LUJITEMUOVITEKNIIKKA ERI TOIMIALOILLA. Lujitemuovituotteiden valmistus

Transkriptio

1 LUJITEMUOVITEKNIIKKA ERI TOIMIALOILLA Lujitemuovituotteiden valmistus 1

2 LUJITEMUOVITUOTTEIDEN VALMISTUS Lujitemuovituotteiden valmistuksessa voidaan käyttää useita eri menetelmiä. Menetelmien valinta riippuu suurelta osin niillä saavutettavista tuoteominaisuuksista sekä tuotantotaloudellisista syistä. 2

3 Valmistusmenetelmät Lujitemuovituotteiden valmistusmenetelmät voidaan ryhmitellä pääryhmiin, joita ovat: laminointimenetelmät puristusmenetelmät painevalumenetelmät suulakemenetelmät valssaus. Pääryhmät sisältävät erilaisia valmistustekniikoita ja niistä kehitettyjä muunnoksia. 3

4 Valmistusmenetelmät 4

5 Valmistusmenetelmät Laminoinneissa: Tuote valmistetaan muottiin kerrostamalla lujitetta. Muotissa tapahtuu muovin kovettuminen ja laminaatin muodostuminen ulkoisella yli/alipaineella tai ilman ulkoista painetta. Laminointimenetelmiä: Käsinlaminointi Ruiskulaminointi Kuitukelaus. Märkälaminoinnissa nestemäiset hartsit, joilla lujitteet kostutetaan. Kuivalaminoinnissa lujitteina ovat esikyllästetyt pregregit. 5

6 Valmistusmenetelmät Puristusmenetelmissä: Raaka-aine puristetaan muotissa muotin muotoon. Siirtopuristus Raaka-aine annostellaan siirtosylinteriin, josta se siirretään männän avulla muottionkaloon. Ahtopuristus Raaka-aine asetetaan suoraan avoimeen muottiin, joka suljetaan. Kuumapuristus: Raaka- aineen tai muotin lämmitys kovettumisen kovettumisen nopeuttamiseksi, Kylmäpuristus: Ei kovettavaa esilämmitystä ei käytetä 6

7 Valmistusmenetelmät Painevalumenetelmissä: Matriisiraaka-aine tai mahdollisesti kaikki lujitemuovin komponentit syötetään muottiin paineella tai valamalla. Suulakemenetelmissä: Suulakemainen muotti, jonka läpi tuote valmistetaan. Pitkien, poikkipinnaltaan muuttumattomien tuotteiden valmistusmenetelmiä. Tyypillisiä tuotteita putket ja profiilit Menetelmän käyttö edellyttää suurehkoja tuotantosarjoja. 7

8 Valmistusmenetelmät Valmistusmenetelmän valinta Vaikuttavia tekijöitä: kappaleen mitat ja muoto sarjasuuruus halutut lujuus- ja jäykkyysominaisuudet Lujitemuovien ominaisuudet: Laminaattirakenteilla ja valmistustekniikalla voimakas vaikutus. Valmistustekniikat asettavat rajoituksia laminaattirakenteille ja samalla tuotteen ominaisuuksille. 8

9 9

10 Laminointimenetelmät Käsinlaminointi Ruiskulaminointi Kuitukelaus Punonta Käärintä 10

11 Käsinlaminointi Pienten sarjojen valmistusmenetelmä Sarjasuuruudet muutamasta kappaleesta noin sataan/muotti Lujitteet asetetaan käsin muotiin ja kostutetaan hartsilla 11

12 Käsinlaminointi Märkälaminointi Hartsin levitys telalla, siveltimellä, lastalla tai ruiskulla Kostutus lujitteiden ylä- ja/tai alapuolelle Ilmanpoistotelalla tasoitus ja ilmanpoisto Suositeltavaa tehdä joka kerrokselle erikseen 12

13 Käsinlaminointi Käsinlaminoinnin työvaiheet: Muotin kiillotus Irrotusaineen levitys Gelgoatin levitys Lujitteiden asetus muottiin ja kostutus hartsilla Ilmanpoisto telaamalla Hartsin kovettuminen Kappaleen irrotus muotista Viimeistely ja maalaus 13

14 Käsinlaminointi Tyypillisesti rakenne: Orto- tai isoftaalipolyesterihartsia Lujitteet lasikuitua Roving-kudos Kuitumatto Tällä rakenteella: suhteellisen hyvät lujuusominaisuudet suhteelliset matalat kustannukset 14

15 Käsinlaminointi Kun halutaan parempia lujuus-, väsymiskestävyys- ja lämmönkestävyysominaisuuksia: Lujitteina: lasi-, hiilikuitu- tai aramidimatot Hartseina: epoksit ja erikoishartsit 15

16 Käsinlaminointi Lujitteet: Edellytetään hyvää kasteltavuutta ja muotoiltavuutta. Mattolujitteilla eroja sideaineista sekä niiden määrästä ja laadusta johtuen Lujitteiden emulsiosideaineet liukenevat nopeammin kuin pulverisidosaineet. Mattojen, kuitujen ja sideaineen tasainen jakauma nopeuttaa laminointityötä sekä parantaa laminaatin tasaisuutta 16

17 Käsinlaminointi Kudoksilla käytettävyys riippuu kudostyypistä ja kudoksen neliöpainosta. Tasainen rovingkudos sopii hyvin lievästi kaareviin muotoihin. Vaikeampiin muotoihin, kaksoiskaareviin muotoihin ja pienille kaarevuussäteille suositellaan käytettäviksi toimikas- ja satiinikudoksia. 17

18 Käsinlaminointi Hartsien käytettävyys: Vaikuttavia tekijöitä: hartsin viskositeetti, työskentelyaika ja haihtuvat liuotteet. Riippuvat myös muista tekijöistä kuten työtilan olosuhteista, ilmankosteudesta ja hartsin lämpötilasta. Hartsien viskositeettiin vaikuttavat niissä käytettävät liottimet ja liuottimien määrät. Liuottimia ei yleensä säädellä enää laminointityöpaikalla. 18

19 Käsinlaminointi Hartsien työskentelyaikaa voidaan joutua muuttamaan Kappaleen koko, valmistustapa tai ulkoiset olosuhteet muuttuvat. Työskentelyaikaan voidaan vaikuttaa kovetussysteemiä muuttamalla. Kovete-, kiihdyte- ja hidastemäärien säätö. Lisäksi mahdollista käyttää jälkikovetusta. 19

20 Käsinlaminointi Edut ja haitat Helppo valmistaa rakenteeltaan erilaisia kappaleita. Materiaalin valinta on melko vapaata. Avomuoteilla mahdollista valmistaa suuriakin kappaleita. Muotti- ja laitekustannukset alhaiset. Tuotteen laatu riippuu käytettävistä raakaaineista, työolosuhteista, työntekijöistä jne. 20

21 Käsinlaminointi 21

22 Käsinlaminointi 22

23 Laminoidun tuotteen kovetus Laminoidun tuotteen kovettaminen voidaan tehdä: Antamalla kovettua vapaasti muotissa Paineen avulla Laminaatin tiivistyksen varmistaminen ja tehostaminen Alipaineella, ylipaineella tai autoklaavissa. 23

24 Laminoidun tuotteen kovetus Alipainesäkkikovetus Tehostaa tiivistystä märkä- tai prepreglaminoinnissa. Märkälaminoinnissa lujitetiheys saadaan korkeammaksi kuin tavanomaisessa avolaminoinnissa. Voidaan käyttää vain epoksihartsien kovetuksessa Polyesterihartsien styreeni alkaa kiehua alle 0,4-0,5 barin paineissa. 24

25 Laminoidun tuotteen kovetus Alipainesäkkikovetus Korkean lujitepitoisuuden omaava laminaatti Alhainen huokospitoisuus. Hyvät lujuusominaisuudet n. 10% paremmat kuin avolaminoinnissa. 25

26 Laminoidun tuotteen kovetus Alipainesäkkikovetus Soveltuu suurille, laakeille kappaleille. Kovetus on hidas Käytettäviä hartsisysteemejä ei voida lämmittää. Muotteina voidaan alipainesäkkimenetelmässä käyttää käsinlaminointimuotteja. 26

27 Laminoidun tuotteen kovetus Alipainesäkkikovetus Soveltuu hyvin kerroslevyjen ydinaineen liimaukseen. Liimaus voidaan toteuttaa yhdessä laminoinnin kanssa tai erillisenä valmiiseen laminaattiin. Liimana on laminointihartsi. 27

28 Laminoidun tuotteen kovetus Painesäkkikovetus Laminaattikerroksen tiivistys ylipaineen avulla. Muotti muodostaa paineastian Paine painaa kumipussin laminaattikerrosta vasten. 28

29 Laminoidun tuotteen kovetus Painesäkkikovetus Ylipaine ei aseta hartseille vaatimuksia. Muottien oltava riittävästi jäykistettyjä. Jäykkyysvaatimus rajoittaa suurien kappaleiden taloudellisia valmistusmahdollisuuksia. 29

30 Laminoidun tuotteen kovetus Painesäkkikovetus Valmistettavat kappaleet muistuttavat ominaisuuksiltaan alipainesäkissä kovetettuja valmisteita. Valmistus nopeutettavissa käyttämällä muotin ulkopuolista lämmitystä esim. höyrylämmitys 30

31 Laminoidun tuotteen kovetus Painesäkkikovetuksen periaate. Paineilmalla painetaan kumikalvo laminaattia vasten jäykistetyssä muotissa 31

32 Laminoidun tuotteen kovetus Autoklaavikovetus Alipainesäkkikovetuksen tehostamista asettamalla koko muotti paineenalaiseen, lämmitettävään autoklaaviin. Lähinnä prepregmateriaalien kovetukseen Menetelmällä saadaan hyvät lujuusominaisuudet laminaattiin. Esim. lentokoneteollisuudessa käytettävä laminointimenetelmä 32

33 Laminoidun tuotteen kovetus Autoklaavikovetus Autoklaavikovetuksella pyritään: Mahdollisimman matalaan huokosten määrään laminaatissa Korkeaan lujitesisältöön Autoklaavissa tehdään myös jälkikovetus. 33

34 Ruiskulaminointi Lujitekuitu ja hartsi kovetteineen ruiskutetaan ruiskutuspistoolilla muotin pinnalle. Roving- kuitu leikataan pistoolin leikkuriosassa katkokuiduksi. Katkotut kuidut sekoitetaan hartsiin ja kovetteisiin ennen ruiskutusta. 34

35 Ruiskulaminointi Ilmanpoisto laminaatista telaamalla. Ruiskutettujen kerrosten väliin voidaan asetella kudoksia ja muita lujitteita. Kovetus huoneenlämpötilassa tai korotetussa lämpötilassa. Pinnanlaadun parantaminen: Geeli Maalaus tai Muovilevy 35

36 Ruiskulaminointi Ruiskutuslaitteiston pääosat: hartsi- ja kovetepumput (mäntäpumppuja) leikkuri sekoituspää 36

37 Ruiskulaminointi Ruiskulaminointi: kuidun veto, leikkaus ja sekoitus hartsi- ja kovete sumuun. 37

38 Ruiskulaminointi Sisäinen matalapaineruiskutus Yleisimmin käytetty ruiskutustapa Tuottaa riittävästi pisaroita ilman kovetesumua Kovete saadaan sekoittumaan hyvin hartsiin. Korkeapaineruiskutus Geeliruiskutuksessa, jossa vaaditaan pieni pisarakoko 38

39 Ruiskulaminointi Käytettävät materiaalit: Polyesterihartsi Leikattavalaatuinen lasikuituroving. Menetelmällä lujitepitoisuus jää alhaiseksi Lujuusominaisuudet ei käsinlaminoinnin tasoa Tuottavuudeltaan tehokas menetelmä 39

40 Ruiskulaminointi Käyttö: Pienet ja keskisuuret sarjat Tuotteet, joille ei aseteta erityisiä lujuus ominaisuuksia. Tyypillisiä tuotteita ovat soutuveneet, säiliöt, lumikolat jne. 40

41 Kuitukelaus, punonta ja käärintä Kuitukelausta ja sen muunnoksia punontaa ja käärintää käytetään sylinterimäisten kuorirakenteiden valmistukseen. 41

42 Kuitukelaus Avomuottimenetelmä koirasmuotin päälle kelataan kastellut kuitukimput Kelausprosessi: Kuitukimput kostutetaan altaassa Kuitukimput johdetaan pyörivän muotin päälle Kun kuitukerroksia on riittävästi, laminaatti kovetetaan muotin päällä tai siirretään muotteineen kovetusuuniin. Kovettunut laminaatti voidaan poistaa muotilta. 42

43 Kuitukelaus 43

44 Kuitukelaus Materiaalit: Hartsit: Polyesterihartsit Epoksi- ja fenolihartsit Vaativammat kohteet Hartseilla oltava alhainen viskositeetti Lujitteiden nopea kostutus Riittävät työskentelyajat Saattavat vaatia kovetuksen lämmittämällä 44

45 Kuitukelaus Materiaalit: Lujitteet: Lasikuituroving (yleisin) Katkokuitumatto Pintahuopa Kudokset Vaatimuksia: Nukkaamattomuus Katkeamattomuus Kunnollinen ja nopea kostutettavuus 45

46 Kuitukelaus Prepregmateriaalit Märkäkelauksen haitat vältettävissä Työ saadaan siistimmäksi ja tuotteet korkealaatuisiksi. 46

47 Kuitukelaus Tuotteet Hyvät lujuusominaisuudet Kuidut katkomattomia ja suuntautuneita Sylinterimäisiä kappaleita: Säiliöt Putket Myös muut muodot mahdollisia: Jos kelauksessa pystytään pitämään vetojännitys Kappaletta voidaan muotoilla kelauksen jälkeen 47

48 Punonta Kelauksen tyyppinen valmistusmenetelmä Punonnassa kuitukimput pujotellaan toistensa yli ja ali muodostuu kaksi- tai kolmidimensionaalisia rakenteita. Punontakoneella ohjataan kuiturullien liikettä. Lujitteina kuivia lujitteita tai prepregejä Kuivien kuitujen kostutus yleensä omana työvaiheenaan RTM- tai puristustekniikalla. 48

49 Punonta Punontakoneen periaate 49

50 Punonta Kaksi- ja kolmedimensionaalisia lujiterakenteita Tuotteilla poikkeuksellisen hyvä iskulujuus Ristikkäiset ja lomittaiset lujitteet estävät vaurion etenemisen Kolmedimensionaalisilla rakenteilla lujuus myös muissa kuin tason suunnissa hyvä. Käyttö tuotteissa, joilta vaaditaan: Kestävyyttä iskuja vastaan Hyviä lujuusominaisuuksia laminaattitasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa 50

51 Käärintä Ohutseinämäisiä pyörähdyskappaleita Materiaalit esikostutettua tai prepregiä Käärittävä materiaali leikataan työkappaleen pituuteen ja kääritään muotin päällä Kappale kovetetaan muotin päällä. Prepregi vaatii kovetuspaineen Työkappaleen päälle kelatulla kutistuskalvolla tai alipainesäkillä. 51

52 Käärintä Käärimällä valmistettavia tuotteita: Urheiluvälineet ja niiden varret Ohutseinäiset, tarkkamittaiset putket, joilla on hyvät lujuusarvot. 52

53 Hartsi-injektio (RTM) Periaate Lujitteet sijoitetaan suljettavaan muottiin Lujitemuovissa tarvittava hartsi injektoidaan sen jälkeen muotin sisään Kappale kovetetaan muotissa Kappale poistetaan muotista ja viimeistellään. 53

54 Hartsi-injektio (RTM) Hartsi-injektion periaate 54

55 Hartsi-injektio (RTM) Lujitteina matto- ja kudoslujitteita Tavallisimmin jatkuvakuituista ja katkokuitumattoa vuorotellen. Vältetään katkokuitumaton liikkuminen injektiopaineen vaikutuksesta. Lujitteiden tasainen asettelu ja oikea määrä ratkaisee saatavat lujuusominaisuudet. Lujitteet voidaan myös sitoa toisiinsa mekaanisesti tai lujitteissa mahdollisesti olevilla liimanauhoilla. Insertit mahdollisia asentaa lujitteiden kanssa yhtäaikaa 55

56 Hartsi-injektio (RTM) Hartsien vaatimukset riippuvat Lopputuotteelle asetettavista vaatimuksista Halutusta työskentelyajasta Hartsin pieni viskositeetti auttaa kostutusta ja nopeuttaa injektiota. Huippueksotermi ei kuitenkaan saa aiheuttaa säröilyä tai ylikuumenemista 56

57 Hartsi-injektio (RTM) Polyesterihartsit Tavallisimmin käytettyjä hartseja Sopivat hyvin muotokappaleiden valmistukseen Epoksit ja vinyyliesterit Kudoslujitteiden kanssa Metakrylaattihartsisysteemit Injektion nopeutus Täyteaineiden määrän lisäys 57

58 Hartsi-injektio (RTM) Menetelmällä mahdollista käyttää poikkeuksellisen korkeita täyteainepitoisuuksia Kohteet, joissa halutaan saavuttaa kustannussäästöjä Kohteet, joissa tuotteelta vaaditaan erityisominaisuuksia (esim. palonkesto). Yleisin täyteaine kalsiumkarbonaattia (jopa 50 % hartsin määrästä) 58

59 Hartsi-injektio (RTM) Lujitteiden leikkaus ja muotoilu Lujitteiden leikkaus ja asettelu muottiin on aikaa ja kustannuksia vaativa vaihe Kehitetty menetelmiä, joilla lujitteet saadaan asennettua nopeammin ja edullisemmin muottiin: Muotoiltavilla jatkuvakuitumatoilla lujitteet muotoillaan lopullista kappaletta muistuttavan apumuotin päällä Sideaineena kestomuovi Pehmennys, muotoilu, kovettuminen 59

60 Hartsi-injektio (RTM) Lujiteaihiot voidaan valmistaa myös katkokuituisesta lujitteesta ja sideaineesta Ruiskutus reiällisen apumuotin päälle Alipaine pitää lujitteet paikoillaan kunnes lujitteen sideaine on kovettunut. Sideaineena esim. kestomuovipulveri. Ruiskutustekniikan etuja: Pieni ainehukka Lujitepituuksien säätömahdollisuus kerroksittain Kuitujen suuntausmahdollisuus. 60

61 Hartsi-injektio (RTM) Lujiteaihion valmistus ruiskutusmenetelmällä 61

62 Hartsi-injektio (RTM) RTM- menetelmän etuja ja haittoja 62

63 Alipaine- RTM Perinteisen RTM- menetelmän muunnos Toinen muottipuolisko on korvattu alipainesäkillä Hartsi imetään muottiin alipainella tai sekä aliettä ylipainella Hartsin injektointi juoksutuskerrokseen, josta edelleen lujitteisiin paksuussuunnassa. Hartsin syötetössö käytetään valittua injektoinstrategiaa. 63

64 Alipaine- RTM Eri injektointistrategioita ja injektointiin kuluva suhteellinen aika sivusuhteella 1:2 (VTT Kemiantekniikka) 64

65 Alipaine- RTM Vaihtoehtoinen tapa: Hartsi kaadetaan muottiin lujitteiden päälle Peitetään kalvolla Lujitteiden kostutus alipaineella 65

66 Alipaine- RTM 66

67 Suurnopeus - RTM Suurille sarjoille kehitetty RTMmenetelmä Muottiaika on huomattavasti nopeampi kuin RTM- menetelmässä Sarjatuotannossa pienempi muottien määrä ja niiden vaatima tila Kohtuullisemmat käsittelyajat 67

68 Suurnopeus - RTM RTM- menetelmän nopeuttaminen: Lujiteaihiot Hartsin lämmitys alentaa hartsin viskositeettiä ja virtausvastusta Muotin lämmitys nopeuttaa kovettumista vaatii kalliimmat muotit kappaleen mitat saattavat muuttua muotin lämpöliikkeen johdosta Useampia injektointipisteitä Korkeampi injektointipaine ja samanaikainen alipaine 68

69 Reaktiovalu (RIM) Raaka-aineen kaksi komponenttia sekoitetaan keskenään Injektointi muottiin Muotit suljetaan muottipuristimilla RRIM: Lujitteina lyhyt kuitulujite 69

70 Reaktiovalu (RIM) Raaka-aineet: polyoli ja isosyanaatti Raaka-aineiden sekoitus säiliöissään ja kierrätys putkistoissa saostumisen estäminen Injektointi: Molemmat raaka-aineet lämmitettyinä sekoituspäähän Sekoite injektoidaan muottiin 70

71 Reaktiovalu (RIM) Materiaalin ruiskutusaika riippuu kappaleen koosta ollen muutamia sekunteja Raaka-aineen hyytyminen pienillä kappaleilla: 2..6 s Muottiajat: s. Muottipaineet matalia: 0,5 1 MPa Halvemmat muotit Menetelmä sopii myös pienemmille sarjoille. 71

72 Reaktiovalu (RIM) Käyttö: Kuljetusvälineteollisuus Suuret kappalekoot RIM-menetelmän kehityksen pääalue: muottien koon kasvattaminen puristusvoimien kasvattaminen. 72

73 Reaktiovalu (RIM) 73

74 Reaktiovalu (RIM) RIM- tuotteiden ominaisuudet poikkeavat lujitemuovituotteiden yleisistä ominaisuuksista: Jäykkyys matala ja murtovenymät suuria Ominaisuuksien muuntelu: Muuntelemalla raaka-aineita Muuntelemalla täyteainemääriä. 74

75 Reaktiovalu (RIM) Täyteaineina katkokutulasia, jauhettua lasia, talkkia, kiillettä ja wollastoniittia. Matalien lujuusarvojen vuoksi RIMtuotteita ei juuri käytetä kantavissa rakenteissa RIM soveltuu tuotteille, joilta vaaditaan iskulujuutta ja joustavuutta esim. autojen puskurit ja muut korin osat. 75

76 Reaktiovalu (RIM) 76

77 SRIM Paremmat lujuusarvoja kuin lyhytkatkokuituisella RRIM- menetelmällä Valmiiksi muovatut lujiteaihioit sijoitetaan muottiin Polyuretaanihartsin ruiskutus muottiin Ruiskutus on huomattavasti nopeampi kuin RTMmenetelmä Nopea hartsin syöttö Lujitteet eivät saa lähteä kulkemaan hartsivirran mukana. 77

78 SRIM Lujitteina jatkuvakuituisia mattoja, kudoksia tai näistä valmistettuja muotoiltuja aihioita. Nopea hartsin syöttö edellyttää tehokasta ilmanpoistoa muotista voidaan tehostaa alipaineimulla tai käyttämällä puoliläpäisevää vaahtoa päästää ilman läpi ja tiivistyy sitten kun hartsi täyttää vaahdon. 78

79 Ruiskuvalu Yleinen kestomuovituotteiden valmistusmenetelmä Soveltuu myös lujitemuovituotteiden valmistukseen Raaka-aine granulaattia Granulaatti syötetään syöttösuppilosta valukoneen siirtoruuville Ruuvi siirtää materiaalin muottiin Kestomuovi plastisoituu Kertamuovi pehmennetään lämmittämällä puristusta varten 79

80 Ruiskuvalu Kappale kovettuu muotissa mm koosta riippuen Kestomuoveilla muottia jäähdytettävä Kertamuoveilla muottia lämmitettävä Muotit kalliita Työkaluterästä Monimutkaisia Mm. syöttö- ja jakokanavisto täyttämään muotti Kestomuovien ruiskutuskanavisto vaatii lämmityksen Materiaali pehmeänä muottiin. 80

81 Ruiskuvalu Lujitemuoveilla ruiskuvalun syöttöruuvit poikkeavat lujittamattomien muovien ruuveista Tavoitteena lujitteiden mahdollisimman vähäinen pilkkoutuminen syöttö- ja puristusvaiheen aikana Kaksoisruuveissa materiaali kulkee riittävällä etäisyydellä ruuveista Toinen tapa kaksivaiheiset muotit Materiaali ensin matalalla paineella muottiin Sen jälkeen puristus muotissa. Lujitteet mahdollisimman pitkinä muottiin. 81

82 Ruiskuvalu Käytetään suhteellisen pienille kappaleille suurella sarjakoolla Kuitulujituksella pyritään: korkeampiin lujuus- ja kimmoarvoihin parempaan lämmönkestoon pienempään lämpölaajenemiseen Lujittaminen lisää pitkäaikaislujuuksia 82

83 Ruiskuvalu Lujitepituus lopputuotteessa n. 0,2 mm Joillakin erikoisruiskuvalumateriaaleilla n. 3 4 mm:n lujitepituudet Materiaalin virtaaminen pyrkii suuntaamaan lujitteita virtaussuuntaan 83

84 Ruiskuvalu 84

85 Keskipakovalu Lujitteiden asetus muottiin Muotti laitetaan pyörimään Hartsin kaato tai ruiskutus muottiin Hartsi kostuttaa lujitteet ja ilma poistuu (keskipakovoima) Käyttö putkien, säiliöiden ja muiden pyörähdyskappaleiden valmistuksessa 85

86 Keskipakovalu Kappaleiden seinämät tasapaksuja Kappaleiden ulkopinta on sileä parempi kuin esim. kelatuissa putkissa Menetelmä sallii suuret täyteainemäärät Voidaan kasvattaa seinämän paksuutta ja jäykkyyttä edullisesti. 86

87 Keskipakovalu 87

88 Puristusmenetelmät Raaka-aine puristetaan muotissa muotin muotoon Kaksi menetelmää: Siirtopuristus Ahtopuristus 88

89 Siirtopuristus Raaka-aineen lämmitys siirtosylinterissä Raaka-aineen ohjaus männän avulla muottionkaloon Menetelmä soveltuu monimutkaisille kappaleille Puristuspaineet jopa 200 bar Muotti- ja laitekustannukset alhaisemmat kuin ruiskuvalussa 89

90 Siirtopuristus Pitempi muottiaika ja suurempi materiaalihukka kuin ruiskuvalussa. 90

91 Siirtopuristus 91

92 Ahtopuristus Raaka-aineet asetetaan puristimessa olevan muotin sisään Muotti suljetaan Käytettävät puristuspaineet, puristusnopeudet ja lämpötilat riippuvat käytettävistä raaka-aineista Raaka-aineiden mukaan puhutaan myös muutamasta eri menetelmästä 92

93 Ahtopuristus Muotit: Koostuvat kahdesta puoliskosta Kiinnitetään puristimessa oleviin ylä- ja alapuristinlevyyn Puristilevyt voivat olla kuumennettavia Suurimmat muottikoot noin kahden neliömetrin luokkaa. 93

94 Ahtopuristus Puristimien valinta rajoittaa valmistettavien kappaleiden suurimpia kokoja ja käytettäviä materiaalivaihtoehtoja Puristimien puristusvoima Puristinlevyjen vapaa pinta-ala Avautumismatka Käytettävien puristuslevyjen maksimilämpötilat ja jäähdytystehot vaihtelevat 94

95 Ahtopuristus Lujitteet asetetaan muottiin Lujitteiden päälle kaadetaan hartsiseos Muotti suljetaan Kappale kovetetaan Puristusmenetelmiä kaksi ryhmää: Kylmäpuristusmenetelmät Ei kovetuksen kiihdytystä lämmöllä Kuumapuristusmenetelmät Kovetuksen kiihdyttäminen lämmöllä 95

96 Ahtopuristus Lujitteina jatkuvakuitumatot tarvittaessa kudoksilla täydennettyinä Matriisina on polyesterihartsi Soveltuu sekä kylmä- että kuumapuristukseen Lujuusarvot käsinlaminoinnin luokkaa 96

97 BMC ja SMC Kuumapuristuksen muunnoksia BMC- menetelmässä puolivalmiste massamaista SMC- menetelmässä puristuksessa taipuisa levymäinen puolivalmiste. Molemmissa menetelmissä raaka-aine asetetaan muottiin ja kovetetaan korotetussa lämpötilassa. 97

98 BMC ja SMC BMC- ja SMC- menetelmät vaativampia kuin tavanomaiset kuuma- ja kylmäpuristukset: SMC:ssä lujitteiden asettelu tarkkaa Yleensä kerrokset asetetaan pyramidimaiseen muotoon Lujitteet leikataan siten, että muotti täyttyy noin 70% Raaka-aineen määrän tulee olla tarkasti oikea Muotin pintalämpötilan tarkkuus 2 o C Puristusnopeutta ja painetta on pystyttävä säätämään puristuksen aikana. 98

99 BMC ja SMC BMC- puristus SMC- puristus 99

100 BMC ja SMC Jaksoajat 2 5 minuuttia Esilämmityksellä ja alipaineimulla SMC:ssä jaksoaika lyhennettävissä muutamilla minuuteilla Sarjatuotantomenetelmiä SMC soveltuu vain suursarjatuotantoon Materiaaleissa käytetään runsaasti täyte- ja lisäaineita Tuotteiden valmistettavuus Tuotteiden fysikaaliset ominaisuudet 100

101 BMC ja SMC Puolivalmisteet Itse valmistetut Kaupalliset valmisteet Lujitteet: BMC:ssä yleensä katkottua lasikuitua SMC:ssä katkottua kuitua tai kudos- ja jatkuvakuituvalmisteita Hartsit: Polyesterit Vinyyli- ja fenolihartsien sekä kestomuovien käyttö on vähäisempää. 101

102 BMC ja SMC Käyttökohteita BMC: Esim. sähköteollisuuden rasiat ja kotelot SMC: Levymäiset tuotteet Esim. autojen koriosat 102

103 Lujitettujen kestomuovilevyjen muovaus Kestomuovilevyjä voidaan lujittaa jatkuvalujitteisilla matoilla tai katkokuiduilla Lujitettava muovimateriaali tavallisesti polypropeeni Lujitettuja kestomuoveja kutsutaan nimillä: GMT (Glassmatten- värstärkte Thermoplaste) RTC (Reinforced Thermoplastic Composite) 103

104 Lujitettujen kestomuovilevyjen muovaus Lujitteiden määrä ja muoto vaihtelee GMT/RTC- tuotteen valmistus: Lujitetun muovilevyn kuumennus muovin sulamispisteen yläpuolelle Kuumennetun levyn siirto kylmään puristusmuottiin Tuotteen nopea muovaus muotissa Kappaleen jäähdytys muotissa riittävän kovaksi Irrotus muotista. 104

105 Lujitettujen kestomuovilevyjen muovaus Puristusprosessilla on nopea jaksoaika Puristuksessa vaaditaan korkea paine Puristimet kalliita ja metallimuotit kalliita Kuitenkin ainoa menetelmä, jolla voidaan valmistaa lujitettuja kestomuovituotteita. 105

106 Lujitettujen kestomuovilevyjen muovaus 106

107 Kylmä- ja kuumapuristuksen edut ja haitat 107

108 Suulakemenetelmät Suulakeveto eli pultruusio Pultruusion muunnokset Suulakepursotus eli ekstruusio Suulakemainen muotti Tuote valmistetaan suulakkeen läpi Tuotteet pitkiä vakiopoikkipintaisia Putket ja profiilit Suurehkot tuotantosarjat 108

109 Pultruusio Jatkuvatoiminen valmistusmenetelmä Prosessi yleensä pitkälle automatisoitu Tuotantonopeudet ovat jopa useita metrejä minuutissa Tuotteet putkia ja profiileita. 109

110 Pultruusio Muottina lämmitettävä suulake Kostutettujen lujitteiden veto suulakkeen läpi Muotti antaa tuotteelle muodon Hartsi kovettuu muotissa Kappaleen tulee kestää vetovoima, jolla vetokalusto vetää sitä suulakkeen läpi Riittävä kovettuminen muotissa Muotin jälkeen mahdollinen jäähdytys Vedon jälkeen tuotteiden katkaisu määrämittoihinsa. 110

111 Pultruusio Pultruusiolaitteisto, Exel Oyj (Virtuaaliyliopisto) 111

112 Pultruusio Pultruusio käynnissä Primon tehtaalla 112

113 Pultruusio Pultruusiolla valmistetut kappaleet muutaman millimetrin läpimitasta 1 2 metrin levyisiin kappaleisiin 113

114 Pultruusio Pultruusioprosessi Lujitekuitujen kostutus hartsilla avoaltaassa tai hartsin injektointi muottiin Lujitteiden oltava tasaisesti jännittyneitä Lujitteet olisi hyvä muotoilla lähelle tulevaa muotoa 114

115 Pultruusio Raaka-aineiden mahdollinen esilämmitys ennen muottia Kovetuksen nopeutus Kovettumisen tasalaatuisuuden varmistaminen Muottikuumennus kuumentaa ensin pinnan ja kovetus alkaa pinnasta Mikroaaltokuumennus tapahtuu läpi koko poikkipinnan yhtä aikaa Parempi kovettumiskutistumien ja niiden aiheuttamien halkeamien hallinta 115

116 Pultruusio Muotit ja onttojen kappaleiden valmistuksessa käytettävät tuurnat työkaluteräksestä tai kromipinnoitettuja Muottien pituudet yleensä 0,5-1,2 m Lujitteet ovat pääasiassa lasikuiturovingia Voidaan käyttää lisänä myös katkokuitumattoja, kudottuja lujitteita ja pintahuopia 116

117 Pultruusio Lisälujitteet voidaan kostuttaa ennen vetoa tai ne voidaan syöttää muottiin kostuttamattomina Kostuttuvat peruslujitteiden ylimääräisestä hartsista Ns. spunrovingilla voidaan laminaattia lujittaa myös poikittaissuunnassa käytetään mm. profiilien nurkkakohdissa Lujitteina käytetään myös aramidi- ja hiilikuituja 117

118 Pultruusio Exel Oyj:n pultruusiomenetelmällä valmistamia hiilikuituvahvisteisia profiileja. (TEKE) 118

119 Pultruusio Tavallisin hartsi polyesteri Epokseja käyttämällä parempia lujuusominaisuuksia Fenolihartseja käytetään paremman korkean lämpötilan keston ja paloturvallisuuden takia Metylaattihartseilla mahdollista nostaa linjanopeutta Matriisimateriaalina voidaan käyttää myös kestomuoveja. 119

120 Pultruusio Hartsit vaativat lisäaineistuksen mm. seuraavista syistä: Pinnanlaadun varmistaminen Kalkki, savi, pintahuovat Kovettumiskutistumien esto Kestomuovilisäykset Tuotteen irrottaminen muotista Palonkesto- ominaisuuksien parantaminen Raaka-ainekustannusten pienentäminen Profiilien värjääminen Väripigmentit 120

121 Pultruusio 121

122 Pultruusio 122

123 Pultruusion muunnoksia Exel Oyj:n kehittämä muovikalvopultruusio: Ulkopuolisena muottina muovikalvo Sisäpuolella muottina on lämmitetty tuurna Kappale kovettuu tuurnan päällä Lopullinen kovettuminen infrapunauunissa tuotantolinjalla Lujitteina esi-impregnoidut rovingit tai impregnointi tehdään muotissa Muoteilla esimuotoiluosa 123

124 Pultruusion muunnoksia Exel Oyj:n kehittämän muovikalvopultruusion periaate 124

125 Pultruusion muunnoksia Toinen pultruusiosta kehitetty muunnelma: Kaareville ja poikkipinnaltaan vaihteleville kappaleille Muotti koostuu kiinteästä ja liikkuvasta osasta Liikkuva osa on kiinnitetty pyöritettävään pöytään. 125

126 Pultruusion muunnoksia Kaarevan profiilin valmistukseen tarkoitetun pultruusiolinjan toimintaperiaate 126

127 Ekstruusio Periaatteessa lujittamattomien kestomuovien valmistusmenetelmä Sopii myös lujitemuovituotteiden valmistukseen Jatkuvatoiminen prosessi Plastisoitu raaka-aine halutun muotoiseksi kulkiessaan suulakkeen läpi Profiileita, tankoja, putkia, letkuja ja kalvoja. 127

128 Ekstruusio Menetelmä muistuttaa ruiskupuristusta Ruiskupuristuksessa kuitenkin kappale muotoutuu muotissa Suulakepuristuksessa muoto määräytyy suulakkeen reiän muodosta Raaka-aine lyhytkuituista kestomuovigranulaattia Mekaanisissa ominaisuuksissa ei päästä pultruusiotuotteiden tasolle. 128

129 Valssaus Hartsin ja lujitteiden asetetus muovikalvojen väliin Kalvojen muodostaman laminaattipaketin muotoilu halutun poikkipinnan muotoiseksi levyksi muotoilulevyjen välissä Levyn kovetus 129

130 Valssaus Massatuotantomenetelmä Tarvittavien laitteiden investointikustannukset ovat suuret Tyypillisiä tuotteita mm. rakennusalalla käytettävät paneelit ja kerroslevyt Rakennusteollisuuden tuotteissa lujitteina katkokuitua Muissa tuotteissa myös suunnattuja lujitteita ja kudoksia. 130

131 Valssaus Laminaatin valssauksen periaate 131

132 Kerroslevyjen valmistus Kerroslevyjä käytetään, kun tarvitaan paksua rakennetta, mutta laminaatin paksuuden kasvattaminen ei ole tarkoituksenmukaista kun laminaatilta odotetaan erityisominaisuuksia, esim. lämmön- tai ääneneristyskykyä Kerroslevyjen ydinaineet: Markkinoilla tarjolla valmiita ydinaineita Ydinaineet valmistetaan omassa tuotannossa 132

133 Kerroslevyjen valmistus Valmiit ydinaineet Solumuoveja tai kennolevyjä Solumuovit Tavallisimmin uretaani-, PVC-, fenoli- tai PMImuoveja Kullakin solumuovilla on omat käyttöominaisuutensa Materiaalivalinta parhaan solumuovin valintaan Lujuusominaisuudet Lämmön- ja tulenkesto Muut erityisominaisuudet Hinta 133

134 Kerroslevyjen valmistus Valmiit ydinaineet Kevyissä rakenteissa hunajakennorakenteita perusmateriaaleina esim. alumiini tai hartsiimpregnoidut huovat Liimaus Kerroslevyjen valmistuksen kriittisin vaihe Puristuspaine ja liiman määrä Liimoilla tai laminointihartsilla Ydinaineen tulee olla korkealaatuista ja tasalaatuista. 134

135 Kerroslevyjen valmistus Valmiit ydinaineet Puristaminen liimauksessa Tavoitteena liimasauman yhtenäisyys ja tasalaatuisuus Yksinkertaisin tapa painojen käyttö Alipainesäkeillä päästään tasaisempiin ja korkeampiin puristuspaineisiin Monikerrospuristimilla useamman suoran levyn liimaus kerrallaan 135

136 Kerroslevyjen valmistus Kaarevat kerroslevyt Valmiit ydinaineet Liimattaessa puristuspaineiden oltava riittävän korkeita Autoklaaveissa mahdollista nostaa puristuspaineet hyvinkin korkeiksi Vaarana ydinaineen puristuslujuuden ylittäminen tai ydinaine esikäsiteltävä ennen liimausta Liimaus saattaa vaatia myös korotetun lämpötilan RTM- menetelmää voi käyttää kerroslevyjen liimauksessa. 136

137 Kerroslevyjen valmistus Valmiit ydinaineet Ydinaineen esikäsittelyt liimauksessa Suorat, yhtenäiset ydinaineet yleensä liimausvalmiita Palosta kootut ydinaineet: Jatkossaumat suoria tai viistettyjä Liimattava kiinni toisiinsa Liimalla Harsin ja mikropallojen seoksella Joskus ydinaine joudutaan suojaamaan hartsin vaikutuksia vastaan. 137

138 Kerroslevyjen valmistus Valmiit ydinaineet Kaarevien kerroslevyjen ydinaine voidaan myös taivuttaa Loivat kaaret voivat onnistua alipainesäkkiä käyttämällä Jyrkemmissä tehtävä ydinaineen esitaivutus korotetussa lämpötilassa Muita keinoja: ydinaineen urittaminen, paloista tehdyn balsan käyttäminen tai taipuisan hunajakennon käyttö. 138