”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.
  • Yläkuvassa muoviviipaleen höyläys. Ylhäällä oikealla koekappale lasilevyjen välissä. Alla vasemmalla läpivalaisu polarisoidulla valolla. Alhaalla oikealla koekappale suurennettuna. Kuvassa näkyy mustaa termisesti hajonnutta raaka-ainetta kappaleen sisällä (kts. punainen nuoli). Kuva: DuPont
  • Pyyhkäisyelektronimikroskooppi on erittäin kallis laitteisto jota käytetään mm. raaka-aineen sisällä olevien epäorgaanisten aineiden analysoimiseen. Sillä voidaan myös analysoida muovikappaleiden murtumapintoja tai pintaa, kuten seuraavassa kuvassa.
  • IR-spektrofotometri. Laitteella voidaan analysoida orgaanista materiaalia. Seuraavissa kuvissa laitteella tehtyjä spektridiagrammeja.
  • Tavallisimpien muovien palamisen tunnusmerkit ja haju
  • Useimmilla eri muovilajikkeilla on raaka-ainetyypille ominainen liekki, savunmuodostus, haju ja palon eteneminen. Tätä voidaan käyttää polymeerityypin määrittämiseen.
  • Kuvassa Mettler-Toledo HR83, moderni halogeenitekniikkaan perustuva kosteuspitoisuusanalysaattori. Ruiskuvalajilla on usein käytössä perinteisempi menetelmä, joka perustuu uunissa sijaitsevalle tarkkuusvaa’alle. Aluksi mitataan granulaatin paino ja sen jälkeen uuni laitetaan päälle. Kosteuden haihduttua punnitaan granulaatti uudelleen ja lasketaan sen alkuperäinen kosteusprosentti.
  • Joissain tapauksissa yllättyy kun ruiskuvalukappale sahataan kahtia. Vasemmalla puolella kuvassa suuri onkalo asetaalikappaleessa. Oikealla mikroskooppisia huokosia lasikuitutäytetyssä polyamidikappaleessa.
  • Granulaattia tarkistamalla voi olla mahdollista havaita poikkeamat raaka-aineen värissä, granulaatin väärä koko tai granulaattikokkareet, mustat pisteet lasinkirkkaissa raaka-aineissa tai metallilastuja granulaatin pinnalla. Raaka-ainesäkissä voi myös olla poikkeavaa granulaattia (eri väri), pölyä, likaa tai vieraita esineitä.

Laadun valvonta raaka-aineen valmistuksessa

Raaka-aineen valmistajat mittaavat raaka-aineen laatua tasaisin väliajoin pistokokeilla. Polymeeristä ja reseptin lisäaineista riippuen käytetään tuotannon laadun valvontaan eri mittausmenetelmiä.

Säännöllisesti mitattavia suureita ovat viskositeetti, joka on riippuvainen molekyyliketjujen pituudesta, lasikuitupitoisuus (eli tuhkan määrä polymeerin täydellisen polttamisen jälkeen) kun kyseessä on lasikuitutäytetty raaka-aine, sekä raaka-aineen kosteuspitoisuus pakkaamisen yhteydessä.

Mittaustulokset, jotka raaka-aineiden valmistajat saavat tuotannon aikana tehdyissä pistokokeissa raaka-aineen laadun varmistamiseksi, liitetään usein raaka-aineen mukaan laatutodistuksen muodossa kun raaka-aine toimitetaan. Laatutodistuksessa on mainittu sama eränumero (engl. ”lot number” tai ”batch number”) kuin raaka-ainesäkkeihin tai oktabiineihin on merkitty. Eränumeron kirjaaminen tuotannossa on tärkeää, koska mahdollisten reklamaatioiden sattuessa on tiedossa mistä raaka-aine-erästä kappaleet on valmistettu.

tekstiin01
Akulon K224-G6 (PA6 + 30% lasikuitua luonnonvärinen) raaka-aineen laatutodistus. Tässä on mitattu raaka-aineen kosteuspitoisuudeksi 0,050 % ja mainittu 0,150 % ylemmäksi raja-arvoksi. Tuhkapitoisuus (lasikuidun määrä) on 29.9 %, joten se sijoittuu alemman (28,0 %) ja ylemmän (32,0 %) hyväksymisravon väliin. Raaka-aineen viskositeetti on mitattu muurahaishappoon liuotettuna arvoksi 2,45 mikä on selkeästi hyväksymisrajojen sisällä.

tekstiin02
Mittaustulos 12 eri erän lasikuitupitoisuudesta, jossa raaka-aineen lujitukseen käytetään 30 % lasikuitua. Tavoitteena saavuttaa 30 % niin tarkasti kuin mahdollista, mutta raaka-aine on hyväksytty toimitettavaksi jos tulos on vihreiden viivojen välissä (30 +/- 2 %). Erät 7 ja 11 eivät ole hyväksyttyjä, joten ne on sekoitettava jotta ne ovat toimitukseen kelpaavien toleranssien sisällä.

tekstiin03
Taulukossa näkyy että myös eräät termiset ja mekaaniset ominaisuudet mitataan muutaman kerran vuodessa. Nämä arvot ovat pohjana taulukkoarvoille, jotka julkaistaan datalehdissä ja tietokannoissa. Ainoastaan poikkeustapauksissa ruiskuvalaja saa raaka-aineensa testattuna kaikilla tällaisilla testeillä.

Raaka-aineen visuaalinen tarkistus

Erittäin harvoin muovin työstäjä havaitsee raaka-aineessa olevan virheen pelkästään tutkimalla raaka-ainegranulaattia. Usein ongelma havaitaan vasta tuotannon aloituksen jälkeen.

Ruiskuvalukappaleiden visuaalinen tarkistus

Mikäli raaka-aineessa on jotain normaalista poikkeavaa, havaitaan se useimmissa tapauksissa kun ruiskuvalukappaleiden valmistus aloitetaan. Usein virhe voidaan havaita visuaalisella tarkistuksella suurennuslasin avulla, mutta on myös tapauksia joissa ongelma havaitaan erillisessä mittauksessa tai mekaanisessa testissä.

Mustat pilkut

Mustat pilkut syntyvät raaka-aineen termisen hajoamisen seurauksena joko ruiskuvalukoneen sulatussylinterissä tai raaka-ainevalmistajan granulointi-ekstruuderissa. Mikäli mustat pilkut ovat jo granulaatissa, ei ole epäilystä siitä että raaka-aineesta on reklamoitava.

Metallipartikkeleita

Useat ruiskuvalajat käyttävät suppilomagneetteja, joilla voidaan kerätä pois rautapitoisia metallipartikkeleita. Mikäli metallipartikkelit ovat messinkiä tai ruostumatonta terästä menevät ne magneetista läpi ja voivat vahingoittaa ruuvia tai sylinteriä tai tarttua/vaurioittaa valukanavistoa.

Raidat

Mikäli raaka-aineen väriaineet ovat huonosti dispergoituneita voi kappaleen pinnalla näkyä erisävyisiä raitoja. Vastapainetta lisäämällä ja ruuvin kierroslukua alentamalla voidaan ongelmaa yrittää korjata.

Vieraat granulaatit

Joissain yksittäisissä tapauksissa voi vierasta raaka-ainetta joutua pakkaamisen yhteydessä raaka-ainesäkkiin. Mikäli vieraalla granulaatilla on korkeampi sulamispiste ja poikkeava väri voi käydä kuten kuvassa, jossa vihreä polyamidi on joutunut värjäämättömän asetaalin sisään. Polyamidi sulaa noin 80 astetta korkeammalla kuin asetaalin sulamislämpötila. Mikäli ongelma ilmenee vaihdettaessa säkkiä tai otettaessa käyttöön uusi erä raaka-ainetta on se merkki uudessa raaka-aineessa esiintyvästä poikkeamasta. Saattaa olla että ruiskuvalukoneen asetuksia täytyy säätää ja jos se ei auta, koittaa raaka-ainetta jossain toisessa koneessa ja muotissa ennen reklamaatiota.

Hopeisia raitoja

Polyamidit ovat herkkiä raaka-aineessa olevalle kosteudelle. Prosessissa raaka-aineeseen saattaa syntyä höyrykuplia, jotka ilmenevät hopeisina raitoina ruiskuvalukappaleen pinnassa. Raaka-aineen on oltava tarpeeksi kuivaa säkissä. Jos säkki on ollut rikki pitemmän aikaa, ei normaali esikuivaus riitä.

Vajaat kappaleet

Mikäli raaka-aineen sulaviskositeetti on normaalia korkeampi voi kappaleiden täyttymisen kanssa olla ongelmia. Usein ongelma voidaan korjata korkeammalla ruiskutuspaineella tai korottamalla sulan tai muotin lämpötilaa.

Jäysteet

Mikäli raaka-aineen sulaviskositeetti on normaalia alhaisempi saattaa kappaleessa esiintyä ylitäyttymisestä johtuvaa jäystettä. Useimmiten ongelma voidaan korjata alentamalla ruiskutupainetta. Polyestereissä (PBT ja PET) jäyste voi myöskin olla ongelma raaka-aineen huonosta kuivaamisesta.

Granulaatin väärä koko

Joissain tapauksissa raaka-aine toimitetaan nk. ”cube blend” muodossa, eli masterbatsi on siinä valmiina sekoitettuna. Kuvassa jotkut masterbatsi-rakeet ovat epätavallisen pitkiä ja voivat aiheuttaa ongelmia raaka-aineen annostelussa tai väriaineen sekoittumisessa sulatussylinterissä.

Itse suoritettavat testit

Silmä on paras instrumentti laadun valvonnassa. Visuaalisen tarkistuksen lisäksi useimmilla ruiskuvalajilla on mahdollisuus jollain muulla tavalla testata ruiskuvalettuja kappaleita.

Seuraavat testausmahdollisuudet ja laitteet löytyvät useimmilta:

  1. Tarkkuusvaaka kappaleen painon määrittämiseksi
  2. Mittausvarustus kappaleen mittojen tarkistamiseksi
  3. Hienohampainen saha kappaleen sahaamiseksi, jotta ruiskuvalukappaletta voidaan tutkia sisältä sulamattomien granulaattien, vieraiden partikkeleiden tai onkaloiden varalta.

Harvinaisempia testejä tai varustuksia ruiskuvalajien käytössä:

  1. Pudotuspaino iskulujuuden mittaamiseksi
  2. Vetolujuuslaite mekaaniseen testaukseen
  3. Varustus raaka-aineen kosteuspitoisuuden mittaamiseen
  4. Sulaindeksin mittalaite
  5. Raaka-aineen tunnistaminen polttotestissä
  6. Värin mittaus

Raaka-ainevalmistajien käyttämät tarkemmat testimenetelmät

Useimmilla suuremmilla raaka-ainevalmistajilla on pitkälle kehitetty mittauslaitteisto laadunvalvonnan ja tuotekehityksen käytössä. Monet tarjoavat asiakkailleen mahdollisuuden tuotteiden analysointiin, jotta ruiskuvalukappaleissa esiintyneet ongelmat voidaan selvittää.

Muutamia käytössä olevia menetelmiä ovat:

  1. Granulaatin tai kappaleiden tarkka kosteuspitoisuuden mittaus
  2. Granulaatin tai kappaleen viskositeetin mittaus
  3. Raaka-aineen lujitus- tai täyteaineen pitoisuuden mittaus tuhkapitoisuuden mittauksella polttamalla polymeeri pois
  4. Materiaalin tunnistaminen IR-spektrianalyysillä
  5. Materiaalin tunnistaminen DSC (skannerikalorimetri)
  6. Virheanalyysi elektronimikroskoopilla
  7. Virheanalyysi mikrotomileikkauksella ja valomikroskoopilla
Sami Keskiaho Tietoa muovista