Biopohjaisten pinnoitettujen
ohutlevytuotteiden
muovauskitkakokeet
Maalipinnoitettujen ohutlevytuotteiden, kuten kattopeltien, sandwich-paneelien ja sadevesijärjestelmien,
valmistusprosesseissa pinnoitetun ohutlevyraaka-aineen muovauskäyttäytyminen on erittäin keskeistä.
Muovauskäyttäytymiseen vaikuttavat sekä pohjamateriaalina käytettävä sinkkipinnoitettu teräs että
maalipinnoitekokonaisuus. Pinnoitteen muovauskäyttäytymisen selvittämiseksi voidaan tutkia esimerkiksi
sen kitkakäyttäytymistä, kestävyyttä erilaisissa muovaustilanteissa sekä testaamalla eri tavoin
muovattujen kappaleiden kestävyyttä olosuhdealtistuskokeissa. Tässä artikkelissa esitellään havaintoja
Biopohjaiset pinnoitetut ohutlevytuotteet -hankkeen (Bioppo) muovauskitkakokeista.
VILLE OKSANEN
missä W on näytesoiron nimellinen leveys.
Projektiopaineessa näytteeseen vaikuttavat voimat on yksinkertaisesti laskettu yhteen ja työkalun kontaktin nimellisellä projektiopinta-alalla. Todellisuudessa pintapaine jakautuu kuten myös leikkausjännitys ja näytteen venymä kontaktissa. Pintapainejakaumassa kontaktisektorin alku- ja loppuvaiheilla. Pintapaineen ja kitkakertoimen arviointitavoista ■Bioppo-hankkeessa tutkittiin biopohjaisia raaka-aineita sisältävien
ohutlevymaalipinnoitteiden ominaisuuksia monipuolisesti.
Muovauskitkaa tutkittiin kahdella menetelmällä:
bending-under-tension-laitteella (BUT), joka simuloi vetojännityksen
alaisen ohutlevyn kitkaa taivutuskontaktissa
sylinterimäistä muovaustyökalua vasten vedettäessä, sekä
flat-to-flat-laitteella (F2F), jolla kuvataan pidätinkitkaa vedettäessä
näytettä puristettuna kahden tasomaisen pidätintyökalun
väliin. Kitkamittaustulosten lisäksi tarkasteltiin
kitkakoenäytteiden pinnoitteiden muutoksia silmämääräisellä
arviolla ja kiiltomittauksilla. Muovauskitkakokoiden
olosuhteet eivät olleet suoraan vastaavia kuin valmistuslinjojen
levynmuovauksessa. Valmistusolosuhteita ankarampien
koeolosuhteiden ansiosta pinnoitteiden kestävyyttä päästiin
vertailemaan.
Hankkeen kitkakokeiden tavoitteena oli tuottaa vertailevaa
aineistoa pinnoitteiden kehitysversioiden muovauskitkakäyttäytymisen
välillä sekä selvittää muovauskitkan ja
käytännön levynmuovauksen yhteyksiä. Lisäksi BUT- ja
F2F-menetelmillä saatujen kitkakerrointulosten välille pyrittiin
löytämään matemaattinen korrelaatio. Menetelmien
välinen korrelaatio mahdollistaisi paljon aikaa ja tilaa vaativan
BUT-menetelmän käytön vähentämisen tai korvaamisen
kokonaan tehokkaammalla F2F-menetelemällä.
Bending-under-tension-menetelmä (BUT)
Bending-under-tension-menetelmän periaate on esitetty kuvassa
1 1. Ohutlevymateriaalista leikattua soiroa vedetään
sylinterimäisen muovaustyökalupinnan yli vakionopeudella
v1. Vetoa vastustaa vakiopidätinvoima F2. Menetelmässä
näytteen leveys on työkalun sylinteripinnan leveyttä pienempi.
Mittaamalla pidätinvoimaa F2 ja vetovoimaa F1 voidaan
arvioida kitkakerroin ja projektiopintapaine sekä näytteen vetojännitys
molemmin puolin muovaustyökalua.
BUT-kokeessa on kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa
testataan näytteen taivutus-oikaisuvoima FB käyttäen laakeroitua,
pyörivää muovaustyökalua. Tällöin näytteen ja
Biopohjaisten pinnoitettujen ohutlevytuotteiden muovauskitkakokeet
Maalipinnoitettujen ohutlevytuotteiden, kuten kattopeltien, sandwich-paneelien ja sadevesijärjestelmien,valmistusprosesseissa pinnoitetun ohutlevyraaka-aineen muovauskäyttäytyminen on Muovauskäyttäytymiseen vaikuttavat sekä pohjamateriaalina käytettävä sinkkipinnoitettu maalipinnoitekokonaisuus. Pinnoitteen muovauskäyttäytymisen selvittämiseksi voidaan sen kitkakäyttäytymistä, kestävyyttä erilaisissa muovaustilanteissa testaamalla eri tavoin kappaleiden kestävyyttä olosuhdealtistuskokeissa. Tässä artikkelissa esitellään havaintoja pinnoitetut ohutlevytuotteet -hankkeen (Bioppo) muovauskitkakokeista.
Bioppo-hankkeessa tutkittiin biopohjaisia raaka-aineita sisältävien ohutlevymaalipinnoitteiden
ominaisuuksia monipuolisesti. Muovauskitkaa tutkittiin kahdella menetelmällä: bending-(BUT), joka simuloi vetojännityksen alaisen ohutlevyn kitkaa taivutuskontaktissa muovaustyökalua vasten vedettäessä, sekä flat-to-flat-laitteella (F2F), jolla kuvataan vedettäessä näytettä puristettuna kahden tasomaisen pidätintyökalun väliin. Kitkamittaustulosten tarkasteltiin kitkakoenäytteiden pinnoitteiden muutoksia silmämääräisellä arviolla ja kiiltomittauksilla.Muovauskitkakokoiden olosuhteet eivät olleet suoraan vastaavia kuin valmistuslinjojen
levynmuovauksessa. Valmistusolosuhteita ankarampien koeolosuhteiden ansiosta pinnoitteiden
kestävyyttä päästiin vertailemaan.
Hankkeen kitkakokeiden tavoitteena oli tuottaa vertailevaa aineistoa pinnoitteiden kehitysversioiden
muovauskitkakäyttäytymisen välillä sekä selvittää muovauskitkan ja käytännön levynmuovauksen
yhteyksiä. Lisäksi BUT- ja F2F-menetelmillä saatujen kitkakerrointulosten välille pyrittiin matemaattinen korrelaatio. Menetelmien välinen korrelaatio mahdollistaisi paljon aikaa BUT-menetelmän käytön vähentämisen tai korvaamisen kokonaan tehokkaammalla ���� =
työkalun suhteellinen liike koostuu vierimisestä ja näytteen
venymän aiheuttamasta osittaisesta liukumasta. Taivutusoikaisuvoima
arvioidaan veto- ja pidätinvoimien erotuksena.
Kokeen toisessa vaiheessa käytetään pyörimätöntä muovaustyökalua,
jolloin näytteen ja työkalun suhteellinen liike
on puhtaasti liukukontakti. Kitkakertoimen arviointiin on
esitetty useita kaavoja 2. Yleisimmin käytetty veto- ja pidätinvoimien
mittaukseen perustuva kaava kitkakertoimelle
on:
1
����
∙
���� + ����!
2
����
����" − ����#
����$
∙ ln ,
/
missä:
q on nimellisen kontaktisektorin kulma (q = p/2),
R on muovaustyökalun säde,
t0 on näytemateriaalin nimellispaksuus,
F1 on vetävä voima,
F2 on pidätinvoima
FB on pyörivällä työkalulla arvioitu taivutus-oikaisuvoima (FB = F1* – F2*)
Kontaktin pintapainetta voi arvioida projektiopintapaineena:
Kontaktin pintapainetta voi arvioida projektiopintapaineena:
���� =
����" + ����$
2��������
Projektiopaineessa näytteeseen vaikuttavat voimat on yksinkertaisesti
laskettu yhteen ja jaettu näytteen ja työkalun
kontaktin nimellisellä projektiopinta-alalla. Todellisuudessa
pintapaine jakautuu epätasaisesti, kuten myös leikkausjännitys
ja näytteen venymä kontaktissa. Pintapainejakaumassa
on piikit kontaktisektorin alku- ja loppuvaiheilla.
Pintapaineen ja kitkakertoimen arviointitavoista BUT-kokeessa
voi lukea lisää esimerkiksi Follen ja Schaefferin 2
artikkelista. Bioppo-hankkeessa pintapaineet arvioitiin projektiopaineena.
HAMK Techin BUT-laitteen suunnittelu on toteutettu
opinnäytetöinä 3, 1. Laitteessa vetävää päätä ohjataan sähkömoottorilla
ja pidätinvoima tuotetaan hydraulisylinterillä.
Mittauslaitteistolla mitataan veto- ja pidätinvoimia sekä
vetävän ja pidättävän pään näytteenpitimen paikkaa.
26 • OHUTLEVY 1/2021 www.ohutlevy.com
/www.ohutlevy.com
