PAd – 19/07/02 Pipelife Finland Oy,. PAd – 19/07/02 Muoviterminologiaa MuoviSuuri molekyylinen tekoaine, jota voidaan muovata lämmön ja paineen avulla.

Esitys aiheesta: "PAd – 19/07/02 Pipelife Finland Oy,. PAd – 19/07/02 Muoviterminologiaa MuoviSuuri molekyylinen tekoaine, jota voidaan muovata lämmön ja paineen avulla."— Esityksen transkriptio:

1 PAd – 19/07/02 Pipelife Finland Oy,

2 PAd – 19/07/02 Muoviterminologiaa MuoviSuuri molekyylinen tekoaine, jota voidaan muovata lämmön ja paineen avulla PolymeeriMakromolekyyli, joka on muodostunut lähtöaineiden eli monomeerien liittyessä yhteen kemiallisten reaktioiden kautta Homopolymeeri Lähtöaineena on useita monomeerejä KopolymeeriLähtöaineena on yksi monomeeri KertamuoviMuovi, jota ei voi muovata uudelleen ilman sen kemiallisen rakenteen hajoamista KestomuoviMuovi, joka voidaan ilman kemiallisen rakenteen hajoamista sulattaa useita kertoja

3 PAd – 19/07/02 Muovin tyypillisiä ominaisuuksia Amorfinen muovi: Molekyylit eivät ole järjestyneet kiteiksi PVC, PS, S/B ABS, SAN, PET-A, PMMA, PC PSU, PES Voivat olla lasinkirkkaita Pieni ja tasainen kutistuma Osakiteinen muovi: Osa molekyyleistä on järjestynyt kiteiksi PE, PP POM, PBT, PET-C, PA PPS, PEI, PEK Kestävät hyvin kulutusta Suuri ja epätasainen kutistuma Kestävät hyvin kemikaaleja

4 PAd – 19/07/02 Muovien käyttö Suomessa Muovit ovat alkumuodossaan ennen työstämistä yleensä granulaatteja, myös jauheita ja liuoksia käytetään.

5 PAd – 19/07/02 Polyeteeni on käytetyin muovi niin Suomessa kuin koko maailmassakin. Polyeteeni PE [-CH 2 - CH 2 -] n Polyeteeni kehitettiin alun perin jo 1930-luvulla Englannissa ICI:n laboratoriossa eli sen historia on pidempi kuin kestomuovien yleensä. Polyeteeni ja polypropeeni kuuluvat polyolefiineihin.

6 PAd – 19/07/02 1. Pientiheyspolyeteeni PE-LD Polyeteenin päätyypit 2. PEM 3. Suurtiheyspolyeteeni PE-HD

7 PAd – 19/07/02 Yhteiset ominaisuudet:Polyeteenin ominaisuuksiin eniten vaikuttavat tekijät ovat Polyeteenin päätyypit Kestävät hyvin kemikaaleja Tuotteet ovat pinnalta vahamaisia Eristävät hyvin sähköä tiheys moolimassa (eli molekyylien keskimääräinen suuruus) moolimassajakauma (eli pienten ja suurten molekyylien määrä) polymeeriketjun haarojen määrä ja laatu.

8 PAd – 19/07/02 Pientiheyspolyeteeni PE-LD [-CH 2 - CH 2 -] n Polyeteenin käytetyin tyyppi on pientiheyspolyeteeni eli PE-LD, jonka tiheys on 0,910-0,930 g/cm 3. Pientiheyspolyeteenin molekyylissä on yleensä paljon sivuhaaroja, joten sekä sen kiteisyysaste että tiheys jäävät alhaiseksi. Kaupan muovikassi antaa hyvän kuvan PE-kalvon ominaisuuksista. Myös mm. pahvia ja kartonkia päällystetään PE-LD:llä runsaasti suomalaisessa teollisuudessa. PE-LD:tä käytetään myös putkien valmistukseen.

9 PAd – 19/07/02 Muut polyeteenit Keskitiheyspolyeteeni PE-MD Usein PE-LD:n ja E-HD:n välissä olevia tiheyksiä 0,93-0,94 g/cm 3 kutsutaan nimellä MD (medium density). PE-MD:tä käytetään esimerkiksi putkien ja vahvojen kalvojen valmistamiseen sekä puhallusmuovaukseen. Bimodaalinen PE Polymeroinnissa PE-HD:n ja PE-LLD:n ominaisuudet ovat katalyytin ja prosessin avulla monipuolisemmin säädettävissä kuin PE-LD:n. Moolimassajakauma voidaan lisäksi tehdä bimodaaliseksi. Tämä tarkoittaa sitä, että muovilla on leveä moolimassajakauma. Tuotteesta saadaan näin sekä iskuja kestävä että helposti työstettävä.

10 PAd – 19/07/02 PE-LD:n tyypillisiä ominaisuuksia Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000 Ominaisuus (+23 o C)MittayksikköPE-LDPE-LD Tiheysg/cm 3 0,9220,918 Sulamispiste o C110106 VetokimmokerroinMPa180/190160 Vetojännitys myötörajalla (v = 50 mm/min)Mpa-/128 Murtovenymä (v = 50 mm/min)%300/500450 Pituuden lämpötilakerroin (23-55 o C)10 -5 /K28 LämmönjohtavuusW/(m x K)0,310,31 PintaresistenssiOhmi>10 15 >10 15

11 PAd – 19/07/02 Suurtiheyspolyeteeni PE-HD [-CH 2 - CH 2 -] n PE-HD-molekyyleissä sivuhaaroja on vähän ja ne ovat lyhyitä. Tämä mahdollistaa aineen tiheämmän rakenteen. PE-HD:n tiheys on tyypillisesti välillä 0,94 g/cm 3 -0,97 g/cm 3. Suuremman tiheytensä vuoksi PE- HD on jäykempää kuin PE-LD.

12 PAd – 19/07/02 PE-HD:n käyttö Tyypillisiä esimerkkejä: kaupan rapisevat ja sameat vihannespussit oman rakenteensa kantavien muotokappaleiden valmistus putkiekstruusio läpinäkymättömät pullot ja kanisterit mm. pesuaineiden, mehujen ja öljytuotteiden säilytykseen autojen bensatankit, ruiskuvaletut korit lelut

13 PAd – 19/07/02 PE-HD:n tyypillisiä ominaisuuksia Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000 Ominaisuus (+23 o C)MittayksikköPE-HD Tiheysg/cm 3 0,956 Sulamispiste o C131 Veden imeytyminen vedessä%<0,06 VetokimmokerroinMPa850 Vetojännitys myötörajalla (v = 50 mm/min)Mpa22 Myötövenymä (v = 50 mm/min)%8 Charpy iskulujuusKJ/m 2 ei murru Charpy iskulujuus, lovettuKJ/m 2 24 Vicat B/50 -arvo (50 N) o C67 Pituuden lämpötilakerroin (23-55 o C)10 -5 /K21 LämmönjohtavuusW/(m x K)0,43 Paloluokka 1,6 mm paksunaLuokkaHB PintaresistenssiOhmi>10 15 LäpilyöntilujuuskV/mm53

14 PAd – 19/07/02 Polypropeeni PP Polypropeeni on kiteinen valtamuovi. Se soveltuu työstettäväksi hyvin monella tavalla, joten PP:stä tehtyjen tuotteiden valikoima on laaja: siitä tehdään kuitukankaita, naruja ja köysiä, kalvoja, levyjä, ruiskuvalu- ja puhallusmuovaustuotteita. H H I I [-C— C-] n I I CH 3 H

15 PAd – 19/07/02 Polypropeenin PP molekyylirakenne Molekyylit muodoltaan isotaktisia (käytetyimmät polypropeenit) Molekyyliketjusta haaroittuva metyyliryhmä aina samalla puolella Keskimääräinen moolimassa sekä moolimassajakauma muovin valmistuksen yhteydessä säädettävissä 1. Bimodaalinen eli leveä moolimassajakauma = Lyhyet molekyyliketjut tyypillisesti parantavat muovin työstettävyyttä ja pitkät molekyyliketjut antavat tuotteelle lujuutta. Esim. kalvoekstruusio 2. Kapea moolimassajakauma = PP rakentuu lähes samanpituisista molekyyliketjuista. Esim. ruiskuvalutuote jäähtyessään kutistuu tasaisesti eikä täten vääntele.

16 PAd – 19/07/02 Polypropeenin ominaisuudet Ominaisuuksiltaan polyeteenin kanssa samantyyppinen. Molemmat ovat vettä kevyempiä, kemikaalinkestäviä ja kellastuvat ulkokäytössä. Polypropeenin lämmönkestävyys ja iskulujuus on kuitenkin PE-HD:ta parempi. Polypropeenin erikoisuutena on, että se soveltuu erittäin hyvin saranaksi. Siitä voidaan valmistaa ohuita niin sanottuja kalvosaranoita, joita käytetään esimerkiksi maustepullojen ja voiteiden korkeissa. PP:stä oikein valmistettu kalvosarana kestää hajoamatta miljoonia taivutuksia. Polypropeenityypit: 1. Pelkästään propeeniketjun sisältävä homopolymeeri (PP-H) 2. Polyeteenin kopolymeeri (PP-C): a) Blokki- eli möhkälepolymeeri b) Satunnais- eli randomkopolymeeri

17 PAd – 19/07/02 PP-kopolymeeri PP-C Blokkikopolymeeristä (möhkälepolymeeristä) = polyeteeni sijaitsee polymeeriketjuissa omina segmentteinään 1. Iskunkestävyys on parempi kuin homopolymeerien 2. Tyypillisesti myös notkeampi. Polymeroidun eteenin osuuden lisääminen pehmentää polypropeenia. 3. Homopolymeerin kaltaista, mutta iskunkestävää myös pakkasessa. 4. Käytetään pakkausämpäreissä, puutarhakalusteissa, putkissa ulkoleikkikaluissa. Satunnais- eli randomkopolymeeri = eteeni kopolymeroitu ketjuun siten, että se sijaitsee satunnaisesti polymeeriketjussa 1. Kiteisyysaste pienenee ja antaa tuotteelle lähes amorfisen muovin ominaisuudet eli kutistuminen vähentyy ja muovi on läpinäkyvää 2. Käytetään läpinäkyvissä pakkauksissa sekä hyvän saumautumisensa ansiosta monikerroskalvojen pintakerroksena

18 PAd – 19/07/02 Polyvinyylikloridi PVC Amorfinen valtamuovi Valmistuksen pääasialliset polymerointimenetelmät: suspensio-, emulsio- ja massapolymerointi Laitokset toimivat panosperiaatteella eli valmistus jaksottuu 1. Raaka-aineiden annosteluun 2. Reaktion käynnistämiseen 3. Polymerointiin ja reaktorin tyhjentämiseen Toisin kuin muihin kestomuoveihin, pvc-peruspolymeeriin sekoitetaan ennen työstöä aina lämpöstabilisaattori sekä muita työstön ja lopputuotteen vaatimia lisäaineita Pääasiassa rakentamiskäyttöön Pvc-perustyypit: 1. Peruspolymeerit 2. Sekoitteet (mm. pulveri- ja granulaattisekoitteet) [- CH 2 - CH -] n I CI

19 PAd – 19/07/02 PVC-tyypit 1. Peruspolymeerit jakautuvat eri tyypeiksi PVC-S, PVC-E tai PVC-M valmistusmenetelmän mukaan. Näistä suspensiopolymerointi eli PVC-S on yleisin esimerkiksi putkenvalmistustyypeissä. Lisäksi on olemassa pasta-PVC, joka on hienoksi jauhettua PVC-E:tä. Siitä valmistettuja sekoitteita kutsutaan plastisoleiksi tai rigisoleiksi. Ominaisuudet: K-arvo on luku, joka kuvaa PVC:n moolimassaa kertoen sen molekyyli- painon. Toinen tärkeä ominaisuus on hiukkasten huokoisuus, joka yleensä ilmoitetaan DOP:n imeytymisenä.. 2. PVC-sekoitteet - pulverisekoite, dry blend, on yleisin PVC-sekoite. Sekoitteen valmistaa yleensä lopputuotteen valmistaja ja tuote on putki. - granulaattisekoite jaetaan koviin ja pehmitettyihin päätyyppeihin sekä tuotekohtaisiin tyyppeihin ja sovelluskohtaisiin luokkiin. Granuleetti- sekoitteet tekee usein peruspolymeerin valmistaja.

20 PAd – 19/07/02 PVC:n käyttökohteet PVC:n ominaisuudet mahdollistavat sen käytön moniin eri tarkoituksiin. Sitkeytensä ja kestävyytensä ansiosta sitä käytetään rakennus- teollisuudessa putkina, profiileina ja kaapeleina seinä- ja lattiapäällysteinä Jokapäiväisissä käyttöesineissä kengissä, sadeasuissa, laukuissa erilaisissa vapaa-ajan tarvikkeissa tavarapeitteenä PVC sopii hyvin sekä nestemäisten että kiinteiden ruokatarvikkeiden pakkaukseen ja säilytykseen sairaalaletkut veripussit muut hygieniatuotteet

21 PAd – 19/07/02 Tyypillisiä PVC-sekoitteita Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000 StandardiPutkilaatu Tiheys, g/cm 3 ASTM D 7921,43 E-moduuli, MpaISO 5273000 Vetolujuus, MpaISO 527, (500mm/min) 48 Murtovenymä, %ISO 527145 Iskuvetoluj, kJ/m 3 DIN 53448600 Vicat-arvo, o CISO 30684 Kovuus, Shore D/AISO 868D/83 Charpy, lovettu KJ/m 2 DIN 53453>2 Lämpölaajenemiskerroin, 10 -5 DIN 523287-8 Lämmönjohtavuus, W(m x K)DIN 526120,16 UL-luokkaUL-94, (12,7 mm) V-0 O 2 -indeksiASTM D 286345 % Kylmähauraus, o CASTM D 746- Kylmätaivutuslujuus, o CBS 2782- Omin.vastus Ohm cmASTM D 257- Pintavastus, OhmDIN 5348210 13 Läpilyöntilujuus, kV/mmDIN 53481 40-50

22 PAd – 19/07/02 Kestomuovien ominaisuudet PAd – 19/06/02 Yleiset ominaisuudet Tiheys Sulamispiste Mekaaniset ominaisuudet Vetokoe: vetokimmokerroin, vetolujuus, myötöpiste ja venymä Jäykkyys Vetolujuus Venymä Iskulujuus Lovettu iskulujuus Termiset ominaisuudet Lyhytaikainen lämmönkestävyys Lämpölaajeneminen Lämmönjohtavuus Muovin palaminen

23 PAd – 19/07/02 Kestomuovien tiheyksiä Tiheys on polymeerin tärkeä ominaisuus, joka mitataan standardin ISO 1183 mukaan. Tiheys 1 vastaa veden ominaispainoa. Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000

24 PAd – 19/07/02 Kestomuovien sulamispisteitä Sulamispiste Vain osakiteisille muoveille voidaan määrittää tarkka sulamispiste (ISO 3146), amorfiset muovit pehmenevät vähitellen lämpötilan noustessa. Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000

25 PAd – 19/07/02 Mekaaniset ominaisuudet - vetokoe Vetokoe Yleisin kestomuoveille tehtävä mekaaninen testi on SFS-EN ISO 527-1 ja 527-2:n mukainen vetokoe. Siinä vakiokappaletta (SFS-EN ISO 3167) venytetään pystysuunnassa vakionopeudella. Voima-venymäkäyrästä määritetään vetokimmokerroin, vetolujuus, myötöpiste ja venymä alla olevan kaavion mukaisesti. Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000

26 PAd – 19/07/02 Mekaaniset ominaisuudet - vetomoduuleita Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000 Jäykkyys Kun koekappaletta venytetään vetokokeessa nopeudella 1 mm/min, voima-venymä- käyrän 0,05-0,25 % välisen venymän kulmakertoimesta sadaan vetokimmokerroin eli vetomoduuli. Se kuvaa muovin jäykkyyttä.

27 PAd – 19/07/02 Mekaaniset ominaisuudet - vetolujuuksia myötörajalla (50 mm/min) Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000 Vetolujuus Vetolujuus ilmoitetaan voimana joko murtumisen tai myötörajan kohdalla. Haurailla eli alle 10 % venyvillä muoveilla vetonopeus on 5 mm/min ja vetolujuus on ilmoitettu murtopisteessä. Sitkeillä muoveilla on käytetty 50 mm/min vetonopeutta ja vetolujuus on ilmoitettu myötörajalla. Termoelasteille käytetään usein vielä suurempaa vetonopeutta.

28 PAd – 19/07/02 Mekaanisia ominaisuuksia Venymä Myös venymä voidaan ilmoittaa mahdollisella myötörajalla, koska tämän jälkeen kappaleen muodonmuutos ei enää palaudu. Kappaleen murtuessa myödön jälkeen puhutaan nimellisestä murtovenymästä. Venymän vetonopeudet määrätyvät kuten vetolujuusmittauksessa. Iskulujuus Iskulujuustesti SFS ISO 179/1eU on Charpy-menetelmän mukainen heiluritesti 4 mm paksulle kappaleelle. Sitkeät materiaalit kestävät siinä murtumatta, joten niitä vertaillaan usein lovetun iskulujuuden avulla. Lovettu iskulujuus Lovettu iskulujuustesti SFS ISO 179/1eA tehdään myös Charpy-menetelmällä, mutta siinä jyrsitään koekappaleeseen iskukohdan vastapuolelle kärjestään 0,25 mm:n säteinen V-muotoinen lovi.

29 PAd – 19/07/02 Termiset ominaisuudet PAd – 19/06/ Lyhytaikainen lämmönkestävyys Lyhytaikaista lämmönkestävyyttä mitataan Vicat-pehmenemislämpötilan avulla ISO 306:n mukaisesti. Sen B-testissä naulan neliömillimetrin suuruista kärkeä painetaan öljy-hauteessa koekappaleeseen 50 N voimalla ja samalla nostetaan lämpötilaa. Vicat-arvo on se lämpötila, jossa naula tunkeutuu muoviin 1 mm syvälle. Lämpölaajeneminen Ns. lämpölaajeneminen on muoveilla huomattavasti monia muita materiaaleja suurempi. Tyypillisesti pehmeistä muoveista tehtyjen kappaleiden mitat suurenevat eniten lämpötilan kasvaessa. Muoveilla pituuden lämpötilakerroin (ISO 11359-1 ja 11359-2) riippuu myös kapaleen sulatyöstösuunnasta.

30 PAd – 19/07/02 Termiset ominaisuudet - Vicat B -lämpötiloja PAd – 19/06/02 Lyhytaikainen lämmönkestävyys Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000

31 PAd – 19/07/02 Ruiskuvalu Vanhin muovien sulatyöstömenetelmä: ensimmäinen ruiskuvalukone patentoitiin vuonna 1872 1940-luvulla alkoi laitetekniikka kehittyä ruuvilla varustetun ruiskuvalu- koneen myötä Muovituotteiden kokonaisvaltainen suunnittelu ja ruiskuvaluprosessin kehittämisen tuloksena on syntynyt uusia erikoistekniikoita Ruiskuvalu on merkittävin työstötekniikka, joilla teknisiä muoveja työstetään Oleellisin osa on hyvin suunniteltu ja valmistettu muotti. Ruiskuvalu- prosessin hallinnalla voidaan vaikuttaa mm. –pinnan laatuun –geometriseen muotoon –materiaalin mekaaniseen sekä kemialliseen kestävyyteen

32 PAd – 19/07/02 Ruiskuvaluprosessi Ruiskuvalutapahtuma voidaan erotella seuraaviin peräkkäisiin tai (samanaikaisiin) vaiheisiin: 1. Muotin sulku: ruiskuvalukone sulkee muottipuoliskot ja muodostaa tarvittavan sulkupaineen. 2. Ruiskutus: Muovisula ruiskutetaan tavallisesti suurella nopeudella muottiin. Tällöin täytetään muotin tilavuudesta noin 90-95 %. Tapahtuman nopeutta säädetään. 3. Jälkipaine täyttää loput muottipesästä ja kompensoi muovin kutistuman. Tapahtuman painetta säädetään. 4. Annostus: Ruiskuvalukoneen sylinteriin annostellaan uusi muovierä pyörittämällä ruuvia. Tällöin materiaali plastisoituu ja on valmis ruiskutettavaksi seuraavalla työkierrolla muottiin. 5. Jäähdytys: Valmistettavan muovituotteen jäähtyminen alkaa varsinaisesti jälkipaineen loputtua. Tavallisesti jäähdytysaika on vaiheista pisin. 6. Muotin avaus: ruiskuvalukone avaa muottipuoliskot 7. Ulostyöntö: jäähtynyt kappale poistetaan muottipesästä 8. Taukoaika: kappaleet putoavat muottipuoliskojen välistä. Taukoajan jälkeen alkaa uusi jakso.

33 PAd – 19/07/02 Ruiskuvalukoneen osat Ruiskuvalukoneen neljä toiminnallista osaa: 1) sulkuyksikkö, 2) ruiskutusyksikkö, 3) ohjausyksikkö ja 4) hydrauliyksikkö Lähde: Muovin suomalainen käsikirja, Muovifakta Oy, 2000

34 PAd – 19/07/02 Ekstruusio Ekstruusio eli suulakepuristus Useiden muovituotteiden valmistuksen perusmenetelmä Suulakepuristimia on kaksi päätyyppiä, yksiruuvi- ja kaksiruuviekstruuderi Useimpien kestomuovien työstössä käytössä on yksiruuvipuristin Kaksiruuvipuristinta käytetään pääasiassa kova-PVC:n suulake- puristuksessa Suulakepuristimessa sylinterin sisällä pyörivä ruuvi plastisoi muovin käyttäen apunaan painetta, kitkaa ja sylinterin seinämästä johtuvaa lämpöä. Ruuvin kierteiden väliin jäävä tilavuus pienenee kohti kärkeä ja saa aikaan plastisoituvan raaka-aineen paineen nousun. Ruuvin kierrosnopeus aiheuttaa raaka-aineeseen sitä enemmän kitkaa mitä suurempi kierrosnopeus on. Sylinteristä johtuvan lämmön määrää sylinterin lämpötila, jota säädellään lämpövastusten avulla. Ruuvin tärkeitä suureita ovat sen halkaisija sekä sen pituuden ja halkaisijan suhde (L:D).

35 PAd – 19/07/02 Ekstruusio Putken- ja profiilinvalmistuksessa suulakepuristimessa plastisoitu raaka- aine johdetaan putki- tai profiilipään ja suuttimen kautta kalibrointi- työkaluun, jossa sen lopullinen muoto ja koko määräytyvät. Putkien kalibrointi tapahtuu joko yli- tai alipaineella, profiilien alipaineella. Vetolaite vetää kalibroidun tuotteen jäähdytysaltaan lävitse, jonka jälkeen se katkaistaan haluttuun mittaan. Taipuisat putket, kuten PE-LD-putket, kelataan usein myös rullalle. Putken- ja profiilin valmistus Putki- ja profiililinja koostuu suulakepuristimesta, joka on varustettu lopputuotteen mukaisella suuttimella ja kalibrointityökalulla Suulakepuristimen jälkeen sijaitsevat jäähdytysallas, vetolaite ja katkaisulaite Putkenvalmistuksen valtamuoveja ovat PVC, PE ja PP Profiilit valmistetaan usein PVC:stä, kovat PVC-profiilit ja -putket valmistetaan yleensä linjalla, jossa on kaksiruuviekstruuderi