Creative Mechanisms Blog

Mikä on polyvinyylikloridi (PVC) ja mihin sitä käytetään?

Polyvinyylikloridi (PVC) on yksi yleisimmin käytetyistä lämpömuovautuvista polymeereistä maailmanlaajuisesti (vain muutaman laajemmin käytetyn muovin, kuten PET:n ja P.P:n ohella). Se on luonnostaan valkoinen ja hyvin hauras (ennen pehmittimien lisäämistä) muovi. PVC on ollut käytössä kauemmin kuin useimmat muovit, sillä se syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 1872 ja B.F. Goodrich Company tuotti sitä kaupallisesti 1920-luvulla. Vertailun vuoksi mainittakoon, että monet muut yleiset muovit syntetisoitiin ensimmäisen kerran ja ne olivat kaupallisesti käyttökelpoisia vasta 1940- ja 1950-luvuilla. Sitä käytetään yleisimmin rakennusteollisuudessa, ja sitä käytetään myös kylteissä, terveydenhuollon sovelluksissa ja vaatteiden kuituna. PVC löydettiin vahingossa kahdesti, kerran vuonna 1832 ranskalaisen kemistin Henri Victor Regnault’n toimesta, ja sen löysi uudelleen vuonna 1872 saksalainen Eugene Baumann.

Polyvinyylikloridin (PVC:n) perusmuodot ja tehtävät

PVC:tä valmistetaan kahdessa yleismuodossa: jäykkänä eli muovittamattomana polymeerinä (RPVC eli PVC tai PVC:n kaltainen PVC:n kaltainen polymeeri) ja toisena taipuisana muovina. Perusmuodossaan PVC:lle on ominaista jäykkä mutta hauras rakenne. Vaikka pehmitetyllä versiolla on erilaisia käyttötarkoituksia useilla teollisuudenaloilla, myös PVC:n jäykällä versiolla on omat käyttötarkoituksensa. Teollisuudenalat, kuten LVI- ja viemäröintiala sekä maatalous, voivat hyödyntää jäykkää PVC:tä monissa toiminnoissa.

Joustava, pehmitetty tai tavallinen PVC on pehmeämpää ja taipuisampaa kuin PVC, koska siihen on lisätty pehmittimiä, kuten ftalaatteja (esim. diisononyyliftalaattia tai DINP). Taipuisaa PVC:tä käytetään yleisesti rakentamisessa sähköjohtojen eristeenä tai lattiapäällysteenä kodeissa, sairaaloissa, kouluissa ja muissa tiloissa, joissa steriili ympäristö on ensisijaisen tärkeää. Joissakin tapauksissa PVC voi korvata tehokkaasti kumia. Jäykkää PVC:tä käytetään rakentamisessa myös putkina putkistoissa ja julkisivupinnoitteissa, joihin Yhdysvalloissa viitataan yleisesti termillä ”vinyyli”. PVC-putkista käytetään usein nimitystä ”Schedule” (esim. Schedule 40 tai Schedule 80). Merkittäviä eroja luokitusten välillä ovat esimerkiksi seinämän paksuus, paineluokitus ja väri.

Joitakin PVC-muovin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat sen suhteellisen alhainen hinta, kestävyys ympäristön pilaantumiselle (sekä kemikaaleille ja emäksille), suuri kovuus ja jäykän PVC:n tapauksessa muovin erinomainen vetolujuus. PVC on edelleen laajalti saatavilla, sitä käytetään yleisesti ja se on helposti kierrätettävissä (luokitellaan hartsin tunnuskoodilla ”3”).

Mitkä ovat polyvinyylikloridin (PVC) ominaisuudet?

Joitakin Polyvinyylikloridin (PVC) merkittävimpiä ominaisuuksia ovat:

1. Tiheys: PVC on erittäin tiheä verrattuna useimpiin muoveihin (ominaispaino noin 1,4)
2. Taloudellisuus: PVC on helposti saatavilla ja halpa.
3. Kovuus: Jäykkä PVC sijoittuu hyvin kovuuden ja kestävyyden suhteen.
4. Lujuus: Jäykällä PVC:llä on erinomainen vetolujuus.

Polyvinyylikloridi on ”kestomuovinen” (toisin kuin ”lämpökovettunut”) materiaali, mikä liittyy muovin tapaan reagoida lämpöön. Termoplastiset materiaalit muuttuvat nestemäisiksi sulamispisteessään (PVC:n sulamispiste vaihtelee hyvin alhaisen 100 celsiusasteen ja korkeampien arvojen, kuten 260 celsiusasteen välillä lisäaineista riippuen). Lämpömuovien ensisijainen hyödyllinen ominaisuus on se, että ne voidaan lämmittää sulamispisteeseensä, jäähdyttää ja lämmittää uudelleen ilman merkittävää hajoamista. Polypropeenin kaltaiset kestomuovit eivät pala, vaan ne nesteytyvät, minkä ansiosta niitä voidaan helposti ruiskuvalaa ja sen jälkeen kierrättää. Sitä vastoin kestomuoveja voidaan lämmittää vain kerran (yleensä ruiskuvaluprosessin aikana). Ensimmäinen kuumentaminen aiheuttaa lämpökovettuneiden materiaalien kovettumisen (kuten kaksiosaisen epoksin), mikä johtaa kemialliseen muutokseen, jota ei voi peruuttaa. Jos lämpökovettunutta muovia yritettäisiin lämmittää korkeaan lämpötilaan toisen kerran, se vain palaisi. Tämän ominaisuuden vuoksi kestomuovit soveltuvat huonosti kierrätykseen.

Miksi polyvinyylikloridia (PVC) käytetään niin usein?

PVC:llä on monenlaisia sovelluksia ja etuja useilla teollisuudenaloilla sekä jäykässä että joustavassa muodossaan. Erityisesti jäykällä PVC:llä on muoviksi korkea tiheys, mikä tekee siitä erittäin kovan ja yleensä uskomattoman vahvan. Se on myös helposti saatavilla ja edullista, mikä yhdistettynä useimpien muovien pitkäikäisiin ominaisuuksiin tekee siitä helpon valinnan moniin teollisiin sovelluksiin, kuten rakentamiseen.

PVC on luonteeltaan erittäin kestävää ja kevyttä, mikä tekee siitä houkuttelevan materiaalin rakentamiseen, putkistoon ja muihin teollisiin sovelluksiin. Lisäksi sen korkea klooripitoisuus tekee materiaalista palonkestävän, mikä on toinen syy, miksi se on saavuttanut niin suuren suosion eri teollisuudenaloilla.

Mitkä ovat PVC:n eri tyypit?

Polyvinyylikloridia on laajalti saatavilla kahdessa laajassa kategoriassa: jäykkä ja joustava. Kummallakin tyypillä on omat etunsa ja ihanteelliset käyttökohteensa eri teollisuudenaloilla. Joustava PVC voi toimia sähkökaapelin eristeenä ja kumivaihtoehtona. Jäykällä PVC:llä on erilaisia käyttötarkoituksia rakennus- ja LVI-alalla, ja se tarjoaa kevyen, kustannustehokkaan ja kestävän materiaalin käytettäväksi.

Miten PVC:tä valmistetaan?

Polyvinyylikloridi valmistetaan jollakin kolmesta emulsioprosessista:

1. Suspensiopolymerisaatio
2. Emulsiopolymerisaatio
3. Bulk-polymerisaatio

Polyvinyylikloridia prototyyppien kehittämiseen CNC-koneilla, 3D-tulostimilla, & ruiskupuristimilla

Kaksi tärkeintä PVC:n kanssa työskentelyyn liittyvää seikkaa on, että PVC:n kanssa työskentely on suhteellisen ongelmallista ja että PVC:tä ei yleisesti ottaen suositella ei-ammattilaisen tehtäväksi. Ensimmäinen on myrkyllisten ja syövyttävien kaasujen vapautuminen materiaalia sulatettaessa. Tämä tapahtuu jossain määrin 3D-tulostuksen, CNC-koneistuksen ja ruiskuvalun aikana. Suosittelemme tutustumaan eri kloorattujen hiilivetykaasujen, kuten klooribentseenin, käyttöturvallisuustiedotteisiin ja keskustelemaan tuotantoprosessista ammattimaisen valmistajan kanssa. Toinen on PVC:n syövyttävä luonne. Tämä on ongelmallista, kun PVC joutuu toistuvasti kosketuksiin metallisuuttimien, leikkureiden tai muottityökalujen kanssa, jotka on valmistettu muusta materiaalista kuin ruostumattomasta teräksestä tai jostain muusta vastaavasta korroosionkestävästä metallista.

3D-tulostus:

Polyvinyylikloridia on saatavana filamenttina muovihitsauspuikkona (hitsauksessa käytettävä materiaali), mutta sitä ei tällä hetkellä jälkiasenneta erityisesti 3D-tulostuksessa käytettäväksi. Vaikka 3D-tulostukseen on saatavilla yhä enemmän muoveja ja muovin korvikkeita, kaksi ylivoimaisesti yleisintä ovat edelleen ABS ja PLA. Creative Mechanismsilla 3D-tulostamme tyypillisesti ABS:llä. Luettelon syistä ja vertailun kahdesta yleisimmästä 3D-tulostuksen muovista (ABS ja PLA) 3D-tulostukseen löydät täältä.

PVC:n suurin ongelma 3D-tulostuksessa on sen syövyttävä luonne (joka saattaa vaarantaa tyypillisten koneiden toimivuuden, jos sitä käytettäisiin pidemmän aikaa). Mielenkiintoisessa kickstarterissa kehitettiin insinööri ja yrittäjä Ron Steelen esittämä PVC-kykyinen 3D-tulostussuutin (ekstruuderipää), joka valitettavasti suljettiin ilman riittävää kiinnostusta vuonna 2014. Voit katsoa esittelypuheenvuoron (video) täältä:

CNC-koneistus:

Polyvinyylikloridia voidaan leikata CNC-koneella, mutta jokainen koneistaja, joka on yrittänyt, on luultavasti kokenut leikkurin hajoavan materiaalista riippuen. PVC on syövyttävää ja hankaavaa, ja leikkurit, joita ei ole valmistettu ruostumattomasta teräksestä tai verrattain syövyttävää materiaalia kestävästä materiaalista, todennäköisesti heikkenevät ajan mittaan.

Ruiskupuristus:

Polyvinyylikloridia voidaan ruiskupuristaa kuten muitakin muoveja, mutta materiaalissa oleva kloori vaikeuttaa prosessia. Tämä johtuu siitä, että sulanut PVC voi vapauttaa syövyttävää, myrkyllistä kaasua. Näin ollen myymälöissä on oltava hyvät ilmanvaihtojärjestelmät. Ne, joissa niitä ei ole, epäröivät todennäköisesti työskennellä materiaalin kanssa. Lisäksi PVC-muovia ruiskuvalettaessa tarvitaan muottityökaluja varten ainutlaatuisia korroosionkestäviä materiaaleja, kuten ruostumatonta terästä tai kromipinnoitusta. PVC:n kutistuminen on yleensä yhdestä kahteen prosenttia. Se voi silti vaihdella useiden tekijöiden, kuten materiaalin durometrin (kovuus), portin koon, pitopaineen, pitoajan, sulan lämpötilan, muotin seinämän paksuuden, muotin lämpötilan sekä lisäaineiden prosentuaalisen osuuden ja tyypin perusteella.

Onko PVC myrkyllistä?

PVC voi aiheuttaa terveysriskin poltettaessa, sillä se vapauttaa vetykloridihuuruja (HCl). Sovelluksissa, joissa tulipalon todennäköisyys on suuri, suositaan joskus PVC-vapaita sähköjohtojen eristeitä. Höyryjä voi vapautua myös materiaalia sulatettaessa (esimerkiksi prototyyppien valmistuksessa ja valmistusprosesseissa, kuten 3D-tulostuksessa, CNC-koneistuksessa ja ruiskuvalussa). Suosittelemme tutustumaan erilaisten kloorattujen hiilivetykaasujen, kuten klooribentseenin, käyttöturvallisuustiedotteisiin (MSDS) ja keskustelemaan tuotantoprosessista ammattitaitoisen valmistajan kanssa.

Mitkä ovat polyvinyylikloridin edut?

PVC tarjoaa teollisuudelle joukon kriittisiä etuja, jotka ovat vakiinnuttaneet sen aseman yhtenä markkinoiden suosituimmista ja laajimmin käytetyistä muoveista. Näitä etuja ovat:

1. Polyvinyylikloridia on helposti saatavilla ja se on suhteellisen edullista.
2. Polyvinyylikloridi on erittäin tiivistä ja siten erittäin kovaa ja kestää hyvin iskujen aiheuttamaa muodonmuutosta muihin muoveihin verrattuna.
3. Polyvinyylikloridilla on erinomainen vetolujuus.
4. Polyvinyylikloridi kestää hyvin kemikaaleja ja emäksiä.

PVC:n edut auttoivat vakiinnuttamaan PVC:n aseman yhtenä käytetyimmistä muoveista kaikkialla maailmassa. Vaikka se on laajalti tehokasta ja suosittua, sinun on kuitenkin otettava huomioon joitakin tekijöitä, kun käytät materiaalia.

Mitä haittoja polyvinyylikloridilla on?

Vaikka PVC:llä on monia etuja, jotka tekevät siitä halutun materiaalin työstettäväksi, on joitakin syitä olla varovainen. PVC:tä käytettäessä huomioon otettavia haittoja ovat:

1. Polyvinyylikloridilla on erittäin huono lämmönkestävyys. Tästä syystä materiaaliin lisätään yleensä valmistuksen aikana lisäaineita, jotka stabiloivat materiaalia korkeammissa lämpötiloissa.
2. Polyvinyylikloridi kehittää myrkyllisiä höyryjä, kun se sulatetaan tai altistetaan tulipalolle.

Polyvinyylikloridi on kokonaisuutena erinomainen materiaali, vaikka siinä on joitakin puutteita. Sillä on ainutlaatuinen yhdistelmä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä erityisen hyödyllisen rakennusalalla. Huomioimalla ja ottamalla huomioon materiaalin puutteet voit tehokkaasti navigoida ja kompensoida, jotta voit käyttää materiaalia tehokkaasti tulevissa projekteissasi.

Mitkä ovat polyvinyylikloridin ominaisuudet?

*Vakiotilassa (25 °C:ssa (77 °F), 100 kPa)