Muovikomposiittien valmistuksessa pätevät monelta osin yleiset teollisen tuotannon tilajärjestelyihin soveltuvat ohjeet. Tässä yhteydessä käsitellään ainoastaan muovikomposiittien valmistukseen liittyviä erityispiirteitä ja annetaan malliksi muutamia yleisjärjestelyjä.

10.2.1 Ympäristöolosuhteet

Tuotantotilojen ja raaka-aineiden lämpötilalla ja kosteudella on suuri merkitys komposiittituotteiden valmistuksessa etenkin märkälaminointimenetelmillä. Muoviraaka-aineiden viskositeetti ja kovetusnopeudet riippuvat voimakkaasti lämpötiloista. Lujitteiden tai hartsien kosteus voi estää laminaattien kovettumisen. Tuotannon laadun vakioimiseksi on tuotan­totilojen ja varastojen olosuhteet pyrittävä tasaamaan. Normaaliarvot lämpötilalle ovat 20…25 °C ja suhteelliselle kosteudelle 40…60 %.

10.2.2   Raaka-aineiden varastointi ja käsittely

Lujitteiden ja hartsien varastointiaika on kriittisissä tuotteissa rajattu. Sekä lujitteiden pintakäsittelyaineet että hartsit muuttuvat ominaisuuksiltaan pitkään varastoitaessa. Puolen vuoden käyttöaika on tyypillinen polyesterihartseille. Epoksiharsien käyttöaika voi olla muutaman vuoden ja niiden kovetteiden noin yhden vuoden luokkaa.

Alhainen lämpötila hidastaa kemiallisia reaktioita. Näin myös raaka-aineiden säilytyslämpötilat voivat olla hyvinkin alhaisia. Polyestereitä ja lujitteita säilytetään usein pakkasessakin. Sen sijaan epoksihartseille suositeltu varastointilämpötila on 0 °C:n yläpuolella.

Puolivalmisteista lähinnä kertamuovipohjaiset prepregit vaativat kylmäsäilytyksen. Normaalisti prepregit säilyttävät ominaisuutensa 6…12 kk pakastuslämpötilassa eli -18°C:ssa varastoitaessa. Laaduista riippuen työskentelyaika huoneenlämpötilassa vaihtelee viikosta muutamaan kuukauteen.

Lujitteiden esikäsittely sisältää normaalisti leikkauksen ja pinoamisen halutun laminaattirakenteen mukaiseen järjestykseen. Aihioita käytettäessä lujite myös muotoillaan lähelle lo­pullista kappaletta. Puolivalmisteita käytettäessä materiaalit leikataan sopiviksi paloiksi, jotka sitten toimitetaan laminointi­paikalle tai puristimelle.

Suuria määriä käytettäessä voidaan hartsit siirtää putkia myöten laminointipisteisiin tai yhteiseen jakelupaikkaan. Käytännössä joudutaan kuitenkin usein sekoittamaan hartsit erillisessä sekoitushuoneessa, jossa voidaan säätää värit ja kovetusajat halutuiksi.

10.2.3   Tilajärjestelyt

Muovikomposiittiosat ovat tyypillisesti pitkälle integroituja. Näin valmistuksen tilajärjestely on selväpiirteinen. Valmistus tapahtuu jonkun perusprosessin, esim. puristimen ympärille järjestettynä joko linjassa tai erilaisina silmukoina riippuen kappaleiden koosta, rakenteista ja tuotantovolyymista. Tilajärjestelyissä on varattava tilaa työkaluille ja niiden puhdistukselle. Märkälaminoinnissa myös raaka- ja apuaineiden hukat vaativat omat järjestelynsä. Työtilojen siisteydestä on huolehdittava erityisesti, kun valmistusmenetelmä on ympäristöä helposti likaava (esimerkiksi märkälaminointi).

Liuoteaineiden haihtumisen takia ja mahdollisen laminaatin leik­kauspölyn eliminoimiseksi vaaditaan tehokkaat ilmastointi- ja pölynpoistosysteemit etenkin avomuotteja ja märkälaminointi­menetelmiä käytettäessä.

Märkälaminointimenetelmissä tuotantoprosessi voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin:

• raaka-aineiden esikäsittely
• muotin puhdistus ja  tarvittaessa irrotusainekäsittely
• gelcoatin sively tai ruiskutus
• gelcoatin kovetus
• laminointi
• laminaatin välikovetus tai kovetus
• kappaleen irrotus
• kappaleen viimeistely.

Valmistuksen aikana tuodaan tarvittavat raaka-aineet ja suoritetaan muottien ja kappaleiden siirtoja työpisteestä toiseen. Jous­tavan tuotannon aikaansaamiseksi joudutaan käyttämään useita muot­teja tai nopeuttamaan aikaavieviä kovetusjaksoja (gelcoatin ja laminaatin kovetus) lämmöllä. Nopeutettunakin kovetusjak­sot ovat niin pitkiä, että tuotanto on vaiheistettu. Tämä vaatii melkoisesti tuotantotilaa, joka myös käytännössä on lattiapintaa johtuen avomenetelmillä tarvittavasta yleisilmastoinnista. Ilmastointia on erittäin hankala saada toimimaan useammalla tasolla tapahtuvissa tuotantotiloissa. Pelkillä paikallispoistoilla ei yleensä päästä riittävän alhaisiin haitta-ainepitoisuuksiin.

Kuvassa 10.1 on esitetty kerroslevyjen valmistuslinjan tilajärjestelyehdotus. Valmistus alkaa tässä tapauksessa gelcoatin ruiskutuksella muottina toimivalle levylle. Ruiskutuspaikalle on järjestetty paikallinen liuotehöyryjen poisto. Gelcoatin kovettumisen nopeuttamiseksi voidaan käyttää kuvan mukaista lämpimän ilman puhallusta, lämpölamppuja tai myös lämpöuunia.

Toisessa vaiheessa ruiskulaminoidaan pintakerros ja tiivistetään se mekanisoidulla telaussysteemillä. Laminaatin kovettumista nopeutetaan jälleen lämmittämällä. Ennen laminaatin kovettumista märälle pinnalle asetetaan valmiit vaahdotetut solumuovilevyt. Seuraavassa vaiheessa ruiskulaminoidaan kerroslevyn toinen pinta.

Kun kerroslevyn laminaatit ovat kovettuneet, levy irrotetaan muotista ja viimeistellään leikkaamalla reunat tasaisiksi. Tässä tapauksessa vain toinen pinta on viimeistelty. Jos molemmat pinnat halutaan sileiksi, voidaan joko käyttää kaksipuolista muottia tai valmistaa toinen pinta eri vaiheessa ja liimata se erikseen.

MKR 21.1

Kuva 10.1 Kerroslevyjä valmistavan tehtaan tilajärjestely.

Toisena esimerkkinä tilajärjestelyistä on paineinjektiota käyttävän kalustetehtaan ratkaisu kuvassa 10.2. Tässä tapauksessa kappaleiden ydinaine vaahdotetaan omalla koneella. Vaahdotus vaatii useita muotteja, jotta koneen kapasiteetti saadaan käytettyä hyväksi. Muotit ja muottipitimet on järjestetty kaarelle vaahdotuskoneen ympärille. Näin on minimoitu tilantarve ja vaahdotus voidaan hoitaa lyhyillä letkuilla ilman turhia siirtoja.

Valmiiksi leikatut lujitekerrokset kiinnitetään vaahdotettujen ydinaineiden päälle mekaanisesti. Tämä esivalmiste asetetaan muottiin, johon syötetään hartsi injektointilaitteistolla. Myös tässä vaiheessa käytetään useita muotteja, sillä varsinainen injektointiaika on lyhyt verrattuna kappaleen kovettumisaikaan.

Seuraavat työvaiheet ovat kappaleen irrotus, reunojen viimeistely ja maalausta varten tehtävä hionta. Tässä tapauksessa pinnalta vaaditaan erityisen hyvää iskukestävyyttä ja sen saavuttamiseksi maalaus tehdään useampivaiheisena. Normaalisti RTM:ssä voidaan käyttää gelcoatia, jolloin erillistä maalausta ei tarvita.

MKR 21.2

Kuva 10.2 Paineinjektiolla kalusteita valmistavan tehtaan tilajärjestely.

Kolmantena esimerkkinä tilajärjestelyistä on robotisoitu ruiskutus kuvassa 10.3. Tässä tapauksessa valmistetaan erilaisia muotokappaleita, joissa on gelcoat-pinta ja suhteellisen ohut laminaattikuori. Valmistusprosessissa gelcoatin ja laminaatin kovetusjaksot on nopeutettu vastaamaan ruiskutuksen työvaiheaikaa. Kappale viimeistellään robotilla joko vesisuihkuleik­kauksella tai mekaanisesti.

MKR 21.3

Kuva 10.3 Robotisoidun ruiskulaminointilinjan tilajärjestely.

10.2.4   Tuotannon apulaitteet

Tuotantotilojen ilmastointi on välttämätöntä avomuotteja ja märkälaminointimenetelmiä käytettäessä. Tavallisesti koko tuotantotila yleisilmastoidaan. Käsinlaminointitiloissa voi yleisilmastointi vaihtaa koko tilan ilmamäärän kaksi tai kolme kertaa tunnissa. Runsaimmin liuotteita haihduttavat työpisteet varustetaan paikallispoistoilla, ilmaverhoilla tai muilla vastaavilla laitteilla. Ilmastointiin voidaan haluttaessa yhdistää lämmön ja liuotteiden talteenotto. Jälkimmäiset ovat toistaiseksi harvinaisia johtuen järjestelmien kalleudesta, mutta tulevat vähitellen välttämättömiksi uusien työsuojelumääräysten astuessa voimaan.

Kappaleen viimeistelyssä syntyy laminaattipölyä. Jälkikäsittelytilat onkin syytä eristää muista tuotantotiloista ja leikkauslaitteet varustaa työkalukohtaisilla pölynpoistajilla.

Muovikomposiittituotannossa selvitään yleensä muilta osin normaaleilla paineilma- ja sähköverkostoilla.

10.2.5   Turvallisuus

Hartsit ja erilaiset komposiittituotannossa käytettävät liuotteet ovat palavia nesteitä. Mikäli käytettävät tai varastoitavat määrät ylittävät viranomaisten määrittämät raja-arvot, joudutaan varasto- ja tuotantotilat hyväksyttämään. Varastointia varten joudutaan rakentamaan palosuojatut tilat, joissa olevien aineiden määrät rajoitetaan. Lisäksi tiloille on tehtävä palontorjuntasuunnitelmat ja ne on varustettava asianmu­kaisin sammutusvälinein.

Tuotantotiloissa oleville palaville nesteille määrätään maksimimäärät ja niiden varastointitilat on oltava asialliset. Samoin sähkölaitteiden suojaustason on oltava riittävä. Ympäristöön laskettavien liuotteiden päästöön on myös saatava viranomaisten lupa. Jätteiden käsittely on suoritettava jätehuoltosuunnitelman mukaisesti. Toistaiseksi kiinteä jäte voidaan toimittaa kaatopaikalle. Sen sijaan nestemäiset jätteet on hoidettava jätteenkäsittelylaitoksissa.