”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.
  • Kuvassa kestomuovi-elastomeerista muottipuhallettu imuilmaputki Volvon 6-sylinteriseen bensiinimoottoriin. Se on hyvä esimerkki siitä, että myös monimutkainen muotoilu on mahdollista tällä valmistusmenetelmällä.
  • Polyamidi 66:sta valmistettu henkilöauton imusarja on esimerkki kappaleesta monella jakotasolla ja keernanvedoilla eri suuntiin. Jotta lopputuote saadaan ontoksi, voidaan kaksi kappaletta liittää yhteen ultraäänihitsaamalla tai vaihtoehtoisesti käyttää kehittynyttä sulakeernatekniikkaa.
  • Täydellinen Hammarplast AB muovilaatikko, joka koostuu laatikosta, kannesta ja pikalukoista. Kaikki kappaleet ovat esimerkkejä yksinkertaisella jakotasolla varustetussa muotissa valmistetuista kappaleista.
  • Kuvassa ontto kytkinpoljin, joka on valmistettu lasikuitutäytetystä polyamidista kaasuavusteisella ruiskutuksella. Kuvassa oikealla ylitäyttötasku johon kaasu on työntänyt raaka-aineen kappaleen sisältä.
  • Talkkitäytteisestä polypropeenista valmistettuja kalusteita. Kun tuotteet ovat näin suuria, ovat potentiaaliset ruiskuvalajat vähissä.
  • Kuvassa tuote jota valmistaa Sematron AB tyhjömuovaamalla. Koska tuotteen muovaama muotti voidaan valmistaa puusta, saadaan kustannukset pysymään alhaisina ja jo 10 kappaleen sarjakoko voi olla taloudellisesti kannattava. Kun sarjakoko nousee yli 1000 kappaleeseen voi ruiskuvalu olla vaihtoehtoinen valmistusmenetelmä.
  • Kun tuotekehitysvaiheessa kerätään taustatietoa, tapahtuu usein niin että omia tuotteita verrataan kilpailijoiden tuotteisiin, jotta löydettäisiin mahdolllisia parannuksia, uusia toimintoja tai päästäisiin alhaisempiin valmistuskustannuksiin.
  • Kuvassa erilaisia sulkupuristimia joita Ruotsissa markkinoi Weland Medical AB. Puristimet 3-6 ovat puhtaasti eri kokoisia samaa mallia olevia puristimia, kun taas kolmella muulla on oma muotoilunsa.

Tuotteelle asetettuihin erilaisiin vaatimuksiin vaikuttaa se mihin tuotetta käytetään. Mikäli valmistetaan paistinlasta, ovat lämmönkesto ja elintarvikehyväksyntä tärkeitä ominaisuuksia. Mikäli valmistetaan sählymailan lapa, on iskulujuus ja lavan muovaamisen mahdollisuus tärkeitä tuotteen ominaisuuksia.

Tässä jaksossa käsitellään kestomuovista valmistettujen tuotteiden tavallisimpien ominaisuuksien määrittelyä. Ei kuitenkaan sovi unohtaa, että mitä kovemmat vaatimukset tuotteelle asetetaan, sen kalliimmaksi sen valmistaminen muodostuu.

Alla on luettelo eri asioista, jotka on otettava huomioon, kun määritellään muovista valmistettavalle tuotteelle asetetut vaatimukset:

  1. Taustatiedot
  2. Sarjan koko
  3. Kappaleen koko
  4. Toleranssivaatimukset
  5. Tuotteen muotoilu
  6. Liitäntämenetelmät
  7. Mekaaninen kuormitus
  8. Kemikaalien kesto
  9. Sähköiset ominaisuudet
  10. Ympäristön vaikutukset
  11. Väri
  12. Pinnanlaatu
  13. Muut ominaisuudet
  14. Viranomaisvaatimukset
  15. Kierrätysvaatimukset
  16. Kustannus

1. Taustatiedot

Taustatiedoilla tarkoitetaan tavallisesti tuotteen yleistä kuvausta ja sen käyttötarkoitusta.

Valmistajalla voi herätä seuraavanlaisia kysymyksiä:

  • Onko meillä tällä hetkellä joku vastaavanlainen tuote tuotannossa?
  • Mitä uusia toimintoja tuotteeseen tulee
  • Teemmekö ainoastaan päivityksen nykyiselle tuotteelle?
  • Teemmekö uuden muodon/koon olemassa olevasta tuotteesta
  • Perustuuko uusi tuote radikaaliin raaka-aineen vaihtoon?
  • Miten kilpailijoiden tuotteet toimivat?
  • Mitä testejä, tutkimuksia tai raportteja on olemassa tämän kaltaisista tuotteista?

2. Sarjakoko

On erittäin tärkeätä tietää uuden valmistettavan tuotteen sarjakoko. Tieto on tärkeä valmistuskustannusten mahdollisimman tarkkaa arviota varten. Laskelmassa muotin hinnalla ja käytettävän koneen suuruudella on merkitystä. Mikäli sarjakoko on alle 1000 kappaletta vuodessa saattaa tuotteen ruiskuvalu olla liian kallista, ja täytyy etsiä muita valmistusmenetelmiä kuten tankomateriaalin työstö, levyjen tyhjömuovaus tai rotaatiovalu.
Kuvan 356 ruuveja valmistetaan vuosittain satoja miljoonia. Niiden valmistaja AD-Plast AB joka on kehittänyt tuotteen valmistaa ne 32-pesäisellä muotilla, jotta kapasiteetti olisi riittävä. Alla kuvassa tyhjömuovauksella valmistettava tuote. Tällä menetelmällä valmistaminen on kannattavaa jo pienillä sarjoilla.

3. Tuotteen koko

Mikäli tuotteen koko on välillä 5 cm2–0,5 m2 ja on ruiskuvalettava löytyy monta ruiskuvalajaa, jotka voivat antaa kilpailukykyisen tarjouksen Kun tuotteen koko kasvaa yli 0,5 m2 vähenee suurella ruiskuvalukoneilla varustettujen ruiskuvalajien määrä heti.

4. Toleranssivaatimukset

Ruiskuvalettuja kappaleita ei voi valmistaa samoilla toleransseilla kuin työstökoneella työstämällä. Vaikka useimmat tietävät tämän, määritetään koko ajan toleransseja joita ei voida tavoittaa tai tekevät tuotteen turhan kalliiksi.

Periaatteessa ruiskuvaletut kappaleet voidaan jakaa kolmeen kategoriaan laadun perusteella:

  • ”Normaalit” tuotteet
  • Tekniset tuotteet
  • Korkeatarkkuusosat

DIN 16901 standardissa nämä kategoriat on määritelty ottaen huomioon yleiset toleranssit ja mitat sekä määritetty sallittu poikkeama. ”Normaalilla” tuotteella on alhaisimmat vaatimukset laadun valvonnalle ja ne tehdään nopealla jaksoajalla sekä alhaisella susiprosentilla.

Tekniset tuotteet ovat huomattavasti kalliimpia valmistaa, koska vaatimukset muotille, tuotantolaitteistolle, ja ruiskuvaluparametreille ovat korkeammat. Tässä tapauksessa vaaditaan myös useammin suoritettua laadunvalvontaa, josta voi seurata korkeampi susikappaleiden määrä.

Vaativin kategoria, korkeatarkkuusosat, vaatii tarkkuustyökaluja, optimaaliset prosessiparametrit, 100 prosenttisen valvonnan ja laadunvalvonnan. Tämä vaikuttaa jaksoajan pitenemiseen ja lisää tuotanto- ja laadunvalvontakustannuksia ja siten kappaleen yksikköhintaa.

Muovikappaleiden mittapoikkeamat voivat johtua:

  1. Muotin valmistuksen toleransseista
  2. Ruiskuvalun toleransseista
  3. Raaka-aineen toleransseista (lasikuidun määrä jne.
  4. Kappaleen kieroutumisesta, johtuen:
    – Muottikutistumasta
    – Jälkikutistumasta
    – Tuotteen muotoilusta
    – Virtauksen orientoitumisesta
    – Sisäisistä jännityksistä
    – Muotin temperoinnin vaihteluista
  5. Mittavaiheluista johtuen:
    – Kosteuden imeytymisestä
    – Lämpölaajenemisesta

5. Tuotteen muotoilu

Muovituote voi olla joko 2- tai 3-ulotteinen. Mikäli tuote on 2-ulotteinen, voidaan se valmistaa ekstruusio menetelmällä tai vaihtoehtoisesti ruiskuvalamalla. 3-ulotteiset kappaleet voivat olla joko kiinteää ainetta tai onttoja sekä muodoltaan vaihtelevan monimutkaisia.

Onttoja kappaleita voidaan valmistaa useilla eri menetelmillä:

  1. Ruiskuvalu
    – Kaasuavusteinen ruiskutus
    – Vesiavusteinen ruiskutus
    – Kahden kappaleen liittäminen
  2. Muottipuhallus
  3. Rotaatiovalu

Tavallisin menetelmä onttojen muovikappaleiden valmistamiseksi on muottipuhallus.

Tämän menetelmän etuja ovat:

  • Voidaan valmistaa suuria kappaleita
  • Voidaan valmistaa monimutkaisia kappaleita
  • Voidaan valmistaa ohutseinämäisiä tuotteita

Menetelmän rajoituksia ovat:

  • Raaka-ainavalikoima on rajoitettu
  • Koneen korkea hinta vaatii suuren sarjakoon (>10 000)
  • Huono pinnanlaatu ruiskuvaluun verrattuna
  • Tarkat mittatoleranssit vaikea saavuttaa

Rotaatiovalu on suhteellisen tuntematon valmistusmenetelmä onttojen kappaleiden valmistukseen.

Tämän menetelmän etuja ovat:

  • Lyhyt tuotekehitysaika
  • Suurten kappaleiden valmistaminen mahdollista (jopa 20 m3)
  • Alhaiset muottikustannukset ja kannattavuus pienellä sarjakoolla > 100 kappaletta

Menetelmän rajoituksia ovat:

  • Erittäin pitkä jaksoaika (30–60 minuuttia)
  • Erittäin rajoitettu raaka-ainevalikoima
  • Tarkkojen toleranssien saavuttaminen vaikeaa

Kun valmistetaan kiinteitä 3-ulotteisia kappaleita, on ruiskuvalu tavallisin valmistusmenetelmä. Ruiskuvaletut kappaleet voidaan jakaa osiin sen mukaan ovatko ne valmistettu yksinkertaisella jakotasolla tai monella jakotasolla ja keernanvedoilla.

Kun raaka-ainetta vaihdetaan metallista muoviin, täytyy kappaleen kokoa tai muotoilua useimmiten muuttaa, jotta selvitään mekaanisista rasituksista. Huonekaluruuvi kuvassa 356. on kuitenkin tästä poikkeus.

Sami Keskiaho Tietoa muovista