Industriële Kunststoffen: belangrijkste selectiecriteria

Net als bij veel andere materialen kun je bij het zoeken naar de ideale kunststof voor een machineontwikkelingsproject het beste vroegtijdig beginnen met het proces. Zelfs als je merkt dat bepaalde aspecten en vereisten tijdens het project veranderen, is het veel gemakkelijker om de vereisten tijdens het ontwerpproces aan te passen dan weer van vooraf aan te beginnen. Vroegtijdig een expert op het gebied van kunststoffen inschakelen zal ook onnodige problemen en vertragingen helpen voorkomen. Het is de beste manier om er zeker van te zijn dat je het juiste materiaal kiest voor het beoogde doel. 

Neem bij de keuze van de ideale kunststof de tijd om uit te zoeken aan welke eisen de kunststof moet voldoen en welke speciale eigenschappen het moet hebben. Denk daarbij aan temperatuur, druk, elektrische isolatie, elektrische geleiding en chemische weerstand. Als deze eigenschappen zijn vastgesteld, zal een expert op het gebied van kunststoffen een selectie maken. In de volgende paragrafen bespreken we enkele van deze gemeenschappelijke eigenschappen en kenmerken die cruciaal zijn voor een succesvolle materiaalselectie. Wanneer je begint met het selectieproces van een kunststof voor je project, zijn er 5 essentiële factoren waarmee je rekening moet houden: temperatuur, druk, isolatie, medium en oppervlaktekwaliteit.

Temperatuur speelt een centrale rol bij het bepalen welke kunststoffen het beste geschikt zijn voor bepaalde toepassingen. Zodra de vereiste temperatuur boven de 100 ºC komt, zijn er minder mogelijkheden. Voor meer dan 300 ºC daalt dit aantal dramatisch tot slechts 2 beschikbare kunststoffen, nl. PI en PBI. Als je machine in een warme omgeving komt te staan, moet je hier ook rekening mee houden.

Thermoplasten vervormen na verloop van tijd als de druk eromheen te groot is (=zogenaamde koude vloei). Als je machine op een kunststof steun staat, is het gewicht bepalend voor het soort kunststof dat nodig is. Het is dan wellicht noodzakelijk het gebruik van een thermoplast te heroverwegen en in plaats daarvan over te schakelen op een Duroplast kunststof. Deze kunststof (hars) is chemisch vernet en versterkt, wat betekent dat het onder druk niet vervormt.

Druk beïnvloedt ook de keuze van kunststof onderdelen die in je machine gebruikt worden, omdat sommige hiervan breekbare en harde eigenschappen hebben. Voor deze onderdelen kun je het beste taai-elastische of slagvaste kunststoffen gebruiken, die niet zo gemakkelijk breken.

Er zijn 2 isolatie-eigenschappen. De 1ste is thermische isolatie. Het gaat meestal niet om het doorgeven van warmte, maar om het juist isoleren. De meeste kunststoffen zijn goede warmte-isolatoren. Het is belangrijk te onthouden dat je beter kunt opteren voor een schuimplastic met lucht wanneer je hele lage isolatiewaarden wilt bereiken, want dit zijn goede isolatoren. Wanneer lage isolatiewaarden niet belangrijk zijn, volstaat massief kunststof.

De 2de isolatie-eigenschap is elektrische isolatie. Er bestaan veel soorten kunststof voor deze categorie, maar het is een goed idee om je leverancier te laten weten of de kunststof elektrisch isolerend (ESD) of geleidend (ELS) moet zijn. In de elektrotechnische en elektronica-industrie bijvoorbeeld mag de kunststof niet statisch geladen worden als het een elektrische isolator is en moet de stroom altijd worden afgevoerd. Dit kan gecontroleerd worden met een antistatische kunststof. Heb je daarentegen een elektrisch geleidend kunststof nodig, kun je dat ook bereiken met antistatische additieven en geleidende additieven. 

Naast de mechanische techniek wordt de keuze van de soort kunststof ook beïnvloed door het te gebruiken medium in de machine . Bijvoorbeeld in de chemische industrie moet je ervoor zorgen dat de kunststof het juiste weerstandsniveau heeft. Om de chemische weerstand te verhogen kunnen additieven (zogenaamde versterkende vulstoffen) worden gebruikt of kan het tijdens de productie met een andere kunststof worden gepolymeriseerd (co-polymeer).

In de werktuigbouwkunde wordt voor onder meer slijpmachines koelolie gebruikt om de hitte tijdens het slijpen te minimaliseren. Dit zijn meestal
olie-wateremulsies, die tegelijkertijd ook een chemisch preparaat zijn dat de kunststof kan aantasten, dus je moet er zeker van zijn dat de koelolie verdragen wordt. Hetzelfde geldt voor smeeroliën en vetten. Daarom is het belangrijk rekening te houden met het effect van alle betrokken media als de machine in werking is, omdat de kunststof aangetast kan worden.

De oppervlaktekwaliteit is ook een belangrijke overweging bij je materiaalkeuze. Als je bijvoorbeeld een ponsmachine, slijpmachine of CNC-freesmachine ontwikkelt, moet je een venster installeren zodat operators in de gaten kunnen houden wat er gebeurt. Het venster kan gemakkelijk beschadigd raken door materialen als olie of puin. Om ervoor te zorgen dat het venster doorzichtig blijft, is doorzichtig kunststof beschikbaar met een harde, zogenaamde nano-coating, die ervoor zorgt dat het oppervlak van het venster beschermd is tegen krassen. 

In de machinebouw worden kunststoffen gebruikt die zowel aan EU/FDA voedsel- als farmaceutische (USP23 klasse VI, NSF 61) normering moeten voldoen. Veel fabrikanten in de machine-industrie maken ook machines of afzonderlijke onderdelen die zowel met levensmiddelen als farmaceutische stoffen in aanraking komen (bv. bij het tabletteren). Deze materialen moeten voldoen aan de conformiteit voor contact met dergelijke stoffen en daarnaast traceerbaar zijn naar de fabrikant van het polymeer. Er moet bijvoorbeeld zo snel mogelijk bekend zijn dat deze plastic onderdelen niet met koelolie CNC mogen worden bewerkt. 

De koelolie kan tot in de poriën van het plastic doordringen en daardoor is het plastic niet meer geschikt om met voedsel in aanraking te komen. Als klant moet je dus al in een vroeg stadium op de hoogte worden gebracht dat de kunststof alleen droog, zonder koelmiddel, verwerkt mag worden om de voedsel- en farmaceutische conformiteit te garanderen. Ook hier zie je dat een voorafgaande bespreking met de klant zinvol is, zodat de kunststof op een juiste manier verwerkt kan worden voor de beoogde toepassing

Tegenwoordig worden er bijna geen zuivere kunststoffen meer gebruikt. Ongeveer alle geproduceerde kunststoffen bevatten additieven om hun eigenschappen te verbeteren en deze bieden volop kansen om de toepassingsmogelijkheden van een kunststof uit te breiden. In feite bepalen additieven waarvoor een kunststof wordt gebruikt en kunnen ze worden toegevoegd om niet alleen de isolatie te beïnvloeden, maar ook de temperatuur en andere eigenschappen zoals elektrische/thermische isolatie, chemische weerstand, druk, mechanische sterkte en glij-eigenschappen/abrasie. Dit betekent dat er vaak additieven beschikbaar zijn die de eigenschappen van de kunststof kunnen veranderen om aan je behoeften op het gebied van machineontwikkeling te voldoen. 

De meeste van deze additieven zijn chemische verbindingen en stoffen die aan de kunststof worden toegevoegd:

• UV-weerstand 
• Chemische weerstand
• Thermische isolatie
• Elektrische geleidbaarheid
• Antistatisch 
• Verhoogde hardheid
• Transparantie
• Absorptie van neutronenstraling 

Een deskundige leverancier zorgt ervoor dat de geleverde kunststoffen aan alle relevante normen voldoen en produceert enkel kunststoffen die voldoen aan de behoeften van speciale toepassingen. Er is een grote verscheidenheid aan industriële normen, die per industrie en land specifieke product- en prestatie-eisen stellen. 

De belangrijkste normen voor de kunststoffenindustrie, zoals weergegeven door de British Plastics Federation (BPF), omvatten normen voor additieven, composieten, fysische eigenschappen en meer. Normbepalende instanties en organisaties die invloed hebben op de kunststoffenindustrie zijn o.a. de Vereniging van de Kunststoffenindustrie (PLASTICS), de belangengroep VDMA Plastics and Rubber Industry en de internationale Normen voor Kunststoffen door [EN/ISO/TC 61].

Duurzaamheid en kunststoffen lijken een tegenstelling, maar feit is dat de meeste kunststoffen die tegenwoordig gevonden worden, recyclebaar zijn, zelfs als ze additieven bevatten. Dit komt omdat additieven de recycleerbaarheid van kunststoffen meestal niet beïnvloeden. Zelfs als ze met vezels versterkt zijn, is recycling in principe nog mogelijk, hoewel het effect op het recyclaat aanzienlijk is. De grootste uitdaging bij het recyclen van kunststoffen is ervoor te zorgen dat ze op een juiste manier worden gesorteerd. Als bijvoorbeeld een vezelversterkte kunststof met een niet versterkte kunststof wordt gemengd, heeft dat gevolgen voor de recycling, omdat de eigenschappen van de kunststof niet kunnen worden gecategoriseerd en de mechanische kwaliteiten niet meer beschikbaar zijn. Het kost aanzienlijke moeite om kunststoffen te sorteren en is daarom (nog) niet financieel lucratief voor bedrijven. Deze situatie zal de komende jaren veranderen, wanneer er boetes, verordeningen en financiële stimulerings-maatregelen komen om meer gebruik te maken van sortering en om recycling voor de industrie winstgevender te maken, die onderdeel zijn van de Plastics Strategy van de Europese Unie.

Bij de materiaalkeuze voor de ontwikkeling van machines zal jouw leverancier van kunststoffen volledig op de hoogte zijn van de nieuwste additieven en veranderingen. Ze zullen nieuwsgierig zijn naar de vereiste eigenschappen en de toepassing waarvoor de machine ontwikkeld wordt. Zo wordt het risico verkleind dat je je aan onvoorziene problemen moet aanpassen en worden kostbare fouten vermeden.

Om er zeker van te zijn dat je de beste oplossing kiest, is het verstandig de deskundige leverancier er altijd zo vroeg mogelijk bij te betrekken. Kunststoffen zijn uiterst ingewikkeld en velen zijn zich niet bewust van het enorme aantal soorten kunststof dat beschikbaar is en ook niet van de mogelijkheden en kansen die ze bieden. Een ervaren leverancier zal snel je behoeften vaststellen en de juiste oplossing adviseren óf een reeks geschikte materialen voor je selecteren om uit te kiezen.