Lujitemuovituotteita pinnoitetaan monin eri tavoin. Seuraavassa esitetään yhteenveto yleisimmistä pinnoitteista ja pinnoitusmenetelmistä

3.5.1   Gelcoatit

Suuressa osassa lujitemuovituotteita on pintakerroksena gelcoat, joka levitetään muottipinnalle joko ruiskuttamalla tai sivelemällä ennen varsinaisen laminoinnin aloittamista. Myös lujitemuovimuottien valmistuksessa käytetään pintahartseja. Näitä pintahartseja kutsutaan muotti-gelcoateiksi.

Gelcoat antaa tuotteelle ulkonäön ja suojaa laminaattia sään, kosteuden ja kemikaalien aiheuttamilta rasituksilta. Gelcoat on kirkas tai pigmentoitu käyttötarkoituksesta riippuen. Useimmat sisältävät erilaisia täyte‑, apu‑ ja lisäaineita, joilla vaikutetaan mm. gelcoatin viskositeettiin ja valuvuuteen. Mikäli vaatimuksena on hyvä kemiallinen kesto, ei pigmenttejä tai muita täyteaineita käytetä.

Gelcoatin pohjahartsilaatu riippuu käyttökohteesta. Tavallisia ovat isoftaalihappo‑, neopentyyliglykoli‑ ja bisfenoli‑A‑pohjaiset hartsit. Näillä on yleensä hyvä veden‑ ja kemikaalienkesto. Säänkestäviin gelcoateihin käytetään myös metyylimetakrylaatin ja styreenin monomeeriseoksia. HET‑happopohjaisia hartseja käytetään, kun gelcoat-maalilta edellytetään palonesto‑ominaisuuksia.

Gelcoatia ei saa levittää alikovettuneelle muottipinnalle, kylmälle muottipinnalle eikä muottipinnalle, jossa on koloja, halkeamia tai muita vikoja. Suositeltava levityslämpötila on 18…22 °C. Kovettuneen gelcoat-kalvon paksuus on tavallisesti 0,4…0,7 mm, joka vastaa gelcoat-maalikulutusta 550…850 g/m². Mikäli kalvo on liian ohut, se voi jäädä alikovettuneeksi (alle 35 °barc.). Lisäksi on vaarana, että lujitekudoksien sidoskuvio peilautuu gelcoatin pintaan. Liian paksuun gelcoat-kalvoon voi syntyä hiushalkeamia. Paksu kalvo on myös herkempi vaurioitumaan iskuista. Suuret vaihtelut kalvon paksuudessa johtavat eriaikaiseen kovettumiseen, josta on seurauksena sisäisiä jännityksiä. Nämä aiheuttavat hiushalkeamia ja pigmentoitua gelcoat-maalia käytettäessä myös väriepätasaisuutta.

3.5.2   Topcoatit

Laminaatin sisäpuolinen pinta käsitellään tarvittaessa topcoatilla, joka on parafiinia, tiksotropointiainetta ja mahdollisesti väripigmenttiä sisältävä hartsi. Parafiinin ansiosta se kovettuu kovaksi, hartsirikkaaksi pintakerrokseksi, joka ulkonäöltään ei kuitenkaan ole gelcoat-pinnan veroinen. Topcoat-pinta on silkkimattainen, likaa ja vettä hylkivä. Myös topcoat-pintahartsien valmistuksessa käytetään erilaisia pohjahartsilaatuja.

Topcoatin levitys on suoritettava mahdollisimman pian laminaatin valmistumisen jälkeen. Mikäli työ tehdään myöhemmin, on kunnollisen tarttuvuuden edellytyksenä, että laminaatin pinta hiotaan ja puhdistetaan huolellisesti hiontapölystä ennen maalausta. Vastaavasti topcoatilla käsiteltyyn pintaan ei saada hartsia tai liimaa tarttumaan ellei topcoatin parafiinipitoista, ohutta pintakerrosta ensin hiota pois.

3.5.3   Maalit

Muut kuin gel‑ ja/tai topcoat-pintaiset lujitemuovituotteet voidaan maalata yksi‑ tai kaksikomponenttimaaleilla. Nämä ovat yleensä akryyli‑, epoksi‑, polyuretaani‑ ja vinyylimaaleja. Parhaan tuloksen saavuttamiseksi voidaan tuotteen maalaamisessa joutua käyttämään sekä pohjustus‑, väli‑ että pintamaaleja. Lujitemuoviveneiden valmistuksessa käytetään myös kaksikomponenttisia epoksipohjaisia väli‑ ja hiontamaaleja. Maalit sisältävät pigmenttejä sekä tavallisesti myös erilaisia side‑, täyte‑ ja apuaineita. Maalit voivat olla liuotteettomia, mutta yleensä ne sisältävät enemmän tai vähemmän liuotetta, jolla maalin viskositeetti säädetään halutuksi.

Vinyylimaalit

Vinyylimaalit ovat yksikomponenttimaaleja, joille on tyypillistä hyvä päällemaalattavuus ja tarttuvuus uusintamaalauksessa. Niiden sään‑ ja vedenkesto‑ominaisuudet ovat yleensä hyvät ja kemiallinen kestävyys kohtalainen. Yksikomponenttimaaleilla voidaan maalata alemmissa lämpötiloissa kuin vastaavilla kaksikomponenttimaaleilla. Tämä johtuu siitä, että yksikomponenttimaali muodostaa kalvon fysikaalisesti, liuotteiden haihtumisen kautta. Vinyylimaalien haittapuolia ovat pehmeys ja huonohko mekaaninen lujuus. Maalit pehmenevät lämmössä, esim. auringonpaisteessa, jolloin ne likaantuvat ja menettävät kiiltonsa.

Epoksimaalit

Epoksimaalit ovat tyypillisesti kaksikomponenttimaaleja, joilla on hyvä mekaaninen ja kemiallinen kestävyys ja ehkä paras tartunta kaikista maaleista. Ne ovat myös sitkeitä ja niiden veden‑ ja kemikaalienkestävyys sekä liuoteaineiden kestävyys on erittäin hyvä. Alin maalauslämpötila on noin 10 °C. Tätä alemmassa lämpötilassa kovettumisreaktio on liian hidas. Haittapuolena on huono UV‑kesto, pinnan liituuntuminen ja sen seurauksena kiillon alentuminen. Liituuntuminen on ulkonäköön kohdistuva haitta eikä sillä ole vaikutusta maalikalvon kykyyn suojata alustaa. Liituuntuminen voidaan estää käsittelemällä epoksilla maalattu pinta esim UV‑suoja‑ainetta sisältävällä polyuretaanilakalla. Läpinäkyvä, UV‑suojaamaton polyuretaanilakka ei estä liituuntumista, ainoastaan hidastaa sitä.

Polyuretaanimaalit

Polyuretaanimaalit ovat kaksikomponenttimaaleja, joilla on hyvä valon‑, kosteuden‑, kemikaalien‑ ja kulutuksenkesto. Näillä maaleilla saadaan korkeakiiltoinen pinta, joka säilyttää kiiltonsa erittäin hyvin. Alin maalauslämpötila on noin 5 °C. Maalit tarttuvat joihinkin alustoihin huonosti. Lisäksi isosyanaattikomponentti on terveydelle haitallinen.

Akryylimaalit

Akryylimaaleja on sekä yksi- että kaksikomponenttisia, joista jälkimmäiset ovat ominaisuuksiltaan polyuretaanimaalien kaltaisia. Yksikomponenttimaalit eivät ominaisuuksiltaan ole yhtä hyviä. Erityisesti mekaaniset ominaisuudet ovat merkittävästi heikommat kuin kaksikomponenttisilla akryylimaaleilla.

3.5.4   Lakat

Lujitemuovituotteissa käytettävät lakat ovat tavallisesti läpinäkyviä kaksikomponenttisia epoksi‑ ja polyuretaanilakkoja. Ne ovat ominaisuuksiltaan vastaavien maalien kaltaisia ja niitä käytettäessä on otettava huomioon samat asiat.

3.5.5   Maalattavien ja lakattavien pintojen käsittely

Maalattavan pinnan puhtaus on lopputuloksen kannalta tärkein asia. Ennen maalausta on laminaatin pinta puhdistettava huolellisesti mahdollisista irrotusainejäämistä, liasta ja rasvasta. Pinnan puhtaus on todettavissa vesikokeella. Pinta kastellaan vedellä. Jos vesi pisaroituu, on pinnassa vielä jäljellä epäpuhtauksia. Lopuksi pinta hiotaan 180…220 numeron hiomapaperilla. Irtonainen pöly poistetaan vedellä. Ennen maalauksen aloittamista on pinnan oltava ehdottoman kuiva. Kuivumisaika on 3…4 h, kun lämpötila on 20 °C.

Jos maalattavassa pinnassa on epätasaisuuksia tai pintavaurioita, korjataan ne ennen maalausta polyesteri‑ tai epoksitasoitteella. Korjattu pinta hiotaan 80…120 numeron hiomapaperilla, hiontapöly poistetaan vedellä ja pinta kuivataan huolellisesti. Käytettäessä pohjustus‑ ja välimaaleja suoritetaan välihionnat 180…220 numeron hiomapaperilla ja lopullinen hionta ennen pintamaalausta 220…320 numeron hiomapaperilla. Välihionta on suoritettava myös, jos edellisen maalikerroksen levittämisestä on kulunut liian pitkä aika ennen seuraavan kerroksen maalausta.

Maalinvalmistajien ohjeita koskien maalausolosuhteita, maalin ohentamista, maalin levitystä, kovettumista ja päällemaalausta on tarkoin noudatettava. Suositeltavin maalauslämpötila kaksikomponenttimaaleille on 16…20 °C. Ilmankosteus ei saisi olla korkea. Ihanteellinen ilman suhteellinen kosteus on 60…65 %. Maalin sekoitus suoritetaan huolellisesti ja kerralla sekoitetaan vain se määrä maalia, joka ehditään purkkiajan puitteissa käyttää. Kaksikomponenttisilla maaleilla ei saa maalata yksikomponenttimaalien päälle.

Maalaus voidaan suorittaa ruiskulla, pensselillä tai lyhytkarvaisella mohairtelalla. Myös tyynyä voidaan käyttää. Kuivamaalikalvon paksuus telalla maalattaessa on 30…40 μm, tyynyllä maalattaessa 30…60 μm ja siveltimellä maalattaessa 40…60 μm. Sivuilmaruiskulla saadaan kerralla maalatuksi kalvo, jonka paksuus on 30…100 μm ja korkeapaineruiskulla vastaavasti 50…200 μm. Ohenteen käytöllä säädellään lähinnä maalin viskositeettia ja kovettumista. Kaksikomponenttimaalien täydellinen kovettuminen kestää useita vuorokausia. Tyypillinen aika on 7…10 vrk 20 °C:n lämpötilassa.

Lakkoja käytettäessä huolellinen esityö, ts. lakattavan pinnan puhdistus, tasoitus ja hionta ovat erittäin tärkeä vaihe kestävän ja syväkiiltoisen lopputuloksen saavuttamiseksi. Lakattavan pinnan on myös oltava täysin kuiva ja lujitemuovilaminaatin täysin kovettunut. Lakkaa levitetään useampia kerroksia. Mikäli välihiontaa tarvitaan, se suoritetaan tavallisesti 180…220 numeron hiomapaperilla.

Jos ilman suhteellinen kosteus on korkea tai kovettumisaika alhaisesta lämpötilasta johtuen pitkä, saattaa lakkapintaan muodostua huntu, joka on poistettavissa liuotteella tai hionnalla. Myös epoksilakat liituuntuvat ja menettävät kiiltonsa ollessaan UV‑säteilylle alttiina. Tällainen pinta on joko maalattava tai käsiteltävä UV‑suoja‑ainetta sisältävällä polyuretaanilakalla. Hionta on suoritettava oikea karkeuksisella hiomapaperilla, joka voi olla vesi‑ tai kuivahiomapaperia tai hiekkapaperia. Hiomapapereiden karkeudet ilmoitetaan numeroin. Mitä pienempi numero on, sen karkeampi on paperi. Hiomapapereiden karkeusnumeroiden keskinäinen vastaavuus on taulukon 3.26 mukainen.

Taulukko 3.26 Hiomapapereiden karkeusnumeroiden keskinäinen vastaavuus.

3.5.6   Muut pinnoitteet ja pinnoitusmenetelmät

Maalien ja lakkojen ohella muovituotteita voidaan pinnoittaa mitä moninaisimmilla aineilla ja menetelmillä. Muovia voidaan painaa lähes kaikilla käytössä olevilla painomenetelmillä tai kohokuvioida kemiallisesti ja mekaanisesti. Paitsi ulkonäöllisiä seikkoja pinnoittamisella voidaan pyrkiä parantamaan tuotteen kemiallista kestävyyttä, sään‑ ja kulutuksenkestävyyttä, palonkestävyyttä, sähkönjohtavuutta tai hygieenisyyttä. Tässä kappaleessa käsitellään lyhyesti eräitä pinnoitusmenetelmiä ja niihin liittyviä pinnoitteita.

Pinnoittaminen muotissa

Muotissa pinnoittamista käytetään lähinnä SMC‑, BMC‑ ja RIM‑menetelmillä valmistettaville auto‑ ja saniteettiteollisuuden tuotteille. Pinnoittaminen tapahtuu samanaikaisesti kappaleen valmistuksen kanssa. Käytettävä pohjustus‑ tai viimeistelymaali voi olla liuoksena tai pulverina. Muotissa pinnoittaminen eliminoi pinnan huokoisuuden ja kappaleelle saadaan kova, kestävä ja tasainen maalipinta.

Nestemäiset pinnoitteet ovat tavallisesti kaksikomponenttisia polyuretaanimaaleja, jotka välittömästi muotin sulkeuduttua ruiskutetaan korkealla paineella muottiin. Muottiin on koneistettu injektointiaukot maalille. Maali kovettuu 45…60 sekunnissa ja valmistettava SMC‑tuote 60…90 sekunnissa, kun muovauslämpötila on 140…155 °C.

Useimmat SMC‑ ja BMC‑tuotteille käytettävät pulverimaalit ovat polyesteripohjaisia. Pulverimaali levitetään muottiin automaattiruiskuilla noin 20 sekunnissa. Muottipintaan maali kiinnittyy elektrostaattisesti. Välittömästi ruiskuttamisen jälkeen muotti suljetaan ja muovaus aloitetaan. Maali kovettuu lyhyemmässä ajassa kuin valmistettava kappale, joten pinnoittaminen ei pidennä muovausjaksoa. Pulverimaalaus ei edellytä muottiin minkäänlaisia muutoksia.

RIM‑tuotteiden pinnoittaminen tapahtuu samoilla periaatteilla. Nestemäinen pohjustus‑ tai viimeistelymaali ruiskutetaan avattuun muottiin tai injektoidaan paineella suljettuun muottiin. Pulverimaali ruiskutetaan avoimeen muottiin, jossa se kiinnittyy muottipintaan elektrostaattisesti.

Kerta‑ ja kestomuovikappaleet voidaan valmistuksen yhteydessä pinnoittaa muotissa myös erilaisilla kalvoilla. Kalvo voi olla painettu tai värjätty kummalta puolelta tahansa ja se voi olla koottu myös useasta erilaisesta kerroksesta. Fenoli‑, melamiini‑ ja ureaformaldehydihartsista valmistettavat kappaleet pinnoitetaan melamiinihartsilla kyllästetyllä, painetulla kalvolla, joka asetetaan muottiin kesken kappaleen muovauksen. Kalvon asettamiseksi muottiin muovausjakso keskeytetään mahdollisimman varhaisessa vaiheessa. Kun kalvo on paikoillaan, muotti suljetaan ja kappale kovetetaan loppuun.

Kestomuovikappaleita valmistettaessa kalvo leikataan haluttuun muotoon ja asetetaan muottiin. Muotissa kalvo pysyy paikallaan fysikaalisesti, mekaanisesti tai sähköstaattisesti. Kun kalvo on paikoillaan, muotti suljetaan ja kestomuovi ruiskutetaan muottiin. Monimutkaisia kappaleita pinnoitettaessa kalvo on usein esimuovattava parhaan tuloksen saavuttamiseksi.

Kuumapainatus

Kuumakalvopainatuksella voidaan pinnoittaa lähes kaikkia muoveja ja kaikenmuotoisia kappaleita. Menetelmä on nopea ja sillä saadaan korkealuokkainen ja kestävä pinnoite. Kuumapainatuksella muovikappaleeseen voidaan painaa tekstiä tai numeroita tai se voidaan koristepinnoittaa osittain tai kokonaan. Kuumapainatuksella saadaan mm. hologrammikuvat ja magneettikalvot esim. luottokortteihin tai muovituotteeseen puuta, nahkaa tai marmoria jäljittelevä pinta.

Painatusmenetelmiä on lähinnä kaksi; leimaus ja telapainatus. Näistä jälkimmäistä käytetään yleensä suurten tasopintojen painamiseen. Kuumapainatuskalvo muodostuu kantajakalvosta ja irrotusainekerroksesta sekä suoja‑ainekerroksesta, varsinaisesta painatuskalvosta tai ‑väristä ja tartunta‑aineesta, jotka kiinnittyvät kappaleen pintaan. Painatus tapahtuu lämmön ja paineen avulla 0,5…2 sekunnissa. Moitteettoman tartunnan edellytyksenä on muovipinnan pehmeneminen painatuksen aikana. Painatuslämpötila on tavallisesti 100…230 °C muovista riippuen.

Tyhjiömetallointi

Tyhjiömetalloinnilla muovikappaleeseen saadaan ohut metallipinnoite. Tyhjiö suojaa metallia hapettumiselta pinnoittamisen aikana. Menetelmässä pinnoitettava kappale on kammiossa, jossa vallitsee tyhjiö. Kammioon höyrystetään lämmön avulla pinnoitemetalli, joka tarttuu kammiossa liikkeessä olevan kappaleen pintaan. Metalli voidaan saada atomeiksi myös elektronisuihkulla tai ionisoiduilla molekyyleillä pommittamalla (sputtering).

Tyhjiömetallointilaitteet ovat joko eräkohtaisia tai jatkuvia. Jälkimmäisissä laitteissa metallointikammiossa on jatkuva tyhjiö ja pinnoitettavat muovikappaleet siirtyvät kammioon ja kammiosta pois ilmalukon tai vastaavan kautta. Jatkuvatoimiset laitteet ovat merkittävästi eräkohtaisia kalliimpia, mutta ne ovat nopeampia ja pinnoitteen laatu on parempi. Yleisimmin käytetty pinnoitemetalli on alumiini, mutta myös muita metalleja ja metalliseoksia voidaan käyttää.

Galvaaninen pinnoitus

Galvaanista pinnoitusta käytetään erityisesti ABS‑muovista valmistettavien kappaleiden pinnoittamiseen metallilla. Menetelmä soveltuu myös muista kestomuoveista valmistettavien kappaleiden pinnoittamiseen. Tavallisimmat pinnoitemetallit ovat kupari, nikkeli ja kromi, mutta myös pronssia, hopeaa ja kultaa käytetään. Pinnoitekerroksia on yleensä useita ja halutuista ominaisuuksista riippuen ne voivat koostua myös eri metalleista. Galvaanisella pinnoituksella saadaan muovituotteeseen paksu, kulutusta ja ympäristöolosuhteita erinomaisesti kestävä pinta.

ABS‑tuotteen galvaaninen pinnoitus kromilla tapahtuu yksinkertaistettuna seuraavasti. Tuotteen pinnasta syövytetään butadieeni hapettamalla. Syövytysneste voi olla esim. kromihappoa. Syövytystä seuraa neutralointi sekä katalyyttikylvyt, jonka jälkeen syövytyksessä syntyneet mikrohuokoset täytetään kemiallisesti nikkelillä ja tuotteen pinta saadaan sähköä johtavaksi. Tämän jälkeen tuote pinnoitetaan elektrolyyttisesti ensin kuparilla, sitten nikkelillä ja lopuksi kromilla.

Pintahuovat

Lujitettujen kertamuovituotteiden pintaominaisuuksien sekä pinnan laadun parantamiseen käytetään erilaisia pintahuopia. Pintahuovilla pyritään vain harvoin vaikuttamaan tuotteen mekaanisiin ominaisuuksiin. Tuotteen ulkonäön parantamisen ohella pintahuopia käytetään parantamaan mm. tuotteen kemiallista kestävyyttä, lämmön‑, tulen‑ ja kulutuksenkestävyyttä, iskulujuutta ja sähkönjohtavuutta. Sähköä johtavia pintahuopia käyttäen aikaansaadaan staattinen varautumattomuus ja häiriösuojausominaisuudet sekä pienennetään salamaniskusta johtuvia vaurioita. Pintahuopia voidaan käyttää myös absorboimaan mikroaaltoja sekä heijastamaan tutkasäteitä.

Pintahuovat valmistetaan sopivaa sideainetta käyttäen joko katkotuista tai jatkuvista kuiduista. Yleisimmin käytettyjä ovat E‑ ja C‑lasista valmistetut, pulverisidotut pintahuovat. Myös hiili‑, aramidi‑, polyesteri‑, polyeteeni‑, polypropeeni‑, selluloosa‑, mineraali‑ ja metallikuiduista sekä keraamisista kuiduista ja näiden yhdistelmistä valmistetaan pintahuopia. Periaatteessa kaikki kuitumaiset materiaalit soveltuvat pintahuopien raaka‑aineeksi. Myös värillisiä pintahuopia on valmistuksessa. Sideaine voi olla käytettyyn hartsi‑ tai liimasysteemiin liukeneva tai liukenematon. Standardilaatuja on markkinoilla rajoitetusti, sillä käyttäjien tarpeet ovat yleensä yksilölliset ja hyvin spesifiset, ja pintahuopia voidaan valmistaa taloudellisesti myös pienissä erissä.

Kestomuovipinnoitteet

Lujitettuja kertamuovituotteita voidaan pinnoittaa myös kestomuoveilla. Tuotteen kemiallisen kestävyyden parantaminen on yleisin syy kestomuoveilla pinnoittamiseen. Kestomuoveilla voidaan parantaa myös kertamuovituotteen kulutuksen‑ ja hankauksenkestävyyttä sekä alentaa kitkaa.

Kestomuovi on levymuodossa. Levy liimataan pinnoitettavaan kappaleeseen tavallisesti epoksi‑, polyuretaani‑ tai polyesteriliimalla. Koska useat kestomuovit ovat huonosti liimautuvia, on levyihin valmistuksen aikana mekaanisesti kiinnitetty tartuntakudos, jonka avulla saadaan aikaan pitävä liimaliitos. Tavallisia pinnoittamiseen käytettäviä kestomuoveja ovat PP, PVC, PE, PVDF, PTFE ja FEP.