KUNSTSTOFTECHNOLOGIE KSTE 1.2 Herhaling Soorten kunststoffen en globale kenmerken en verwerkingstechnieken

Onderwerpen college 1.2 Belangrijkste polymeren (kort) Belangrijkste verwerkingstechnieken & -kenmerken (kort)

polyetheen (PE) LDPE: 1933, Fawcett, ICI HDPE: 1947, Ziegler Thermoplast, bulkpolymeer

polyetheen (PE) PE is een vrij zacht een taai, semi-kristallijn polymeer dat momenteel in een aantal hoofdtypen voorkomt: LDPE (dichtheid 0.92), HDPE (dichtheid 0.95) en recenter, LLDPE (0.92-0.95) en UHMWPE. De stijfheid neemt toe met toenemende dichtheid. Alle typen verliezen geleidelijk hun stijfheid bij temperatuurverhogingen en smelten bij resp. 105 tot 130 °C. Voornaamste toepassingen: normaal goedkope producten zoals verpakkingsfolie, zakken, buizen, emmers, kratten, flessen etc.

polypropeen (PP) 1957, Natta, Montecasini Thermoplast, bulk- en engineeringpolymeer (glasgevuld)

polypropeen (PP) PP lijkt op PE doch is iets harder en stijver dan HDPE. Het is eveneens kristallijn en smelt bij 165 °C. De slagsterkte laat bij lagere temperatuur te wensen over. PP wordt daarom voor veel toepassingen gemodificeerd met een weinig rubber (meestal ingebouwd als copolymeer). Voornaamste toepassingen: verpakkingsfolie, vezels, kratten, buizen, auto-onderdelen (dikwijls met versterkende vulstoffen als glasvezels).

polystyreen (PS) 1937 Thermoplast, bulkpolymeer

polystyreen (PS) PS is een amorf, zeer bros, hard polymeer met een verwekingspunt van ca. 90 °C. Verbetering van de slagsterkte wordt bereikt door mengen of copolymeriseren met rubber (meestal butadieen-rubber), echter ten koste van de stijfheid. Dit zgn. slagvast PS (High Impact Polystyreen (HIPS)) vindt zijn weg in koffiebekertjes, huishoudelijke artikelen etc. De taaiheid van PS kan ook worden verhoogd door biaxiaal verstrekken. De resulterende plaat/folie is glashelder, uitermate taai, en vindt veelvuldig toepassingen als verpakkingsmateriaal. Veruit de grootste toepassing van ongemodificeerd PS is als schuim (het bekende ‘piepschuim’ voor verpakking en warmte-isolatie).

polyvinylchloride (PVC) 1936 Thermoplast, bulkpolymeer

polyvinylchloride (PVC) Polyvinylchloride is een hard, amorf polymeer dat bij omstreeks 85 °C verweekt. Ook aan PVC worden wel bepaalde soorten rubber toegevoegd om de slagsterkte te verbeteren. Voornaamste toepassingen: buizen, dakgoten, gevelpanelen, kabels, flessen. Een veel zachter en flexibeler materiaal krijgt men door menging met weekmakers: week gemaakt, zacht of geplastificeerd PVC. Dit wordt toegepast voor stoffering (kunstleer) en kleding (bv lakjas) maar ook voor slangen, schoeisel, folies etc.

polyamide “nylon” (PA) Thermoplast, engineering polymer

polyamide “nylon” (PA) PA: Verzameling polymeren, die in ketenopbouw verschillen, en die naar het aantal opeenvolgende koolstofatomen in de keten, onderscheiden worden als PA-6, PA-6,6, PA-11, PA-4,6 en PA-12. Aanvankelijk alleen als vezel toegepast hebben de polyamiden een vaste plaats verworven onder de constructie-plastics. Polyamiden zijn kristallijne polymeren met vrij hoge smeltpunten (tussen 200 °C en 300 °C). Hierdoor behouden ze hun vaste-stof eigenschappen tot vrij hoge temperaturen, hoewel hun, toch al niet zo hoge stijfheid, bij verwarming snel daalt. Ze hebben een uitstekende slagsterkte, mede dankzij het water dat ze in ettelijke gewichtsprocenten absorberen vanuit de atmosfeer. Verder maken een goede slijtageweerstand en een lage wrijving de nylons zeer geschikt voor technische toepassingen, onder andere in lagers en tandwielen. Dikwijls wordt nylon versterkt met korte glasvezels om de stijfheid te verhogen.

polycarbonaat (PC) 1957, Fox, GE Thermoplast, engineering polymer

polycarbonaat (PC) PC is tot ca. 140 °C, een amorf glasachtig transparant polymeer met uitstekende mechanische eigenschappen. Vooral de slagsterkte is uitzonderlijk hoog. Dit maakt PC enerzijds geschikt voor glas vervangende toepassingen, anderzijds voor een lange reeks technische, metaal vervangende toepassingen. Bij deze laatste geeft uiteraard, versterking met korte glasvezels, verdere uitbreidingsmogelijkheden. Een zwak punt is de lage weerstand tegen spanningscorrosie in contact met een aantal organische verbindingen.

acrylonitril butadieen styreen (ABS) 1948 Thermoplast, engineering polymer

acrylonitril butadieen styreen (ABS) ABS is soms een terpolymeer van de 3 in de aanduiding genoemde monomeren, doch meestal een mengsel van twee copolymeren. ABS munt uit in een hoge slagsterkte, een hogere temperatuur resistentie (verwekingspunt ca 110 °C) en een slechts iets geringere stijfheid dan PS. Het heeft een uitermate fraaie finish en wordt op grote schaal toegepast in de automobielindustrie, in speelgoed, bureaumachines, TV kasten, telefoons etc.

poly(ethyleen terephtelaat) (PET) 1944 Thermoplast, engineering polymer

poly(ethyleen terephtelaat) (PET) PET behoort tot de polyesters en wordt, evenals nylon, op grote schaal als textielvezel gebruikt. Daarnaast vindt het in toenemende mate toepassingen als kunststof en wel in folies, flessen (de PET fles!) en spuitgietartikelen. Hoewel de stijfheid bij de 70 °C snel afneemt, behoudt het als kristallijn polymeer tot ca. 255 °C zijn vaste-stof karakter.

Verwerkingsprincipe bij thermoplasten Verwarmen om “vloeibare” toestand te verkrijgen. Vormgeving. Fixeren van de verkregen vorm (afkoelen). Grondstof Poeder/granulaat Vormgeven A (+ B+C+etc) smelten warmte fixeren Hoge viscositeit dus hoge drukken Lage warmtegeleiding: dus verwarmen & wrijving Langzaamste stap

Verwerkingsprincipe bij thermoplasten Het getoonde, vereenvoudigde schema van vast-vloeibaar-vast is niet zo gemakkelijk uit te voeren als het eruit ziet. Allereerst speelt de lage warmtegeleiding van polymeren een rol. Hierdoor is opwarmen een langzaam proces als de warmte van buitenaf moet worden toegevoerd. Versnellen van het opwarmen vindt vaak plaats door wrijvingswarmte. Afkoelen daarentegen laat zich niet bespoedigen en is vaak de langzaamste stap in het hele proces. Tweede moeilijkheid is de hoge viscositeit van vloeibare polymeren. Hierdoor zijn drukken nodig van 500-1500 bar om de plastische massa met een aanvaardbare snelheid te laten stromen. Derde moeilijkheid is het gedrag van het polymeer. Kristallijn versus amorf Opbouw en interacties Krimpgedrag, om maar een paar te noemen

Typische vormgevingsprocessen thermoplasten Injection 32% Extrusion 36% Blowing 10% Calandering 6% Coating 5% Compression 3% Powder 2% Other 6%

Typische vormgevingsprocessen thermoplasten Vacuüm/plaat vormen Extrusie Flesblazen Persen Extrusie wordt gebruikt voor de fabricage van platen en profielen van thermoplastisch materiaal. Bv. profielen voor raamkozijnen, buizen, tochtstrips en dakgoten. Variant op extrusie is flesblazen. Bij fles- of extrusieblazen worden holle voorwerpen gemaakt: flessen, potten, jerrycans Kalanderen toegepast voor het vervaardigen van folies. Alleen geschikt voor polymeren met een uitgesproken rubbertraject, zoals pvc, ps, ABS en natuurlijk rubber. Toepassingen: folies Spuitgieten is een veelgebruikte techniek voor de fabricage van complexe kleine tot grote producten uit thermoplasten. Bij de productie worden veel functies geïntegreerd om zoveel mogelijk nabewerkingen en montagebehandelingen overbodig te maken. De technologie is zo goed ontwikkeld dat de meest complexe vormen kunnen worden gefabriceerd met een hoge graad van detaillering. Voorbeelden zijn legio en variëren van medicijncapsule tot tuinstoel, van deurkruk tot vliegtuigstoel. Met vacuümvormen kunnen open voorwerpen worden gemaakt, zoals koffiebekertjes, lichtkoepels of de binnenkant van een koelkast. Nat warm persen wordt doorgaans toegepast bij massafabricage van zowel eenvoudige als complexe, kleine tot middelgrote producten, bv serveerbladen, contactdozen of serviesgoed. Nat koud persen wordt vaak gebruikt bij de fabricage van eenvoudige middelgrote producten uit vezelversterkte kunststof waarbij geen hoge eisen worden gesteld aan maatnauwkeurigheid of mechanische eigenschappen. Voorbeelden zijn bootrompen en bassins. Smeltspinnen wordt toegepast voor de vervaardiging van vezels en draden Spuitgieten Smeltspinnen Kalanderen

Literatuur Polymeren van keten tot kunststof, vijfde druk, A.K. van der Vegt, L.E Govaert (VSSD, ISBN90-71301-48-6): Hoofdstuk 1: Inleiding en polymeren Hoofdstukken 10 en 11: Verwerkingstechnieken.