23948sdkhjf

Plasten som gjør biler bedre

| Av Redaksjonen | Tips redaksjonen om en historie

Biler, vindmøller og sportsutstyr bruker gjerne deler i fiberforsterket plast, blant annet fordi de er så lette og sterke. Nå vet vi mer om hvordan plasten oppfører seg.

Forsterket termoplast er et lett, sterkt og anvendelig materiale. Komponenter i fiberforsterket plast kan typisk sitte i støtfangeren på en bil, i vindmølleblader eller sportsutstyr.

Les også: Henter industri hjem igjen

Plastmaterialet kan bli sterkere ved å tilsette glassfiber. For å beregne hva det tåler av strekk, trykk, støt og krasj må vi vite hvordan materialene ser ut på innsiden. Nå vet vi mer.

Petter Holmstrøm er stipendiat ved Institutt for konstruksjonsteknikk ved NTNU. Hans ferske doktorgradsarbeid gir ny kunnskap til bilindustrien og alle andre som støper fiber-armert plast som skal tåle store påkjenninger.

De korte glassfibrene som brukes i forsterket termoplast er som ørsmå pinner. De er 0,1 til 1 mm lange og 15 milliondels meter tykke. Jo bedre kontroll du har på dem når du støper plasten, desto sterkere komponenter kan du lage.

Mye av Holmstrøms arbeid handler om å øke forståelsen av den mekaniske oppførselen til materialet, altså evnen det har til å tåle belastning.  

Les også: TOMRA viste fram sin sirkulære produksjon

– Dette må vi ha kontroll på når materialet brukes i lastbærende komponenter, understreker han.

I tillegg handler avhandlingen om hvordan vi kan representere materialet i numeriske simuleringer.

For bilindustrien er det også viktig å utnytte at fiberarmerte polymerer er mindre stive og har lavere styrke enn for eksempel stål.

Nyere biler er designet slik at energien i en påkjørsel skal tas opp av støtfangeren i stedet for kroppen til fotgjengeren. Jo mer kreftene kan spres, dess mindre skade på den som utsettes for ulykken. Dette taler til fordel for plastmaterialer.

Les også: Masse plastavfall fra oppdrettsnæringen

Alt dette kan simuleres med dataprogrammer, så lenge vi har gode modeller for hvordan vi kan representere det fiberarmerte materialet.

Holmstrøm er den første, og så langt den eneste stipendiaten, ved NTNU SIMLab (Structural Impact Laboratory) som har gitt seg i kast med å evaluere materialmodeller for fiber-forsterket termoplast.  Avhandlingen hans er på nærmere 400 sider. 

Bruken av termoplast forsterket med korte fibre i lastbærende komponenter er forholdsvis ny. Det brukes til å erstatte metaller, for å gjøre biler eller andre konstruksjoner lettere, samtidig som styrken er ivaretatt.

Når fibre støpes inn i plasten, blir den stivere, sterkere og sprøere. Den injiseres som en oppvarmet væske, og kan fylles i enhver tenkelig form.

Les også: Plast i fokus på generalforsamlngen

Dermed er polymerer egnet til forming av geometrisk kompliserte deler. Støpte polymerer har også fordelen at én komponent kan erstatte noe som tidligere bestod av fem-seks deler. For industrien, ikke minst bilindustrien, gjelder det å krympe vekt, tidsbruk og pris i tillegg til å øke fleksibiliteten når de designer.

Så langt har ikke industrien vært særlig opptatt av anisotropi i plasten, som betyr at materialet har ulike egenskaper i ulike retninger. Men Holmstrøm har gjort strekktester som viser at plasten kan være dobbelt så stiv og dobbelt så sterk i lengderetningen, som når den strekkes i bredden.

– Dette bør industrien ta med i betraktning, mener stipendiaten.

– Når en plastdel er designet for å ta last i samspill med andre deler, må du kunne simulere oppførselen under belastning, forklarer han. Materialets oppførsel må beskrives matematisk i en materialmodell. Denne kunnskapen er det bilindustrien vil ha, og som resten av industrien også trenger.

Les også: Satser på plastfrie brødposer

– Kan du ikke simulere, kan du ikke bruke materialet – med mindre vi snakker om et kjøkkenredskap, slår Holmstrøm fast.

Når flytende plast injiseres og strømmer gjennom støpeformen, bestemmes orienteringen til hver enkelt fiber av strømningsbetingelsene, eller retningene på den flytende plastmassen.

STØPT: Petter Holmstrøms prøvestykker er støpt i fiberarmert polypropylen og polyamid. FOTO: SØLVI W. NORMANNSEN, NTNU

Se for deg tømmerstokker som flyter ned en strømmende elv. Hastigheten, styrken i strømmen og retningen til vannet avgjøres av dybde, steiner eller andre hindringer. Der hindringene ligger tett og blir for store, kan stokkene vase seg sammen.

I en enkel 3 millimeter tykk og flat plate, er det lite hindringer og fibrene vil fordele seg noenlunde jevnt. Til tross for den enkle geometrien får materialet en tydelig lagdeling, noe som også forklarer den anisotropiske oppførselen.

I en mer sammensatt komponent, som for eksempel en del til en støtfanger, er det annerledes. Her er det krinkler og kroker som hindrer støpe-strømmen.  Det kaotiske strømningsmønsteret gjør at fibrene, akkurat som tømmerstokkene, klumpe seg sammen i en ball eller konsentrere seg i ett område.

Prøvestykkene Petter Holmstrøm har brukt er i fiberarmert polypropylen og polyamid.

De korte glassfibrene er 15-20 ganger stivere enn polymeren de støpes inn i.  Holmstrøm har gjort brukt røntgen-mikroskopi for å se innsiden av materialet.

Røntgenbildene viser myriader av ørsmå, tynne pinner fordelt i tilsynelatende fullt kaos på langs, kryss og tvers. I dette kaoset har han laget statistikk på hvordan fibrene fordeler seg, retningen de ligger i og vinklene de ligger i forhold til hverandre.

Dette er viktig kunnskap, fordi materialets evne til å tåle påkjenninger avgjøres av hvordan fibrene ligger i den støpte komponenten.

Holmstrøm har fulgt den sedvanlige SIMLab-oppskriften. Den går, enkelt sagt, ut på å ødelegge for å beskytte. Forskjellige typer prøvestykker er strukket i ulike retninger og resultatene er grundig dokumentert.

– Lasten er påført kvasi-statisk og monotonisk. Det vil si at vi drar sakte én vei til prøvestykket ryker. Rask belastning gir ofte en høyere motstand i materialet.

Resultatene fra eksperimentene brukes som utgangspunkt for å lage en materialmodell som beskriver oppførselen. Deretter brukes modellen i simuleringer for å se om det er samsvar med fysiske forsøk.

For industrien er det en kjempeutfordring at samtidig som fibrenes orientering avhenger av støpeprosessen, avhenger de mekaniske egenskapene av fibrenes orientering. For å få en effektiv designprosess burde de først simulere støpeprosessen, for så å overføre informasjon om fibrenes orientering til styrkesimuleringer.

– Dette er fullt mulig å gjøre i dag, men slike metoder er foreløpig ikke i særlig grad tatt i bruk av industrien, ifølge stipendiaten.

Dermed blir det vanskelig å vite i forkant hvor vi får en ugunstig fordeling av fibrene i et produkt.

– Helheten er det som betyr noe. Den svakeste sonen gir etter. Når du designer noe handler det om ikke å ha svake soner, gitt belastningen materialet blir utsatt for, sier Holmstrøm.

Gode modeller kan spare industrien for både tid og store penger.

Kilde: An experimental and numerical study of the mechanical behaviour of short glass-fibre reinforced thermoplastics.

Mer om: NTNU | Plast
Kilde: Gemini.no/NTNU
Hold deg oppdatert med PlastForum NO
Er du abonnent? Become a subscriber

Med et abonnement får du ubegrenset adgang til nettavisen. Read the newspaper online

Kommentarer (0)
Forsiden akkurat nå

Samarbeider for å minske globalt avfall

LO og Virke vil ha fokus på sirkulær økonom

Saltprodusent fjerner plasten

Kongsvinger-bedrift fyller 50 – går mot rekordår

Fra fossil til bio-basert med HMF

Hallingplast AS vant Sivaprisen 2019

Nyhetsbrev

Ny veileder om reduksjon av plast

Online Newspaper Archive

Store muligheter for bedrifter som bruker forskning

Avduket kjempe-plastkrabbe

Silikon: Et materiale man kan stole på

Roper varsko om mikroplast i klær

Panteordningen feirer 20 år med rekord

Ukens vits: Tidlig helg

Bli med Plastforum til K messen!

Tradisjonen tro opprettholder Plastforum fellesreisen til K messen i Düsseldorf i oktober.

Europas største, sprøytestøpte detalj?

Vil samarbeide med næringslivet for å redusere engangsartikler av plast

Polet innfører pant på plastflasker

Korte syklustider

Skreddersydd bionedbrytbar PC

Plastdebatt på Plastteknik: - Hvordan løser man plastproblemene?

Festos pneumatiske griper lærer via AI

Ukens vits: Urettferdig oppsigelse

Norsk plastforslag får store konsekvenser

Må kutte 260 jobber

Ukens vits: Førerhund

Ukens vits: Det politiske galehuset

Ukens vits: Holdbar til…

- Sprukne mobilskjermer snart kun et minne

Ukens vits: Ekstra fridag

Se alle Bedriftenes egne nyheter

Plus Pack: Involvering av de ansatte ga suksess med ny UR-robotarm

WITTMANN robotar: Stor... Större... WX193!

Roboter fra Universal Robots med synssystem for matindustrien

Fleksibel UR10 fra Universal Robots øker produksjonen med robotikk i Orkla Foods Sverige i Kumla

Norner er nå representert i Danmark

Uppstart av ännu en Herbold tvättlinje för plastfilm

Universal Robots kommer til Grimstad

Samarbeidende roboter har for alvor gjort sitt inntog i mindre produksjonsbedrifter

Norner styrker sitt fotavtrykk av polymer FoU-tjenester.

Besøk oss på Control 2019!

Universal Robots: Beregne ROI og tilbakebetalingsperiode for en cobot-investering

Astrup lagerfører hardforkrommet stempelstang og sylinderrør

B-Loony Ltd. øker produktiviteten og reduserer kostnadene med Universal Robots

Møt Norner på K 2019: En verden av pionerer

Astrup AS kan nå tilby smidde emner i en rekke kvaliteter og utførelser

Besøk oss på Control 2019 i Stuttgart!

Astrup har blant annet karbonstål på menyen til påske!

ZEISS utvider seg!

Verktøymakeren AS - 20 år

Ny medlem i vår kollaborativa familj! Liten robot, mer lyftkraft!

Fagdag Obocastulan

Besøk oss på Control 2019 i Stuttgart

Punktering av fem myter om samarbeidende roboter

Prøv den populære barrierekalkulatoren

FANUC’s 450 tons helelektriska formspruta kommer till Europa

Send til en kollega

0.135