Kunststoftechnologie
I. Kunststofmaterialen
Polymeren
Elastomeren Thermoharders
Amorf Kristallijn
1 THERMOPLASTEN
Bij verwarmen zullen thermoplasten plastisch vervormen, zonder chemische veranderingen. Dit
proces van vast worden en weken is reversibel.
Bij het kiezen van een geschikt solvent gaan deze polymeren in oplossing.
Moleculaire structuur: vertakte en lineaire ketens.
1. Wanorde
a. = amorf
b. Glashelder voorkomen
c. Kleine krimp
d. Gemakkelijke verwerking
2. Deels geordend
a. = deels kristallijn; polymeren zijn steeds deels kristallijn en kunnen maar voor
97% kristallijn zijn.
b. Opaak tot melkachtig
c. Grotere krimp
d. Moeilijke verwerking
1
, Amorfe thermoplasten Semi-kristallijne thermoplasten
Het amorfe deel in het semi-kristallijn
Bij lage T, geen ketenmobiliteit. gedraagt zich als een totaal amorf
Materiaal is hard, stijf en bros. Vaak polymeer
doorzichtig Kristallijne deel heeft 2
Bij opwarmen gaan ketens verder aggregatietoestanden: vaste fase en
uiteen liggen. Materiaal wordt vloeibare fase. Overgang gaat via Tm
elastisch vervormbaar. Ketens blijven Bij lage temperatuur: glastoestand.
tov elkaar liggen = rubbertoestand Mechanische eigenschappen zelfde
Materiaal verkeert in de visco- als amorf in glastoestand
elastische toestand. Boven Tg: amorf gaat in
Tg = glastransitietemperatuur: rubbertoestand. Door de sterke
overgang van harde vaste toestand intermoleculaire interacties gaan de
naar elastische ketens, opgesloten in kristalrooster,
Verder verwarmen geeft ketens niet in rubber en blijven onbeweeglijk
grotere mobiliteit - smelten tot aan het smeltpunt van de
Tv = vervloeiingstemperatuur kristallen Tm
rubber-vloeistofovergang Gebied tussen Tg en Tm heeft een
Verder opwarmen zal het polymeer hogere stijfheid en sterkte dan de
degraderen = ontledingstemperatuur totale amorfe. Materiaal niet meer
To transparant maar doorschijnend.
Plastic is taai en leerachtig (schokken
Amorfe polymeren voor gebruiksvoorwerpen opvangen) en niet meer bros. Hier
hebben hun Tg boven kamertemperatuur, kennen de polymeren hun
zodat ze in glastoestand verkeren. Boven Tg toepassingsgebied
kan het materiaal worden vervormd. Bij Tm verdwijnt alle samenhang, en
Verwerking van de kunststoffen gebeurt boven polymeer wordt viskeuze vloeistof.
Tv. Amorfe fase heeft zijn Tv
overschreden
1.1 THERMOHARDERS
Harde, brosse, 3D sterk vernette polymeren. Door
temperatuursverhoging kunnen ze niet gesmolten of
plastisch vervormd worden tot op zekere hoogte
temperatuurbestendig. Boven een bepaalde T zullen ze
verkolen. Ze lossen in geen enkel solvent op.
2
,1.2 GEVULKANISEERDE RUBBERS/ ELASTOMEREN
Het oorspronkelijk thermoplasten die na vulkaniseren, met zwavel, een licht vernette structuur
krijgen = wijdmazig 3D-netwerk. Ze vetonen rubbereigenschappen. Bij te sterke
temperatuurverhoging gaan ze verkolen of ontbinden. Ze lossen niet op maar zullen zwellen.
1.3 ALGEMENE KUNSTSTOFEIGENSCHAPPEN
Eigenschappen hangen af van type polymeer en de chemische opbouw. Binnen eenzelfde
polymeer kunnen uiteenlopende eigenschappen voorkomen op basis van:
Structuur
Ketenopbouw
Ketenlengte
Oriëntatie ketens
Vochtgehalte
Eigenschappen kunnen bijgestuurd worden door toevoegen van additieven of door het maken
van mengsels.
Voor vernette polymeren zijn de soort bruggen & dichtheid van de mazen van belang.
1. Mechanische eigenschappen
Modulus, sterkte en breukrek bij belasting zijn uiteenlopend en niet vergelijkbaar met klassieke
materialen zoals metalen.
Bij belasting over langere termijn dienen kruip (vervloeien onder cte belasting), spanningsrelaxatie
en vermoeiing te bekeken worden.
Zie grafiek getekend onderaan p7
3
, 2. Fysische eigenschappen
Lage dichtheid
Tm = smeltpunt, Tg = glastransitietemperatuur, en empirirsche verwekingspunt =
temperatuur waarbij een teststaafje onder bepaalde belasting gaat doorbuigen =
HDT = Heat Deflection Temperature
Het is ook de temperatuur waarbij een naald onder bepaalde belasting in het
materiaal dringt = vicat punt
Hoge elektrische, thermische en akoestische isolatie
Uitzettingscoëfficiënt hoog (hoger dan staal)
Lage tot hoge permeabiliteit voor water en gassen
Inkleurmogelijkheden
Gevaar voor migratie
3. Chemische eigenschappen
Ongevoelig voor corrosie en verdunde waterige oplossingen van zuren, basen en
zouten.
Niet bestand tegen organische solvents, zuurstof, UV en thermische veroudering
(oxidatie)
Brandbaar. Kan brandvertragend gemaakt worden door toevoegen van derivaten of
halogenen.
Verwerkbaarheid: polymeren hebben een gemakkelijke verwerkbaarheid. De instel-paramaters
voor de machines worden bepaald door viscositeit van de smelt en door reologische
karakteristieken (MMg en MMg-distributie).
Melt Flow Index = polymeer
verwarmen en kijken hoeveel
polymeer (massa) in 10 minuten door
een gekende capillaire grootte loopt.
Druk en T zijn constant.
Bv.:
MFI 4 = 4g polymeer per 10min
MFI 10 = 10g polymeer per 10min
MFI 10 heeft de laagste viscositeit.
Belangrijk voor verwerking.
Andere eigenschappen: kunststoffen zijn milieuvriendelijk door hun zuinigheid qua grondstoffen
en energie, en mogelijkheid tot recyclage.
Materiaaltesten: noodzaak aan constructiemateriaal. Testen van metalen overnemen is niet goed
genoeg omdat ze anders reageren dan klassieke materialen. Er zijn grote foutenmarges op de
testen.
4
,POLYOLEFINEN/ POLYALKENEN
STRUCTUURFORMULES KENNEN
1.4 POLYETHEEN
Meest verkocht
Kristalliseerbaar thermoplast, nooit amorf
Onsplitsbaar in dichtheden: LDPE, HDPE, … eigenschappen verwant met dichtheid en massa
Eigenschappen:
Bij een lage dichtheid veel vertakkingen lage kristalliniteit laag smeltpunt = LDPE
Bij een hoge dichtheid weinig vertakkingen hoge kristalliniteit hoog smeltpunt = HDPE
Bij eenzelfde moleculairgewicht, kan de kristalliniteit variëren: hoe hoger %K, hoe bestendiger
aan lage temperaturen (diepvriesproducten).
Hoe hoger het moleculairgewicht, hoe bestendiger aan lage temperaturen. Hoe hoger MG, hoe
moeilijker de verwerking.
Bij smeltpunt volledig amorf.
Mechanische eigenschappen:
Afhankelijk van het productieproces en de vertakkingen.
%K stijgt krimp stijgt stijgende weerstand tegen kruip = temperatuur afhankelijk
Bij hoge dichtheid wordt het materiaal minder soepel en verlaagt de weerstand aan herhaalde
buiging.
Een verhoging van temperatuur geeft een verlaging van kristallijne deel, waardoor het polymeer
bij smeltpunt amorf zal worden.
HDPE grotere krimp
hard, minder soepel
bestendig aan lage
temperaturen
Veroudering als gevolg van Uv-licht en zuurstof.
HDPE versus PP grotere krimp en kruip
betere krasweerstand
zelfde stijfheid
Kunnen amorfe kruip hebben? Nee, minder gevoelig. Hoe hoger de kristallisatiegraad, hoe meer
kruip. Temperatuur zal dus de kruip beïnvloeden.
KRUIP = blijvende vervorming van materiaal wanneer het gedurende een lange tijd aan constante
belasting werd blootgesteld.
LDPE (versheidsfolie) hoge scheursterkte
sterker en taaier
doorstootweerstand
groot temperatuur gebied
PE heeft een grote polymerisatiegraad waardoor de slagsterkte beter is, maar de verwerking
moeilijker. Bij extrusie enkel PE met laag MG.
5
, Fysische eigenschappen Chemische eigenschappen
Reukloos thermische en fotochemische oxidatie
smaakloos inert tegen chemicaliën: behalve KWS
vettig aanvoelen spanningscorrosie: afhankelijk van MMG en
doorzichtig, doorschijnend of opaak dichtheid
fysiologisch inert stress-cracking vermijden door hoge MMG,
kristalliseren snel, na afkoelen onder Tm coploymeren en blends
goede isolator
brandbaar
lasbaar
permeabiliteit: waterdamp gering, gassen
hoog
%K afhankelijk van: druk, dichtheid en aantal
vertakkingen
Verwerking:
1. Spuitgieten
Belangrijk voor verwerking is MFI , die omgekeerd evenredig is met de viscositeit. Kleine MFI,
hoge MMG.
Bij injectie moet men letten op krimp, kromtrekken, scheuren en barsten, en ingevroren
spanningen. Een smalle MMg-distributie is gunstig voor krimp, impactweerstand en
koudebestendig.
Bv.: emmers, wasmanden, bierkratten
2. Extrusievormblazen
Men gebruikt een brede MMg-distributie. De oriëntatie van de HDPE-ketens in de smelt komt de
stabiliteit ten goede.
Bv.: kano, melkflessen
3. Blaasfolie
Voornamelijk voor LDPE. Dunne glasheldere en stijvere films worden bekomen door hogere
afnamesnelheden. De georiënteerde film is krimpfolie. De lichte folie wordt gebruikt als broodzak.
4. Extrusiecoating
Zeer vloeibaar LDPE
6
I. Kunststofmaterialen
Polymeren
Elastomeren Thermoharders
Amorf Kristallijn
1 THERMOPLASTEN
Bij verwarmen zullen thermoplasten plastisch vervormen, zonder chemische veranderingen. Dit
proces van vast worden en weken is reversibel.
Bij het kiezen van een geschikt solvent gaan deze polymeren in oplossing.
Moleculaire structuur: vertakte en lineaire ketens.
1. Wanorde
a. = amorf
b. Glashelder voorkomen
c. Kleine krimp
d. Gemakkelijke verwerking
2. Deels geordend
a. = deels kristallijn; polymeren zijn steeds deels kristallijn en kunnen maar voor
97% kristallijn zijn.
b. Opaak tot melkachtig
c. Grotere krimp
d. Moeilijke verwerking
1
, Amorfe thermoplasten Semi-kristallijne thermoplasten
Het amorfe deel in het semi-kristallijn
Bij lage T, geen ketenmobiliteit. gedraagt zich als een totaal amorf
Materiaal is hard, stijf en bros. Vaak polymeer
doorzichtig Kristallijne deel heeft 2
Bij opwarmen gaan ketens verder aggregatietoestanden: vaste fase en
uiteen liggen. Materiaal wordt vloeibare fase. Overgang gaat via Tm
elastisch vervormbaar. Ketens blijven Bij lage temperatuur: glastoestand.
tov elkaar liggen = rubbertoestand Mechanische eigenschappen zelfde
Materiaal verkeert in de visco- als amorf in glastoestand
elastische toestand. Boven Tg: amorf gaat in
Tg = glastransitietemperatuur: rubbertoestand. Door de sterke
overgang van harde vaste toestand intermoleculaire interacties gaan de
naar elastische ketens, opgesloten in kristalrooster,
Verder verwarmen geeft ketens niet in rubber en blijven onbeweeglijk
grotere mobiliteit - smelten tot aan het smeltpunt van de
Tv = vervloeiingstemperatuur kristallen Tm
rubber-vloeistofovergang Gebied tussen Tg en Tm heeft een
Verder opwarmen zal het polymeer hogere stijfheid en sterkte dan de
degraderen = ontledingstemperatuur totale amorfe. Materiaal niet meer
To transparant maar doorschijnend.
Plastic is taai en leerachtig (schokken
Amorfe polymeren voor gebruiksvoorwerpen opvangen) en niet meer bros. Hier
hebben hun Tg boven kamertemperatuur, kennen de polymeren hun
zodat ze in glastoestand verkeren. Boven Tg toepassingsgebied
kan het materiaal worden vervormd. Bij Tm verdwijnt alle samenhang, en
Verwerking van de kunststoffen gebeurt boven polymeer wordt viskeuze vloeistof.
Tv. Amorfe fase heeft zijn Tv
overschreden
1.1 THERMOHARDERS
Harde, brosse, 3D sterk vernette polymeren. Door
temperatuursverhoging kunnen ze niet gesmolten of
plastisch vervormd worden tot op zekere hoogte
temperatuurbestendig. Boven een bepaalde T zullen ze
verkolen. Ze lossen in geen enkel solvent op.
2
,1.2 GEVULKANISEERDE RUBBERS/ ELASTOMEREN
Het oorspronkelijk thermoplasten die na vulkaniseren, met zwavel, een licht vernette structuur
krijgen = wijdmazig 3D-netwerk. Ze vetonen rubbereigenschappen. Bij te sterke
temperatuurverhoging gaan ze verkolen of ontbinden. Ze lossen niet op maar zullen zwellen.
1.3 ALGEMENE KUNSTSTOFEIGENSCHAPPEN
Eigenschappen hangen af van type polymeer en de chemische opbouw. Binnen eenzelfde
polymeer kunnen uiteenlopende eigenschappen voorkomen op basis van:
Structuur
Ketenopbouw
Ketenlengte
Oriëntatie ketens
Vochtgehalte
Eigenschappen kunnen bijgestuurd worden door toevoegen van additieven of door het maken
van mengsels.
Voor vernette polymeren zijn de soort bruggen & dichtheid van de mazen van belang.
1. Mechanische eigenschappen
Modulus, sterkte en breukrek bij belasting zijn uiteenlopend en niet vergelijkbaar met klassieke
materialen zoals metalen.
Bij belasting over langere termijn dienen kruip (vervloeien onder cte belasting), spanningsrelaxatie
en vermoeiing te bekeken worden.
Zie grafiek getekend onderaan p7
3
, 2. Fysische eigenschappen
Lage dichtheid
Tm = smeltpunt, Tg = glastransitietemperatuur, en empirirsche verwekingspunt =
temperatuur waarbij een teststaafje onder bepaalde belasting gaat doorbuigen =
HDT = Heat Deflection Temperature
Het is ook de temperatuur waarbij een naald onder bepaalde belasting in het
materiaal dringt = vicat punt
Hoge elektrische, thermische en akoestische isolatie
Uitzettingscoëfficiënt hoog (hoger dan staal)
Lage tot hoge permeabiliteit voor water en gassen
Inkleurmogelijkheden
Gevaar voor migratie
3. Chemische eigenschappen
Ongevoelig voor corrosie en verdunde waterige oplossingen van zuren, basen en
zouten.
Niet bestand tegen organische solvents, zuurstof, UV en thermische veroudering
(oxidatie)
Brandbaar. Kan brandvertragend gemaakt worden door toevoegen van derivaten of
halogenen.
Verwerkbaarheid: polymeren hebben een gemakkelijke verwerkbaarheid. De instel-paramaters
voor de machines worden bepaald door viscositeit van de smelt en door reologische
karakteristieken (MMg en MMg-distributie).
Melt Flow Index = polymeer
verwarmen en kijken hoeveel
polymeer (massa) in 10 minuten door
een gekende capillaire grootte loopt.
Druk en T zijn constant.
Bv.:
MFI 4 = 4g polymeer per 10min
MFI 10 = 10g polymeer per 10min
MFI 10 heeft de laagste viscositeit.
Belangrijk voor verwerking.
Andere eigenschappen: kunststoffen zijn milieuvriendelijk door hun zuinigheid qua grondstoffen
en energie, en mogelijkheid tot recyclage.
Materiaaltesten: noodzaak aan constructiemateriaal. Testen van metalen overnemen is niet goed
genoeg omdat ze anders reageren dan klassieke materialen. Er zijn grote foutenmarges op de
testen.
4
,POLYOLEFINEN/ POLYALKENEN
STRUCTUURFORMULES KENNEN
1.4 POLYETHEEN
Meest verkocht
Kristalliseerbaar thermoplast, nooit amorf
Onsplitsbaar in dichtheden: LDPE, HDPE, … eigenschappen verwant met dichtheid en massa
Eigenschappen:
Bij een lage dichtheid veel vertakkingen lage kristalliniteit laag smeltpunt = LDPE
Bij een hoge dichtheid weinig vertakkingen hoge kristalliniteit hoog smeltpunt = HDPE
Bij eenzelfde moleculairgewicht, kan de kristalliniteit variëren: hoe hoger %K, hoe bestendiger
aan lage temperaturen (diepvriesproducten).
Hoe hoger het moleculairgewicht, hoe bestendiger aan lage temperaturen. Hoe hoger MG, hoe
moeilijker de verwerking.
Bij smeltpunt volledig amorf.
Mechanische eigenschappen:
Afhankelijk van het productieproces en de vertakkingen.
%K stijgt krimp stijgt stijgende weerstand tegen kruip = temperatuur afhankelijk
Bij hoge dichtheid wordt het materiaal minder soepel en verlaagt de weerstand aan herhaalde
buiging.
Een verhoging van temperatuur geeft een verlaging van kristallijne deel, waardoor het polymeer
bij smeltpunt amorf zal worden.
HDPE grotere krimp
hard, minder soepel
bestendig aan lage
temperaturen
Veroudering als gevolg van Uv-licht en zuurstof.
HDPE versus PP grotere krimp en kruip
betere krasweerstand
zelfde stijfheid
Kunnen amorfe kruip hebben? Nee, minder gevoelig. Hoe hoger de kristallisatiegraad, hoe meer
kruip. Temperatuur zal dus de kruip beïnvloeden.
KRUIP = blijvende vervorming van materiaal wanneer het gedurende een lange tijd aan constante
belasting werd blootgesteld.
LDPE (versheidsfolie) hoge scheursterkte
sterker en taaier
doorstootweerstand
groot temperatuur gebied
PE heeft een grote polymerisatiegraad waardoor de slagsterkte beter is, maar de verwerking
moeilijker. Bij extrusie enkel PE met laag MG.
5
, Fysische eigenschappen Chemische eigenschappen
Reukloos thermische en fotochemische oxidatie
smaakloos inert tegen chemicaliën: behalve KWS
vettig aanvoelen spanningscorrosie: afhankelijk van MMG en
doorzichtig, doorschijnend of opaak dichtheid
fysiologisch inert stress-cracking vermijden door hoge MMG,
kristalliseren snel, na afkoelen onder Tm coploymeren en blends
goede isolator
brandbaar
lasbaar
permeabiliteit: waterdamp gering, gassen
hoog
%K afhankelijk van: druk, dichtheid en aantal
vertakkingen
Verwerking:
1. Spuitgieten
Belangrijk voor verwerking is MFI , die omgekeerd evenredig is met de viscositeit. Kleine MFI,
hoge MMG.
Bij injectie moet men letten op krimp, kromtrekken, scheuren en barsten, en ingevroren
spanningen. Een smalle MMg-distributie is gunstig voor krimp, impactweerstand en
koudebestendig.
Bv.: emmers, wasmanden, bierkratten
2. Extrusievormblazen
Men gebruikt een brede MMg-distributie. De oriëntatie van de HDPE-ketens in de smelt komt de
stabiliteit ten goede.
Bv.: kano, melkflessen
3. Blaasfolie
Voornamelijk voor LDPE. Dunne glasheldere en stijvere films worden bekomen door hogere
afnamesnelheden. De georiënteerde film is krimpfolie. De lichte folie wordt gebruikt als broodzak.
4. Extrusiecoating
Zeer vloeibaar LDPE
6
