Muovin hitsaus ja mitkä muovit soveltuvat hitsattaviksi?
Muovin hitsaus on kestomuovien liittämismenetelmä, jossa kaksi muovikappaletta sulautetaan yhteen lämmön ja paineen avulla. Lopputuloksena on luja, tiivis liitos, joka ei vaadi liimaa tai mekaanisia kiinnikkeitä. Kaikki muovit eivät kuitenkaan sovellu hitsattaviksi – ja väärän materiaalin hitsausyritys johtaa parhaimmillaan huonoon liitokseen, pahimmillaan vaarallisiin kaasuihin.
Miksi kaikki muovit eivät sovellu hitsattaviksi?
Muovin hitsaus perustuu termoplastiseen ominaisuuteen: kestomuovi pehmenee lämmön vaikutuksesta, ja kun kaksi kappaletta painetaan yhteen pehmennystilassa, ne sulautuvat molekyylitasolla toisiinsa. Kun liitos jäähtyy, se on käytännössä yhtä luja kuin ympäröivä perusmateriaali.
Kertamuovit eivät sovellu hitsattaviksi lainkaan. Niiden kemiallinen rakenne on pysyvästi ristisilloittunut, eikä lämpö pehmentä niitä – se ainoastaan hajottaa polymeeriverkon. Epoksi, fenolihartsi ja vastaavat kertamuovit on liitettävä muilla menetelmillä.
Toinen rajoittava tekijä on materiaalin yhteensopivuus. Hitsauksessa on käytettävä samaa tai kemiallisesti lähes identtistä muovia – polyeteeniä ei voi hitsata polypropeeniin, eikä PVC:tä ABS:ään. On myös huomioitava, että muovipinnat hapettuvat kuumana jo minuuteissa noin 0,1 mm syvyyteen – hapettunut kerros on poistettava ennen hitsausta, jotta liitoksesta tulee kestävä. Lisäaineistus ja täyteaineet vaikuttavat myös hitsattavuuteen: esimerkiksi PTFE-seostettu POM hitsautuu heikommin kuin seostamaton laatu.
Yleisimmät hitsattavat muovit
PE (polyeteeni) on yksi parhaiten hitsautuvista muoveista. Se on helppo hitsata lankahitsauksella tai puskuhitsauksella, ja sitä käytetään laajasti putkistoissa, säiliöissä ja altaissa juuri siksi, että hitsausliitokset ovat luotettavia ja kestäviä. PE hitsautuu omaan lajiinsa – PE-HD omaan ja PE-LD omaan.
PP (polypropeeni) hitsautuu hyvin ja on PE:n ohella teollisuuden käytetyin hitsattava muovi. PP-putkistot ja -säiliöt kemianteollisuudessa perustuvat juuri hitsausliitoksiin. PP on herkempi hapettumiselle hitsauksen aikana, minkä vuoksi hitsauskaasuna käytetään typpeä vaativimmissa kohteissa.
PVC (polyvinyylikloridi) hitsautuu teknisesti, mutta sen hitsauksessa on huomioitava, että ylikuumentunut PVC vapauttaa kloorivetyä, joka on terveydelle haitallista. PVC:n hitsaus vaatii tarkan lämpötilansäädön ja hyvän kohdepoiston. Käyttökohteita ovat esimerkiksi vesialtaat ja kemikaalikestävät rakenteet.
PVDF (polyvinylideelifluoridi) on fluorimuovi, joka hitsautuu hyvin ja soveltuu vaativiin kemiallisiin ympäristöihin. PVDF-putkistoja ja -säiliöitä käytetään erityisesti elintarvike- ja lääketeollisuudessa sekä voimakkaiden kemikaalien käsittelyssä.
ABS (akryylinitriilibutadieenistyreeni) hitsautuu kohtuullisesti, mutta liitoksen laatu jää usein PE:tä tai PP:tä heikommaksi. ABS:ää hitsataan muun muassa ajoneuvoteollisuuden osissa ja koteloinneissa.
PA (polyamidi) on hitsattavissa, mutta vaatii huolellisuutta – polyamidi imee kosteutta, mikä heikentää hitsausliitoksen laatua merkittävästi. Materiaalin on oltava kuiva ennen hitsausta.
POM (polyasetaali) on periaatteessa hitsattavissa, mutta vaatii erityistä tarkkuutta kapean prosessi-ikkunan vuoksi. Tavanomainen lankahitsaus onnistuu, mutta liitoksen laatu on herkempi parametrien vaihtelulle kuin PE:llä tai PP:llä.
Muovin hitsausmenetelmät
Lankahitsaus on yleisin menetelmä muovien käsityömäisessä hitsauksessa. Hitsauspistooli lämmittää ilma- tai typpivirran, jolla pehmennettään sekä perusmateriaali että lisäaineliuska. Menetelmä soveltuu hyvin PE:lle, PP:lle ja PVC:lle, ja se on joustava erikoismuotojen ja korjausten tekemiseen.
Ekstruuderihitsaus on lankahitsauksen tehokkaampi muunnelma, jossa lisäaineena käytetään ekstruuderilaitteen tuottamaa massaa rakeista. Ekstruuderihitsauksen etu on paksumpi ja tasalaatuisempi hitsaussauma.
Puskuhitsaus on teollinen menetelmä, jota käytetään erityisesti putkistojen ja levyjen liittämiseen. Kappaleiden päät tasataan, lämmitetään kuumalla levyllä pehmennyspisteeseen ja painetaan yhteen. Menetelmä tuottaa tasalaatuisia liitoksia ja sopii erinomaisesti PE- ja PP-putkistoihin.
Sähkömuhvihitsaus on putkistohitsauksen erikoismenetelmä, jossa muhvin sisällä oleva vastuslanka sulattaa liitospinnat yhteen sähkövirralla. Se on tarkka ja luotettava menetelmä, jota käytetään erityisesti maahan asennettavissa paineputkistoissa.
Muovit jotka eivät sovellu hitsattaviksi
Hitsaukseen soveltumattomia muoveja ovat kaikki kertamuovit sekä useat erikoiskestomuovit. PTFE (teflon) on teknisesti kestomuovi, mutta sen erittäin korkea sulamispiste ja kemiallinen inertteys tekevät tavanomaisesta hitsauksesta käytännössä mahdotonta. PEEK on hitsattavissa vain erikoisolosuhteissa korkeassa lämpötilassa.
Akryyli (PMMA) ja polykarbonaatti (PC) soveltuvat paremmin liimattaviksi kuin hitsattaviksi. Lankahitsaus on mahdollinen, mutta liitoksen laatu ja ulkonäkö jäävät usein heikoiksi liiman antamaan tulokseen verrattuna.
Muovin hitsaus vaatii materiaalituntemusta
Onnistunut muovin hitsaus edellyttää oikean materiaalin tunnistamista, sopivan menetelmän valintaa ja oikeiden parametrien hallintaa. Liian korkea lämpötila polttaa materiaalin, liian matala jättää liitoksen irralliseksi. Muovityöstö Kivelällä hitsaamme muoveja ammattitaidolla ja tunnemme eri materiaalien vaatimukset – tuloksena on luja liitos, joka kestää käytön rasitukset.