Två plastdetaljer kan se nästan identiska ut men fungera helt olika i praktiken. Den ena behåller formen, klarar belastningen och håller under många års användning. Den andra kan spricka, deformeras, ändra mått eller få en yta som inte motsvarar kraven.
Skillnaden behöver inte ligga i själva tillverkningsprocessen. Ofta börjar den redan vid valet av plastmaterial.
Plast är inte ett enskilt material utan en stor grupp material med olika mekaniska, termiska och kemiska egenskaper. Valet mellan exempelvis ABS, polyamid, polypropen, polykarbonat och POM påverkar därför betydligt mer än materialkostnaden. Det sätter i praktiken ramarna för vilken kvalitet som går att uppnå i den färdiga produkten.
Kvalitet börjar med produktens funktion
Det finns inget plastmaterial som är bäst i alla situationer. Ett material som fungerar bra i en kåpa för elektronik kan vara direkt olämpligt i en kugghjulskomponent, tätning eller detalj som utsätts för kemikalier.
Materialvalet behöver därför utgå från vad produkten faktiskt ska klara.
Några grundläggande frågor är:
- Vilka mekaniska belastningar utsätts detaljen för?
- Vilket temperaturintervall ska den fungera inom?
- Kommer den i kontakt med vatten, oljor, rengöringsmedel eller andra kemikalier?
- Finns krav på snäva toleranser?
- Ska detaljen användas inomhus eller utomhus?
- Hur viktig är ytfinish, färg och transparens?
- Hur länge förväntas produkten hålla?
- Vilken tillverkningsmetod ska användas?
Ju tidigare de frågorna besvaras, desto mindre är risken att ett material väljs utifrån en enskild egenskap medan andra viktiga krav förbises.
Styrka och styvhet är inte samma sak
En vanlig utgångspunkt vid materialval är hur hög belastning plasten klarar. Men mekanisk kvalitet handlar om mer än maximal hållfasthet.
Styvhet beskriver hur mycket materialet deformeras när det belastas. Slagseghet beskriver i stället hur väl det klarar plötsliga stötar utan att spricka. Ett styvt material behöver alltså inte vara särskilt slagtåligt, och ett segt material kan samtidigt vara relativt flexibelt.
Det blir viktigt i konstruktionen.
En skyddskåpa kan behöva tåla slag och därför gynnas av ett segt material. Ett kugghjul, lagerläge eller en precisionsdetalj kan i stället behöva hög styvhet och god dimensionsstabilitet för att behålla sin geometri under belastning.
Kvalitet innebär i det här sammanhanget inte högsta möjliga värde på ett datablad. Det innebär att materialets egenskaper stämmer med detaljens funktion.
Temperaturen förändrar plastens egenskaper
Plastmaterial reagerar generellt tydligare på temperaturförändringar än metaller. En detalj som fungerar utmärkt vid rumstemperatur kan därför bete sig annorlunda bredvid en motor, inne i en maskin eller utomhus under vintertid.
När temperaturen stiger kan materialet bli mjukare och förlora styvhet. Vid låga temperaturer kan vissa plaster i stället bli sprödare och känsligare för slag.
Även måtten påverkas eftersom plast expanderar och krymper med temperaturen.
För en enkel kåpa behöver detta inte vara avgörande. För en komponent där passning, tätning eller rörelse mellan två delar är viktig kan temperaturintervallet däremot vara en central del av kvalitetskravet.
Det räcker därför inte att fråga vilken temperatur plasten klarar utan att också undersöka vilka egenskaper den behåller vid den aktuella temperaturen.
Fukt kan ändra både mått och mekaniska egenskaper
Vissa plastmaterial tar upp mer fukt från omgivningen än andra. Polyamider är ett vanligt exempel.
När materialet absorberar vatten kan både dimensioner och mekaniska egenskaper förändras. En detalj kan alltså ha ett visst mått direkt efter tillverkning och ett annat efter att den har befunnit sig en längre tid i normal luftfuktighet.
För produkter med generösa toleranser har förändringen ofta liten praktisk betydelse. I precisionsdetaljer kan den däremot påverka passningar, lagerlägen, glapp och monterbarhet.
Materialets fuktkänslighet behöver därför vägas in redan när toleranser och mätmetoder bestäms. Annars finns risken att en detalj uppfyller ritningen vid en kontroll men inte fungerar som tänkt efter en tids användning.
Kemikalier kan ge skador som inte syns direkt
En plastprodukts kvalitet avgörs också av den miljö där den ska användas.
Oljor, lösningsmedel, syror, alkalier, rengöringsmedel och andra kemikalier påverkar olika plaster på olika sätt. Ett material kan vara mycket resistent mot en typ av kemikalie men känsligt för en annan.
Problemen behöver inte heller visa sig direkt. Kemisk påverkan kan med tiden leda till exempelvis sprickbildning, svällning, missfärgning eller försämrade mekaniska egenskaper.
En komponent i en maskin kan därför fungera mekaniskt men ändå få förkortad livslängd eftersom materialet inte är kompatibelt med smörjmedlet eller rengöringskemikalierna i anläggningen.
Vid materialval bör man därför bedöma den verkliga användningsmiljön och inte bara produktens huvudsakliga funktion.
Materialet påverkar hur stabila måtten blir
För detaljer med snäva toleranser blir dimensionsstabilitet särskilt viktig.
Plast krymper när den svalnar efter formning, men krympningen är inte lika stor för alla material. Den kan dessutom vara olika i olika riktningar och påverkas av bland annat detaljens geometri och tillverkningsprocessen.
Även efter tillverkningen kan måtten förändras genom temperaturväxlingar, fuktupptagning och långsamma förändringar i materialstrukturen.
Det innebär att en mycket snäv tolerans på ritningen inte automatiskt leder till en mer exakt produkt. Kravet måste vara realistiskt i förhållande till materialet, detaljens geometri och tillverkningsmetoden.
Det är en av anledningarna till att materialval, konstruktion och toleranssättning bör hanteras tillsammans i stället för som separata frågor.
Armering kan förbättra vissa egenskaper – och förändra andra
Grundmaterialet är bara en del av bilden. Många tekniska plaster finns i varianter som är förstärkta med exempelvis glasfiber.
Glasfiber kan öka både styvhet och hållfasthet betydligt och göra det möjligt att använda plast i komponenter där ett oförstärkt material skulle bli för flexibelt.
Men förstärkningen förändrar också materialets beteende.
Fiberriktningen som uppstår under exempelvis formsprutning kan göra egenskaperna riktningsberoende. Krympningen kan bli olika i olika riktningar och därmed öka risken för skevhet om detaljens konstruktion och process inte är anpassade efter materialet.
Ett förstärkt material är därför inte automatiskt ett bättre material. Det är bättre när just de egenskaper som förstärkningen ger behövs och när konstruktionen tar hänsyn till konsekvenserna.
Ytfinish och utseende börjar också i materialvalet
För konsumentprodukter, kåpor, paneler och synliga maskinkomponenter är kvalitet inte bara en fråga om hållfasthet och toleranser. Ytan spelar också stor roll.
Olika plastmaterial ger olika förutsättningar för exempelvis:
- glans och ytstruktur
- transparens
- infärgning
- reptålighet
- lackering och tryck
- synlighet av sammanflödeslinjer och andra formningsspår
Ett material kan alltså uppfylla alla mekaniska krav och ändå vara olämpligt om produkten ställer höga visuella krav.
Material och ytkrav bör därför diskuteras innan verktyg och process fastställs. Att försöka lösa fel materialval med efterbearbetning blir ofta både dyrare och mer komplicerat.
Tillverkningsmetoden måste passa materialet
En plastprodukts slutliga kvalitet bestäms inte bara av materialets egenskaper i färdigt tillstånd. Materialet måste också fungera i den process där produkten ska tillverkas.
Vid formsprutning spelar exempelvis smältans flödesegenskaper stor roll. En tunnväggig eller geometriskt komplicerad detalj kan kräva ett material som fyller formen på ett stabilt sätt.
Vid maskinbearbetning ur plastskiva eller stång blir andra egenskaper viktiga. Värmeutveckling, inre spänningar och materialets styvhet kan påverka både bearbetning och slutmått.
Ett material med attraktiva egenskaper på databladet kan därför ändå vara ett dåligt val om det gör produktionen instabil eller kräver ett processfönster som är svårt att hålla.
En robust tillverkningsprocess är i sig en viktig del av produktkvaliteten.
Återvunnet material ställer krav på kontroll
Andelen återvunnen plast ökar i många produkter. Det kan minska användningen av jungfrulig råvara, men innebär också att materialets kvalitet och ursprung behöver kontrolleras noggrant.
För vissa produkter är variationer i färg eller mekaniska egenskaper relativt okritiska. För andra krävs betydligt bättre kontroll över exempelvis materialsammansättning, föroreningar och förändringar mellan olika materialpartier.
Samma resonemang gäller egentligen även jungfruliga material. Om en produkt är beroende av specifika egenskaper bör materialet specificeras tydligt i inköp och produktion.
Att enbart skriva exempelvis ”PA”, ”PP” eller ”ABS” ger begränsad information. Olika kvaliteter inom samma materialfamilj kan ha tydligt olika egenskaper.
Materialvalet behöver göras tillsammans med konstruktionen
Ett vanligt problem uppstår när konstruktionen färdigställs först och materialet väljs därefter.
I plastkonstruktion hänger de två frågorna nära samman.
Godstjocklek, ribbor, radier, snäppförband, infästningar och toleranser kan behöva utformas olika beroende på material. En konstruktion som fungerar bra i ett material går därför inte alltid att flytta direkt till ett annat utan förändringar.
Ett materialbyte som ser enkelt ut i inköpslistan kan påverka:
- detaljens styvhet
- krympning och mått
- verktygsinställningar
- formfyllnad
- ytfinish
- montering
- livslängd
Därför bör ett materialbyte hanteras som en teknisk förändring, särskilt när detaljen har en kritisk funktion.
Så minskar man risken för fel materialval
Ett bra materialval börjar med en tydlig kravbild. I stället för att först välja plast och därefter kontrollera om den fungerar är det bättre att definiera vilka egenskaper produkten faktiskt behöver.
Ta framför allt hänsyn till:
- mekanisk belastning och önskad styvhet
- slag och vibrationer
- högsta och lägsta användningstemperatur
- fukt och kemisk exponering
- krav på mått och toleranser
- UV-ljus och utomhusmiljö
- ytfinish och estetiska krav
- tillverkningsmetod och produktionsvolym
- förväntad livslängd
- krav på återvunnet innehåll och materialets spårbarhet
När kraven är tydliga blir det lättare att jämföra material på rätt grunder.
Det viktigaste är alltså sällan att hitta plasten med högst hållfasthet, lägst pris eller bäst värde på en enskild egenskap. En plastprodukt får hög kvalitet när material, konstruktion, tillverkningsprocess och användningsmiljö är anpassade till varandra.
Det arbetet börjar långt innan den första detaljen lämnar maskinen.
