Rätt val av provmetod för bättre nyckelkunskaper

Man får ofta frågan om det går att analysera någon detalj eller något material. Som oftast är svaret att det går alldeles utmärkt, men det gäller att tänka igenom VARFÖR analysen behövs och vad som är SYFTET med analysen. De vanligaste anledningarna till VARFÖR är att:

• utreda ett haveri av detalj/produkt
• analysen är ett mätverktyg för en pågående produkt- eller material-utveckling
• utföra en kvalitetskontroll. När det gäller SYFTET så bestämmer det även nivån på analysen. Det kan vara att:
• mäta en egenskap eller halt
• jämförande provning/analys
• förklara/bevisa ett fenomen.

Det är alltså helt nödvändigt att tänka igenom vilken egenskap som är mest kritisk för frågeställningen och sedan titta på med vilken metod denna egenskap kan provas. Här är det även viktigt att hitta rätt ambitionsnivå för provningen.
Det gäller alltså att välja metod med omsorg för att få ut maximal information. Detta är inte liktydigt med att det alltid är den mest avancerade metoden som ger mest. I flera fall kan man ta fram enkla metoder, som fokuserar just på nyckelegenskapen. Dessa metoder kan då vara mycket effektiva då de är enkla att använda, ger precis den information som efterfrågas samt att kunden (konstruktören, utvecklaren) själv som regel kan ta över metoden för egen provning. Det är mycket värdefullt att öka sin produktkännedom genom att prova mer och med metoder som provar det unika och kritiska hos produkten.
Här följer ett par goda exempel från verkligheten där både enkla metoder, men även mer sofistikerade analysmetoder använts.

Case 1: Förvaringslåda
Första caset visar hur enkla provmetoder kan användas i produktutvecklingsarbetet för att undersöka hur en befintlig produkt presterar och därmed sätta krav för den nya produkten, men även identifiera svagheter i den befintliga konstruktionen. Modul-System utvecklar och levererar inredningssystem till exempelvis servicebilar. När användarna i allt större utsträckning utnyttjade lådorna i företagets inredningssystem som mobila verktygslådor, beslöt man att möta upp detta med en helt ny produkt. De befintliga lådorna var tillverkade i pulverlackad stålplåt (se figur 1 och 2).
Det fastställdes tidigt under arbetets gång att det primära kravet på boxen, utöver den rena mobiliteten och funktionen, var att den skulle tåla att tappas i golvet med full last. Boxarna skulle med andra ord vara utformade för att bäras omkring. Under en övergångsfas fram till dess att en egenutvecklad låda var framme köptes en på marknaden befintlig plastlåda in för att på så sätt tillgodose mobilitetskravet. Denna plastlåda valdes som jämförelseobjekt då en provmetod skulle utvecklas (se figur 3).
De undersökningar som gjorts visade att en låda av den aktuella storleken som mest fylldes med 10 kg verktyg, skruv etc. vid normal användning. Eftersom inredningen i lådorna kan variera valdes blandade skruv och muttrar som ”standardlast” att fylla lådorna med då det är enkelt att åstadkomma en jämnt utbredd last med dessa. För att hålla kraven i provmetoden på en realistisk nivå bestämdes att lådorna skulle släppas från en meters höjd på ett betonggolv, provet kan då anses svara mot en låda som oavsiktligt rivs ner från en arbetsbänk.
Att en plastlåda ersätts av en plastlåda är måhända inte så omvälvande för kunderna, men att plåtlådor byts mot dito i plast kunde betraktas med viss skepsis av delar av kundskaran. Plåt betraktas ofta som ett mer robust material än plast i det här sammanhanget; ”en buckla kan man alltid räta ut”.
För att se hur väl den inköpta plastlådan stod sig mot befintlig plåtlåda vad det gäller slagpåkänningar provades en låda av vartdera materialet. Lådorna, som var av samma storlek, fylldes med 10 kilo i inredningen jämnt fördelade skruvar och muttrar. De släpptes sedan från en meters höjd enligt ett schema där lådan träffade golvet med ett hörn, sedan närliggande kortsida, nästa hörn och så vidare (se figur 4 ovan).
Som framgår av bilderna nedan var plåtlådan funktionsoduglig redan efter några få släpp. Den inköpta plastlådan överlevde med bara några vitningar och skavmärken som minne av provningen. Notera hur skruvlådorna pressades ut mellan lock och låda för plastboxen, men efter att skruvlådorna stoppats in igen återtog plastboxen sin form och även funktion.
Den konstruktionslösning som togs fram för den egna plastboxen var i stora delar baserad på erfarenheterna från den praktiska provningen. Den inköpta plastboxen hade visserligen klarat den tuffa fallprovningen utan att tappa i funktion, men efter provning syntes vitningar, områden där materialet vitnat på grund av deformationer, i materialet där inredningen/lasten slagit i. För att eliminera eller åtminstone minska tendensen till synliga vitningar av det här slaget försågs den nya konstruktionen med dubbla väggar; ett islag på innerväggen syns inte på ytterväggen som då behåller sitt utseende (se figur 5).
En plastlåda kan på grund av den låga friktionen lätt komma att glida mot underlaget varför den nya konstruktionen försågs med fötter av mjukt TPE-material (TPE = termoplastisk elast). Eftersom dessa fötter monteras i hörnen som en distans mellan inner- och yttervägg utgör de också en dämpning för den allvarligaste islagsriktningen, den mot boxens hörn.
Som tidigt bedömts och provningen visat är slagtåligheten en avgörande egenskap hos boxen. Materialvalet till lådan och locket måste passa väl in i en robust, slagtålig lösning varför samma materialtyp som används av bilindustrin i stötfångare valdes till själva lådan. Kravet på transparens i locket innebar att en slagtålig polykarbonat sattes in där.
Vid utfallsprovningen kunde de olika boxstorlekarna lastas på samma sätt som vid den inledande provningen och snabbt och enkelt provas. Små svagheter kom i dagen direkt och kunde avhjälpas med mindre verktygs-justeringar. Den framtagna provmetoden används nu efter behov till att säkra kvaliteten och stickprov från leveranser kan provas för att kontrollera kvalitetsuppfyllelsen.

Case 2: Spröd plastdetalj i glasfiberfylld polyamid
Andra caset visar en vanlig orsak till att det är nödvändigt att prova eller analysera, det är då någonting gått sönder. Den första uppgiften är då att utifrån tillgänglig information och erfarenhet ta fram en ”prime suspect” i form av en tänkbar och trolig förklaring till haveriet. Sedan börjar analysarbetet för att bevisa eller motbevisa detta. Detta gör att problematiken angrips i rätt ände. Allt eftersom analyserna utförs, klarnar bilden. När bilden är tillräckligt skarp avbryts analysdelen för att gå över i utvärdering och dokumentation.
Ett fall rörde en formsprutad detalj i glasfiberfylld polyamid, närmare bestämd PA6. Enligt kunden hade senaste sändningen av detaljer börjat spricka vid monteringen, där detaljen snäpps fast i en stomme. Trots egna försök med konditionering av detaljerna före montering, fanns problemet kvar. Detaljerna tillverkas av en leverantör i Kina och kunden hade även kvar detaljer från tidigare problemfria sändningar. Eftersom vi sett snarlika fall tidigare föll misstanke på att underleverantören bytt från nytt material till återvunnet utan att meddela sin kund (se figur 6).
En DSC-analys (Differential Scanning Calorimetry) kördes både på den havererade detaljen och på den gamla detaljen, som fick agera referens. Metoden undersöker materialets smältbeteende och där kan man få information om andra material blandats in. I Figur 7 visar smältkurvan för den havererade detaljen (Prov) på tre smälttoppar. De två mindre topparna, vid 122°C respektive vid området kring 250°C, pekar på att materialet innehåller även polyeten respektive PA66. Referensen däremot har som sig bör bara en smälttopp vid c:a 220°C, vilket är smälttemperatur för PA6. Bilden som uppträder när de två kurvorna jämförs visar med all tydlighet att samma material inte använts. Jämförande provning är mycket effektivt och resultatet blir begripligt även för den som inte är insatt i analystekniken eller har djupa polymerkunskaper (se figur/diagram 7).

Case 3: Anpassad metod för att mäta slagtålighet på plastmaterial
Tredje caset handlar om att ibland stämmer inte standardmetoder överens med verkligheten och då kan det vara nödvändigt att ta fram egna metoder. För flera produkter är slagtålighet en kritisk egenskap och flera har erfarenhet av att värden i databladen alltför ofta inte stämmer med utfallsprov på produkt. För att kunna jämföra alternativa materialkvaliteter har en enkel men effektiv fallslagsmetod utvecklats och som utförs på provplattor istället för på produkt.
På bild 8 här intill syns provplattor tillverkade av två olika materialkvaliteter med samma slagtålighet, men i övrigt jämförbara, enligt databladen. Material Nr 1 visar ett sprött beteende då provplattan slås sönder av den fallande kroppen redan vid 0,5 m. Material Nr 2 däremot visar ett avsevärt segare beteende även vid en fallhöjd på 2,0 m. Från en förhållandevis enkel metod kan mycket värdefull information fås inför val av materialkvalitet och materialleverantör. Resultaten från provmetoden visar för övrigt en mycket bra överensstämmelse med de utfallsprov som kunden utfört på produkt.
Sammanfattningsvis
Det är oerhört viktigt att fokusera på och prova kritiska nyckelegenskaper hos materialet eller produkten. Ofta räcker inte befintliga datablad till utan behöver kompletteras med provningar. Ett vanligt exempel är materialegenskaper vid annan temperatur än +23°C, vilket är standardtemperatur för egenskaperna listade i datablad. Det finns många befintliga provmetoder och tekniker som kan användas, men ibland behöver egna metoder utvecklas. Det är även viktigt att hitta rätt nivå för provningen, enkla metoder då det ger tillräckliga resultat och mer avancerade metoder då de krävs. Nivån är ofta knuten till kostnad och därmed är enkla metoder ofta billigare. Sist men inte minst sträva efter att prova själv. Egen provning ger alltid värdefull produktkännedom, som man inte får bara genom att läsa en siffra från ett provresultat.