Puumuovikomposiitin hitsaus

Abstract

Tässä versiossa kokeellinen osio on jätetty kokonaan pois luottamuksellisuuden vuoksi.

UPM ProFi valmistaa puumuovikomposiitteja pääasiassa ulkotiloihin. ProFi:n komposiitit ovat valmistettu polypropeenista (PP) ja tarralaminaatti jätteestä.

Työn tarkoituksena oli selvittää ProFi puumuovikomposiitin hitsausmahdollisuuksia ja testata niitä. Koekappaleina olivat ProFi terassilauta ja ProFi peitelista, joihin testattiin puskuhitsaus menetelmää ja ultraäänihitsaus menetelmää. Koekappaleiden hitsauslujuudet testattiin vetokokeella. Kokeiden suunnitellussa ja analysoinnissa käytettiin Tagutchi-menetelmää, joka on yleisesti käytetty teollisen koesuunnittelun menetelmä sen tehokkuuden vuoksi.

Teoriaosuus alkaa yleiskatsauksella muovikomposiittien ja polypropeenin ominaisuuksista. Työssä perehdytään myös kestomuovikomposiittien valmistus- ja hitsausmenetelmiä, testausmenetelmä ja teollinen koesuunnittelu.

Tutkimusosassa käydään läpi kokeiden suoritus ja testaus. Kokeiden suunnittelu ja analysointiin käytettiin Tagutchi-menetelmää. Se on yleisesti käytetty menetelmä teollisessa koesuunnittelussa sen tehokkuuden vuoksi. Tagutchi-menetelmässä käytettiin kahta ortogonaalimatriisia, jotka olivat L4 ja L8. Nämä matriisit auttoivat kokeiden suunnittelussa ja tulosten analysoinnissa. Analyysien perusteella tehtiin varmistuskokeet, jotka osoittivat olivatko testit onnistuneet vai eivät.

Kirjallisuuden ja testien perusteella selvisi, että komposiittien hitsaukseen soveltuvat samat menetelmät kuin tavallisten muovienkin. Hitsauksen laatuun vaikuttaa muovikomposiitin lujitepitoisuus. Alle 30 % lujitepitoisuuksilla saavutetaan hyviä hitsauslujuuksia, mutta pitoisuuden kasvaessa hitsauksen lujuus heikkenee. Tämä johtuu siitä, ettei hitsaukseen ole tarpeeksi muovia.

In this version practical part has left entirely out because of its confidentiality.

UPM ProFi makes wood plastic composites (WPC) mainly for outdoor use. The ProFi composites are made of polypropylene and sticker laminate waste.

The aim of this thesis was to study the possibilities of welding ProFi WPC and the welded specimens. The test products were ProFi Deck and ProFi Covering Strip. The tests were carried out by using two different welding methods, hot plate welding and ultrasonic welding. Tensile tests were used for testing the strength of the welded specimens.

The theory section starts with an overall survey of plastic composites and the properties of polypropylene and ProFi. The study continues by dealing with the manufacturing methods, welding methods and testing of thermal plastic composites and then describes the industrial design of experiment (DOE).

The practical part deals with how tests were carried out and tested. Planning the tests and analyzing the test results used was done with the Tagutchi method. It is commonly used in industrial DOE, because of its effectiviness. Two different orthogonal matrixs, L4 and L8, were used. These matrixes helped in planing the tests and analysing test results. Confirmation tests were done to show if the tests had succeded or not.

Based on literature and tests, it was found out that for welding plastic composites one can use the same methods as with normal plastics. The quality of welding depends on the percentage of reinforcement. Less than 30 % percent of reinforcement can produce good welding strength but when the percentage grows, the welded joint gets weaker. This is because there is not enough plastic for welding.