Zakaj nekatere plastike trajajo dolgo, druge pa se hitro starajo in razpokajo, čeprav so vse iz plastičnih materialov? (1)
Zakaj nekatere plastike trajajo dolgo, druge pa se hitro starajo in razpokajo, čeprav so vse iz plastičnih materialov?
Plastika je verjetno eden od materialov, s katerimi se stikamo vsak dan. Plastike za mineralno vodo, posode za hrano za s seboj, ovitki za telefone, ohišja vtičnic, ovoji kablov, notranjost avtomobilov, ohišja gospodinjskih aparatov, tesnila, cevi in embalažne folije – plastiko najdemo skoraj povsod. Vendar mnogi ljudje nimajo zelo ugodnega vtisa o plastiki.
Ko gre za plastiko, so splošna mnenja takšna: poceni, krhka, sčasoma nagnjena k krhkosti in staranju pod vplivom sončne svetlobe. Nekatere celo porumenijo, postanejo lepljive in oddajajo čudne vonjave.
Ti pojavi obstajajo. Vendar bi bilo poenostavljanje sklepati, da »vse plastike nimajo trajnosti«. Plastika ni en sam material, temveč široka družina materialov. Razlike med različnimi plastikami so veliko večje, kot si mnogi ljudje mislijo. Čeprav se vse imenujejo plastika, so nekatere izdelane za enkratno uporabo, nekatere za avtomobilske komponente, nekatere za zobnike in ležaje, nekatere za medicinske pripomočke, tretje pa lahko celo dolgoročno delujejo v okoljih z visokimi temperaturami, močno korozijo in zahtevami po električni izolaciji.
Zato pravo vprašanje ni, ali je plastika trpežna, temveč:
Kakšna vrsta plastike se uporablja?
Je bil modificiran z dodatki?
Ali je proizvodni postopek ustrezen?
Ali delovno okolje presega meje delovanja materiala?
V tem članku bomo začeli z vprašanjem: Zakaj so nekatere plastike zelo trpežne, druge pa se hitro starajo in razpokajo?
I. Plastika ni en sam material, temveč cela družina materialov.
V vsakdanjem življenju se na številne predmete običajno sklicujemo preprosto kot na "plastika". V znanosti o materialih pa plastika zajema širok spekter različnih vrst.
PE (polietilen): pogosto se uporablja za folije, pokrovčke steklenic, cevi in embalažne materiale.
PP (polipropilen): se pogosto uporablja v posodah za živila, komponentah gospodinjskih aparatov, avtomobilskih delih in vsakodnevnih potrebščinah.
PVC (polivinilklorid): običajno se uporablja za cevi, kabelske plašče, talne obloge in profile.
ABS: uporablja se za ohišja gospodinjskih aparatov, igrače in dele notranjosti avtomobilov.
PC (polikarbonat): ima odlično prosojnost in visoko odpornost proti udarcem, primeren za prozorne komponente in zaščitne dele.
PA (poliamid, znan tudi kot najlon): se ponaša z dobro trdnostjo in odpornostjo proti obrabi, pogosto se uporablja za zobnike, ležaje in mehanske komponente.
POM (polioksimetilen): nudi visoko togost in odpornost proti obrabi, idealen za dele preciznih menjalnikov.
TPU (termoplastični poliuretanski elastomer): prožen in odporen proti obrabi, široko uporabljen za ovitke za telefone, materiale za obutev, kable in fleksibilne cevi.
Vse te materiale splošna javnost običajno imenuje "plastika", vendar se njihove lastnosti drastično razlikujejo. Nekateri so mehki, drugi togi. Nekateri prenesejo nizke temperature, drugi pa visoke. Nekateri so prozorni, drugi neprozorni. Nekateri so odporni na olje, drugi pa so občutljivi na topila. Nekateri so primerni za uporabo v zaprtih prostorih, drugi pa lahko dlje časa služijo na prostem.
Zato pri presoji zanesljivosti plastične komponente prvi korak ni preverjanje, ali je izdelana iz plastike, temveč natančna določitev vrste plastike in scenarija uporabe, v katerem se bo uporabljala.
II. Zakaj se plastika stara?
Staranje plastike se v bistvu nanaša na spremembe, ki se pojavijo v strukturi materiala med uporabo. Te spremembe lahko sprožijo svetloba, toplota, kisik, vlaga, kemikalije, mehanske obremenitve, izvirajo pa lahko tudi iz pogojev obdelave in zasnove formulacije. Po staranju se lahko pri plastiki pojavijo naslednji pojavi: krhkost in razpoke, porumenelost, kredanje, lepljivost, strjevanje, mehčanje, izguba trdnosti, površinska matiranost in dimenzijska deformacija. Osnovni vzroki za te simptome niso enaki.
1. Sončna svetloba in UV-sevanje povzročata krhkost plastike
Mnogi zunanji plastični deli so občutljivi na dolgotrajno izpostavljenost sončni svetlobi. Ultravijolično sevanje sončne svetlobe pospešuje fotooksidacijske reakcije v nekaterih polimernih materialih, kar sproži cepitev molekularnih verig in strukturne spremembe. Vidne manifestacije vključujejo bledenje, rumenenje, kredanje površine in zmanjšano trdnost, kar sčasoma vodi v krhkost in razpoke.
To pojasnjuje, zakaj lahko plastična vedra, plastični stoli in zunanji plašči zunanjih kablov leta dobro delujejo v zaprtih prostorih, vendar po določenem času izpostavljenosti na prostem postanejo opazno krhki.
Za zunanjo uporabo je treba na splošno upoštevati dejavnike, kot so stopnja odpornosti na vremenske vplive, sistem za zaščito pred UV-žarki, saj, svetlobni stabilizatorji, antioksidanti ali površinski premazi. Vse plastike niso same po sebi primerne za dolgotrajno uporabo na prostem.
2. Visoke temperature pospešujejo oksidacijo in poslabšanje delovanja
Plastika je občutljiva na temperaturo. Nekatere plastike kažejo odlične lastnosti pri sobni temperaturi, vendar se pri dolgotrajnih visokih temperaturah pojavi termooksidativno staranje. Na primer, območja v bližini motorjev, prezračevalnih odprtin, delov električnih naprav, ki oddajajo toploto, in notranjosti avtomobilov, izpostavljenih neposredni sončni svetlobi, lahko dosežejo precej višje temperature kot v tipičnih notranjih okoljih.
Z naraščanjem temperature se pospeši staranje materialov, poslabšajo pa se lahko tudi dimenzijska stabilnost, trdnost in žilavost. Zato je obstojnost plastične komponente odvisna ne le od tega, ali lahko kratkotrajno prenese takšne temperature, temveč tudi od tega, ali lahko pri teh temperaturah dolgoročno ohrani svoje lastnosti. To podrobnost mnogi novinci pogosto spregledajo.
3. Koncentracija napetosti sproži prezgodnje razpokanje
Razpoke v nekaterih plastičnih delih niso v celoti posledica slabšega osnovnega materiala, temveč skritih tveganj, ki izvirajo iz strukturne zasnove in obdelave. Primeri vključujejo:
pretirano ostri vogali,
nenadne spremembe debeline sten,
nepravilno zasnovani nastavki za vijake,
zapahi pod trajno obremenitvijo,
visoka preostala notranja napetost pri brizganju,
prisilno stiskanje med montažo,
dolgotrajno upogibanje ali vibracije.
Na teh mestih se tvori koncentracija napetosti. Takoj po izdelavi morda niso vidne nobene napake, vendar se bodo po določenem obdobju uporabe iz teh šibkih območij začele in širile razpoke.
Zato razpok plastičnih komponent ni vedno mogoče pripisati zgolj slabi kakovosti materiala. Lahko je skupna posledica izbire materiala, strukture, zasnove kalupa, brizganja in postopkov sestavljanja.
4. Izpostavljenost kemikalijam lahko povzroči tudi razpoke
Mnogi ljudje domnevajo, da so plastike odporne na vodo in korozijo. To drži le delno. Različne plastike se zelo razlikujejo po svoji kemični odpornosti. Nekateri materiali so občutljivi na alkohol, nekateri na olja, nekateri na čistila, nekateri na topila in drugi na kisline in alkalije. Nekatere plastike so ranljive, če so hkrati izpostavljene stresu in kemikalijam.
Na primer, prozorna plastična komponenta se lahko v normalnih pogojih zdi trdna. Vendar pa lahko dolgotrajen stik z alkoholom, čistili, mastjo ali nekaterimi topili v kombinaciji z notranjimi napetostmi povzroči nastanek drobnih razpok. Ta pojav je splošno znan kot razpoke zaradi okoljskih napetosti. Zanj so značilne razpoke, ki se postopoma razvijajo v obratovalnih pogojih brez večjega zunanjega vpliva.
Zato pri ocenjevanju trajnosti plastike ne moremo upoštevati le mehanske trdnosti, temveč moramo upoštevati tudi medij, ki je v stiku z njo.
5. Voda in vlažna toplota lahko vplivata tudi na nekatere plastike.
Nekatere plastike so občutljive na vodo in vlažno toploto. Najlon na primer zlahka absorbira vlago, kar lahko povzroči spremembe v njegovih dimenzijah, trdnosti, togosti in električnih lastnostih. Materiali, kot sta poliester in polikarbonat, so prav tako izpostavljeni tveganju hidrolize pri visoki temperaturi in visoki vlažnosti ali neprimernih pogojih obdelave.
To ne pomeni, da so ti materiali slabe kakovosti; temveč imajo svoje omejitve uporabe. Pri izbiri materiala je bistveno razjasniti, ali bo komponenta prišla v stik z vodo, ali bo dolgoročno uporabljena v okoljih z visoko vlažnostjo, ali je potrebna dimenzijska stabilnost in ali gre za električno izolacijo. Pri isti vrsti materiala je lahko rezultat popolnoma drugačen pri uporabi v suhih notranjih okoljih kot v vročih in vlažnih zunanjih pogojih.
