Muovit äärirajoilla ja niiden yli

Muovit ovat 2000 -luvun ykkösmateriaali monessa suhteessa. Huippumuovien avulla päästään vielä kokonaan uusiin suorituksiin.

Muovit voidaan räätälöidä molekyylitasolta lähtien. Täten voidaan tähdätä lähtökohtaisesti johonkin tiettyyn käyttökohteeseen, lähes ilman kompromisseja . Puhutaan erikoismuoveista , joilla on mahdollista toteuttaa melko uskomattomia ääriolosuhteiden tuotteita. Näitä muoveja tehdään yleensä pieniä eriä ja niiden hintataso on huomattavan korkea, mutta sovellutuksiin nähden aina paikallaan. Erikoismuoveja ovat muun muassa korkean lämmönkeston muovit, sähköä johtavat, äärikevyet, bioyhteensopivat tai antibakteeriset muovit, itse puhdistuvat, väriä vaihtavat, kosketuksen aistivat muovipinnat, molekyylejä suodattavat muovikalvot tai katalyyttikuidut . Lähes kokonaan muovinen auton moottori herätti kiinnostusta muutama vuosi sitten. Nyt on esitelty läpinäkyvä auton kori. Koko ajan ihmiskunta luo uutta ja paljolti muovien ansiosta.

Lämpövaihteluiden kesto ja lämmönvakaus

Yleisesti muoveille ominaista on materiaalin pehmeneminen ja lopulta rakenteen hajoaminen kun lämpötila nousee riittävästi. Valtamuovit ja jopa jotkut tekniset muovit pehmenevät selvästi jo 100°C ja 200°C välillä. Erikoismuovit sen sijaan saattavat olla hyvin lämpövakaita, säilyttäen ominaisuutensa, 350°C asti. Näitä muoveja käytetään paljon korkeateknologisissa ratkaisuissa osana polymeerisekoitteita, orgaanisia matriisikomposiitteja tai lujitemuoveja. Osa näistä kalliista erikoismuoveista kilpailee jo epäorgaanisten yhdisteiden kanssa (esim. keraamiset aineet) käyttökohteissa joissa vaaditaan lähes 1000°C lämmönkestoa. Monet erikoismuovit kestävät myös suuria lämpötilanvaihteluita. Avaruudessa lämpötilat voivat vaihdella -180° ja +160°C välillä ja tämän takia monia keveitä erikoismuoveja käytetään mm. avaruusalusten tai satelliittien rakenteissa.

Esimerkkejä näistä muoveista ovat esim. Teflon (PTFE) jota käytetään paistinpannuissa, palomiesten puvuissa käytettävät polyamidikuidut (PA), hävittäjien moottoreissa käytettävä lujitettu bismaleimidi (BMI) ja moottorin osissa käytettävä polyeetterieetteriketoni (PEEK) jota myös kutsutaan muovimaailman uudeksi supertähdeksi. PEEK kestää hyvin jatkuvaa mekaanista rasitusta ja kemiallisia aineita. Samalla sen lämpötilankesto on erittäin korkea. PEEK on myös hyvin bioyhteensopiva, mikä että siitä voidaan valmistaa ihmiskehoon sopivia proteeseja, jopa kehon sisälle sijoitettavia.

Kulutuksenkesto

Erikoismuoveilla on myös muita ylivoimaisia ominaisuuksia lämmönkestävyyden lisäksi. Jotkut kuten polyftaaliamidi (PPA) tai polytetrametyleeni adipamidi (PA46) ovat täysin kulutuskestäviä. Oli sitten kyseessä kitka tai syövyttävä kulutus, nämä materiaalit kestävät. Tästä johtuen näitä erikoismuoveja käytetään kohteissa joissa osia ei voi kokoajan vaihtaa, esimerkiksi yliäänilentokoneissa, vaihde- ja kytkinmekanismeissa sekä hammasrattaissa.

Korroosion- ja paineenkesto

Lääketeollisuudessa käsitellään paljon korrosiota aiheuttavia aineita sekä tutkimuksessa että diagnostiikassa. Polyeetteriimidi (PEI) soveltuu erinomaisesti esimerkiksi koeputkiksi tai lääketietellisiin diagnostisiin kuvausmenetelmiin koska se kestää erinomaisen hyvin kemikaaleja ja on hygieninen.

Paine tai puristus, muovien uusi sukupolvi kestää ja säilyttää muotonsa vaikka suuriakin rasituksia kohdistettaisiin tuotteeseen. Erikoismuovien käyttö on lisääntynyt selvästi esimerkiksi liittimissä, eristävissä elementeissä ja iskunvaimentimissa.

Muita esimerkkejä käyttökohteista

Aikaisemmin mainitut ominaisuudet toistuvat useissa eri erikoismuoveissa jotka siten sopivat lukuisiin eri käyttökohteisiin. Esimerkiksi uuden sukupolven avaruuspuvut valmistetaan pääosin muovista. Avaruuspuku säilyttää oikean paineen, kestää -120°C pakkasta ja 150°C lämpöä sekä suojaa kosmiselta säteilyltä, auringon säteilyltä, electromagneettisilta kentiltä ja mikrometeorideilta. Vanhanmallinen avaruuspuku painaa 125kg. NASA on tutkinut jo lukuisia vuosia kuinka voitaisiin valmistaa kevyempi ja ketterämpi puku. Nyt kehitteillä oleva puku koostuu pääosin nailonista (PA), elastaanista (EA) ja erilaisista erikoismuoveista.

Kaikille tuttu polyeteeni (PE) taipuu myös erittäin haastaviin kohteisiin. Tästä jatkokehitetty ultrakorkean molekyylipainon polyeteeni (UHMWPE) käytetään paljon supervahvoissa kuiduissa. Tästä valmistetut kuidut voivat olla kaksi kertaa vahvempia kuin aramidikuitu ja kymmenestä sataan kertaan vahvempia kuin teräs. UHMWPE kuitua on käytetty mm. avaruussovelluksissa esimerkiksi kaksiosaisessa luotaimessa osien välisenä kelanauhana. Nauha on 30km pitkä ja ainoastaan 0,5 millimetriä paksu. Maanläheisempi erikoissovellus on ultrakevyt luotiliivi. Ominaisuudet saavutetaan oikean rakenteen ja fysikaalisen käsittelyn yhdistelmänä. Usein myös erikoismuovien omat täyte- ja lujiteaineet tuovat lisää erikoisominaisuuksia.