Plast
Från Rilpedia
- För musikalbumet av Just D, se Plast (musikalbum).
Plast är ett samlingsnamn för syntetiska eller halvsyntetiska konstruktionsmaterial bestående av organiska föreningar. Alla plaster är initialt formbara i mjukt tillstånd för att därefter hårdna. En plast består av långa molekylkedjor (polymerkedjor) bestående av sammanfogade molekylenheter (monomerer). Förutom polymeren ingår även en eller flera tillsatser som har till uppgift att tillföra plasten diverse egenskaper.
Ordet plast härstammar från grekiskans πλαστικός (plastikos), lämplig för gjutning alternativt πλαστός (plastos), gjuten.
Innehåll |
Historik
Gummi
Naturgummi har använts i tusentals år, framförallt i Sydamerika. Naturgummi är kletigt och relativt svårt att arbeta med. Dessutom håller slutprodukterna relativt låg kvalitet. Detta problem löstes på 1840-talet av amerikanen Charles Goodyear och britten Thomas Hancock då de uppfann vulkaniseringsprocessen. Genom att blanda naturgummi med svavel under högt tryck och värme skapar man ett gummimaterial med mycket bättre egenskaper än naturgummi. Anledningen till detta är att de annars lättrörliga polymerkedjorna sammanlänkas av ett par svavelatomer.
Cellulosanitrat
Den första icke-naturliga plasten var en celluloid som uppfanns 1862 av britten Alexander Parkes. Parkes döpte celluloiden (även kallat cellulosanitrat, nitrocellulosa och pyroxilin) till Parkesin (Parkesine på engelska). Cellulosanitraten liknar elfenben men är även extremt brandfarlig. Cellulosanitrat framställs genom att man nitrerar cellulosa och liknar bomullskrut. Den första mjuka filmen skapades i slutet av 1880-talet av Hannibal Goodwin och the Eastman Company och var gjord av just celluloid. Eftersom filmen består av celluloid är den också mycket brandfarlig.[1]
Bakelit
Den första syntetiska polymeren skapades först 1905 av belgaren Leo Baekeland. Materialet, som patenterades två år senare, skapas genom att fenol (C6H5OH) och formaldehyd (HCHO) kondenseras under tryck med trämjöl. Materialet som skapats, fenolformaldehyd, döptes till bakelit. [2]
På 1930-talet uppfanns framförallt två plaster; polyamid och polyetylen.
Framställning
Plast framställs alltid från en polymer som blandas med en större eller mindre mängd tillsats. Vissa plaster, såsom etenplast består nästan uteslutande av polymer medan andra kan ha uppemot 70 % tillsatser. Mjukgjord PVC har till exempel 70 % tillsats, främst i form av mjukgörare.
Polymeren i sin tur skapas genom att monomerer länkas samman till långa polymerkedjor. Sammanlänkningsprocessen, som kallas polymerisation, kan ske på två sätt; genom polyaddition eller genom polykondensation. Vid polyaddition sammanlänkas monomerer med dubbelbindningar genom att dessa bindningar sprängs och istället kopplas samman med andra monomerer. Vid polykondensation reagerar istället monomerer med minst två reaktiva grupper med varandra. Vanligtvis separeras (kondenseras) molekyler från monomererna. En vanlig reaktion är att en OH-grupp reagerar med en väteatom som därmed skapar vatten.[2]
När man tillverkar termoplastiska detaljer köper man in plast i form av granulat. Granulatet smälts, formas och tillåts stelna innan man får fram den färdiga detaljen. Sätten att forma plasten skiljer sig beroende på material, geometri och önskade egenskaper. Vanliga tillverkningsmetoder är formsprutning, gjutning, strängsprutning (extrudering) och vakuumformning.
Strängsprutning
Vid strängsprutning fylls granulat i en tratt som leder ner till en cylinder med en archimedesskruv i. Archimedesskruven matar långsamt fram granulatet som successivt smälter i den värmda cylindern. Varvtalet och temperaturen styr hur snabbt maskinen kan arbeta. I änden av cylindern sitter ett munstycke monterat som smältan tvingas igenom för att därefter stelna.
Egenskaper
Plasters egenskaper styrs till största delen av vilken struktur polymerkedjorna har. Kedjorna kan bestå av en eller flera sorters monomerer och benämns då homopolymerer respektive sampolymerer. Polymerkedjorna kan vara linjära, grenade eller ha nätstruktur. Förutom kedjestruktur spelar kedjornas inordning i materialet en viktig roll. En polymer med ordnad, symmetrisk struktur kallas kristallin eller delkristallin medan en polymer med ostrukturerade molekyler kallas amorf. En (del)kristallinstruktur är tätare packad och styvare än en amorf struktur. För att en polymer skall ha möjlighet att kristallisera måste den ha en regelbunden konfiguration, vara rörlig och kunna packas tätt. En polymer kan inte bli helt kristallin vilket är anledningen till att man ibland kallar polymerer med kristallin struktur för delkristallina. Vanligtvis upptar den kristallina fasen cirka 20 - 70 % av vikten men vissa polymerer, såsom acetalplast, kan med rätt bearbetning kristallisera upp till cirka 90 %. Kristallina plaster är alltid opaka till skillnad från amorfa plaster som är helt eller delvis transparenta (förutsatt att de inte fägats).
Man skiljer ofta mellan två huvudtyper av plaster - termoplaster och hårdplaster. Termoplaster består av linjära eller grenade polymerkedjor som smälter vid hög temperatur och stelnar när de kyls. Härdplaster består av ett tätt tvärbundet nätverk av polymerkedjor som stelnar vid tillverkningen och därefter inte kan fås att bli flytande igen genom uppvärmning.
Tillsatser
Plastmaterial består alltid av en polymer samt en eller flera tillsatser (ibland kallat för engelskans additive). Polymeren utgör grunden till plastmaterialet medan tillsatserna oftast tillför olika egenskaper såsom: armering, brandskydd, färgning, isolering, mjukgörare, stabilisering, volym- eller densitetsförändring.
Armeringsmaterial
En vanligt förekommande tillsats är armeringsmaterial som förbättrar plastens mekaniska egenskaper. Den vanligaste armeringen är glasfiber men man använder även andra material som exempelvis aluminiumoxid, borfiber och nanometertjocka kolfiber.
Brandskyddstillsatser
Eftersom plaster (nästan uteslutande) görs av olja utgör plaster en brandfara. I många tillämpningar måste man därför höja plastens antändningstemperatur och minska brandbenägenheten på bekostnad av ett sprödare material. Detta görs med hjälp av rätt stora mängder brandskyddsmedel i form av t.ex. aluminiumtrihydrat, antimontrioxid, borföreningar, fosfatestrar eller klorerade paraffiner. Dessa tillsatser är giftiga och utvecklar giftiga gaser vid brand. [3]
Färgämnen
Färgämnen används inte bara för att ge produkten ett attraktivt utseende utan även för att förhindra försprödning av plaster som är känsliga för ultraviolett strålning. Färgen eller pigmentet förhindrar då att strålningen kan tränga in i plasten.
Isolatorer
Plaster är bra på att isolera elektricitet men kan laddas upp med statisk elektricitet. Det främsta skälet till att förhindra detta är att statisk elektricitet attraherar dammpartiklar.
Mjukgörare
Mjukgörare gör ett hårt och styvt material mjukare genom att sänka materialets glastemperatur under användningstemperaturen. Det finns många olika typer av mjukgörare, såsom: svårflyktiga, högmolekylära eller lågmolekylära föreningar. Föreningarna är lösningsmedel som lätt kan avdunsta ur materialet om temperaturen avviker från avsedd arbetstemperatur.
Stabiliseringsmedel
Stabiliseringsmedel används för att förbättra en plasts termiska eller kemiska egenskaper. Tillsatsen kan till exempel fungera som antioxidant, ultraviolett stabilisator eller värmestabilisator. Färgämnen som ska förhindra ultraviolett strålning är ett stabiliseringsmedel.
Densitets eller volymsförändrande tillsatser
Densitets eller volymsförändrande tillsatser gör exempelvis att man kan skapa en plast med cellstruktur men det kan även vara tillsatser som ämnar förändra materialets styvhet.
Användningsområden
Plastmaterial har tack vare sin lätta vikt möjligheten att gjutas i många olika former, det kan användas till det mesta, till exempel burkar av olika slag, möbler, plastpåsar, bilinredning och köksredskap.
Livsmedelsförpackningar
Speciella regler gäller för plastmaterial som kommer i kontakt med livsmedel. Få tillsatser är tillåtna eftersom dessa har en benägenhet att med tiden tränga ut ur plasten. Det är en av anledningarna till att plaster i kontakt med livsmedel kommer i få icke-naturliga färger, dvs. transparent eller vitt. Svart är den klart vanligaste färgen eftersom den svarta färgen görs av kol som är ofarligt för människor.
Återvinning
I takt med ett växande sopberg har plaståtervinning införts. Det mest effektiva ur miljöhänsyn är att återanvända produkten. Exempel på detta är att handel av begagnade bildelar av plast. Av de plaster som tillverkas är termoplaster de plaster som enklast kan materialåtervinnas eftersom dessa plaster återgår till polymerer när de smälts. Det är därför som i stort sett enbart termoplaster materialåtervinns idag. Ett problem med materialåtervinning är att det finns så många olika plasttyper och dessutom så många olika kvaliteter av de olika plasterna. Dessutom är många produkter förorenade av till exempel matrester eller olika typer av tillsatser. Därför gör man ofta enklare produkter av återvunnen plast. Vanligt är plastbackar, plastpallar och vägskyltar. Vissa produkter ingår i returpantsystem för att garantera att kvaliteten på plasten. Flaskor av polyetylentereftalat (PET) materialåtervinns i stor utsträckning tack vare att kvaliteten garanteras av pantsystemet. När det gäller härdplaster har man dock inte ännu hittat någon tillfredsställande metod för att återvinna dessa material. En av få metoder att materialåtervinna härdplaster kallas pyrolys men i likhet med alla andra metoder att försöka materialåtervinna härdplast så är pyrolys dyr och energikrävande. I stort sett alla plaster energiåtervinns dock genom förbränning som utvinner energi i form av elektricitet och värme.
Det börjar utvecklas fler och fler plaster som inte är baserade på olja utan t.ex. majsstärkelse. Dessa kan brytas ner naturligt genom t.ex. kompostering. Oljebaserade plaster kan förvisso också brytas ner av naturligt av exempelvis uv-strålning men då till dess ursprung; oljebaserade monomerer.
Några vanliga plaster
| Plastgrupp | Kemisk beteckning | Förkortning | Handelsnamn | Plasttyp | Tg | Tm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Akrylplast | Polymetylmetakrylat | PMMA | Bonoplex, Perspex, Plexiglas, | Amorf termoplast | ~105 °C | |
| Amidplast | Polyamid | PA | Kevlar, Nylon, Zytel | Delkristallin termoplast | ~35-50 °C | ~180-265 °C |
| Epoxiplast | Epoxi | EP | Araldite, Epokite, Epotuf | Härdplast | ||
| Etenplast | Polyeten | PE | Alkathene, Marlex, Surlyn, Dyneema, | Delkristallin termoplast | ~-120 °C | ~105-140 °C |
| Fenolplast | Fenolformaldehyd | PF | Bakelit, Fluosite, Peracite | Härdplast | ||
| Fluorplast | Polytetrafluoreten | PTFE | Algoflon, Fluon, Teflon | Högkristallin termoplast | ~170-325 °C | |
| Propenplast | Polypropen | PP | Amoco, Novolen, Vestolen | Delkristallin termoplast | ~-10 °C | ~165 °C |
| Styrenplast | Polystyren | PS | Carinex, Hostyrene, Styropor | Amorf termoplast | ~100 °C | |
| Uretanplast | Polyuretan | PUR | Bayfill, bayflex, Urepan | Tvärbundet | ~-30 °C | |
| Vinylkloridplast | Polyvinylklorid | PVC | Breon, Mipolam, Vestolit | Amorf termoplast | ~80 °C |
Se även
Noter
- ↑ [http://www.websters-online-dictionary.org/ce/celluloid.html Celluloid, Webster's Online Dictionary, Internet: 1 februari 2009
- ↑ 2,0 2,1 McCrum, Buckley and Bucknall (1997) Principles of Polymer Engineering, Oxford Science Publications: Storbritannien
- ↑ Salamone, Joseph (1996) Polymeric Materials Encyclopedia, Taylor & Francis Ltd, Storbritannien
Referenser
- Becker & Bertilsson (2000) Polymera material - kompendium, Institutionen för polymera material, Chalmers tekniska högskola: Göteborg
- Callister (1997) Materals Science and Engineering - An Introduction, John Wiley & Sons, Inc: USA
- Klason & Kubàt (1978) Plaster - materialval och materialdata, Sveriges verkstadsindustrier: Stockholm
Externa länkar
- Wikimedia Commons har media som rör Plast
- http://www.alltomplast.se/
- KonstruktörsLotsen, om material och tillverkningsmetoder
