Elaster - en elit bland plaster
av Kai Finell Forum 1972-10, sida 20-21, 24.05.1972
Elaster - en elit bland plaster
Av dipling Kai Finel e Teknikerna har alltid sökt efter nya material. Ämnen med lägre vikt, större hållfasthet och bättre motståndskraft mot utmattningsbrott i atomära bindningar är drömmar som maskinkonstruktörer sällan får ur tankarna. Numera har syntetiska polymerer — plaster av olika slag — väckt också en bredare publiks intresse. Tyvärr är populärupplysningen på detta svåröverblickade gebit bristfällig. Exempelvis konstgummimaterialen — elaster kallade — hör till den moderna tillämpade mekanikens förnämsta och tåligaste hjälpmedel. Informationsmässigt dock kanske de mest försummade i hela det svällande polymeröverflödet.
Glasfiberarmerad plast har för länge sedan erövrat de massproducerade bruksartiklarnas och nyttoföremålens marknad. I mer krävande konstruktioner, där kostnaderna spelar en mindre roll, börjar armeringstrådarna av glas redan ersättas av kol- och borfibrer och rent av någonting så förnämt som hårkristaller (whiskers) av safir. Själva plastens struktur och konsistens varierar mycket. Beroende på krav som dikteras av de påfrestningar och bruksmiljöer den färdiga produkten utsätts för. I de flesta fall blir tillverkaren tvungen till kompromisser — en balansering av kostnader mot efterfikade kvalitetsegenskaper.
Konsumenten har tyvärr, i dagens läge, få om ens några som helst möjligheter att bedöma hur väl produktens egenskaper motsvarar just hans personliga, och inte genomsnittskonsumentens, eller kanske bara fabrikantens, intressen,
Visserligen är den stora allmänhetens kännedom om skiljaktigheter i olika plasters beskaffenhet i dag vida större än för bara tio år sedan. Fortfarande är emellertid informationen härvidlag alldeles för bristfällig och osaklig för att konsumenterna tillfredsställande ska kunna ‘orientera sig i polymerdjungeln.
Det som publiceras i press, broschyrer, och andra upplysningsmedia har tyvärr dessutom begripligheten delvis skymd av en fackordsridå där folk inte vet vad som är kemiska termer, varumärken eller rätt och slätt högtravande reklamfraser. De sistnämnda oftast mera avsedda att imponera än informera.
Varumärken eller typbeteckningar
Visst är det sant att handelsnamn såsom nylon, perlon, dacron, terylene, orlon, dralon, teflon etc egentligen är olika fabrikers varumärken för produkter som åtminstone i stort sett överlappar varandra vad egenskaperna beträffar. Men i många stycken är de dessutom att fatta som egenskaps- och kvalitetsdeklarationer. I all synnerhet som de ofta kompletteras med ordningsnummer (ex nylon 6—10 etc).
De bör därför, trots sin varumärkeskaraktär, inte bannlysas som textreklam men därutöver är en brett upplagd information i ord och bild numera absolut nödvändig för att ge allmänheten en bättre inblick i denna nya materialvärld.
Syntetmaterialkemisterna — åtminstone de av dem som har förmågan, och också modet, att frigöra sig från fackspråkets ordval — är faktiskt nu skyldiga, både rena lekmän och tekniker i andra fack, en begriplig orientering i de syntetiska makromolekylernas mikrokosmiska undervärld.
En modern blästerkompressor med vridbara, efter belastningen anpassbara, turbinblad lagrade i vitonelasttätningar. Bussningarna tål temperaturtoppar upp till 3009 C och 35 kg/cm? — under praktiskt taget tre års kontinuerlig drift. Obs. turbinskovelmontaget i närbild.
20
Forum 10/72
Som ett litet exempel på vad jag menar med detta slags orientering ska här, utan större mått av sakkunskap, presenteras två provbitar ur en för dagens motor- och maskintekniker särskilt värdefull polymergrupp. De så kallade elasterna — i lekmannaögon en ofattbart slitstark elitgrupp bland plasterna.
Neoprene inledde
Som redan namnet elast antyder (eng elastomer) är det här fråga om en grupp ämnen med, i varierande grad, gummilikt töjbar konsistens. Oftast dessutom, ifråga om övriga värdefulla tekniska egenskaper, klart överlägsna naturgummit.
Allmänt anses Du Ponts år 1936 introducerade konstgummi Neoprene (upphovsman amerikanske kemisten Wallace Hume Carothers. Också mannen bakom nylons tillkomst 1934) vara den första marknadsförda elasten. Även om termen elast som sådan då ännu inte var vedertagen.
I själva verket tjuvstartade en kabelfabrik i Passaic, New Jersey USA, redan i slutet av 1934 med en kabelmantel av neoprenekonstgummits första prototyp kallad DuPrene. Som ett unikum kan nämnas att detta torde vara det längst testade syntetmaterialet genom tiderna.
Av kabelmanteln skars nämligen en några dm lång bit, som i en halvcirkelbåge monterades uppe på fabrikens tak den 31 januari 1935. Där har den fått vara, underkastad regelbundna kontrollmätningar, allt sedan dess.
Ännu efter 37 år, utsatt för klimatväxlingar och grannstaden New Yorks föga materialvänliga luftföroreningar, visar provbiten inga tecken på sprödhet eller sprickbildningar. Draghållfastheten har visserligen nedgått från 28 till 10,3 kg/cm? men är fortfarande fullt tillfredsställande som hölje också för fritt upphängda luftkablar. De elastiska egenskaperna har likaså något försämrats men neopreneursprunget tål fortfarande en töjning till nära sin dubba längd utan att skadas,
Såsom redan antyddes går de flesta elaster, bl a Du Ponts senare skapelser, Hypalon, Adiprene, Hylene, Nordel och Viton, fortfarande i dagligt tal under namnet konst-gummi.
Extrem hetta
Användningsområdena är legio och allt flere tekniska maskinkonstruktioner dyker upp med högvärdiga elastmaterial som enda möjlighet för att konstruktionen överhuvudtaget ska fungera enligt stipulerade villkor.
Särskilt motorkonstruktörerna anser exempelvis packnings- och tätningsdon av viton-elast oöverträffade. Viton är en elast hörande till en grupp polymerer som tack vare inflikade bindningar med fluor- och kolatomer inte bara har utomordentliga töjnings- och tätningsegenskaper utan också tål långvarig inverkan av smörjmedel, antifrostvätskor och korrosionsskyddsmedel med temperaturer mellan +200” och —40”C — också under anmärkningsvärt höga tryckförhållanden.
Sådana elastpackningar har gjort det möjligt att konstruera dieselmotorer med mycket över 20000 timmars bekymmersfri långtidsdrift.
Hetluftskompressor
Schweiziska Brown Bovery-Sulzer Turbomaschinen AG i Zärich gör numera bland annat en blästerkompressor med vridbara, efter belastningen anpassbara, turbinskovlar som överhuvudtaget inte skulle fungera någon längre tid utan lagertätningar av viton.
Tätningarna står emot smörjoljetemperaturer kring 1809 — med momentana toppar upp till 3009C — under ett tryck av 30—35 kg/cm?. Dessa påfrestningar är mer eller mindre permanenta under tre års tid, som är nutidens krav på intervallen mellan översynerna av detta slags kompressorer i metallindustrins tjänst. Någon nämnvärd utmattning är inte tillåten under hela gångtiden emedan minsta smörjoljeläckage skulle äventyra hela turbinens rotorkonstruktion. Kravens infernaliska hårdhet framgår bäst av att turbinen är så minutiöst utbalanserad att redan vikten av en från ett lager bort Forum 10/72
Energiabsorbator, där en stång med olivformat överstort huvud får tränga in i och deformera ett stålcylinderfoder av adiprene-elast — med mindre diameter än den inträngande knoppen. Adiprenet återtar sin form när knoppen dras ut igen så att absorbatorn kan användas minst 15, men ända upp till 50 gånger.
fluten smörjolja skulle medföra en tillräckligt stor dynamisk obalans för att fördärva turbinen.
Vid turbintypens tekniska utformning prövade man flera olika elaster sålunda att man oavbrutet vred turbinbladen av och an mellan ändlägena, tills tätningarna slutligen gav vika för det höga trycket. För viton-ringarnas del avslutades proven dock efter en miljon kompletta vridningar, som ansågs vara tillförlitlighetsbevis nog eftersom alla andra konkurrerande material då gallrats ut.
Energiabsorbator
Rymdfartsteknikens brutala retardationsexperiment samt bilarnas krocksäkerhetsforskning har fört fram ett nytt slags mekanisk apparatur med det betecknande namnet energiabsorbator.
I bilar kan man som krockenergiabsorbator klassificera chassikonstruktioner vars deformering slukar tillräckligt mycket energi för att lindra stötens verkningar på fordonets resenärer.
Också den kollapsande rattaxeln är en typisk energiabsorbator. En mycket vanlig energiabsorbationskonstruktion bygger på ett stålrör fodrat med väggar av bly. Vid en häftig stöt tvingas en knoppförsedd stav in i röret, varvid blyets deformering, och eventuellt till och med smältning, absorberar en betydande energimängd.
Bilfabriken Peugeots ingenjörer har, i samarbete med Laboratoire de PUnion Technique de Automobile et du Cycle, patenterat en förbättrad version.
I den konventionella energiabsorbator Peugeot tidigare använde vid krocktester med en 400 kg provvagn, människodockor i naturlig storlek, var man efter varje krock tvungen att gjuta om 30—40 kg bly till nytt cylinderfoder.
I den nya versionen har blyet ersatts av en adiprene-elast cylinder, som kan användas minst 15 gånger utan bestående deformation. Den knoppförsedda stången kan utan men dras ut igen med en stark domkraft. Man har till och med använt några sådana adiprene-rör bortåt 50 gånger förrän de blev odugliga för sitt ändamål. :
Utom i kollapsande rattaxlar, fram- och bakstötfångare och sätesglidstoppare kan energiabsorbatorer självfallet också användas som säkerhetssystem i hissar, elevatorer, löp- och traverskranar i stoppbuffertar på bangårdar eller i vilka som helst mekaniska anordningar där oavsiktligt frigjorda massor måste hejdas på litet utrymme men med minsta möjliga skadeverkningar. 2