Kunststof als alternatief voor metaal

Het inzetten van technische kunststoffen in plaats van een metaal als staal or aluminium is een keuze die ingegeven wordt door de diverse voordelen die het gebruik van kunststof met zich meebrengt. Kunststof als alternatief voor metaal wordt met name ingezet in omgevingen waarbij taaiheid, flexibiliteit, dichtheid, elektrische isolatie, chemische en weerbestendigheid kritische factoren zijn.

"De vormvrijheid met kunststof is veel groter dan met metaal haalbaar is," zegt Rob Smit, technisch manager bij NP Plastics, dat zijn kunnen toont op de MIX Noordoost in Hardenberg (18 en 19 mei). "Plus dat er over het algemeen een behoorlijke gewichtsreductie bereikt wordt. Daarbij komt dat het ook vaak mogelijk is om assemblages, die gewoonlijk uit verschillende metalen onderdelen worden gemaakt, in een enkel component te consolideren, waardoor de productie- en/of assemblagekosten lager uitvallen." Ook zullen er minder nabewerkingen nodig zijn: kunststof kan worden ingekleurd, waardoor een verfstap in de productieproces overbodig is; door bewerking van de matrijsholte zijn verschillende oppervlaktetexturen mogelijk.

Het inzetten van kunststof in plaats van metaal vereist een goede materialenkennis en inzicht in productontwerp. Er zal altijd een re-engineeringstraject moeten worden doorlopen om tot een kunststofproduct te komen dat aan alle kwaliteits- en prestatie-eisen voldoet. Daarnaast moet worden gezegd dat kunststof wel vaak maar niet altijd goedkoper is dan metaal.

"De zeer geavanceerde technische kunststoffen - de zogenaamde ‘high performance' materialen als PAI of PEK uit de top van de kunststofpyramide kunnen zelfs duurder zijn dan metaal. Toch valt er uiteindelijk winst te behalen door een sneller en efficiënter productiewijze, waarbij minder materiaal en productiestappen nodig zijn," benadrukt Smit.

Hoe gaat het in de praktijk?

Een relatie van NP Plastics wilde een sensorhouder die geen krimp of uitzetting zou vertonen in een water omgeving van boven de 100 graden Celsius aangezien dit de meetgegevens zou beïnvloeden. Dit product werd voorheen gedraaid uit metaal met een binnen- en buitendraad. NP Plastics produceerde deze sensorhouder door middel van spuitgieten. Dit leverde een kostenbesparing van circa 75% op de kosten van materiaal en de productie.

NP Plastics koos voor de kunststof polyphenyleensulfide (PPS)versterkt met 30% glasvezel.

• PPS heeft een uitstekende chemische bestendigheid, goede maatvastheid en breed temperatuurbereik. Het valt hiermee onder de bovengenoemde high performance kunststoffen.

De uitermate harde PPS is vlamdovend en goedgekeurd voor rechtstreeks contact met levensmiddelen.

Een tweede voorbeeld betreft een producent van rvs-handvatten voor zware rolluiken. Deze klant wilde graag de mogelijkheid onderzoeken om deze handvatten uit kunststof te maken. Na de eerste berekeningen volgden een aantal proeven, uitgevoerd met behulp van een 3D geprinte prototype. Uiteindelijk konden de handvatten in PA 6 met 30% glasvezel worden geproduceerd en werd niet alleen het gewicht flink gereduceerd, maar wist NP Plastics ook hiermee een kostenreductie te realiseren voor de klant van 50%. Binnen zes weken werden de eerste producten uit de nieuwe matrijs geleverd en goedgekeurd.

• Polyamide (PA) is door zijn enorme slijtvastheid in combinatie met goede glij- en roleigenschappen dé kunststof voor dynamische toepassingen in de werktuigbouw.

Tenslotte valt ook het voorbeeld van een producent van huishoudelijke consument apparaten te noemen. De oorspronkelijke metalen onderdelen hadden een hoogglans metaallook, maar ook een hoog gewicht. NP Plastics loste dit probleem op door deze onderdelen te spuitgieten uit ABS en vervolgens te verchromen.

• Acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) is een vormvast materiaal, heeft weinig neiging tot krimp en is slagvast, maar ook uitermate geschikt om te verchromen. Verchromen kan in mat en hoogglans en daarmee wordt alsnog de metaallook gecreëerd.