Production and application of expanded polypropylene

Spole�nost JSP byla zalo�ena v roce 1962. Dnes je zastoupena ve 23 lokalitách, p�i�em� v EU má t�i výrobní závody, krom� chebského jsou další v N�mecku a ve Francii. Chebský závod je nejmodern�jší, v provozu je od roku 2006. V sou�asnosti JSP staví další výrobní závody v Indii a Brazílii.

Vlastnosti materiálu
Nejprve si však �ekn�me n�co o materiálu. Vzhledov� mi na první pohled p�ipomínal p�nový polystyren, byl však hladší, p�íjemn�jší na dotek a na rozdíl od k�ehkého a snadno se drolícího polystyrenu pru�ný a soudr�ný. Arpro se vyrábí v �ad� variant lišících se objemovou hmotností, barvou a dalšími vlastnostmi.

Výrobní areál spole�nosti JSP v Chebu

Expandovaný polypropylen byl vyvinut koncem 80. let minulého století. K jeho p�ednostem pat�í vynikající mechanické vlastnosti (pru�nost, pevnost v tlaku, schopnost velké absorpce energie), výborné akustické a tepeln�izola�ní vlastnosti, odolnost proti ropným produkt�m, ekologická šetrnost (100% recyklovatelnost) a v neposlední �ad� také nízká cena. Ta se u suroviny (granulátu) pohybuje kolem 4–5 eur za kilogram, v p�ípad� hotového výrobku (výlisku) lze po�ítat s kilogramovou cenou �ádov� mezi 10 a� 20 eury. Arpro snáší teploty do 110 °C, krátkodob� a� do 115 °C. Nejedná se primárn� o pohledový materiál, i kdy� v poslední dob� byly vyvinuty také aplikace spl�ující estetické nároky na povrch vyráb�ných díl�.

Oblasti aplikací
Pro uvedené vlastnosti je Arpro �ádaným materiálem p�edevším v automobilovém pr�myslu, dále ve stavebnictví, ve výrob� obal� pro potraviná�ský pr�mysl, p�i výrob� hra�ek �i v nábytká�ském pr�myslu. K typickým aplikacím pat�í prvky pasivní bezpe�nosti, proto�e materiál je díky konstrukci z uzav�ených p�nových bun�k izotropický a nabízí stejné vlastnosti ve všech sm�rech bez ohledu na sm�r nárazu. To jej odlišuje od vst�ikovaných produkt� a výrobk� z polyuretanu, jejich� charakteristiky jsou tradi�n� p�izp�sobeny pouze ur�itému scéná�i nárazu. Krom� toho je mo�né díly z tohoto materiálu opakovan� deformovat, nebo� se v�dy navrátí do p�vodního tvaru, co� je ideální vlastnost pro nárazy v nízké rychlosti. Díky uvedeným kvalitám nejen spl�uje, ale v mnoha p�ípadech i p�evyšuje náro�né zákonné po�adavky na pasivní bezpe�nost stanovenou testy Euro NCAP.

N�které z aplikací z oblasti pasivní bezpe�nosti: �elní nárazník, výpl�  bo�ních dve�í, výpl� dna zavazadlového prostoru

V�bec první sériovou aplikací byl v roce 1992 automobilový nárazník pro Volvo. K dalšímu uplatn�ní pat�í bezpe�nostní výpln� bo�ních dve�í, slune�ní clony, hlavové op�rky, výpln� zavazadlového prostoru s ohledem na ochranu proti zadnímu nárazu nebo konstrukce zadního sedadla, která oproti tradi�ní konstrukci z plechu a polyuretanu p�ináší nejen vyšší bezpe�nost, ale i ekologi�nost výroby díky 12x ni�ší uhlíkové stop�. P�i vyu�ití v ochranných p�ilbách Arpro zvyšuje bezpe�nost nap�íklad cyklist� nebo ly�a�� díky tomu, �e tato p�ilba na rozdíl od p�ilby s polystyrenovou výplní vydr�í v�tší po�et náraz� bez poškození, zatímco polystyrenová výpl� jen jediný. Tepeln�izola�ní �i akustické vlastnosti expandovaného polypropylenu jsou vyu�ívány p�i konstrukci box� na rozvoz jídel nebo p�i výrob� podlahových díl� ve stavebnictví.

Výroba expandovaného polypropylenu
Nyní se ji� m��eme jít podívat do výroby. Vstupujeme do velké haly, kde krom� rozm�rného technologického vybavení upoutá pov�stný japonský po�ádek a �istota. Nebýt naší noviná�ské skupinky, je zde tém�� liduprázdno. Výroba je �ízena operátorem z velína umíst�ného v pat�e na kovové plošin� a krom� n�j se o obsluhu technologie a expedici stará jen n�kolik dalších zam�stnanc�.

Linka pro výrobu minipelet; pod plošinou se schodišt�m se nachází vlastní extrudér

Násypky polypropylenového granulátu do extrudér�, p�ístupné z plošiny

Výroba expandovaného polypropylenu probíhá ve dvou krocích. Prvním krokem je výroba minipelet z polypropylenového granulátu. Teprve z t�chto minipelet je toti� mo�né vyrobit charakteristicky „nap�n�ný“ expandovaný polypropylen, nebo� zrna polypropylenového granulátu by pro tento ú�el byla p�íliš velká. Výrobní proces tedy probíhá tak, �e granulát se roztaví v extrudéru, z n�ho� vystupuje 48 tenkých vláken, tzv. „špaget“. Ty se ochladí ve vodní lázni, osuší a nasekají na po�adované minipelety, které si m��eme p�edstavit jako drobné krátké jehli�ky.

„Špagety“ vystupující z extrudéru, které jsou následn� nasekány na minipelety

Autoklávy, na jejich� výstupu dochází k expanzi polypropylenu

Vyrobené minipelety pak spole�n� s dalšími p�ísadami vstupují do autoklávu, kde za p�sobení vysokého tlaku kolem 20 bar, teploty kolem 150 °C a oxidu uhli�itého jako nadouvadla probíhá p�íprava k expanzi. K té však nedochází ve vlastním autoklávu, ale a� v okam�iku, kdy minipelety opoušt�jí autokláv. Ka�dá minipeleta p�i expanzi mnohonásobn� zv�tší sv�j objem. �ízením technologických parametr� lze dosáhnout po�adované m�rné hmotnosti suroviny, která se m��e pohybovat v rozmezí od 18 do 250 g.l-1. Nejni�ších m�rných hmotností se dosahuje dvojnásobnou expanzí, kdy ji� expandovaný polypropylen je podroben ješt� jedné následné expanzi v autoklávu. Tato druhá expanze se z d�vod� sní�ení náklad� na dopravu �asto provádí a� u odb�ratele materiálu.

Expedice suroviny a následné zpracování
V chebském závod� neprobíhá výroba finálních výlisk�, ale vyrobený expandovaný polypropylen (granulát) je expedován kamionovou dopravou odb�ratel�m, jim� slou�í jako surovina k dalšímu zpracování. Spole�nost JSP má v n�meckém Eschenau vlastní lisovnu vybavenou 21 lisy, kde se materiál Arpro zpracovává do podoby finálních výrobk�. Princip výroby spo�ívá ve stla�ení granulí ve form� a zah�átí párou na cca 130 °C, �ím� se jednotlivé granule navzájem sva�í. Následuje ochlazení a odformování. Výrobní cyklus je velmi krátký – trvá asi jen okolo 150 s – a ve srovnání s klasickým vst�ikováním je výroba velmi efektivní.

Odebírání vzork� Arpro

Sklad vyrobeného granulátu expandovaného polypropylenu

Vývojová laborato� Eureka v n�meckém Eschenau

V Eschenau byla také vybudována laborato� Eureka, vybavená nejmodern�jším lisem, který je opat�en velkým mno�stvím dopl�kových monitorovacích prvk� pro sledování �ady klí�ových parametr�, jako je nap�íklad spot�eba energie, médií, doba cyklu �i p�esnost lisování. Za�ízení umo��uje získávat p�esná data v reálném �ase nezbytná pro optimalizaci konstrukce výrobku, technologie a slo�ení materiálu. Laborato� slou�í zákazník�m p�i vývoji aplikací z expandovaného polypropylenu a její zam�stnanci se tak podílejí na vývoji výrobk� z materiálu Arpro.

Inrekor – konstruk�ní materiál budoucnosti?
Velmi zajímavou aplikací je Inrekor. Jedná se o velmi lehký a p�itom pevný deskový konstruk�ní materiál vytvo�ený jako sendvi� z hliníkových plech�, mezi nimi� se nachází výpl� z materiálu Arpro (typicky 90 g.l-1). Jiné varianty mohou vyu�ívat ocelové plechy nebo desky z plastu. Desky z Inrekoru mohou poslou�it nap�íklad ke stavb� automobilového šasi s dosa�itelnou úsporou hmotnosti kolem 300 kg oproti b�nému osobnímu automobilu se spalovacím motorem. Tato úspora hmotnosti je lákavá p�edevším pro stavitele elektromobil�, nebo� jim p�ináší významné prodlou�ení dojezdu.