HYVÄ TIETÄÄ MUOVISTA OSA 10 MuoviPlast-lehti jatkaa tässä numerossa 10-osaista artikkelisarjaa Hyvä Tietää Muovista. Siinä esitellään perustietoa tavallisimmista muoveista, kuten valtamuovit, tekniset muovit, erikoismuovit ja biomuovit. Kestomuovien yleisimmät työstömenetelmät esitellään sarjan loppupuolella. Teksti Ulf Bruder / Brucon Ab, käännös Erik Lähteenmäki / Polymerik Oy. MUOVIN TYÖSTÖ MUOTTIPUHALLUS, EKSTRUUSIO, KALVOPUHALLUS Muottipuhallus Muottipuhallus on täysautomaattinen prosessi, jossa muovista valmistetaan onttoja kappaleita. Muottipuhalluksesta on olemassa kaksi eri menetelmää. Ensimmäisessä menetelmässä kahden muottipuoliskon väliseen muottitilaan ekstrudoidaan letku (englanninkielinen nimi parison ). Kts. kuva 1. Toisessa menetelmässä käytetään ruiskuvalettua n.k. preformia, joka lämmitetään ja puhalletaan muottitilaan. Useimmat PET juomapullot valmistetaan tällä menetelmällä. Kts. kuva 2. Yleensä muottipuhalluksessa käytetään menetelmään kehitettyjä erikoislajikkeita, joilla on suhteellisen korkea viskositeetti. Yleisiä muottipuhallettavia muoveja ovat PE, PP, PVC, PET, PA sekä tietyt kestomuovielastomeerit. Letkun ekstrudoinnissa voidaan käyttää monikerrosekstruusiota, jolloin tuotteelle saadaan esim. paremmat barrieriominaisuudet. Letku voidaan myös ekstrudoida vaiheittain eri raakaaineesta esim. kovaa ja pehmeätä raaka-ainetta vuorotellen, jolloin voidaan valmistaa jäykkiä putkia integroiduilla pehmeillä ja taipuisilla palkeilla. Muottipuhallus ektrudoitavan letkun avulla. 1.Ekstrudoitu letku laskeutuu suuttimesta muottipuoliskojen väliin 2. Muotti on sulkeutunut ja letkun sisään puhalletaan paineilmaa 3. Letku on täysin muotoutunut muotin seinämien mukaan ja on jäähtynyt 4. Muotti aukeaa ja valmis kappale poistetaan muotista Muottipuhallus preformin avulla. 1. Ruiskuvalettu preformi lämmitetään infrapunalämmittimillä 2. Preformi asetettuna suljettuun muottiin 3. Preformi venytetään muotin pohjaan tangolla, jonka päässä on kuula 4. Preformiin puhalletaan paineilmaa, jolloin se muotoutuu muotin seinämien mukaan. Muotti aukeaa ja jäähtynyt kappale poistetaan muotista 22 MUOVIPLAST 4/2013
+ Suurten kappaleiden valmistus mahdollista + Monimutkaisten kappaleiden valmistus mahdollista + Ohutseinämäisten kappaleiden valmistus mahdollista + Raaka-aineiden yhdisteleminen mahdollista - Kaikkia muoveja ei voida muottipuhaltaa - Korkea muotin ja koneen hinta vaatii suuria sarjoja - Kappaleella suhteellisen huono pinnanlaatu - Kappaleen mittatoleranssit vaatimattomat YLLÄ Muovinen viskipullo on valmistettu preformista. Preformi kuvassa vasemmalla. VASEMMALLA Vesitankkiin mahtuu noin 1000 litraa. Hyvä esimerkki muottipuhalluksen mahdollisuuksista. ALLA Talent Plastics Göteborg Ab (Profilspecialisten) on yksi Ruotsin suurimmista ektruusioprofiilien valmistajista. Kuva ekstruusiotuotannosta. Tyypillisen ekstruusiolinjan koko on noin 4 x 25 metriä. Ekstruusio Ekstruusiomenetelmällä voidaan valmistaa periaatteessa päättymättömiä tuotteita monesta kestomuovista. Ekstruusioon tarkoitetut muovilajikkeet poikkeavat ruiskuvaluun kehitetyistä lajikkeista lähinnä siten että niihin ei lisätä irrotusaineita. Raaka-aineella on myös oltava suhteellisen korkea sulaviskositeetti, jotta ekstrudoitu profiili pysyy muodossaan kun se tulee suuttimesta ennen sen jäähtymistä. Tavallisimmat ekstruusiossa käytettävät muovit ovat: PE, PP, PVC, PA, PC sekä tietyt kestomuovielastomeerit. Kuvassa tyypillinen ekstruusiolinja joka alkaa ektruuderilla ja suuttimella, joka muovaa profiilin. Normaalisti profiili hienosäädetään kalibrointialtaissa. Mikäli halutaan korrugoitu (aallotettu) profiili korvataan kalibrointiallas korrugointiyksiköllä. Seuraavassa vaiheessa profiili jäähdytetään, jotta se voidaan katkoa määrämittaisiin osiin tai kelata rullalle. Joskus käytetään montaa ektruuderia ja n.k. monikerrossuutinta kun tehdään monikerrosprofiilia useammasta raaka-aineesta. + Kaikenlaisia päättymättömiä putkia ja profiileja voidaan valmistaa useista eri raaka-aineista + Suuttimet suhteellisen edullisia + Mahdollisuus valmistaa monikerrosprofiileja + Leveiden levyjen valmistus mahdollista + Ohutseinämäisten tuotteiden (esim. kalvot) valmistus + Mahdollisuus tehdä vaahdotettu sisusta + Mahdollisuus päällystää metallilankaa (sähkökaapelit ja vaijerit) + Aallotettujen profiilien valmistus + Tarkat mittatoleranssit (0,01 mm) mahdollisia + Hyvä pinnanlaatu - Tuotantolinjat vievät paljon tilaa - monikerrosprofiilien kierrätys MUOVIPLAST 4/2013 23
YLLÄ Kuvassa 7-kerros kalvopuhallussuutin. Ekstruuderit on sijoitettu suuttimen ympärille kehälle. Kuva DuPont ALLA DuPontin teknisen keskuksen kalvopuhalluslinja Genevessä. Kuva DuPont Säilörehupaaleja PE-kalvosta. Kalvopuhallus Menetelmä perustuu ekstruusioon, jossa putkimaisen suuttimen läpi tuleva letku venytetään sisään puhallettavan paineilman avulla ohueksi kalvoksi. Kalvon jäähdyttyä se painetaan kasaan valssien avulla. Loppuvaiheessa voidaan valita tehdäänkö kalvon päälle painatus ennekuin se rullataan rullalle, leikataan arkeiksi tai hitsataan ja leikataan esim. muovikasseiksi. Jotta sula kalvoletku ei tarttuisi puhallussuuttimeen pidetään se irti suuttimesta ohuen ilmaraon avulla. Kalvon paksuutta säädetään puhallussuuttimen ilmarakoa säätämällä. Kalvon leveyttä säädetään ilmapkuplan halkaisijalla (ilmanpaine) ja kalvon orientaatiota (biaksiaalinen) kelausvalssien nopeudella. Menetelmällä työstetään suuria määriä muovia. 24 MUOVIPLAST 4/2013 + Täysautomaattinen massatuotantomenetelmä edullisten kertakäyttötuotteiden kuten muovikassien ja kotitalouskalvojen valmistuksessa + Erittäin ohutseinämäisen kalvon valmistus mahdollista + monet raaka-aineet elintarvikehyväksyttyjä - Rajoitettu määrä raaka-aineita (korkeaviskoosisest materiaalit) -Korkea investointikynnys ja kalvopuhalluslinjat tarvitsevat korkeata tuotantotilaa
Rotaatiovalu Rotaatiovalu on pienin kaikista tunnetuista muovin työstömenetelmistä. Suurimmat käyttöalueet ovat lelujen valmistus sekä suurten säiliöiden ja tankkien valmstus. Menetelmä on osittain manuaalinen. + Lyhyt kehitysaika + alhaiset muottikustannukset + Mahdollisuus valmistaa erittäin suuria kappaleita (jopa 20 m 3 ) + Taloudellinen myös pienissä sarjoissa (>100 kpl) + Monta erilaista kappaletta (sama seinämäpaksuus) voidaan valmistaa samalla kiinnityksellä + Kappaleissa ei ole sisäisiä jännityksiä - Pitkä jaksoaika (30-60 min) - Rajoitettu määrä raaka-aineita 1.Avonainen muotti kiinnitettynä pystyakseliin joka vuorostaan on kiinnitetty vaaka-akseliin. Pulverimainen muoviraaka-aine (oranssi) annostellaan muottiin käsin. 2. Muotti on kiinni ja pyörii kolmiulotteisesti siten että pulveri jakautuu tasaisesti muotin sisäpinnalle. Uuniin sijoitettua pyörivää muottia aletaan samanaikaisesti lämmittämään. 3. Raaka-aine on sulanut ja jakautunut muottiin tasaisesti. Muotti jäähdytetään puhaltimien avulla tai paineilmalla samanaikaisesti muottia pyörittäen. 4. Raaka-aine on jähmettynyt, muotti avattu ja valmis kappale poistetaan muotista. Tyhjömuovaus Tätä menetelmää käytetään melkein ainoastaan amorfisten muovien työstöön ja se on erittäin yleinen pakkausteollisuudessa, koska kaikkea pillereistä kehittyneisiin elektroniikkatuotteisiin pakataan nykyään tyhjömuovattuihin kalvopakkauksiin. Yhtä tämän menetelmän versiota kutsutaan lämpömuovaukseksi. Tavallisimmat rotaatiovalussa käytettävät muovit ovat erilaisia polyeteenejä joista LLDPE on suurin (n. 60%) seuraavana HDPE (n. 10%). Toiseksi eniten käytetään PVC:tä (n. 15%). Muita käytettäviä muoveja ovat PP, EVA ja PA12. 1.Muovilevy (oranssi) on asetettu koneen päälle. muotti (puolipallot) on ala-asennossaan. 2. Muovilevy on kiinnitetty tiiviisti yläpuolelta kiinnityskehyksellä. Levy lämmitetään infrapunalämmittimellä. 3. Muotti alkaa liikkua ylöspäin samalla kuin muottitilaan luodaan paineilman avulla ylipaine. Samanaikaisesti ylhäältä laskeutuu tuurna. 4. Muotti on painettu levyä vasten joka samanaikaisesti imetään alsa tyhjiön avulla. Tuurna auttaa levyn muotoilussa yöhäältäpäin. Levy jäähdytetään puhaltimien avulla, puhalletaan irti muotista paineilman avulla ja siirretään seuraavaan työstöasemaan jossa puolipallon muotoiset kappaleet joko meistetään tai työstetään irti levystä. Usein syntyy paljon tuotantojätettä, joka kuitenkin kierrättää uudelleen käyttöön uusien levyjen valmistuksessa. VASEMMALLA Rotationsplast Ab Ruotsissa valmistaa polyeteenistä mm. merimerkkejä ja poijuja. Niiden valmistukseen käytetään ylläkuvatusta poikkeavaa Rock n Roll menetelmää. Siinä koko uusi keinuu ylös ja alas samalla kun uunin sisällä oleva kiinnityskehikko, johon on kiinnitettyvä useampi muotti, pyörii. Kun raaka-aine on sulanut otetaan edelleen pyörivä kiinnityskehikko ulos ja annetaan muottien jäähtyä erillisessä jäähdytystilassa. MUOVIPLAST 4/2013 25
YLLÄ Kuvassa useita kuluttajatuotteita, jotka on pakattu kalvopakkaukseen. Usein myös elintarvikkeita pakataan PET:stä muovattuihin pakkauksiin. ALL Antennikupoli huvijahteihin. Tavallisimmat tyhjömuovauksessa käytettävät muovit ovat: PC, ABS, SAN, PS, PET, PVC ja PMMA. + Lyhyt kehitysaika + Alhaiset muottikustannukset + Mahdollisuus valmistaa erittäin ohutseinämäisiä kappaleita + Taloudellinen myös pienissä sarjoissa (> 10 kpl) - suhteelisen pitkä jaksoaika, useita minuutteja - Rajoitettu määrä raaka-aineita Solvay - Technyl-PA6,PA66, Technyl Star-PA6,PA66 Kokonaisvaltainen materiaalitoimittajanne +358408271487 info@resinex.fi www.resinex.fi Ravago - Ravamid-PA6,PA66 26 MUOVIPLAST 4/2013