”Hyvä Tietää Muovista” on MuoviPlast-lehdessä jo vuodesta 2012 lähtien ilmestynyt artikkeleiden sarja, joissa esitellään perustietoa tavallisimmista muoveista.
Teksti Ulf Bruder / Brucon Ab, käännös Erik Lähteenmäki / Polymerik Oy.
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”).
Toisessa menetelmässä käytetään ruiskuvalettua, nk. preformia, joka lämmitetään ja puhalletaan muottitilaan. Useimmat PET-juomapullot valmistetaan tällä menetelmällä.
Muottipuhallus ekstrudoitavan letkun avulla
- Ekstrudoitu letku laskeutuu suuttimesta muottipuoliskojen väliin.
- Muotti on sulkeutunut ja letkun sisään puhalletaan paineilmaa.
- Letku on täysin muotoutunut muotin seinämien mukaan ja jäähtynyt.
- Muotti aukeaa ja valmis kappale poistetaan muotista.
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 raaka-aineesta esim. kovaa ja pehmeätä raaka-ainetta vuorotellen, jolloin voidaan valmistaa jäykkiä putkia integroiduilla pehmeillä ja taipuisilla palkeilla.
Muottipuhallus preformin avulla
- Ruiskuvalettu preformi lämmitetään infrapunalämmittimillä.
- Preformi asetettuna suljettuun muottiin.
- Preformi venytetään muotin pohjaan tangolla, jonka päässä on kuula.
- Preformiin puhalletaan paineilmaa, jolloin se muotoutuu muotin seinämien mukaan. Muotti aukeaa ja jäähtynyt kappale poistetaan muotista.
Menetelmän etuja (+) ja haittoja (–)
- + 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
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 ekstruu-derilla 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 monta ekstruuderia ja nk. monikerrossuutinta, kun tehdään monikerrosprofiilia useammasta raaka-aineesta.
Menetelmän etuja (+) ja haittoja (–)
- + 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
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 ennen kuin 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 ilmakuplan halkaisijalla (ilmanpaine) ja kalvon orientaatiota (biaksiaalinen) kelausvalssien nopeudella. Menetelmällä työstetään suuria määriä muovia.
Menetelmän etuja (+) ja haittoja (–)
- + 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.
- Avonainen muotti kiinnitettynä pystyakseliin, joka vuorostaan on kiinnitetty vaaka-akseliin. Pulverimainen muoviraaka-aine (oranssi) annostellaan muottiin käsin.
- Muotti on kiinni ja pyörii kolmiulotteisesti siten, että pulveri jakautuu tasaisesti muotin sisäpinnalle. Uuniin sijoitettua pyörivää muottia aletaan samanaikaisesti lämmittää.
- Raaka-aine on sulanut ja jakautunut muottiin tasaisesti. Muotti jäähdytetään puhaltimien avulla tai paineilmalla samanaikaisesti muottia pyörittäen.
- Raaka-aine on jähmettynyt, muotti avattu ja valmis kappale poistetaan muotista.
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.
Menetelmän etuja (+) ja haittoja (–)
- + lyhyt kehitysaika
- + alhaiset muottikustannukset
- + mahdollisuus valmistaa erittäin suuria kappaleita (jopa 20 m3)
- + 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
Tyhjömuovaus
Tyhjömuovausta käytetään melkein ainoastaan amorfisten muovien työstöön. Se on erittäin yleinen pakkausteollisuudessa, koska kaikkea pillereistä kehittyneisiin elektroniikkatuotteisiin pakataan nykyään tyhjömuovattuihin kalvopakkauksiin. Yhtä tämän menetelmän versiota kutsutaan lämpömuovaukseksi.
- Muovilevy (oranssi) on asetettu koneen päälle. Muotti (puolipallot) on ala-asennossaan.
- Muovilevy on kiinnitetty tiiviisti yläpuolelta kiinnityskehyksellä. Levy lämmitetään infrapunalämmittimellä.
- Muotti alkaa liikkua ylöspäin samalla, kuin muottitilaan luodaan paineilman avulla ylipaine. Samanaikaisesti ylhäältä laskeutuu tuurna.
- Muotti on painettu vasten levyä, joka samanaikaisesti imetään alta tyhjiön avulla. Tuurna auttaa levyn muotoilussa ylhäältäpäin. 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 kierrätetään uudelleen käyttöön uusien levyjen valmistuksessa.
Tavallisimmat tyhjömuovauksessa käytettävät muovit ovat: PC, ABS, SAN, PS, PET, PVC ja PMMA.
Menetelmän etuja (+) ja haittoja (–)
- + lyhyt kehitysaika
- + alhaiset muottikustannukset
- + mahdollisuus valmistaa erittäin ohutseinämäisiä kappaleita
- + taloudellinen myös pienissä sarjoissa (> 10 kpl)
- – suhteellisen pitkä jaksoaika, useita minuutteja
- – rajoitettu määrä raaka-aineita