning, vil

spændingen aftage med tiden

Størrelsen af spændingsfaldet

afhænger af materialets krybeegenskaber,

tøjningens størrelse,

temperatur og tiden

4.5

Relaxation =Spændingsfald ved konstant tøjning

Hvis en plastkomponent udsættes for en konstant tøjning,

vil spændingen aftage med tiden. Dette fænomen kaldes relaxation

og er nært knyttet til materialets krybeegenskaber.

Relaxation kan have stor praktisk betydning, f.eks. hvis et

kraftoverførende nav fastgøres til en stålaksel ved prespasning.

Det maksimale moment, som navet kan overføre, vil

falde med tiden. Andre anvendelseseksempler er selvskærende

skruer i plastkabinetter, snaplåse og plast støbt omkring

metalbøsninger og -aksler.

Størrelsen af spændingsfaldet afhænger af materialets krybeegenskaber,

tøjningens størrelse, temperaturen og tiden.

Der findes kun få materialedata for relaxation. Derfor benyttes

ofte isokrone krybediagrammer til bestemmelse af spændingsfaldet

(fig. 4.1c). Dette kan lade sig gøre, fordi krybekurver

og relaxationskurver er omtrent ens i det nogenlunde

retlinede område af de isokrone krybediagrammer - dvs. oftest

under 1% tøjning. Hvis man udsætter stiv PVC for en

konstant tøjning på 0,75 % (0,0075 på fig. 4.1c), er spændingen

efter 10 2 sekunder faldet til 20 N/mm 2 og efter 10 6 sekunder

faldet til 16 N/mm 2 • Visse andre plasttyper udviser langt

større spændingsfald.

Ved større tøjninger end 1% kan det være nødvendigt at udføre

relaxationstest, f.eks. efter DIN 53441. (Se iøvrigt ref. 5).

Hvis komponenten er et nav, der er prespasset på en aksel,

er kravspecifikationen f.eks. :

Moment der skal overføres mellem aksel og nav.

Indspændingstid.

Temperatur.

Nødvendige materialedata:

Krybediagrammer.

Max. tilladelige tøjning, oftest kritisk tøjning.

Friktionskoefficient.

Tolerancer.

Styrke ved statisk belastning

I langt de fleste tilfælde har plastmaterialets trækstyrke eller

krybetrækstyrke (fig. 4.1b) ingen praktisk betydning. Det

Smith-diagrammer

Udmattelsesstyrken væsentl ig

større ved bøjepåvirning end

ved træk-tryk påvirkning

d) forøgelse af varmeledningsevne ved hjælp af passende

tilsætningsstoffer.

e) bortledning af varmen med mekanisk ventilation eller

ved samling med metalkomponenter.

f) undgåelse af store godstykkelser.

Tabel 4.3 Mekanisk dæmpningsfaktor tan Ofor plast og metaller (DIN

53445). I materialer med en høj mekanisk dæmpningsfaktor er der en

stor tidsforsinkelse af tøjningen i forhold til spændingen.

Werkstoff 20°C 60°C

LD-PE 0,17 0,06

PP 0,07 0,07

PS 0,013 0,028

ABS 0,015 0,028

PVC stiv 0,018 0,025

PTFE 0,075 0,06

PMMA 0,08 0,10

POM 0,014 0,015

PC 0,008 0,010

PA-6 tør 0,01 0,16

PA-6 fugtig 0,15 0,06

UP 0,02 0,4

EP 0,02 0,02

PF Type 31 0,016 0,022

MF Type 151 0,016 0,022

Stål 0,00002 0,001

Kobber 0,001 0,0002

Smith-diagrammer er en anden måde at afbilde udmattelsesdata

på, se fig. 4.9. Smith diagrammets kurver viser for

forskellige værdier af middelspændingen, hvor stor en ekstra-spænding

der skal til for at give brud efter et givet antal

svingninger. Figur 4.9 viser, at det tilladelige spændingsudslag

falder med stigende middelspænding. Desuden er udmatteIsesstyrken

væsentligt større ved bøjepåvirkning end

ved træk-tryk påvirkning; denne forskel er klart større end

hos metaller.

Udmattelsesstyrken af plast reduceres, hvis komponenten

indeholder kærve. Dette kendes også fra metaller.

Udmattelsesstyrken af sprøjtestøbte komponenter er meget

N/mm 2

80

60

(J"m+(J"a

Træk

40

20

40

/

/'

,/

/'

20

/

40 60 80

N/mm 2

(Jm Træk

60 -+--__-- _

afhængig af komponentens udformning og af værktøjets

konstruktion. F.eks. reduceres udmattelsesstyrken væsentligt

ved sammenflydningssømme. Desuden er styrken større,

når spændingerne går på langs af flyderetningen end på

tværs. Dette skyldes, at kædemolekylerne orienterer sig i

flyderetningen.

Når plastmaterialet er i kontakt med kemikalier eller fugt,

kan udmattelsesstyrken blive reduceret, se kapitel 9.

Som det fremgår af dette afsnit, er udmattelsesstyrken af

plast meget afhængig af selve plastkomponenten og af ty-

71

Fig.4.9

Smith-diagram for POM og

E-PVC. Frekvensen er 10Hz. Antal

svingninger til brud = 10 7 .

aa og am er holdt konstant

under prøvningen.

--- : bøjepåvirkning.

- - - - : træk-tryk påvirkning.

F.eks. reduceres udmattelsesstyrken

væsentligt ved sammenflydningssømme.

Desuden er styrken

større, når spændingerne går på

langs af flyderetningen end på

tværs

4.7

Ingen styrkeberegningsmetode

pen af de påvirkninger, som komponenten udsættes for. Når

man skal sammenligne udmattelsesdata for forskellige plastmaterialer,

er det derfor helt nødvendigt at kende de betingelser,

som prøvningen er udført under. Desværre mangler

oplysninger om disse betingelser i mange tilfælde i både leverandørkataloger

og håndbøger.

Anvendeligheden af udmattelsesdata til dimensionering afhænger

naturligvis meget af, om de betingelser, prøvningen er

udført under, svarer mere eller mindre til de betingelser, som

komponenten arbejder under. I mange tilfælde er det nødvendigt

at udføre udmattelsestest på prøvelegemer og/eller selve

komponenten, før den egentlige produktion sættes i gang.

I kravspecifikation for komponent angives:

Belastningens art:

vekslende træk-tryk

pulserende træk

pulserende tryk

vekslende bøjning

pulserende bøjning

Belastningens størrelse:

frekvens

ønsket levetid, antal svingninger

temperaturen

krav til maksimalt tilladelige nedbøjning.

Slagstyrke (slagsejhed)

Slagpåvirkning er en af de vigtigste mekaniske påvirkninger

at tage hensyn til, når man skal vælge plastmaterialer. Men

plastkonstruktøren møder samtidig de største udfordringer,

når han skal udforme komponenter, der skal tåle slagpåvirkning,

og han desuden skal vælge materialer på basis af slagprøvningsdata.

Der findes en hel del viden om, hvad der kvalitativt forbedrer

eller forringer en komponents slagstyrke (Ref. 5). Derimod

findes der ingen styrkeberegningsmetoder, som sammenkæder

materialedata med emneudformningen og slagpåvirkningens

art, således at man sikrer sig mod skader på

komponenten.

ge opførsel skyldes den forskellige spændingstilstand, der

optræder i kærven ved de to prøvninger; nogle plastmaterialer

giver for dårlige resultater med Izod, andre med Charpy.

Derfor skal det understreges, at den her beskrevne fremgangsmåde

skal bruges med forsigtighed og omtanke i forbindelse

med materialevalg.

Hvis det drejer sig om at vælge materiale til komponenter

uden kærve, kan man ofte vælge en plast med lav kærvslagstyrke

blot slagstyrkeværdien uden kærv er rimelig god.

Eksempler er anvendelse af PMMA, akrylplast, til vindskærme

til motorcykler, vinduer, håndvaske og badekar på trods

af PMMAS's lave kærvslagstyrke. Izod- og Charpy-værdier

fra prøvelegemer uden kærv er i andre tilfælde af meget begrænset

værdi ved materialevalg, fordi de fleste plastmaterialer

ikke udviser brud ved prøvningen, hvorfor de ikke kan

sammenlignes med hinanden. Brud opnås kun for hærdeplast,

fiberforstærkede termoplast og sprøde termoplast såsom

PS og PMMA.

Når man sammenligner Izod-værdier eller Charpy-værdier

for forskellige plastmaterialer, skal man være meget opmærksom

på, om prøvningen er udført på samme måde. Tabel

4.5 viser 5 materialedata for den samme polycarbonatkvalitet

testet på 5 forskellige måder.

Tabel 4.5 Kærvslagstyrke af samme kvalitet polycarbonat målt på 5

forskellige måder og efter 3 forskellige standarder.

Standard Metode Prøve- Kærvens Rest- Kærvslag

legemel) form højde styrke

mm kJ/m 2

DIN 53453 Charpy NKS U 2,7 30 2 )

ISO 179 Charpy ISO U 3,2 40

ISO 179 Charpy ISO V 3,2 25 2 )

ASTMD256 Izod ASTM V 10,1 85

ISO 180 Izod ISO V 8,0 70

1) NKS: normkleinstab 50x6x4 mm, ISO: 80x10x4 mm,

ASTM: 63x12,7x3,2 mm

2) Intet brud

U-kærv giver højere resultater end en V-kærv. Desuden får

man højere resultater, hvis godstykkelsen bag kærven (rest-

75

Den her beskrevne fremgangsmåde

skal bruges med forsigtighed

og omtanke i forbindelse

med materialevalg

Når man sammenligner Izodværdier

eller Charpy-værdier for

forskellige plastmaterialer, skal

man være meget opmærksom

på, om prøvningen er udført på

samme måde

Slagstyrken af plast falder

med faldende temperatur

Sprød hedstemperatu r

højden) er større. Dette skyldes, at slagarbejdet stiger med

stigende tværsnitsareal.

Slagstyrken af plast falder med faldende temperatur, se fig.

4.11. Ofte ser man et kraftigt fald i slagstyrke indenfor et ret

lille temperaturområde. Man bruger derfor betegnelsen plastens

sprødhedstemperatur, som kvalitativt betragtet er den

temperatur, hvor slagstyrken falder til en lav værdi. Sprødhedstemperaturen

er ikke defineret i nogen standard. Det er

da også ganske vanskeligt at fastlægge en plasts sprødhedstemperatur,

fordi den ofte afhænger meget af kærvvirkningens

størrelse, se fig. 4.11.

Fig.4.11 kJ/m 2

Slagstyrken af PVC som funktion

af temperaturen. Indflydelse af 40

kærvens krumningsradius ved

Charpy-prøvning. 6

36 •

32

28

24

20

16

12

8

4

O

76

Uden kærv

1 mm

-80 -60 -40 -20 O 20 40 60 0 e

Kravspecifikation for en komponent udsat for slagpåvirkning:

Her kan som huskeliste anvendes listen over væsentlige faktorer

tidligere i afsnit 4.7. Hvad angår slagpåvirkningens art,

kraft og hastighed, må man som regel nøjes med en kvalitativ

beskrivelse. Ved fald på gulv har konstruktionens vægt

stor betydning, sammenlign f.eks. en telefon med et tomt

engangsbæger af polystyren. Ved tyndvæggede komponenter

som f.eks. engangsbægeret opnår man desuden den fordel,

at en del af slagenergien optages ved den elastiske udbøjning.

Når kravspecifikationen til komponenten skal konverteres til

materialespecifikationen, f.eks. Izod-kærvslagstyrke i kJ/m 2 ,

kan man anvende tabel 4.4, idet komponentens påvirkning

vurderes og henføres til en af de fire materialegrupper. En

anden mulighed er at finde en sammenlignelig, tidligere

fremstillet komponent, som har været udsat for omtrent

samme slagpåvirkning. Hvis materialet til denne komponent

er kendt, kan man fastlægge et minimumkrav til kærvslagstyrken.

Mange data for slagstyrke og kærvslagstyrke kan findes i leverandørbrochurer

og i (Ref. 3, 4 og 5).

Friktionsegenskaber og slidstyrke

Begreberne friktion og slid er tæt knyttet til hinanden. Ved

friktion forstår man den modstand, der opstår, når to overflader

glider mod hinanden. Friktionskoefficienten er et mål

for størrelsen af denne modstand:

Friktionskraft

Il = Normalkraft

Man skelner mellem statisk og dynamisk friktionskoefficient.

De to friktionskoefficienter gælder for henholdsvis en

bevægelse, der skal sættes i gang, og en bevægelse som er i

gang. Den statiske friktionskoefficient er højere end den dynamiske.

Friktionskoefficienten har betydning for valget af plastmateriale

til glideelementer, f.eks. glidelejer og glideskinner. Her

ønsker man som regel en lav friktionskoefficient.

77

4.8

Fri ktionskoefficienten

Slidstyrken overfor glidende slid

Slidstyrken overfor kornformigt,

eroderende materiale

En kravspecifikation for

et glideelement

Slidstyrken overfor glidende slid har ligesom friktionskoefficienten

betydning for valget af plastmateriale til glideelementer.

Slidstyrken overfor kornformigt, eroderende materiale har

betydning for valget af plastmateriale til f.eks. rør og pumper

til transport af vand med opslemmet sand, se (Ref. 8). Det er

ikke de samme plastmaterialer, der har god slidstyrke overfor

kornformigt materiale som overfor glidende slid.

En kravspecifikation for et glideelement kan indeholde:

Fladetryk

Glidehastighed

Modmateriale

Overfladeruhed

Evt. smøremiddel

Temperatur af overfladen

Tabel 4.6 Friktionskoefficient og slidhastighed for en række plastmaterialer

i glidende slid uden smøremiddel. Modmateriale DIN St 16

Mn (r 5 med ruhedsdybde 211m. Fladetryk 0,05 N/mm 2 . Glidehastighed

0,6 mis. Glidefladetemperatur

Tabel 4.6 viser friktionskoefficient og slidhastighed for en

række plastmaterialer overfor stål. PA 6,6 og PA 6 har relativt

høj slidstyrke. Ved tilsætning af PTFE kan POM få høj slidstyrke

og PA væsentligt højere slidstyrke. Dette skyldes den

smørende virkning af PTFE. De amorfe plast såsom PS, SB,

PPO, PC har dårlige slidegenskaber.

Ved fladetryk højere end 0,15 N/mm 2 er kun PA anvendeligt.

Overfor ru ståloverflader er kun PA anvendeligt. Ved store

fladetryk, friktionskoefficienter og glidehastigheder kan der

opstå høje temperaturer, således at lejet ødelægges. Over

100°C er kun PTFE anvendeligt.

Flere oplysninger om plast til glideelementer findes i (Ref. 6,

9 og 10).

TerlIliske egenskaber

Plastmaterialers egenskaber (mekaniske, fysiske/kemiske

mm.) påvirkes i høj grad af temperaturen. Derfor bør særlig

opmærksomhed rettes på temperaturkrav, specielt i kombination

med andre krav til komponenten. Tiden er også væsentlig,

da forhøjede temperaturer over tid kan forårsage

nedbrydning af plastmaterialet. Væsentligste termiske egenskaber

er

Termisk belastbarhed: Glasovergangstemperatur

Smeltetemperatur

Vicattemperatur

Hor-temperatur

UL-temperatur

Termisk ledningsevne: Varmeledningstal

(Specifik varmekapacitet)

Termisk udvidelse: Længdeudvidelseskoefficient (termisk)

Volumenudvidelseskoefficient (termisk)

Den termiske længdeudvidelseskoefficient beskrives af følgende

lineære ligning:

eller

hvor

aL er længdeændringen [m]

Lo er oprindelig længde [m]

aL = aT· ex· Lo

aL 1

ex=-·-

Lo aT

ex er længdeudvidelseskoefficienten [OC-I]

aT er temperaturændringen [OC]

Den termiske volumenudvidelseskoefficient beskrives af følgende

ligning:

eller

81

5

Særlig opmærksomhed

rettes på temperaturkrav

Den termiske længdeudvidelseskoefficient

Den termiske volumenudvidelseskoefficient

Fig. 5.2

Trækprøvningsdata afhængigt

af temperatur for amorf og delkrystallinsk

termoplast samt

hærdeplast.

Brudspænding (Js

Brudtøjning Es

ES __ .",.

--- ---

Temperatur

Trækprøvningsdata afhængig af temperatur for amorf termoplast

Brudspænding (Js

Brudtøjning Es

--------

I

-, I

\

Temperatur

Trækprøvningsdata afhængig af temperatur for delkrystallinsk termoplast

Brudspænding (Js

Brudtøjning Es

------------------

---

Temperatur

Trækprøvningsdata afhængig af temperatur for hærdeplast

Mens de termohærdende plasttyper ved høje temperaturer

bliver nedbrudt, går de termoplastiske plasttyper først over

på flydende form. Ser man på brudstyrke og brudforlængelse

af plast afhængigt af temperatur (se fig. 5.2), ses et karakteristisk

forløb for amorfe og delkrystallinske termoplasttyper,

samt for hærdeplast.

TN betegner nedbrydningstemperatur

Ts betegner smeltetemperatur

TG betegner glasovergangstemperatur

Glasovergangstemperaturen er overgangen fra fast form til

viskoelastisk form. Smeltetemperaturen er overgangen fra

viskoelastisk til termoplastisk form. Som det ses af kurverne,

kan et amorft materiale ikke benyttes ud over TG, men

det kan delkrystallinske materialer. Polyethylen og polypropylen

er ved stuetemperatur i den viskoelastiske fase, altså

over TG.

Til beskrivelse af termoplasts formbestandighedstemperatur

(som ikke kan beskrives ved TG eller Ts) er udviklet metoderne

Vicat og HOT, hvis resultater ikke må blandes.

Vicattemperaturen er den temperatur, ved hvilken en nål

med tværsnitsarealet 1 mm 2 trænger 1 mm ned i et prøveemne.

Temperaturen frembringes ved opvarmning af prøvestaven

i et bad med 50°C pr. time. Nålen kan være belastet med

5 kg eller 1 kg.

Lod på 1 kg

eller 5 kg

Fig. 5.3

Prøveapparat til bestemmelse af

Vicat-temperatur.

Understøtning

Fig. 5.4

Prøveapparat til bestemmelse af

HOT-temperatur.

HOT-temperaturen er den temperatur, ved hvilken et prøveemne

belastet med en given last får en udbøjning som angivet

i standarden.

85

Glasovergangstemperaturen

Smeltetemperaturen

Formbestandighedstemperatur

Vicattemperaturen

HOT-temperaturen

Temperaturen har indflydelse

på den kemiske og fysiske

ældning af plast

Fig. 5.5

Ved bestemmelse af UL-temperaturen

undersøges 3 egenskaber:

slagstyrke, brudstyrke og

dielektricitetskonstant.

3 egenskaber: slagstyrke, brudstyrke

og dielektricitetskonstant

HOT-temperaturen og Vicattemperaturen kan i visse tilfælde

benyttes til bedømmelse af komponenters formbestandighed

ved kortvarig opvarmning til forhøjede temperaturer.

Men ingen af metoderne tager hensyn til tiden og er generelt

begrænset til vurdering af dimensionsstabilitet ved forhøjede

temperaturer.

Temperaturen har stor indflydelse på den kemiske og fysiske

ældning af plast. En metode, som tager hensyn til dette forhold,

er temperaturindexet, TUL, også kaldet UL-temperaturen,

udviklet af Underwriters Laboratories i USA.

Slagstyrke

500/0

Brudstyrke

Dielektricitetskonstant

50%

Temperaturen T 3 > T 2 > T,

Ved måling af UL-temperaturen ses på 3 egenskaber: slagstyrke,

brudstyrke og dielektricitetskonstant. Den egenskab,

som hurtigst falder til 50% af sin oprindelige værdi, ligger til

grund for optegning af kurver, der viser belastningstiden til

50% reduktion af egenskabsværdien afhængig af temperatur.

For en belastningstid på ca. 5 år fås UL-temperaturen

(temperaturindexet).

86

T,

Tid

Tid

Maksimal anvendelsestemperatur ved kontinuert drift af et

plastmateriale er meget svær at bestemme, men samtidig

meget relevant for mange plastkomponenter. Det bliver bestemt

ikke nemmere, hvis komponenten samtidig er udsat

for kemiske eller mekaniske påvirkninger. UL-temperaturen

er i dag bedste bud på en generel, maksimal anvendelsestemperatur

af plastmaterialer, og kan i mangel på bedre ligge

til grund for grovsortering af materialer. Er komponenten

udsat for et langvarigt belastningssammenfald med samtidig

termisk og elektrisk belastning, men uden mekaniske belastninger,

skal man naturligvis se bort fra UL-temperaturer

målt på basis af slagstyrke og brudstyrke.

I visse datablade findes oplysninger om materialers maksimale

langtidsanvendelsestemperatur uden angivelse af,

hvordan temperaturen er fundet. De manglende oplysninger

om sådanne data gør dem risikable at bruge, i forbindelsemed

materialevalg.

I kravspecifikation for komponent skal max. og min. værdi

for anvendelsestemperatur angives, også ved små variationer

fra stuetemperatur. Da det er accepteret af alle, at temperaturen

i høj grad påvirker andre egenskaber af plastmaterialer,

er det faktisk muligt at få oplysninger om en del belastningssammenfald,

hvor temperaturen er den ene belastning.

Se eventuelt kapitler om mekaniske og kemiske egenskaber.

Yderligere information om termiske egenskaber af plast findes

i Ref. 18 samt Ref. 2, 5 og 6.

87

Maksimal anvendelsestemperatur

Kravspecifi kation

for komponent

Brandtekniske egenskaber

Der fokuseres stadigt mere på plastmaterialernes brandtekniske

egenskaber.

De nødvendige brandtekniske egenskaber af en plastkomponent

kræver særlig opmærksomhed, når der kan ske antændelse

fra elektriske udladninger eller kortslutninger, når

komponenterne placeres tæt på åben ild, og hvor røg og gasudvikling

kan forårsage personskader.

Især ved anvendelse af plast i byggesektoren og flyindustrien

stilles krav til brandtekniske egenskaber og grænser for

røgdannelsen fra brændende plastkomponenter. Det er af

stor vigtighed at være opmærksom på myndighedskrav af

brandteknisk art ved udvikling af plastkomponenter.

Alle plastmaterialer må betegnes som brandbare i forbindelse

med kraftige brande f.eks. i bygninger. Forbrændingsprocessen

sker under røgudvikling og, for visse plastmaterialer,

stærkt korroderende eller giftige gasser. De fleste tests, man

benytter til beskrivelse af brandbarhed af plastmaterialer,

udføres ved stuetemperatur, og de mest brugte er UL-94

klassificering, oxygenindex og glødetrådstest.

Man skal være opmærksom på, at brandbarhed for en komponent

afhænger af komponentens godstykkelse, således at

en komponent med lille godstykkelse brænder nemmere

end en stor. Derfor er brandtekniske krav altid knyttet til

komponentens godstykkelse.

Brandprøvning efter UL-94 gennemføres på et standardprøveemne

med kendt godstykkelse, som antændes med en

bunsenbrænder under givne betingelser. Brændetiden til

prøveemnet slukker registreres, og brændende dråber fra

prøveemnet registreres. Afhængigt af resultatet klassificeres

materialet V-O, V-l, V-2 eller HB. UL-94 kan anvendes på

prøveemner af forskellig godstykkelse.

V-O: Prøveemnet er anbragt lodret. Emnet slukker inden for

5 sekunder, og der falder ingen brændende dråber.

89

6

Brandtekniske egenskaber

kræver særlig opmærksomhed

Alle plastmaterialer må

betegnes brandbare

Brandprøvning efter UL-94

V-Q

V-1

V-2

HB

Oxygenindex

Glødetrådstest

Kravspecifi kation

for komponent

Krav til gas- og røgudvikling

fra plast

Brandhæmmende stoffer

V-l: Prøveemnet er anbragt lodret. Emnet slukker inden 25

sekunder, og der falder ingen brændende dråber.

V-2: Prøveemnet er anbragt lodret. Emnet slukker inden 25

sekunder og der falder brændende dråber.

HB: Materialet klarer ikke V-2. Prøvelegemet er anbragt

vandret. Brandhastigheden er under 62,5 mm/min.

Oxygenindex betegner det lavest mulige oxygenindhold i en

oxygen-nitrogenblanding, hvor et prøveemne under givne

betingelser kan brænde. Oxygenindexet giver mulighed for

en sammenligning af forskellige plasttypers brandbarhed.

Glødetrådstest benyttes ofte i forbindelse med myndighedskrav

til elektriske apparater. Et standardprøveemne viklet

med en modstandstråd, som afgiver en vis effekt. Tiden

i sekunder til antændelse registreres.

I kravspecifikation for komponent angives kvalitativt kravet

til komponentens brandtekniske egenskaber samt eventuelle

myndighedskrav fra lande, hvori komponenten skal markedsføres.

Krav til gas- og røgudviklingen fra plast i brand må undersøges

nærmere ved brandtekniske undersøgelser. Resultatet

vil i høj grad afhænge af forbrændingstemperaturen. Brandtekniske

undersøgelser af røg- og gasudvikling kan gennemføres

efter ASTM-standarder.

Det er meget almindeligt, at materialeleverandørerne kan

levere plasttyper tilsat brandhæmmende stoffer. Derfor ses

ofte store variationer i den enkelte plasttypes brandbarhed,

afhængig af mængden af brandhæmmende stof. Brandhæmningsmidlerne

er oftest klor- eller bromforbindelser,

som ved termisk nedbrydning fraspalter giftige og korroderende

gasser.

Yderligere information findes i Ref. 19.

Elektriske egenskaber

Plast benyttes som elektriske isolatorer i stort set alle typer

af elektriske kredsløb: kabler, hårde hvidevarer, kontakter og

meget mere. Grunden er, at polymere materialer er elektrisk

isolerende.

De elektriske egenskaber af et plastmateriale påvirkes af den

elektriske spænding og frekvens, temperatur, luftfugtighed

og materialets kemiske sammensætning. Tilsætning af stålfibre

og kulfibre kan i en vis grad gøre plast ledende. Antistatika

gør normalt kun overfladen ledende.

7

Polymere materialer er

elektrisk isolerende

Apparater, som benyttes i forbindelse med stærkstrøm, er

underlagt stærkstrømsreglementet. Dette må derfor studeres Stærkstrømsreglementet

i forbindelse med udvikling af komponenter inden for dette

område, men samtidig skal man være opmærksom på, at

reglerne varierer fra land til land.

Elektriske egenskaber beskrives med:

• volumenmodstand (elektrisk isolationsevne)

• overflademodstand

• dielektrisk tabsfaktor og dielektricitetstal

Volumenmodstand beregnes som

hvor

A

(}v = Rv· s

(}v er volumenmodstanden [ohmxm]

Rv er materialets indre modstand [ohm]

A er elektrodens areal [m 2 ]

s er prøveemnets godstykkelse [m]

Materialets indre modstand kan måles i en forsøgsopstilling

(f.eks. som angivet i ASTM-D 257), og for en specifik udformning

af elektrode og prøveemne kan volumenmodstanden

dermed beregnes.

91

Volumenmodstand

Kravspecifi kation

for komponent

Overflademodstanden

Overflademodstanden benyttes

til vurdering af og beskyttelse

mod statisk opladning

Dielektricitetstal og dielektrisk

tabsfaktor

DielektricitetstaIlet

Dielektriske tabsfaktor

Volumenmodstanden kan ved simple komponentudformninger

bruges til overslagsberegning af godstykkelse. Men

volumenmodstanden er i høj grad afhængig af temperatur

og luftfugtighed. Herudover påvirkes volumenmodstanden

af additiver så som pigmenter og brandhæmmende stoffer.

Volumenmodstanden benyttes mest til sammenligning af

materialer.

I kravspecifikation for komponent angives nødvendig volumenmodstand

ved en bestemt temperatur og luftfugtighed.

Overflademodstanden er udtryk for modstanden på en

komponents overflade mellem to elektroder. Den er ikke

kun en materialeegenskab, da belægninger på komponentens

overflade, såsom fugt og antistatika, ofte vil være mere

ledende end selve materialet. Herudover er overflademodstanden

afhængig af elektrodegeometri og temperatur.

Overflademodstanden benyttes primært til vurdering af

komponentens evne til beskyttelse mod statisk opladning.

Men da overflademodstanden af det samme materiale kan

variere med mere end en faktor 100 afhængigt af luftfugtighed,

anbefales, at man i forbindelse med kravspecifikation

for komponent kvalitativt beskriver krav (f.eks. komponenten

skal være antistatisk ved bestemte luftfugtigheder og

temperaturer).

Materialeleverandører kan ofte levere materialetyper tilsat

antistatika.

Anvendelighed i vekslende elektrisk felt skal vurderes udfra

dielektricitetstal og dielektrisk tabsfaktor. Dielektricitetstallet

(den relative kapacitet) beregnes som

hvor

Cx

Er =

Co

Er er dielektricitetstallet

Cx er kapaciteten for aktuelt materiale [F]

Cc er kapaciteten for luft [F]

Dielektricitetstallet er temperatur- og frekvensafhængigt.

Den dielektriske tabsfaktor, tan O, angiver tangens til den

dielektriske tabsvinkel.

Strømmen, Ires, er et mål for det dielektriske tab, der afsættes

som varme. En stor dielektrisk tabsfaktor giver en relativt

stor opvarmning af komponenten. Denne opvarmning kan i

visse tilfælde være så stor, at der sker termisk nedbrydning

af materialet, eller at materialet bliver flydende. Er der risiko

for dette, kan man gennemføre en beregning af tilført og afgivet

energi for komponenten og herigennem opstille krav

til materialernes dielektricitetstal og dielektrisk tabsfaktor.

Både dielektricitetstal og dielektrisk tabsfaktor afhænger af

temperaturen og den elektriske frekvens og er vanskelige at

bruge i praksis i forbindelse med materialevalg, og det er

derfor ofte nødvendigt at genneføre prototypetests.

Yderligere information om plastmaterialers elektriske egenskaber

findes i Ref. 18 samt Ref. S, 7.

93

Fig.7.1

Tabsvinklen omellem strømmen

Ikap og I)

Lysægtheden og farveægtheden

get af komponentens overflade, og en angivelse af overfladeruhed

er nødvendig for beskrivelse af det ønskede visuelle

indtryk.

Lysægtheden og farveægtheden er oftest interessant, når en

komponent udsættes for kemiske (f.eks. VY-lys) eller termiske

påvirkninger over længere tid, og minimale ændringer i

komponentens farve ønskes. Lysægtheden kan måles (ISO

R l05V-2); men den bruges kun i situationer, hvor lysægthedskrav

er særligt vigtige. Tilladelig ændring ilysægthed

beskrives oftest kvalitativt.

9.2

Ikke muligt at give en generel,

præcis bedømmelse af et plastmateriales

vejrbestandighed

Tyndvæggede komponenter er mere problematiske end tykvæggede,

fordi vandet hurtigere diffunderer ind til midten

af komponenten.

De mekaniske egenskaber af polyamid er meget afhængige

af plastens vandindhold. Ofte er mekaniske egenskaber af

polyamid opgivet for plasten i tør tilstand, f.eks. frisk sprøjtestøbt

tilstand. Disse tal for egenskaberne er som regel uanvendelige.

Vejrbestandighed

Når plastmaterialer anvendes udendørs, vil de blive påvirket

af en række faktorer, f.eks. sollys (ultraviolet stråling, UVstråling),

oxygen, ozon, varme, luftfugtighed, svovldioxid og

nitrogenoxider. Hvor kraftig påvirkningen fra disse faktorer

er, afhænger af geografisk placering og af årstiden. Derfor er

det ikke muligt at give en generel, præcis bedømmelse af et

plastmateriales vejrbestandighed.

De skader, der optræder som følge af vejrligets angreb, er

følgende, anbragt efter stigende nedbrydning af plastmaterialet:

Mat overflade

Misfarvning

Væsentligt forringet slagstyrke

Væsentligt forringet trækstyrke.

Slagstyrken forringes langt hurtigere end trækstyrken, da

det er komponentens overfladelag, der angribes. Mikro- eller

makrorevner i overfladen kan reducere slagstyrken betydeligt.

Kun få plastmaterialer er vejrbestandige. De fleste må beskyttes

med stabilisatorer, især mod sollysets nedbrydende

virkning. Meget anvendt er carbon black (kønrøg), en meget

finfordelt sod. Carbon black giver den mest effektive beskyttelse,

men komponenten får sort farve. Derudover findes

specielle stabilisatorer, som giver flere farvemuligheder.

Komponenter i mørke farver er generelt mere vejrbestandige

end komponenter i lyse farver.

Et mindre bestandigt plastmateriale kan beskyttes med en

vejrbestandig lak.

100

Afprøvning af et plastmateriales vejrbestandighed kan f.eks.

ske efter følgende normer:

DIN 53386 udendørs

DIN 53388 udendørs under vinduesglas

DIN 53387 accelereret, i apparat

DIN 53389 accelereret, i apparat under vinduesglas.

Accelererede test bruges i forbindelse med levetidsvurdering

af forskellige plast. Anvendelsen af sådanne test kan være

problematisk, fordi plastmaterialet ikke udsættes for samtidig

påvirkning af ultraviolet stråling og angribende gasser

såsom ozon.

Når man udarbejder kravspecifikationen for komponenten

bør man beskrive påvirkningen så nøje som muligt, bl.a. i

hvor høj grad der er tale om direkte sollys.

En grov karakterisering af forskellige plastmaterialers vejrbestandighed

er givet i tabel 9.1.

Tabel 9.1 En grov karakterisering af forskellige plastmaterialers vejrbestandighed

med og uden UV-stabilisator

Uden UV-stabilisator Med UV-stabilisator

Materiale Bestandig- Væsentlige Bestandig- Væsentlige

hed skader hed skader

efter år efter år

PE dårlig 1 god X ) flere

PP dårlig 1 god X ) flere

PS dårlig 1fz nogenlunde 1-2

ABS nogenlunde 1fz-2 god X ) flere

SAN nogenlunde 1-2 god flere

PVC dårlig 1 god flere

PMMA meget god 5-25

POM dårlig 1f4 god X )

PAxx) dårlig 1 god X ) flere

PC nogenlunde 2 god >5

CAB god flere

PTFE fremragende aldrig

UP god 2-3 god >5

EP meget god 3->5

x) Stabiliseret med kønrøg (sod).

xx) Kun beskadigelser i et tyndt overfladelag

Data for vejrbestandighed findes i (Ref. 5).

101

9.3

Visse plastmaterialer nedbrydes

af varmt vand

9.4

Der findes mange forskellige

plastmaterialer indenfor en familie

af plast, f.eks. POM. Derfor

kan man ikke udtale sig generelt

om POM's bestandighed overfor

et kemikalium

Hydrolysebestandighed

Visse plastmaterialer nedbrydes af varmt vand, f.eks. polycarbonat

ved temperaturer på 60°C og derover. Angreb af

vand er et hyppigt forekommende eksempel på kemisk nedbrydning.

Angrebet afhænger meget af temperaturen, idet

det som regel øges med stigende temperatur. Mange plastmaterialer

er ikke bestandige i kogende vand. Den tid, plastmaterialet

er i kontakt med det varme vand, har væsentlig

betydning for nedbrydningen.

Det kan være vanskeligt at vælge plastmateriale udfra krav

til hydrolysebestandighed, da temperatur og tid har stor betydning,

og der findes for få data. Visse data findes i (Ref. 4

og 5).

Hydrolysebestandighed bestemmes f.eks. efter DIN 53495

eller ISO 175.

Kemikaliebestandighed

Til komponenter, der anvendes i kontakt med kemikalier,

anvendes ofte plast, da disse materialer i mange tilfælde har

en god bestandighed i kemisk miljø.

Det er imidlertid vanskeligt at vælge plastmateriale, når der

er krav om kemikaliebestandighed - vanskeligere end for

metallernes vedkommende. Problemerne hænger sammen

med, at det kan være meget vanskeligt at skaffe pålidelige

materialedata, således at man kan vurdere det enkelte plastmateriales

kemiske modstandsdygtighed. Problemerne har

flere årsager:

1) Der findes mange forskellige plastmaterialer indenfor en

familie af plast, f.eks. POM. Derfor kan man ikke udtale

sig generelt om POM's bestandighed overfor et kemikalium.

F.eks. er copolymer POM bestandig mod stærke baser,

mens homopolymer POM angribes kraftigt. De fleste

materialetabeller skelner ikke mellem forskellige plastmaterialers

kemikaliebestandighed indenfor en familie.

2) Man kan begå alvorlige fejl ved at overføre viden om et

bestemt kemikaliums virkning til andre lignende kemikalier.

F.eks. har PC en god bestandighed imod ethylalkohol,

men angribes kraftigt af methylalkohol.

102

3) Temperaturen, tiden samt koncentrationen af det angribende

stof har stor betydning. Ekstrapolation af materialedata

kan medføre helt forkert vurdering af bestandigheden.

4) Påvirkningen fra det kemiske miljø kan ske gennem flere

forskellige mekanismer, som medfører:

Kemisk nedbrydning, f.eks. kædebrud.

Kvældning, dvs. dimensionsforøgelse.

Blødgøring, dvs. reduktion af stivhed og styrke.

Spændingsrevner.

Her må det understreges, at det er kravene til komponentens

egenskaber, der har den afgørende indflydelse på

materialevalget, mens det ikke nødvendigvis er så væsentligt,

om der sker et vist angreb på materialet. F.eks.

anvendes HD-PE til benzindunke, selvom materialetabellerne

siger, at materialet kun er betinget bestandigt. HO

PE er anvendeligt til dette formål, selvom der sker kvældning

og en væsentlig reduktion af trækstyrken. Derimod

er HD-PE ikke anvendeligt til rør som transporterer benzin,

fordi der her er tale om en samtidig påvirkning af

benzin og mekaniske spændinger. HD-PE er i dette tilfælde

uanvendeligt, dels fordi krybeegenskaberne er for kraftigt

forringet, dels fordi der vil være risiko for spændingsrevner.

5) Materialetabeller over kemikaliebestandighed er ofte af

begrænset værdi: Der anvendes forskellige prøvningsmetoder,

og metoden er normalt ikke angivet - testtiden er

som regel meget kort - bestandigheden er som regel karakteriseret

ved »udmærket«, »god«, »betinget god«, »dårlig«;

sådanne oplysninger kan virke mere vildledende end

vejledende for konstruktøren, som ønsker at vide, hvordan

brugsegenskaberne påvirkes. - Materialetabellerne tager

normalt ikke hensyn til, om der opstår spændingsrevner

i plastmaterialet.

Materialetabellerne kan højst bruges til en første grovsortering

af materialer, hvor de helt uegnede plastmaterialer

fravælges. Mere præcise oplysninger om påvirkningen af

brugsegenskaberne findes i (Ref 5). Flere oplysninger kan

hentes fra materialeleverandørens undersøgelser samt fra

firmaets virkelighedstro test på prøvelegemer eller prototyper.

Se også tabellerne i kapitel 17.

103

Temperaturen, tiden samt koncentrationen

af det angribende

stof har stor betydning

Det er kravene til komponentens

egenskaber, der har den afgørende

indflydelse på materialevalget,

mens det ikke nødvendigvis

er så væsentligt, om der

sker et vist angreb på materialet

Materialetabeller over

kemikaliebestandighed er

ofte af begrænset værdi

tilladelige spænding, som komponenten må udsættes for.

Et eksempel på et apparatur til en sådan afprøvning er skitseret

på fig. 9.2.

3 2

9 10 11

Fig. 9.2

Eksempel på opbygning af kryberamme til bestemmelse af krybebrudstyrken

af plast i kontakt med en væske. DIN 53449, teil 2.

Den kritiske tøjning, omtalt i kapitel 4.3, kan blive væsentligt

reduceret, hvis plastmaterialet er i kontakt med kemikalier

og vand. Dette gælder især, hvis der dannes spændingsrevner.

Vaskemidler og andre rengøringsmidler kan give alvorlige

angreb på visse plastmaterialer. F.eks. kan der opstå spændingsrevner

i de fleste typer HD-PE i kontakt med sulfosæbe.

Indre spændinger fra forarbejdningen er tilstrækkelige til

at fremkalde revnerne.

Tabel 9.2 giver en oversigt over plastmaterialer, der ofte udviser

spændingsrevner, med eksempler på typiske revnefremkaldende

medier. Læg mærke til, at de amorfe termoplast

samt HD-PE er de mest følsomme. Oversigten skal anvendes

med stor forsigtighed, da spændingsniveau og temperatur

har stor indflydelse på, om der dannes revner. Spæn-

105

1 vægt

2 ophæng

3 trådfastgørelse

4 tråd

5 væskecirkulation

6 kløer

7 prøvelegeme

8 testmedium

9 lodder

10 afbryder til ur

11 ur

Plastmaterialer i kontakt med levnedsmidler

Mange plastmaterialer er det ikke tilladt at anvende i vedvarende

kontakt med levnedsmidler, idet disse materialer kan

afgive stoffer, som er sundhedsskadelige eller giver levnedsmidlerne

en bismag eller -lugt.

Plastmaterialerne vælges normalt blandt de materialer, der

er på positivlisten, dvs. de godkendte materialer. Der anvendes

her i de fleste tilfælde de tyske BGA-bestemmelser eller

de amerikanske FDA-bestemmelser (BGA = Bundesgesundheitsamt,

FDA = Food and Drug Administration).

Det er ikke en tilstrækkelig oplysning, at materialet er godkendt.

Det skal også specificeres, under hvilke betingelser,

det er godkendt. Flere oplysninger om plast i kontakt med

levnedsmidler findes i (Ref. 7).

Hvis et ikke godkendt materiale ønskes anvendt, kan man

udføre prøvning på dette materiale og søge om godkendelse

gennem sundhedsmyndighederne på grundlag af resultaterne

af prøvningerne.

Plastmaterialer i kontakt med lægemidler

Plastmaterialer til komponenter, der er i vedvarende kontakt

med lægemidler, vælges blandt de godkendte plastmaterialer.

Der henvises til de lokale normer og standarder, f.eks.

Europæiske Pharmakope og BGA i Europa, US Pharmacopia

og FDA i USA.

107

9.5

Plastmaterialerne vælges

normalt blandt de

godkendte materialer

9.6

Biologiske egenskaber

Biologiske egenskaber opdeles i to:

• Modstandsdygtighed over for mikroorganismer

(Svampedannelse og bakterier)

• Modstandsdygtighed over for dyr

Mikrobiologiske angreb fra mikroorganismer på plast foregår

oftest på komponenternes frie flader. Angrebene forårsager

ændringer i komponenternes udseende, men kan også påvirke

de mekaniske egenskaber. Det er normalt ikke selve polymeren

der angribes, men tilsætningsstoffer, især blødgørere.

Derfor ses fænomenet ved komponenter i blødgjort pvc.

Særlig opmærksomhed skal rettes mod komponenter til placering

i jord, og komponenter, som skal fungere i troperne.

I en grovsorteringsfase er det tilstrækkeligt i kravspecifikation

for komponent at angive:

• Modstandsdygtighed over for bakterier ønskes

• Modstandsdygtighed over for svampedannelse ønskes

Krav til en komponents modstandsdygtighed over for mikroorganismer

kan vurderes efter ISO 846 med angivelse af

mikroorganisme, eksponering i tid, fugtighed og temperatur

samt acceptabel egenskabsændring. Vurderingen kan gennemføres

som praktiske forsøg efter udvælgelse af egnede

materialer. Materialeleverandørerne har sjældent disse oplysninger.

Angreb på komponenter i plast fra dyr er især forårsaget af

insekter og gnavere. Angrebene forårsager ændringer i komponenternes

ydre form med ændringer i blandt andet de

mekaniske egenskaber til følge.

111

11

Mikrobiologiske angreb fra

mikroorganismer på plast

Kravspecifi kation

for komponent

Angreb på komponenter

i plast fra dyr,

insekter og gnavere

Fig. 11.1

Angreb på kabler fra (a) husmus

(b) rotte. Kilde: Ref. 18.

Komponentens ydre form

har stor betydning

Kravspecifikation

for komponent

Komponentens ydre form har stor betydning for risikoen for

angreb. Jo større krumningsradius og jo glattere en komponent

er, jo sværere er den at angribe. Tynde folier og opskummede

materialer har reduceret bestandighed. Blandt

insekterne er især termitter aggresive, mens det blandt gnavere

er mus og rotter som er aggressive. I en vis udstrækning

er det muligt at bruge tilsætningsstoffer, som forhindrer

dyrenes angreb.

I en grovsortering skal der i kravspecifikationen for komponent

angives:

• Modstandsdygtighed over for dyr (mus, rotter, termitter

osv.)

Yderligere information findes i (Ref. 18).

112

Miljømæssige egenskaber

I produktudviklingsarbejdet bør man tage hensyn til mulighederne

for genanvendelse af de materialer, der indgår i

plastkomponenterne. Disse forhold kan have indflydelse på

valget af plastmateriale, da en del plasttyper er vanskelige

eller umulige at genanvende. Nedenfor er det kort beskrevet,

hvordan genanvendelse af plast er ved at få stadig større

betydning. I den forbindelse bruger man ofte udtrykket

»produktets livscyklus«, dvs. produktets liv lige fra udvindingen

af de råstoffer, der skal indgå i produktet, indtil produktet

kasseres, og materialerne genanvendes eller afbrændes.

I de senere år har der i mange lande været en stigende interesse

for genanvendelse af materialer, herunder især plast.

Indenfor plastbranchen har man genbrugt produktionsaffald

igennem mange år, fordi det er økonomisk fordelagtigt.

Men når det drejer sig om plast fra produkter og emballage,

som er kasseret af forbrugerne, så genanvendes der i Europa

kun ca. 1 % af forbruget på 25 millioner tons plast/år. Genanvendelsesprocenten

er meget lille for plast sammenlignet

med andre materialer, se tabel 12.1.

Tabel 12.1 Genanvendelsesprocenter i Danmark for forskellige materialer

fra kasserede produkter.

Materiale

Plast

Papir

Glasflasker

Stål

Genanvendelse %

1

32

54

42

Den danske regering forsøger at opnå frivillige aftaler med

industrien om genanvendelse af plastmaterialer. Derimod

går den tyske regering ind for lovindgreb i et vist omfang.

Det er planerne, at 80% af plastaffaldet i Tyskland i løbet af

nogle år skal genanvendes. Især har tyskerne fokuseret på

emballageaffaldet, idet mærkning af emballage med plasttype

efter DIN 6120 har været obligatorisk fra december 1990.

Fra 1. januar 1993 har tyske forretninger pligt til at tage al

emballage retur fra kunderne. De tyske bilfabrikker forud-

113

12

Genanvendelse af de materialer,

der indgår i plastkomponenterne

»Produktets livscyklus«

Genanvendelsesprocenten er

meget lille for plast sammenlignet

med andre materialer

Mærkning af emballage

med plasttype efter DIN 6120

har været obligatorisk fra

december 1990

Det altafgørende problem ved

genanvendelse af plast er at finde

salgbare produkter, som kan

fremstiIles af det regenererede

affald

ser, hvad der vil ske på andre områder end emballageområdet;

de er i fuld gang med at indføre mærkning af bilernes

plastkomponenter.

De 3 tyske råvareleverandører, BASF, BAYER og HOECHST

har dannet et selskab, udelukkende med henblik på at planlægge

og gennemføre en række eksperimenter og undersøgelser

indenfor området genanvendelse.

Det altafgørende problem ved genanvendelse af plast er at

finde salgbare produkter, som kan fremstilles af det regenererede

affald. En del produkter er udviklet, f.eks. folier og

rør af affald af blød polyethylen. Udvikling af andre produkter

er i gang mange steder.

Plastaffald kan opdeles i to grupper: 1) rent affald, dvs. produktionsaffald

og sorteret affald som kun består af en type

plast, og 2) blandet affald, f.eks. plast fra husholdningsaffald.

Det rene affald kan ofte regenereres til plastmateriale

med egenskaber, som er næsten lige så gode som originalmaterialets.

Derimod kan der være tale om væsentlige forringelser

af egenskaberne, når der anvendes blandet affald.

Standarder, som beskriver kvaliteten af regenererede plastmaterialer,

må forventes at foreligge i løbet af få år.

HOECHST har i 1993 en fabrik klar, som anvender en ny

metode til regenerering af affald af polyacetal, POM. POM

fra kasserede produkter nedbrydes helt til monomeren. Derefter

polymeriseres den monomere, således at man ender

med nyt POM-granulat.

Det er gammel kendt viden, at hærdeplast ikke kan genanvendes.

Imidlertid foregår der adskillige steder forskningsarbejde

med det formål at kunne genanvende hærdeplast.

Principperne går ud på at nedbryde det tredimensionale

molekylnetværk, således at man får et genanvendeligt termoplastisk

materiale.

I adskillige lande betragtes afbrænding af plastaffald også

som genanvendelse, hvis man udnytter den energi, der opstår

ved forbrændingen. Ved en sådan proces genvinder

man en stor del af den energi, der er brugt ved fremstilling

af plastråvaren.

114

Genanvendelsesproblematikken er temmelig uoverskuelig i

øjeblikket. Men man må nok regne med, at udviklingen går

i retning af, at størstedelen af plastaffaldet genanvendes i

nye produkter, mens en del af affaldet destrueres ved forbrænding

eller på anden måde. Det kan tænkes, at anvendelsen

af en del plasttyper, f.eks. visse hærdeplast, vil blive

begrænset gennem lovgivning, fordi materialerne ikke kan

genanvendes.

Især for produkter med lang levetid, f.eks. komponenter til

biler, bør konstruktøren overveje mulighederne for genanvendelse

af plastmaterialerne - også på længere sigt. Dvs. at

firmaet må vurdere, hvilke miljølovændringer, der kan blive

indført indenfor produktets levetid.

115

Forarbejdningsrnetoder

Det foreløbige valg af forarbejdningsproces sker ud fra materialet,

komponentens form og de økonomiske forhold, dvs.

styktal og værktøjspriser.

Nedenfor er det beskrevet, hvilke familier af plastmaterialer,

der egner sig til en række udvalgte formgivningsmetoder.

Det skal her bemærkes, at godt nok er f.eks. HDPE velegnet

til både sprøjtestøbning og ekstrudering. Men en bestemt

handelskvalitet HDPE er ikke nødvendigvis egnet til formgivning

ved begge metoder. Se iøvrigt tabel i kapitel 17.

13

Det foreløbige valg af

forarbejdningsproces

Sprøjtestøbning kan anvendes til alle plasttyper på nær vis- Sprøjtestøbning

se fluorpolymerer. Plast med lange fibre af glas o.l. er ikke

egnet. Sprøjtestøbning af termoplast sker i et koldt værktøj,

for at den smeltede plast kan størkne hurtigt. Sprøjtestøbning

af hærdeplast sker i et opvarmet værktøj, således at

den kemiske proces, der får plasten til at hærde, kan finde

sted.

Ekstrudering er egnet til alle termoplasttyper. Dog kræver Ekstrudering

visse fluorpolymerer specielle metoder. Hærdeplast ekstruderes

normalt ikke.

Termoformning (vakuumformning) udføres på indkøbt pla- Termoformning

demateriale. Der er langt færre materialekvaliteter at vælge

imellem inden for hver plasttype sammenlignet med sprøjtestøbning.

Termoformning er kun anvendelig til termoplast.

Dog er PTFE meget vanskelig at termoforme. PA nedbrydes

noget af atmosfærisk luft ved termoformning og anvendes

derfor meget sjældent.

Amorfe termoplast er særligt velegnede. Delkrystallinske

termoplast er vanskeligere at termoforme, fordi formgivningen

skal ske i et snævert temperaturintervallige under smeltepunktet.

Presning anvendes på alle hærdeplast. Hærdeplasten formgives

i delvis hærdet tilstand. Presning anvendes kun i begrænset

omfang på termoplast. Dog er presning + sintring

almindeligt anvendt til formgivning af PTFE ud fra pulver.

117

Presning

Spåntagende bearbejdning Spåntagende bearbejdning udføres normalt kun på indkøbte

stænger og plader. Der er langt færre materialekvaliteter at

vælge imellem inden for hver type plast sammenlignet med

sprøjtestøbning. Spåntagende bearbejdning i form af drejning,

fræsning, boring og savning kan anvendes på alle

plastmaterialer undtagen de meget bløde såsom LDPE og

blød PVC. Stansning og klipning er ikke egnet til hærdeplast,

men kan anvendes på alle termoplast undtagen de

sprøde såsom PS og PMMA. Ved mindre styktal er det ofte

økonomisk fordelagtigt at anvende spåntagende bearbejdning

frem for sprøjtestøbning. De mekaniske egenskaber er

som regel bedre og mere ensartede i en komponent fremstillet

ved spåntagning end i en sprøjtestøbt komponent.

Mere detaljerede oplysninger om egnetheden af forarbejdningsmetoder

til de forskellige plastmaterialer findes i Ref. 3,

4 og 11.

118

Sammenføjningsmetoder

Sammenføjning af to eller flere komponenter i plast bliver

nødvendig, når komponenterne af funktionsmæssige,

produktionstekniske eller økonomiske årsager ikke lader

sig fremstille i en og samme del. I visse tilfælde kan det også

være nødvendigt at sammenføje flere forskellige materialetyper.

Sammenføjningsmetoderne kan opdeles således:

• Mekanisk sammenføjning

• Svejsning

• Limning

Mekanisk sammenføjning dækker flere forskellige typer

såsom skrueforbindelser med selvskærende skruer eller

isætning af gevindbøsninger, presforbindelser, snabforbindelser

og nitning. Hver mekanisk sammenføjningsmetode

stiller krav til de plastmaterialer, som skal sammenføjes. Afhængigt

af metoden må begrænsningerne for komponentudformning

og materialevalg undersøges, og økonomi og

mekaniske forhold må afklares. Generelt kan ikke bare forskellige

typer plast sammenføjes mekanisk, men også stål til

plast, træ til plast mm. Yderligere information fås hos materialeleverandørerne.

Svejsning dækker metoder som friktionssvejsning, ultralydssvejsning,

højfrekvenssvejsning, varmeelementsvejsning

mm. Det er kun muligt at svejse termoplast, og komponenterne

skal være fremstillet af samme termoplasttype. I

visse tilfælde er det muligt at svejse forskellige plasttyper

sammen, som kemisk minder om hinanden. Afhængigt af

svejsemetoden må begrænsningerne for komponentudformning

og materialevalg undersøges, og økonomien må afklares.

Yderligere information fås hos materialeleverandører og

leverandører af svejseudstyr.

Limning kan sammenføje de fleste faste stoffer, herunder

plastmaterialerne, når korrekt limtype anvendes. Limning

kan være problematisk i forbindelse med mekanisk og termisk

belastede konstruktioner. Økonomi og begrænsninger

119

14

Mekanisk sammenføjning

Svejsning

Limning

for komponentudformningen skal undersøges i hvert enkelt

tilfælde. Yderligere information findes i (Ref. 22) samt hos leverandører

af lim.

120

Økonol11i

Et af de væsentligste mål i produktudvikling er at fremstille

et produkt med tilfredsstillende kvalitet til den lavest mulige

pris. Her kan materialeprisen naturligvis spille en væsentlig

rolle. I tabel 17.1 er angivet prisindex i kr/dm 3 for et antal

plastmaterialer.

Materialeprisen angives oftest i kr/kg. Denne enhed kan være

vildledende, når man skal sammenligne forskellige materialer.

Et bedre sammenligningsgrundlag er prisen i kr/dm 3

(literprisen), fordi der så er taget hensyn til forskelle i massefylde.

Ved grovvalg af materialer vil man ofte anvende materialernes

literpris, når man skal bedømme, hvilket materiale

der giver den billigste komponent.

Dog må man være klar over, at dette er en noget usikker

fremgangsmåde at bedømme omkostningerne på. Forarbejdningsomkostningerne

f.eks. ved sprøjtestøbning, kan variere

væsentligt fra materiale til materiale, fordi køletiden afhænger

af materialet. Ved det endelige materialevalg tages forarbejdningsomkostningerne

med i økonomiberegningerne.

Et materiale med højere E-modul eller styrke kan gøre det

muligt at anvende en mindre godstykkelse. Derved får man

et mindre materialeforbrug. Den mindre godstykkelse kan

desuden give væsentligt lavere forarbejdningsomkostninger

f.eks. kortere køletid ved sprøjtestøbning. Køletiden er proportional

med godstykkelsen i anden potens. Derfor kan et

materiale med en højere literpris i visse tilfælde give en

komponent med en lavere kostpris.

Komponentens kostpris kan groft set opdeles i materialeudgifter,

forarbejdningsudgifter og værktøjsudgifter. Materialeudgifternes

andel i kostprisen kan være stærkt varierende

afhængigt af

materialets literpris

komponentens godstykkelse

forarbejdningsudgifterne

værktøjets pris

styktallet.

121

15

Materialeprisen i kr.lkg

kan være vildledende

Forarbejdningsomkostningerne

ved sprøjtestøbning kan variere

væsentligt fra materiale til materiale

Materialeudgifternes

andel i kostprisen

For sprøjtestøbte engangsdrikkebægre i polystyren er materialeudgifterne

over halvdelen af kostprisen. Værktøjsudgifterne

pr. bæger er små p.g.a. det meget store styktal. Sprøjtestøbeudgifterne

er små p.g.a. den meget lille godstykkelse.

For sprøjtestøbte komponenter i styktal på få tusinde har

materialeudgifterne langt mindre betydning, fordi værktøjsudgifterne

pr. komponent bliver meget store.

I tabel 15.1 er det vist, hvorledes sprøjtestøbeudgifterne stiger

kraftigt med stigende godstykkelse. Det medfører, at materialeudgifternes

procentiske andel i kostprisen falder med

stigende godstykkelse. For materialer, som er billigere end

ABS i tabel 15.1 kan sprøjtestøbeudgifterne blive større end

materialeudgiften. Vedrørende beregning af sprøjtestøbeudgifter,

herunder køletider, henvises til litteraturen samt

sprøjtestøbekurser.

Tabel 15.1 Sprøjtestøbeudgifter og materialeudgifter ved forskellige godstykkelser for en 30 x 100 mm

plade i ABS. Materialepris 22 kr/kg. Maskintimepris incl. arbejdsløn = 200 kr/time. Maskine med 60 tons

lukkekraft. Tallene må kun opfattes som orienterende.

Beregnet Sprøjtestøbe- Værktøjs- Materiale- Materiale-

Godstykkelse cyklustid udgifter udgifter udgifter udgift iO/o

mm s kr kr kr af kostpris

1 4,3 0,24 0,20 0,69 61

2 9,4 0,52 0,20 1,39 66

3 18 1,00 0,20 2,08 63

4 30 1,66 0,20 2,77 60

5 45 2,50 0,20 3,47 56

6 63 3,50 0,20 4,16 53

Hvis man ønsker at beregne, hvor høj materialeprisen i

kr/dm 3 højst må være, må man først beslutte, hvor meget

komponentens kostpris højst må være. Derefter beregner eller

skønner man, hvor stor en del af kostprisen materialeudgifterne

bliver. Dette kan gøres på grundlag af udkastet til

komponenten samt skønnede og beregnede tal for styktallet,

værktøjsprisen og sprøjtestøbeudgifterne. Den maksimale

materialepris i kr/dm 3 beregnes derefter udfra materialeudgifterne

og komponentens volumen.

Når man skal foretage en nøjere vurdering af, om et materiale

er billigere at anvende end andre materialer, er man nødt

til at medtage en række yderligere omkostninger i sine beregninger,

se kapitel 1.2.

122

Vurdering af en komponents

egenskaber

En komponents egenskaber påvirkes af materiale, form og

forarbejdningsproces, og man må ikke forvente, at materialet

efter forarbejdning har samme egenskaber som udgangsmaterialet.

De materialedata, som findes i håndbøger, leverandørbrochurer,

databaser og tabeller, er opnået ved en for materialerne

ideel proces. Det er sjældent muligt at opnå så gode

resultater i industrielle produkter, når der også skal tages

hensyn til økonomien. Derfor bør man overveje processens

og formens indflydelse på materialeegenskaberne og dermed

komponentens egenskaber.

Forarbejdningsproces og form påvirker især materialets

egenskaber ved

• Termisk, mekanisk og kemisk nedbrydning

• Egenspændinger (indre spændinger)

• Orientering

• Inhomogenitet

Termisk og mekanisk nedbrydning er især aktuelle ved termoplastiske

materialer. Termisk nedbrydning foregår, når

plasten er opvarmet til temperaturer over smeltepunktet; altså

især i forbindelse med sprøjtestøbeprocessen. Nedbrydning

foregår, ved at bindinger i de lange molekyler brydes,

så kortere molekyler opstår. Desuden foregår termisk oxidativ

nedbrydning ved alle temperaturer.

Mekanisk nedbrydning er mest aktuel ved termoplastiske

materialer. Mekanisk nedbrydning foregår under sprøjtetøbning,

når plastsmelten under stort tryk og høje hastigheder

presses ind i sprøjtestøbeværktøjet. Ved for høje indsprøjtningshastigheder

bliver de lange molekyler revet over mekanisk.

Hvis der er tale om glasfiberforstærkede termoplasttyper,

ses også mekanisk nedbrydning af glasfibre. En vis mekanisk

nedbrydning ses også under opsnekning.

Kemisk nedbrydning ses i forbindelse med sprøjtestøbning

af termoplastiske materialer. Hvis materialerne ikke er tilstrækkeligt

fortørrede, således at fugt findes i materialet,

kan der ske nedbrydning ved hydrolyse.

123

16

Form

Materiale-----

Fig. 16.1

Komponentens egenskaber

afhænger af materiale, form

og proces.

Termisk og mekanisk

nedbrydning

Kemisk nedbrydning

Proces

Smelteindeks

Egenspændinger

Orientering

Isotrope egenskaber

Anisotrope egenskaber

Fig. 16.2

Uorienterede molekyler

(isotropi) og orienterede

molekyler (anisotropi).

Orienteringer har stor betydning

for en komponents mekaniske

egenskaber

Inhomogenitet

Et mål for den termiske og mekaniske nedbrydning fås ved

måling af smelteindeks på materiale før og efter forarbejdning.

En stigning i smelteindex betyder, at en del af molekylerne

er revet over under forarbejdningen.

Egenspændinger er spændinger, som opstår i materialet under

forarbejdning. Spændinger i en komponent kan omdannes

til kast, evt. ved forhøjede anvendelsestemperaturer. Resultatet

af egenspændinger kan ud over kast være reduceret

mekanisk styrke (især slagstyrke) og eventuelt brud i tilsyneladende

ubelastet tilstand (spændingsrevner). Årsagerne til

de indre spændinger er primært:

• Hurtig afkøling fra smelte til fast form

• Krystallinitetsvariationer

• Forarbejdningstryk og tider

• Orientering, inhomogenitet

Med orientering menes, at molekyler eller fibre under forarbejdning

ordner sig i en eller flere hovedretninger. En sådan

orientering vil forårsage forskellige egenskaber i forskellige

retninger af komponenten, således at f.eks. brudstyrken vinkelret

på molekylernes orienteringsretning er lavere end i

denne. En komponent, hvor der ikke findes orientering, har

isotrope egenskaber, og en komponent med orientering

har anisotrope egenskaber.

Isotropi Anisotropi

I visse konstruktioner (f.eks. håndoplagt polyester med vævet

roving) ønskes en stor orientering, mens der i andre konstruktioner

ikke ønskes orientering. Orientering har stor betydning

for en komponents mekaniske egenskaber.

Inhomogenitet kan være synlig og usynlig. En usynlig inhomogenitet

er variationer i glasfiberindholdet forskellige steder

i et glasfiberfyldt sprøjtestøbt emne. En anden, usynlig

124

inhomogenitet er lunker i sprøjtestøbte emner. Synlige inhomogeniteter

er sammenflydningslinier og luftindeslutninger

i sprøjtestøbte emner.

Det følgende er en kort gennemgang af forskellige processer

med angivelse af, hvordan de kan påvirke materialet.

Sprøjtestøbeprocessen påvirker materialet og dermed komponenten

på en lang række måder. Ud over termisk og kemisk

nedbrydning skal man være opmærksom på egenspændinger,

lunker, sugninger, molekyle- og fiberorinteringer,

sammenflydningslinier og krystallinitetsvariationer.

Ved ekstrudering ser man en stærk orientering af molekyler

og fibre i ekstruderingsretningen.' Orienteringsgraden varierer

med procesbetingelser og materiale.

Ved termoformning forarbejdes termoplastmaterialet i form

af en plade til den ønskede komp0!1entudformning. Processen

foregår under materialets smeltetemperatur. Dette giver

mindre orienteringer, hvor materialetstrækkes.

Ved håndoplægning af hærdeplast opstår luftindeslutninger

(inhomogenitet). Hvis materialet forstærkes med glasfibermåtter

eller andre typer fibre, opstår anisotropi, som normalt

udnyttes ved at man lægger fiberorienteringen optimalt

i forhold til mekaniske belastningsretninger.

Yderligere information om samspillet mellem materiale,

form og proces findes i Ref. 7, 18.

125

Forskellige processer

Sprøjtestøbning

Ekstrudering

Termoformning

Håndoplægning af hærdeplast

Tabeller

127

Tabel 17.1

Egenskaber for forskellige plasttyper Mekaniske egenskaber

Egenskab Forkortelse Elasticitets- Trækstyrke

modul (træk) (træk)

Standard ISO 1043-1 DIN 53457 DIN 53455

Enhed MPa MPa

1 Polyetylen, lav densitet PE-LD 150-600 15-22

2 Polyetylen, høj densitet PE-HD 600-1300 20-35

3 Polypropylen PP 700-1600 20-40

4 Polypropylen med 40% talkum PP-TF40 2800-5600 30-39

5 Polystyren PS 3000-3500 30-60

6 Styren/butadien (slagfast polystyren) S/B 1500-3000 20-40

7 Styren/acrylnitril SAN 3500-3800 70-80

8 Acrylnitril/butadien/styren (Middel slagstyrke) Middel sI. ABS 2300-3000 48-62

9 Acrylnitril/butadien/styren (Høj slagstyrke) Høj sI. ABS 1500-2300 36-48

10 Polyamid 6 PA6 1250-1500 35-50

11 Polyamid 66 PA66 1600-2000 55-60

12 Polyamid 11 PA 11 600-1200 42-60

13 Polyamid 12 PA 12 1200-1600 35-50

14 Polyamid 6 med 30% korte glasfibre PA 6-GF30 4000-8000 75-160

15 Stiv polyvinylchlorid Stiv PVC 1500-3500 50-75

16 Celluloseester CA, CP, CAB 500-3200 20-55

17 Polymethylmethacrylat (Acrylplast) PMMA 2700-3300 55-80

18 Polycarbonat PC 2000-2400 55-75

19 Polyphenylenoxid (Polyphenylen ether) modif. PPO/SB & PPE/SB 2000-2600 45-60

20 Polysulfon PSU 2400-2700 65-76

21 Polyethersulfon med 30% korte glasfibre PES-GF30 6500-11000 125-170

22 Polybutylenterephthalat PBT 2200-2800 50-60

23 Polyoxymetylen (Acetalplast, copolymer) paM 2700-3000 62-70

24 Polyoxymetylen (copol.) med 30% korte glasf. POM-GF30 9300-10500 125-130

25 Polyphenylensulfid med 40% korte glasfibre PPS-GF40 13500-14900 160-195

26 Polyetheretherketon PEEK 2800-4000 70-120

27 Polyetraflourethylen PTFE 700-800 20-35

28 Blød polyvinylclorid Blød PVC 16-28

29 Termoplastisk polyurethan elastomer TPU 2-600 (1 20-45 (2

30 Termoplastisk polyolefin elastomer TPO 50-700 (1 5-21 (2

31 Termoplastisk polyester elastomer TPE 40-500 (1 25-52 (2

32 Glasfiberarmeret epoxy (unidir. 65% lange glasf.) GEP 20000-40000 (3 500-800 (3

33 Phenolplast (Phenol-formaldehyd) PF 6000-16000 (3 55-80 (3

34 Carbamidplast (Urea formaldehyd) UF 6000-12000 (3 55-80 (3

35 Melaminplast (Melamin-formaldehyd) MF 6000-12000 (3 60-80 (3

36 Glasfib.arm.umæt. polyester (unidir. 65% I.glasf.) GUP 18000-35000 (3 400-600 (3

Hvis ikke andet er oplyst i tabellen er værdierne målt ved 50% relativ fugtighed og en temperatur på 20°C

Redaktører og forfattere kan ikke gøres ansvarlige for oplysninger i denne tabel.

NB betyder no break (ikke brud)

128

Brudforlæng. Poisson's Krybemodul Kritisk Tilladelig Slagstyrke Kærvslagst. Mekanisk

(træk) tal (træk) 1000 h tøjning tøjning Charpy Charpy tabsfaktor

DIN 53455 DIN 53444 (5 (langtids) , (korttids) ISO 179A ISO 179A DIN 53445

% - MPa % % K]/m 2 K]/m 2 -

500-850 0.46-0.48 50-150 3.5-4.0 NB NB 0.17

600-1000 0.40-0.46 250-400 3.0 8.0 NB 4-NB

400-900 0.35 350-650 2.0 6.0 NB 3-NB 0.07

5-20 0.35 1100-1900 17 4

2-4 0.33 2500-3100 0.3-0.5 1.8 5-24 2 0.013

20-55 1100-2700 2.0 30-NB 5-13

3-4 2400-2700 1.0 1.5 10-25 3-5

8-12 0.35-0.36 1400-1900 1.0-1.5 2.5 70-90 6-12 0.015

15-25 0.35-0.36 900-1400 1.0-1.5 2.5 NB 12-20 0.015

160-220 0.38-0.40 400-900 3.0 6.0 NB 25-NB 0.15

120-200 0.36-0.41 500-1000 3.0 6.0 NB 15-20

250-400 300-700 NB 30-40

80-240 500-800 2.5 6.0 NB 10-25

2-7 0.38-0.40 2500-6300 0.3-0.4 55-65 12-13

40-80 800-2000 0.8 NB 2-5 0.018

5-100 300-1400 50-NB 1-4

2-10 0.34 1900-2500 0.8 1.5 10-18 2 0.08

80-130 0.37-0.38 1100-1800 0.7 4.0 NB 20-35 0.008

25-60 0.28-0.38 1700-2380 0.8 2.0-4.0 NB 15-25

50-100 0.37 2000-2500 NB 4-12

2-3.5 0.40 5000-9000 0.3-0.4 26 9

80-300 0.38-0.40 1100-1600 2.0 5.0 NB 2-4

30-40 0.35 1050-1450 2.0 8.0 NB 5-10 0.014

2.5-3.5 0.35 5500-7000 0.3-0.4 1.5 30 4-5

1.0-1.8 10000-13200 12-20 6-9

10-100 2300-3740 NB 8

250-450 0.46 NB 13-15

170-400 0.37 NB 5-NB

250-600 (2 NB NB

100-500 (2 NB

100-1000 (2 22-220 NB NB

0.4-2.0 15000-35000 0.3-0.4

0.4-0.8 0.20-0.24 3500-6500 3-8 2-3 0.016

0.5-1.0 7 2

0.6-0.9 2500-5000 3-7 1-2 0.016

0.4-2.0 0.23 12000-30000 0.3-0.4

(1: Norm: DIN 53455

(2: Norm: DIN 53405

(3: Målt ved bøjning

(4: Baseret på oplysninger om modstandsevnen overfor termitter og rotter.

(5: værdierne for krybemodul er for de enkelte materialer målt ved forskellige

spændingsniveauer og er ikke direkte sammenlignelige.

129

Tabel 17.1

Egenskaber for forskellige plasttyper Termiske egenskaber

Egenskab Forkortelse Varmeformbe- UL-tempestand.,

HOT A ratur (slag)

Standard ISO 1043-1 ISO 75A UL 746 B

Enhed °C °C

1 Polyetylen, lav densitet PE-LD 35-75

2 Polyetylen, høj densitet PE-HD 65-80 50

3 Polypropylen PP 50-70 95

4 Polypropylen med 40% talkum PP-TF40 85 105

5 Polystyren PS 75-95 50

6 Styren/butadien (slagfast polystyren) S/B 70-87

7 Styren/acrylnitril SAN 98-104 50

8 Acrylnitril/butadien/styren (Middel slagstyrke) Middel sI. ABS 92-114 60

9 Acrylnitril/butadien/styren (Høj slagstyrke) Høj sI. ABS 92-114 60

10 Polyamid 6 PA6 70-85 65-105

11 Polyamid 66 PA66 70-90 75-115

12 Polyamid 11 PA 11 55 65

13 Polyamid 12 PA 12 55

14 Polyamid 6 med 30% korte glasfibre PA 6-GF30 200-210 105

15 Stiv polyvinylchlorid Stiv PVC 60-72 50

16 Celluloseester CA,CP,CAB 45-110

17 Polymethylmethacrylat (Acrylplast) PMMA 75-100 50

18 Polycarbonat PC 135-140 115-125

19 Polyphenylenoxid (Polyphenylen ether) modif. PPO/SB & PPE/SB 125 85-100

20 Polysulfon PSU 174 140-150

21 Polyethersulfon med 30% korte glasfibre PES-GF30 221 200-220

22 Polybutylenterephthalat PBT 60-80 120-140

23 Polyoxymetylen (Acetalplast, copolymer) POM 110-125 85-105

24 Polyoxymetylen (copol.) med 30% korte glasf. POM-GF30 160 85-105

25 Polyphenylensulfid med 40% korte glasfibre PPS-GF40 230 200-220

26 Polyetheretherketon PEEK 165 220-240

27 Polyetraflourethylen PTFE 130-140 180

28 Blød polyvinylclorid Blød PVC 50

29 Termoplastisk polyurethan elastomer TPU 50-120

30 Termoplastisk polyolefin elastomer TPO 85-95

31 Termoplastisk polyester elastomer TPE 75-90

32 Glasfiberarmeret epoxy (unidir. 65% lange glasf.) GEP 100-320 130-180

33 Phenolplast (Phenol-formaldehyd) PF 150 150

34 Carbamidplast (Urea formaldehyd) UF 120 100

35 Melaminplast (Melamin-formaldehyd) .MF 180-200 130

36 Glasfib.arm.umæt. polyester (unidir. 65% l.glasf.) GUP 180-260 130-160

Hvis ikke andet er oplyst i tabellen er værdierne målt ved 50% relativ fugtighed og en temperatur på 20°C

Redaktører og forfattere kan ikke gøres ansvarlige for oplysninger i denne tabel.

NB betyder no break (ikke brud)

130

Brandtekniske egenskaber

Varmeled- Termisk Specifik Bunsenbræn- Oxygenindex

ningsevne udvidelse varmekap. derprøve

DIN 52612 DIN 52328 DIN 52612 UL 94 ASTMD2863

J/m s ae IO-sI/ae kj/kg ae U. brh/M. brh U. brh/M. brh

0.33-0.36 10-20 2.0-2.3 HB/V-1 -/26

0.37-0.52 11-18 2.2-2.5 HB/V-1 -/26

0.15-0.22 6-12 1.7-2.0 HB/V-O 18-24

0.56 3-9 1.4-1.5 HB/-

0.14-0.16 6-8 1.2-1.4 HB/V-O 18/25

0.16-0.17 6-10 1.2 HB/V-2

0.15-0.20 6-8 1.2-1.4 HB/V-O

0.16-0.17 5-13 1.3-1.6 HB/V-O 18/28

0.23-0.25 8-10 1.7 V-2/V-0 25/-

0.23-0.24 7-9 1.7 V-2/V-0 25/-

0.23-0.29 10-15 1.3-1.4 HB/-

0.23-0.30 8-15 1.2-1.3 HB/-

0.28-0.33 2-3 1.5-1.8 HB/V-O 22/28

0.14-0.17 7-9 0.9-1.2 V-O/V-O 45/60

0.17-0.33 10-17 1.2-1.8 HB/V-2 -/26

0.18-0.19 5-9 1.4-1.5 HB/- 19/-

0.19-0.21 6-7 1.2-1.3 V-l/V-O 25/35

0.16-0.22 5-7 1.4 V-l/V-O 29/-

0.15-0.19 5-6 1.3 V-O/V-O 30/30

0.24 2-3 V-O/V-O

0.21-0.25 5-7 1.3 HB/V-O 23/-

0.29-0.31 8-14 1.4-1.5 HB/-

0.41 3-4 1.2 HB/-

0.28-0.29 3-4 1.0 V-O/V-O

0.25

0.25 10-12 1.0-1.1 V-O/V-O 95/95

0.13-0.17 15-21 1.3-1.7 V-O/V-O

0.19 18-21 1.8-1.9 -/V-O -/29

1.7

0.15-0.19 HB/-

0.60-0.80 1-3 0.8 V-O/- 30/-

0.13-0.30 3-5 1.3-1.7 V-1/- 28/-

0.29-0.42 5-6 1.7 V-1/-

0.29-0.42 5-6 1.7 V-O/- 36/-

0.60-1.05 1-3 1.1 HB/V-O

(1: Norm: DIN 53455

(2: Norm: DIN 53405

(3: Målt ved bøjning

(4: Baseret på oplysninger om modstandsevnen overfor termitter og rotter.

(5: værdierne for krybemodul er for de enkelte materialer målt ved forskellige

spændingsniveauer og er ikke direkte sammenlignelige.

131

Tabel 17.1

Egenskaber for forskellige plasttyper Elektriske egenskaber

Egenskab Forkortelse Volumen- Overflademodstand

modstand

Standard ISO 1043-1 ASTMD257 DIN 53482

Enhed ohm m ohm

1 Polyetylen, lav densitet PE-LD over 10 14 1013_1014

2 Polyetylen, høj densitet PE-HD over 10 14 1013_1014

3 Polypropylen PP over 10 14 ca. 10 13

4 Polypropylen med 40% talkum PP-TF40 over 10 13 ca. 10 14

5 Polystyren PS over 10 14 over 10 14

6 Styren/butadien (slagfast polystyren) S/B over 5.1015 over 10 14

7 Styren/acrylnitril SAN over 10 14 over 10 14

8 Acrylnitril/butadien/styren (Middel slagstyrke) Middel sI. ABS ca. 3.104 over 1013

9 Acrylnitril/butadien/styren (Høj slagstyrke) Høj sI. ABS ca. 3.1014 over 10 13

10 Polyamid 6 PA6 1010_1014 ca. 1010

11 Polyamid 66 PA66 1010_1014 ca. 1010

12 Polyamid 11 PA 11 ca. 10 11 ca. 10 11

13 Polyamid 12 PA 12 ca. 10 11 ca. 10 11

14 Polyamid 6 med 30% korte glasfibre PA 6-GF30 ca. 5.10 11 ca. 10 12

15 Stiv polyvinylchlorid Stiv PVC over 10 14 ca. 10 13

16 Celluloseester CA,CP,CAB 10 8 -10 14 1012_1015

17 Polymethylmethacrylat (Acrylplast) PMMA over 10 12 1013_1015

18 Polycarbonat PC over 10 14 ca. 10 15

19 Polyphenylenoxid (Polyphenylen ether) modif. PPO/SB & PPE/SB over 10 14 ca. 10 14

20 Polysulfon PSU ca. 5.1014 ca. 10 16

21 Polyethersulfon med 30% korte glasfibre PES-GF30 over 1016

22 Polybutylenterephthalat PBT over 10 13 ca. 10 14

23 Polyoxymetylen (Acetalplast, copolymer) POM ca. 10 12 1013_1014

24 Polyoxymetylen (copol.) med 30% korte glasf. POM-GF30 ca. 10 12 1013_1014

25 Polyphenylensulfid med 40% korte glasfibre PPS-GF40 ca. 10 14

26 Polyetheretherketon PEEK

27 Polyetraflourethylen PTFE over 10 15 ca. 10 17

28 Blød polyvinylclorid Blød PVC 10 9-1013 1011_1012

29 Termoplastisk polyurethan elastomer TPU 1010_1012 1012_1014

30 Termoplastisk polyolefin elastomer TPO ca. 2.1014

31 Termoplastisk polyester elastomer TPE 101L1013

32 Glasfiberarmeret epoxy (unidir. 65% lange glasf.) GEP over 10 12 ca. 5.1013

33 Phenolplast (Phenol-formaldehyd) PF 107-10 11 over 10 8

34 Carbamidplast (Urea formaldehyd) UF ca. 10 9 over 1010 ca. 8

35 Melaminplast (Melamin-formaldehyd) MF ca. 1010 over 10 8

36 Glasfib.arm.umæt. polyester (unidir. 650/0 l.glasf.) GUP 1010_1013 ca. 10 13

Hvis ikke andet er oplyst i tabellen er værdierne målt ved 50% relativ fugtighed og en temperatur på 20°C

Redaktører og forfattere kan ikke gøres ansvarlige for oplysninger i denne tabel.

NB betyder no break (ikke brud)

132

Optiske egenskaber

Dielektricitetstal Dielek. tabsfaktor Lysgennem- Brydningsved

50 Hz ved 50 Hz skinnelighed index

DINVDE 0303 DIN VDE 0303 DIN 53491

- 10 4 -

2.3-2.5 2.0-2.4 transparent-opak 1.51

2.3-2.5 2.0-2.4 translucent-opak 1.51

2.2-3.0 2.0-4.0 transparent-opak 1.5

2.8-3.3 30-60 opak

2.4-2.6 1.0-4.0 glasklar 1.58-1.59

2.4-2.6 1.0-5.0 glasklar-opak

2.6-3.4 40-50 glasklar-transparent 1.57

2.9-3.2 50-120 transparent-opak 1.52

10-20 over 2000 translucent-opak 1.52-1.53

8-15 over 2000 translucent-opak 1.52-1.53

translucent-opak 1.52-1.53

4-12 translucent-opak 1.52-1.53

10-15 300-1500 translucent-opak

3.2-4.0 100-170 glasklar-translucent 1.52-1.54

3.0-6.0 50-130 glasklar-transparent 1.47-1.50

3.4-3.8 400-600 glasklar 1.49

3.0-4.0 6-15 glasklar 1.58

2.6-3.0 4-7 opak

2.5-3.5 8-10 transparent 1.63

3.9-4.0 15-20 translucent

3.2-4.0 14-30 opak 1.55

4.0-4.4 11-40 opak 1.48

4.6-5.5 20-40 opak

4.3-5.5 25-150 opak

opak

2.1-2.3 0.5-1.0 opak 1.35

4-8 400-1000 glasklar-translucent

4-6.5 180-620 transparent-translucent

translucent

150-270 translucent

4.2-4.4 ca. 50 transparent-translucent

ca.6 ca. 1000 transparent-opak 1.63

ca. 400 transparent-opak

ca. 9 ca. 600 transparent-opak

4.6-4.8 ca. 40 transparent-translucent

(1: Norm: DIN 53455

(2: Norm: DIN 53405

(3: Målt ved bøjning

(4: Baseret på oplysninger om modstandsevnen overfor termitter og rotter.

(5: værdierne for krybemodul er for de enkelte materialer målt ved forskellige

spændingsniveauer og er ikke direkte sammenlignelige.

133

Tabel 17.1

Egenskaber for forskellige plasttyper Fysiske/kemiske egenskaber

Egenskab Forkortelse Densitet UV-bestandighed

uden/med stabi.

Standard ISO 1043-1 DIN 53479 -

Enhed 10 3 kg/m 3

1 Polyetylen, lav densitet PE-LD 0.91-0.93 dårlig/god

2 Polyetylen, høj densitet PE-HD 0.95-0.97 dårlig/god

3 Polypropylen PP 0.90-0.91 dårlig/god

4 Polypropylen med 40% talkum PP-TF40 1.21 dårlig/god

5 Polystyren PS 1.04-1.05 dårlig/middel

6 Styren/butadien (slagfast polystyren) S/B 1.04 dårlig/middel

7 Styren/acrylnitril SAN 1.8 dårlig/middel

8 Acrylnitril/butadien/styren (Middel slagstyrke) Middel sI. ABS 1.5 middel/god

9 Acrylnitril/butadien/styren (Høj slagstyrke) Høj sI. ABS 1.03-1.04 middel/god

10 Polyamid 6 PA6 1.12-1.14 dårlig/god

11 Polyamid 66 PA66 1.13-1.15 dårlig/god

12 Polyamid 11 PA 11 1.04-1.05 dårlig/god

13 Polyamid 12 PA 12 1.01-1.02 dårlig/god

14 Polyamid 6 med 30% korte glasfibre PA 6-GF30 1.36-1.37 dårlig/god

15 Stiv polyvinylchlorid Stiv PVC 1.35-1.39 middel/god

16 Celluloseester CA, CP, CAB 1.20-1.28 dårlig/god

17 Polymethylmethacrylat (Acrylplast) PMMA 1.18 meget god/meget god

18 Polycarbonat PC 1.20 middel/meget god

19 Polyphenylenoxid (Polyphenylen ether) modif. PPO/SB & PPE/SB 1.6 middel/god

20 Polysulfon PSU 1.24-1.25 dårlig/god

21 Polyethersulfon med 30% korte glasfibre PES-GF30 1.60 dårlig/god

22 Polybutylenterephthalat PBT 1.30-1.31 middel/god

23 Polyoxymetylen (Acetalplast, copolymer) paM 1.41-1.43 dårlig/middel

24 Polyoxymetylen (copol.) med 30% korte glasf. POM-GF30 1.56 dårlig/middel

25 Polyphenylensulfid med 40% korte glasfibre PPS-GF40 1.64-1.65 god/god

26 Polyetheretherketon PEEK 1.30 god/god

27 Polyetraflourethylen PTFE 2.15-2.18 meget god/meget god

28 Blød polyvinylclorid Blød PVC 1.20-1.30 dårlig/god

29 Termoplastisk polyurethan elastomer TPU 1.15-1.23 middel/god

30 Termoplastisk polyolefin elastomer TPO 0.89-1.02 dårlig/god

31 Termoplastisk polyester elastomer TPE 1.16-1.25 middel/god

32 Glasfiberarmeret epoxy (unidir. 65% lange glasf.) GEP 1.80-2.00 meget god/meget god

33 Phenolplast (Phenol-formaldehyd) PF 1.38-1.75 god/god.

34 Carbamidplast (Urea formaldehyd) UF 1.40-1.80 dårlig/dårlig

35 Melaminplast (Melamin-formaldehyd) MF 1.40-1.80 meget god/meget god

36 Glasfib.arm.umæt. polyester (unidir. 65% l.glasf.) GUP 1.80-2.00 meget god/meget god

Hvis ikke andet er oplyst i tabellen er værdierne målt ved 50% relativ fugtighed og en temperatur på 20°C

Redaktører og forfattere kan ikke gøres ansvarlige for oplysninger i denne tabel.

NB betyder no break (ikke brud)

134

Bestandighed mod

1: bestandighed, 2: betinget bestandighed, 3: ubestandighed Barriereegenskaber

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

3

1

3

2

1

2

3

2

1

2

3

2

3

2

3

2

1

2

3

1

3

2

1

2

1

3

2

3

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

3

1

2

1

2

1

2

1

2

1

co

o

2

1

2

3

1

Permeabilitetskof.

for vanddamp (folier)

g mm/m2 24h atm

5000-7000

600-900

2500-3500

30000-100000

40000-80000

30000-60000

7000-16000

4000-18000

20000-100000

30000-55000

60000-95000

40000-55000

500-2400

200000-400000

Permeabilitetskof.

for oxygen (folier

cm3 mm/m2 24h atm

150-400

25-75

65-140

100-700

800-1500

20-40

1.5-2.5

10-15

2-9

8-15

85-120

5-25

220-340

150-250

(1: Norm: DIN 53455

(2: Norm: DIN 53405

(3: Målt ved bøjning

(4: Baseret på oplysninger om modstandsevnen overfor termitter og rotter.

(5: værdierne for krybemodul er for de enkelte materialer målt ved forskellige

spændingsniveauer og er ikke direkte sammenlignelige. 135

Forarbejdningsmetoder

Forarbejdningssvind

(sprøjtest.)

O/o

1.4-4.0

2.0-5.0

1.1-2.5

0.4-1.5

0.3-0.6

0.4-0.7

0.3-0.6

0.4-0.7

0.6-1.8

1.0-2.0

0.8-1.9

0.4-1.5

0.2-1.1

0.2-0.7

0.3-0.7

0.5-0.8

0.2-004

1.2-2.5

1.9-3.0

0.6-1.6

0.15-0.3

0.5-1.2

3.0-5.0

1.0-4.5

1.0-2.0

1.5-2.5

0.9-1.6

0.4-0.9

0.6-1.4

0.5-1.5

x

(x)

x

(x)

x

(x)

x

(x)

x

(x)

x

(x)

x

(1: Norm: DIN 53455

(2: Norm: DIN 53405

(3: Målt ved bøjning .

(4: Baseret på oplysninger om modstandsevnen overfor termitter og rotter.

(5: værdierne for krybemodul er for de enkelte materialer målt ved forskellige

spændingsniveauer og er ikke direkte sammenlignelige. 137

x

(x)

x

(x)

x

Referencer

1. V. Bengtson og Bo Rydnert: »Produktutveckling - Materialval«.

IVF 80608, Sveriges Mekanforbund, Stockholm,

1980.

2. H. Fischmeister: »Materialval i mekaniska konstruktioner.

IVF 74008, Sveriges Mekanforbund, Stockholm,

1974.

3. Materialedatabasen CAMPUS.

4. B. Carlowitz: »Kunststoff-Tabellen«. Carl Hanser Verlag,

Munchen, 1986, 3. udgave.

5. »Modern Plastics Encyclopedia«, Mc Graw-Hill Inc.,

New York, ny udgave hvert år.

6. K. Oberbach:« Kunststoffkennwerte fur Konstrukteure«,

Carl Hanser Verlag, Munchen, 1980, 2. udgave.

7. Klason og Kubat, »Plaster-Materialval och Materialdata«,

Sveriges Mekanforbund, Stockholm, 1987.

8. SCS Dukadan: Friktion og slid i transportanlæg.

9. SCS Dukadan: Glidelejer.

10. G. Erhard og E. Strickle:« Maschinenelemente aus

thermoplastischen Kunststoffe, Band 1«, VDI-Verlag,

Dusseldorf, 1974.

11. SCS Dukadan: »Plastguide«.

12. Lars Hein, M. Myrup Andreasen: »Integreret produktudvikling«.

Jernets Arbejdsgiverforening, København

1985.

13. Eskild Tjalve: »Systematisk udformning af industriprodukter

- værktøjer for konstruktøren«. Akademisk

Forlag, København 1986.

139

14. Center for plastbaserede kompositmaterialer: »Metodik

for valg af plastmaterialer«. Dansk Teknologisk Instituts

Forlag, 1991.

15. Hans Jiirgen Saechtling: »International Plastics Handbook«.

Hanser Publishers, 1983.

16. »International Plastics Selector, voll and 2«.

D.A.T.A.IPS, Digest, 1988.

17. »Materialedatabasen CAPS 111«. Polydata Ltd., Irland

1987.

18. G. Schreyer: »Konstruieren mit Kunststoffe, Teil 1 und

2«. Carls Hanser Verlag, Miinchen 1972.

19. Carlos J. Hilader: »Flammability Handbook for Plastics«.

Technomic Publishing Co. 1969.

20. Raymond B. Seymour: »Plastics vs. Corrosives«. John

Wiley & Sons, 1982.

21. J. Comyn: »Polymer Permeability«. Elsevier Applied

Science, 1988.

22. Steen Hansen: »Klæbning af Plast«. Teknologisk Instituts

Forlag.

23. »Neue Konstruktionsmoglichkeiten mit Kunststoffe«,

WEKA Fachverlage, 1991.

140

Materialevalg - plast - Materials.dk

Materialevalg - plast - Materials.dk ... View more Materialevalg - plast - Materials.dk

Delete template?

Save as template ?

Materialevalg - plast - Materials.dk Materialevalg - plast - Materials.dk