Bildet over: Gode gamle Think City var en gangbar norsk plast elbil som kunne ha blitt enda bedre med dagens motor- og batteriteknikk. Karosseriet var av termoplast, som i bøttene fabrikken vokste seg stor på. (Foto: Think)
Plast forsterket med fiber er fine saker: Du får enkelt en lett, solid, og varig kompositt. Men dessverre lite kollisjonssikker. Så hva skjer? Kommer plastbilen?
Av Stein Bekkevold
Først: Hva er egentlig fiberplast? Hvilke typer bruker vi hvor, og hvorfor? Og hvilke fibre kan brukes? Hva har vi av brukbare varianter? Plast er lette, syntetiske (og halvsyntetiske) stoffer av ulike typer polymere.
Bare magnesium er like lett som plast, 1,8 kg/dm3. Alle slike materialer har lange molekyl-kjeder av et kunstgjort (gass/oljebasert) eller naturlig stoff. Jo mer tverrbundet kjedene er desto sterkere er plasten. Naturlige polymere er bl.a. dine DNA-molekyler, og mange andre varianter av protein.
Og: Med lange sammenkrøllede og tverrkoblede molekylkjeder av riktig plasttype får du solide produkter. Når kjeden er løsere blir plasten kunstgummi, elastomer – elastisk polymer.
Den lave stivheten til mykplast – termoplast – gjør den lett å jobbe med. Den smeltes og sprøytestøpes til alle slags dingser, varmes og presses i former, sprøytes flytende sammen med opphakket fiber inn i en form og tørker til sterke og stive skall – karosserier, fly-skrog eller plastbåter, faktisk nesten hva som helst.
Og det finnes altså to hovedtyper polymer; termoplast som kan smeltes om igjen og om igjen, og herdeplast som du ikke kan smelte, men må hakke opp etter bruk og legge i veifyllinger…
Av hensyn til resirkulering og gjenbruk er det derfor termoplast i bilen. Alt i dag inneholder en vanlig familiebil 10-20 vektprosent plast, hovedsakelig på innsiden, men den kan vi se på en annen gang. Der kan du alt nå ha godt over 120 kg plast …
Så til fiberforsterking: Plast har nesten ingen egenstivhet – Young´s modul/E-modulen, så om den skal ta opp påkjenninger uten å gi opp, avstives den med fibre – og blir kompositt.Den som først kalte dette plast, var oppfinneren selv, Leo Baekeland – han med bakelitten – i 1907.
Termoplast
Plast laget som pellets dyttes inn i en maskin som smelter dem og sprøytestøper noe, og er altså termoplast. Fordi den lar seg påvirke termisk, med varme.
Noen slike leveres flytende og legges inn i fibermatter i en form, plasten valses inn i fibrene – om de da ikke er hakket opp av en roterende kniv ved munnstykket før de sendes i formen sammen med plasten.
De fire vanligste plasttypene er polystyren, polypropylen, PVC – og polyester. I en bil brukes disse sammen med en god fiber. Fiberplast, altså. Eller plastkompositt. Og nå tenker du epoksy, som med karbonfiber brukes i kampfly – og Formel 1. Men det blir for dyrt. Epoksyplast er dessuten en herdeplast – av epoksid. Der er to karbonatomer slått sammen med ett oksygenatom etter å ha fått et hydrogenatom hver.
Plasten valses inn i en matte av karbonfiber. Dyrt, sterkt og lett. Men for en hverdagsbil? Nei. Hva skal vi finne på da? Det blir vel helst termoplastisk polyester eller en annen type, bakt inn i glassfiber.
Lekre engelske Lotus sportsbiler – her Elise – har hatt plastkarosseri på aluminiumchassis i en mannsalder, med svært godt resultat. Metallrammen under plasten står for styrke og sikkerhet. (Foto: Lotus)
Glass?
Ja, glass: En tynn fiber av glass er så slank at den ikke har plass til feil, den har så få bruddanvisninger at den er solid. Håndterer du glassfiber forsiktig, vil den sammen med en god plast som utgjør matriks, danne en fin kompositt.
Chevrolet bruker sånne i karosseriet til superbilen Corvette, og engelske Lotus har brukt sånt i en evighet i sine snerte små kreasjoner. Lotusbilene ble stadig grundig videreutviklet av ingeniør og gründer Colin Chapman (1928 – 1982) helt fra 1948; han skjønte poenget med slike konstruksjoner. Der stive torsjonsbokser av solid aluminium gjør hovedjobben, under fiberplast-skallet. Å ta opp kollisjonskrefter klarer de også …
Historien
Teknisk sett: Fibre av glass (silisiumdioksid) ble undersøkt alt på 1920-tallet i Royal Air Force Establishment – ved Farnborough sørvest for London. De lette stadig etter bedre materialer for fly, og oppdaget at ultratynn glassfiber med masse 2,55 g/cm3 hadde svært god fasthet. E-modulen lå – og ligger – på 70 kN/mm2 (som for aluminium), og bruddforlengelsen er 3,5 prosent – glass er seigere enn stål! Fibrene strekkes elastisk til brudd.
Strekkstyrken er inntil 4 kN/mm2, og dette utnyttes altså ved armering av plast, til båter, tanker, karosserier og så videre. Kontinuerlig glassfiber lages nå oftest av «E»-glass med ca en prosent natriumoksid NaO2.
Normalglass har rundt 15 prosent NaO2 (resten er ofte 70 prosent SiO2 – kvarts – og ni prosent kalsiumoksid). NaO2 senker smeltepunktet til kvarts og øker elastisiteten.
Fibrene lages i en maskin som drar smelten gjennom en finhullet platinadyse, ut kommer lange fibre. Disse er 5–13 μm (mikrometer) i diameter avhengig av glasstemperaturen, dysehullene og hastigheten på viklemaskinen. Fiber opp til 13 mikrometer brukes i plastkompositter.
En mikrometer er 1000 nanometer, eller 0,001 millimeter. Så dette er tynne og sterke tråder.
Hvilken plast?
Hva vi skal stive av med slik glassfiber? Det bør altså være noe resirkulerbart, en termoplast. Termoplastisk polyester interesserer forskerne. Andre typer er de krystallinske,som er stivere. Dette fordi korn-utfellinger styrker dem, de demper molekylkjede-slark.
Det finnes også en høydensitets polyetylen (HDPE), en med umulig navn (PBT) og en dyr som heter PEEK (polyeter-eterketon).
Enda mer interessante varianter er utviklet de senere årene, de del-krystallinske. Dette er varianter av polyetylen, polypropylen, PVC, nylon (!), vår gamle venn polyester (herdeplast eller myk) og alle polyuretanene.
Men et plastkarosseri må altså alltid monteres utenpå en metallstruktur som kan fange opp kollisjoner; det kan ikke plast i nevneverdig grad. Fiberplast detonerer og forsvinner i en støvsky …
Om det noen gang kommer en masseprodusert bil med et lett, stivt og ikke altfor dyrt plastkarosseri vil den nok inneholde disse plastene. Og den vil bli komponert av flere typer, etter hva delen skal tåle, og formen den skal ha. Fra før av inneholder din bil kilovis av ABS-plast og sånt, disse kan nå også lages som kompositt.
Polykarbonat – som du har i alle lykteglass, kan farges og bakes inn i fiber, blandet med ABS. Mulighetene er uendelige. Og resirkulering: Smelt dingsen, og du får hele fiberbunter du kan bruke om igjen i noe annet, mens plasten støpes om til lekeklosser … eller en ny bil.
