• Home
  • Features
  • Production and application of expanded polypropylene

Production and application of expanded polypropylene

Production and application of expanded polypropylene

Expanded polypropylene is characterized not only low specific weight as well as a number of unique physical properties that make it one of the most important construction materials in the field of passive safety. The largest producer is Japanese global company JSP that it comes under the brand name ARPRO. One of its manufacturing facilities located in Bohemia, particularly in Cheb. That's where we went look.

Společnost JSP byla založena v roce 1962. Dnes je zastoupena ve 23 lokalitách, přičemž v EU má tři výrobní závody, kromě chebského jsou další v Německu a ve Francii. Chebský závod je nejmodernější, v provozu je od roku 2006. V současnosti JSP staví další výrobní závody v Indii a Brazílii.

Vlastnosti materiálu
Nejprve si však řekněme něco o materiálu. Vzhledově mi na první pohled připomínal pěnový polystyren, byl však hladší, příjemnější na dotek a na rozdíl od křehkého a snadno se drolícího polystyrenu pružný a soudržný. Arpro se vyrábí v řadě variant lišících se objemovou hmotností, barvou a dalšími vlastnostmi.

 

Výrobní areál společnosti JSP v Chebu 
Výrobní areál společnosti JSP v Chebu 

 

Expandovaný polypropylen byl vyvinut koncem 80. let minulého století. K jeho přednostem patří vynikající mechanické vlastnosti (pružnost, pevnost v tlaku, schopnost velké absorpce energie), výborné akustické a tepelněizolační vlastnosti, odolnost proti ropným produktům, ekologická šetrnost (100% recyklovatelnost) a v neposlední řadě také nízká cena. Ta se u suroviny (granulátu) pohybuje kolem 4–5 eur za kilogram, v případě hotového výrobku (výlisku) lze počítat s kilogramovou cenou řádově mezi 10 až 20 eury. Arpro snáší teploty do 110 °C, krátkodobě až do 115 °C. Nejedná se primárně o pohledový materiál, i když v poslední době byly vyvinuty také aplikace splňující estetické nároky na povrch vyráběných dílů.

Oblasti aplikací
Pro uvedené vlastnosti je Arpro žádaným materiálem především v automobilovém průmyslu, dále ve stavebnictví, ve výrobě obalů pro potravinářský průmysl, při výrobě hraček či v nábytkářském průmyslu. K typickým aplikacím patří prvky pasivní bezpečnosti, protože materiál je díky konstrukci z uzavřených pěnových buněk izotropický a nabízí stejné vlastnosti ve všech směrech bez ohledu na směr nárazu. To jej odlišuje od vstřikovaných produktů a výrobků z polyuretanu, jejichž charakteristiky jsou tradičně přizpůsobeny pouze určitému scénáři nárazu. Kromě toho je možné díly z tohoto materiálu opakovaně deformovat, neboť se vždy navrátí do původního tvaru, což je ideální vlastnost pro nárazy v nízké rychlosti. Díky uvedeným kvalitám nejen splňuje, ale v mnoha případech i převyšuje náročné zákonné požadavky na pasivní bezpečnost stanovenou testy Euro NCAP.

 

Některé z aplikací z oblasti pasivní bezpečnosti: čelní nárazník, výplň bočních dveří, výplň dna zavazadlového prostoru 
  
Některé z aplikací z oblasti pasivní bezpečnosti: čelní nárazník, výplň bočních dveří, výplň dna zavazadlového prostoru 
  
Některé z aplikací z oblasti pasivní bezpečnosti: čelní nárazník, výplň bočních dveří, výplň dna zavazadlového prostoru 
Některé z aplikací z oblasti pasivní bezpečnosti: čelní nárazník, výplň  bočních dveří, výplň dna zavazadlového prostoru 

 

Vůbec první sériovou aplikací byl v roce 1992 automobilový nárazník pro Volvo. K dalšímu uplatnění patří bezpečnostní výplně bočních dveří, sluneční clony, hlavové opěrky, výplně zavazadlového prostoru s ohledem na ochranu proti zadnímu nárazu nebo konstrukce zadního sedadla, která oproti tradiční konstrukci z plechu a polyuretanu přináší nejen vyšší bezpečnost, ale i ekologičnost výroby díky 12x nižší uhlíkové stopě. Při využití v ochranných přilbách Arpro zvyšuje bezpečnost například cyklistů nebo lyžařů díky tomu, že tato přilba na rozdíl od přilby s polystyrenovou výplní vydrží větší počet nárazů bez poškození, zatímco polystyrenová výplň jen jediný. Tepelněizolační či akustické vlastnosti expandovaného polypropylenu jsou využívány při konstrukci boxů na rozvoz jídel nebo při výrobě podlahových dílů ve stavebnictví.

Výroba expandovaného polypropylenu
Nyní se již můžeme jít podívat do výroby. Vstupujeme do velké haly, kde kromě rozměrného technologického vybavení upoutá pověstný japonský pořádek a čistota. Nebýt naší novinářské skupinky, je zde téměř liduprázdno. Výroba je řízena operátorem z velína umístěného v patře na kovové plošině a kromě něj se o obsluhu technologie a expedici stará jen několik dalších zaměstnanců.

 

Linka pro výrobu minipelet; pod plošinou se schodištěm se nachází vlastní extrudér 
Linka pro výrobu minipelet; pod plošinou se schodištěm se nachází vlastní extrudér 

 

Násypky polypropylenového granulátu do extrudérů, přístupné z plošiny 
Násypky polypropylenového granulátu do extrudérů, přístupné z plošiny 

 

Výroba expandovaného polypropylenu probíhá ve dvou krocích. Prvním krokem je výroba minipelet z polypropylenového granulátu. Teprve z těchto minipelet je totiž možné vyrobit charakteristicky „napěněný“ expandovaný polypropylen, neboť zrna polypropylenového granulátu by pro tento účel byla příliš velká. Výrobní proces tedy probíhá tak, že granulát se roztaví v extrudéru, z něhož vystupuje 48 tenkých vláken, tzv. „špaget“. Ty se ochladí ve vodní lázni, osuší a nasekají na požadované minipelety, které si můžeme představit jako drobné krátké jehličky.

 

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

 

Autoklávy, na jejichž výstupu dochází k expanzi polypropylenu 
 Autoklávy, na jejichž výstupu dochází k expanzi polypropylenu 

Vyrobené minipelety pak společně s dalšími přísadami vstupují do autoklávu, kde za působení vysokého tlaku kolem 20 bar, teploty kolem 150 °C a oxidu uhličitého jako nadouvadla probíhá příprava k expanzi. K té však nedochází ve vlastním autoklávu, ale až v okamžiku, kdy minipelety opouštějí autokláv. Každá minipeleta při expanzi mnohonásobně zvětší svůj objem. Řízením technologických parametrů lze dosáhnout požadované měrné hmotnosti suroviny, která se může pohybovat v rozmezí od 18 do 250 g.l-1. Nejnižších měrných hmotností se dosahuje dvojnásobnou expanzí, kdy již expandovaný polypropylen je podroben ještě jedné následné expanzi v autoklávu. Tato druhá expanze se z důvodů snížení nákladů na dopravu často provádí až u odběratele materiálu.

Expedice suroviny a následné zpracování
V chebském závodě neprobíhá výroba finálních výlisků, ale vyrobený expandovaný polypropylen (granulát) je expedován kamionovou dopravou odběratelům, jimž slouží jako surovina k dalšímu zpracování. Společnost JSP má v německém Eschenau vlastní lisovnu vybavenou 21 lisy, kde se materiál Arpro zpracovává do podoby finálních výrobků. Princip výroby spočívá ve stlačení granulí ve formě a zahřátí párou na cca 130 °C, čímž se jednotlivé granule navzájem svaří. Následuje ochlazení a odformování. Výrobní cyklus je velmi krátký – trvá asi jen okolo 150 s – a ve srovnání s klasickým vstřikováním je výroba velmi efektivní.

 

Odebírání vzorků Arpro 
Odebírání vzorků Arpro 

 

Sklad vyrobeného granulátu expandovaného polypropylenu 
Sklad vyrobeného granulátu expandovaného polypropylenu 

 

Vývojová laboratoř Eureka v německém Eschenau 
Vývojová laboratoř Eureka v německém Eschenau 

 

V Eschenau byla také vybudována laboratoř Eureka, vybavená nejmodernějším lisem, který je opatřen velkým množstvím doplňkových monitorovacích prvků pro sledování řady klíčových parametrů, jako je například spotřeba energie, médií, doba cyklu či přesnost lisování. Zařízení umožňuje získávat přesná data v reálném čase nezbytná pro optimalizaci konstrukce výrobku, technologie a složení materiálu. Laboratoř slouží zákazníkům při vývoji aplikací z expandovaného polypropylenu a její zaměstnanci se tak podílejí na vývoji výrobků z materiálu Arpro.

Inrekor – konstrukční materiál budoucnosti?
Velmi zajímavou aplikací je Inrekor. Jedná se o velmi lehký a přitom pevný deskový konstrukční materiál vytvořený jako sendvič z hliníkových plechů, mezi nimiž se nachází výplň z materiálu Arpro (typicky 90 g.l-1). Jiné varianty mohou využívat ocelové plechy nebo desky z plastu. Desky z Inrekoru mohou posloužit například ke stavbě automobilového šasi s dosažitelnou úsporou hmotnosti kolem 300 kg oproti běžnému osobnímu automobilu se spalovacím motorem. Tato úspora hmotnosti je lákavá především pro stavitele elektromobilů, neboť jim přináší významné prodloužení dojezdu.

  • autor:
  • Pavel Marek, Cheb


    You might also be interested



     

    Article archive

    Upcoming Events