HYVÄ
TIETÄÄ
MUOVISTA
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.
OSA 9
MUOVIEN TYÖSTÖ –
RUISKUVALU
Ruiskuvalu on selvästi yleisin muovien työstömenetelmä. Tällä
menetelmällä voidaan valmistaa tuotteita sekä kesto- että kertamuoveista. Tässä osassa keskitytään kestomuovien työstöön.
Historia
Jo vuonna 12 amerikkalaiset Hyattin veljekset patentoivat menetelmän ja alkoivat valmistaa biljardipalloja selluloidista. Ensimmäiset ruiskuvalukoneet olivat niin kutsuttuja
mäntäkoneita,joissa muoviraaka-aine täytettiin lämmitettyyn sylinteriin. Kun muovi oli sulanut se puristettiin muottiin männän
avulla. Muun muassa ensimmäiset ruotsalaiset muovin työstäjät
Celluloid (nykyisin (Placell), Orionplast, Bladhs Plast, Plastteknik ja Konstruktionsbakelit aloittivat kaikki kestomuovien ruiskuvalun 10-luvulla mäntäkoneilla. Ensimmäiset sulatusruuveilla varustetut, nykyäänkin käytettävät koneet, tulivat vasta
150-luvulla. Yli 0 vuotta sitten Ruotsissa oli ainoastaan kourallinen ruiskuvalun pioneereja kun niitä nykyään lasketaan olevan
noin 500.
Se että ruiskuvalusta on tullut nykypäivänä kestomuovien tavallisin työstömenetelmä johtuu sen tarjoamista suurista kustannuseduista verrattuna perinteiseen leikkaavaan työstöön tai perinteiseen metallin valuun. Menetelmä on myös
kehittynyt huimasti viimeisen 50 vuoden aikana ja on tänä
päivänä täysin tietokoneilla ohjattu.
Ruiskuvalu on täysautomaattinen Syklinen prosessi jossa
Plastteknik Ab:n Göteborgissa 1950-luvulla
käytössä ollut ruiskuvalukone. Sulkumekanismi oli polviniveltyyppiä, joka on yleinen
rakenne vielä nykyäänkin.
20 MUOVIPLAST 3/2013
useimmiten jokaisella iskulla valmistuu valmis kappale.
–Tuotteet voivat olla hyvinkin monimutkaisia eivätkä vaadi
mitään jälkityöstöä.
–Tuotantonopeus on korkea (ohutseinämäisten pakkausten
jaksoaika ainoastaan - sekuntia).
–Mahdollisuus valmistaa kaikkea muutaman millimetrin kokoisista tarkkuusosista (esim. rannekellojen hammaspyörät)
suuriin kuorma-autojen korin osiin (pituus yli 2 metriä).
–Seinämäpaksuus voi olla muutamasta millimetrin kymmenesosasta yli 20 mm paksuihin seinämiin.
–Useita eri muoviraaka-aineita voidaan yhdistää samaan kappaleeseen (esim. pehmeä tartuntapinta jäykässä kahvassa).
–Muovia voidaan ruiskuvalaa metalliosien päälle*.
–Tuotteiden pinnanlaatu voi olla kaikkea maalattavaksi tai
kromattavaksi soveltuvasta A-pinnasta lähtien kaikkiin erilaisiin kuviopintoihin asti**.
–Prosessi on helposti automatisoitavissa, mikäli jälkikäsittely
on tarpeellinen (valukanavan poisto, asennus, hitsaus, pintakäsittely).
–Valukanavat tai huonot kappaleet voidaan kierrättää takaisin
prosessin raaka-aineeksi.
Rajoitukset
Jos ruiskuvalusta pitäisi keksiä joitain huonoja puolia, niin siinä tapauksessa voidaan mainita, että prosessi vaatii suhteel-
Moderni Engel-merkkinen ruiskuvalukone. Koneessa on hydraulinen
polvinivelsulkuyksikkö.
* Ruiskuvalettu turvavyön lukko-osa, jossa
kromatun metalliosan päälle on ruiskuvalettu
tekninen muovi.
nava sijaitsee, kiinnitetään kiinteään muottipöytään. Toinen
muottipuolisko, johon ulostyöntömekanismi on rakennettu,
kiinnitetään koneen liikkuvaan muottipöytään. Sulkuyksikkö
on perusperiaatteeltaan hydraulisylinteri yhdistettynä polvinivelmekanismiin tai suurempi ja voimakkaampi suoraan sulkeva hydraulinen sylinteri, joiden tehtävänä on liikuttaa liikkuvaa muottipöytää, jolloin muotti sulkeutuu ja aukeaa.
** Ruiskuvalettu auton puskuri. Kappaleella on nk. A-pinta joka on maalattu
saman väriseksi kuin auton kori.
lisen kalliin varustuksen (kone ja muotti). Ollakseen taloudellisesti järkevä on sarjakoon oltava tarpeeksi suuri. Toinen
ongelma saattaa olla kappaleiden kutistuminen muotin pesän
kokoon verrattuna. Tuotteiden suunnittelussa on myös huomioitava tarpeeksi suuri päästökulma 0,5-1⁰, jotta tuotteiden
irroittaminen muotista onnistuu.
Polypropeenista valmistettuja
muovipurkkeja
Ruiskuvalukone
Ruiskuvalukone koostuu periaatteessa kahdesta osasta ruiskutusyksiköstä, johon muoviraaka-aine johdetaan ja jossa se
plastisoidaan sekä sulkuyksiköstä, johon muotin molemmat
puoliskot on kiinnitetty. Sulkuyksikön avulla muottia avataan
ja suljetaan. Lisäksi koneessa on ohjausyksikkö, jonka käyttöpaneelin kautta itse ruiskuvaluprosessin ajoarvot syötetään.
Ruiskutusyksikkö
Ruiskutusyksikkö koostuu suppilosta tai raaka-aineen syöttölaitteesta lämmitysvastuksilla lämmitettävän sulatussylinterin alkupäässä. Sulatussylinterin sisällä on plastisointiruuvi,
joka joko pyörii ja annostelee muoviraaka-ainetta tai liikkuu
lineaarisesti ja toimii männän tavoin työntäen muoviraakaaineen muottiin. Ruuvin kärki on varustettu palautussululla, jonka tehtävänä on estää materiaalia virtaamasta takaisin
ruiskutuksen aikana. Sylinterin päässä on suutin, joka on painettu muottia vasten. Ruiskutuksen aikana materiaali virtaa
plastisointisylinteristä suuttimen kautta muottiin.
YLLÄ Kiinteä muottipuolisko. Muotti on kaksipesäinen, eli jokaisella iskulla valmistuu kaksi kappaletta.
Sulkuyksikkö
Muotti koostuu normaalisti kahdesta puolikkaasta (kolmesta osasta kerrostyökaluissa). Se muottipuolisko, jossa valukaALLA Muoviraaka-aine toimitetaan tavallisesti riisiryynin
kokoisena granulaattina.
YLLÄ Liikkuva muottipuolisko. Usein muotissa on ulostyöntötappeja, jotka työntävät valmiin kappaleen irti muotista. Tässä muotissa on käytössä ulostyöntörengas.
VASEMMALLA Granulaatti syötetään sulatussylinterin alkupäähän raakaaineannostelijalla, joka imee raaka-aineen alipaineen avulla raaka-ainesäiliöstä tai
kuivaajasta.
MUOVIPLAST 3/2013
21
Sulku
Ulostyöntö
synnyttää kitkalämpöä ja jos se on liian voimakasta, saa se aikaan muoviraaka-aineen termistä hajoamista. Kun annostusvaihe on päättynyt voidaan muotti avata ruiskuvalettaessa
osakiteisiä muoveja. Yleensä on kuitenkin tapana lisätä pieni varmuusmarginaali (0,5 – 1 s), jotta annostusajassa tapahtuvat vaihtelut saadaan kompensoitua. Amorfisilla muoveilla
asetetaan pitempi taukoaika, jotta kappale on tarpeeksi jäykkä ja kestää ulostyönnön. Avaus-, ulostyöntö- ja sulkuvaiheeseen kuluu muutamia sekunteja vaikka käytettäisiinkin robottia kappaleiden noutamiseen muotista.
Ruiskutus
Avaus
Tauko
Vaihtoehtoisia ruiskuvalumenetelmiä
Jäähdytysaika
Annostusaika
Jälkipaineaika
Ruiskuvalujakson eri vaiheet.
Ruiskuvalujakso
Ruiskuvalujakso alkaa muotin sulkemisella, jonka jälkeen plastisoitu muoviraaka-aine voidaan ruiskuttaa suuttimen läpi muottiin.
Vaihetta kutsutaan ruiskutusvaiheeksi. Plastisointiruuvi ei pyöri ruiskutuksen aikana vaan se liikkuu lineaarisesti hydrauliikan
avulla toimien mäntänä. Plastisointiruuvin kärjessä palautussulku
estää sulan massan virtaamisen takaisin ruuvin kierteisiin.
Ruiskutuksen ja jälkipaineen aikana plastisointiruuvi ei pyöri vaan liikkuu eteenpäin toimien mäntänä. Annostusvaiheen aikana plastisointiruuvi pyörii ja liikkuu taaksepäin ruuvin eteen
kertyvän plastisoidun muoviraaka-aineen painamana. Palautussulku on annostusvaiheen aikana auki.
Muotin avauksen, ulostyönnön ja muotin sulun aikana ruuvi on paikallaan taka-asennossaan.
Jälkipainevaiheen aikana ruuvi ei pyöri, mutta
on korkean paineen (50–100 MPa) alaisena. Se liikkuu hiljaa muutaman millimetrin eteenpäin syöttäen muottiin lisää muoviraaka-ainetta kun muotissa
oleva muoviraaka-aine jäähtyy. Syy jälkipaineen tarpeellisuuteen on kuuman muovisulan ja jäähtyneen
kiinteän muovin suuressa ominaistilavuuden erossa (osakiteisillä muoveilla jopa 20%). Tilavuusero on
kompensoitava jäähdytysvaiheen aikana syöttämällä muottiin lisää sulaa muoviraaka-ainetta, jotta tuotteeseen ei synny imujälkiä tai sisäisiä onkaloita.
Jäähdytyksen aikana, jälkipainevaiheen jälkeen,
ruuvi pyörii ja syöttää ruuvin eteen uutta sulaa muoviraaka-ainetta. Ruuvin pyörimisnopeus on sovitettava muoviraaka-aineen sulaviskositeetin mukaan siten että ruuvin harjojen ja sylinteriseinämän väliin ei
synny liian suurta leikkausnopeutta. Leikkautuminen
22 MUOVIPLAST 3/2013
Viimeisten vuosikymmenien aikana on ruiskuvaluprosessia
kehitetty siten, että eri muoviraaka-aineita voidaan yhdistellä samassa kappaleessa tai valmistaa paksuseinämäisiä kappaleita, jotka ovat sisältä onttoja tai vaahdottaa muoviraaka-ainetta sisäisesti. Muottiin voidaan myös viedä kalvoja,
jolloin valmiin kappaleen pinnalla on kuva tai tekstiä, tekstiilipinta tai puujäljitelmä.
Monikomponettiruiskuvalu
Tavallisin erikoismenetelmä on kahden eri raaka-aineen yhdistäminen vaikka useampiakin muoviraaka-aineita voidaan ruiskuvalaa samalla jaksolla. Monikomponettiruiskuvalussa käytetään erikoiskoneita, joilla on oma plastisointisylinteri jokaista
käytettävää raaka-ainetta kohden.
Tavallinen menetelmä monikomponettiruiskuvalussa on
pyörivien muottien käyttö. Muotit ovat erittäin kalliita, mutta säästävät paljon aikaa verrattuna esimerkiksi toiseen vastaavaan menetelmään, jossa kappaleet siirretään ensimmäisestä
pesästä toiseen robotilla.
Ruiskuvalussa voidaan valmistaa myös onttoja kappaleita.
Siinä tapauksessa muuten normaali ruiskuvalukone on varustettava ylimääräisellä ruiskutuslaitteistolla, jolla muotin sisään
täytetyn muovisulan keskelle ruiskutetaan kaasua (useimmiten
Pyörivä muotti erikoisvetosauvan tekoon. Ensin ruiskutetaan
ensimmäinen raaka-aine (kuvassa
vaalea) kahteen pesään joiden välissä
muotissa on pieni keerna. Kun muotti
pyöräytetään toiseen asentoon ei
keernaa ole ja tähän väliin voidaan
ruiskuttaa toinen raaka-aine.
Valmis kappale, jossa näkyy musta
raaka-aine kahden valkoisen osan
välissä.
typpi tai hiilidioksidi) tai vettä. Koneessa on oltava sulkusuutin,
jotta kaasu tai vesi ei mene plastisointisylinteriin.
Käytössä on useita eri menetelmiä, joissa kaasu tai vesi ruiskutetaan joko sylinterin päässä olevan erikoisuuttimen tai venttiilien kautta suoraan muottipesään. Tietyissä tapauksissa muottipesä täytetään ensin kokonaan muovisulalla, sitten avataan niin
kutsutut ylitäyttötaskut ja annetaan kaasun tai veden muodostaa rakko keskelle kappaletta ja samalla työntää vastaava määrä muovia ulos ylitäyttötaskuihin. Vesiavusteisen ruiskutuksen
etuina kaasun käyttöön on paljon lyhyemmät jaksoajat ja parempi pinnanlaatu kappaleen sisäpuolella. Kaasuavusteisella ruiskuvalulla voidaan alentaa sulkuvoiman tarvetta, koska korkea jälkipaine voidaan korvata alhaisemmalla kaasun paineella. Tämä
heikentää kuitenkin jonkin verran kappaleen pinnanlaatua. Kaasu voidaan myös jakaa pieniin kupliin ja saada sillä aikaiseksi
vaahdotus kappaleen sisään. Tätä varten on olemassa useita menetelmiä, joista tunnetuin on Mucell-menetelmä.
VW-moottorin putki valmistettu vesiavusteisella ruiskuvalulla. Tässä etuina lyhyt
jaksoaika ja tasainen seinämäpaksuus. Kuva: DuPont
Kiinnittämisen ammattilainen palveluksessasi
Muovista metalliin, kaikki onnistuu
Pyydä asiantuntijamme auttamaan jo suunnitteluvaiheessa.
Kiinnikkeet ja työkalut muoveille, komposiiteille ja metalleille.
Tappex Finland Oy | Werner Söderströminkatu 24, 06100 Porvoo
Tel: 010 321 9800 | Fax: 010 321 9809
[email protected] | www.tappexfinland.fi
A member of Tappex Group
ENPLAST - TPE, TPV, TPU
Styron - ABS, SAN, PC/ABS, PC
Kokonaisvaltainen materiaalitoimittajanne
+358408271487 | [email protected] | www.resinex.fi
MUOVIPLAST 3/2013
23