Luonnonkuidusta lujitteeksi. Kumi-instituutin ja TTY:n Luomaprojektin kevätseminaari Päivi Lehtiniemi,TTY

Transkriptio

1 Luonnonkuidusta lujitteeksi Kumi-instituutin ja TTY:n Luomaprojektin kevätseminaari Päivi Lehtiniemi,TTY

2 Sisällys Eri luonnonkuidut Prosessi pellolta kuiduksi Saatavuus Ominaisuudet lujitteena Lujiteominaisuuksiin vaikuttaminen Luoma -projekti

3 Luonnonkuidut Selluloosakuidut antavat lujuuden Hyvät mekaaniset ominaisuudet Alhainen tiheys Pitkiä kuituja saatavissa monien kasvien rungosta, lehdistä tai hedelmistä Esim. hamppu, juutti, pellava, sisal, kookos, kapokki ja puuvilla Monia laatuja riippuen kuitujen erotteluasteesta, kuidutusmenetelmästä tai eristysmenetelmästä Lähde: Opportunities of Natural Fiber Composites, Lucintel Brief Report, March 2011, Saatavilla: -Final.pdf

4 Etuja Kevyitä Eduillisia raakamateriaalina Käsittely helppoa (huom. pöly, homeet) Lämpöä eristäviä Ekologinen hyöty; biohajoavia, alhainen energiasisältö Värähtelyn vaimennuskyky Kuidut suhteellisen jäykkiä

5 Ongelmat Alhaisempi lujuus kuin lasikuidulla Hybridisaation mahdollisuus Laadun vaihtelu Vaihtelu myös hinnassa ja saatavuudessa Kosteuden absorptio On havaittu sienten ja bakteerien kasvua kosteissa olosuhteissa Rajoittunut lämmönkesto Pitkäaikaiskestävyys Hygroterminen kesto, väsyminen, vanhentumisen aiheuttamaa värin haalistiumista, painon alentumista, pinnan karheutumista Palamisominaisuudet Adheesio-ongelmat hydrofiilisen kuidun ja usein hydrofobisen matriisimateriaalin kanssa

6 Lähde:

7 Pellavan viljely/runkokuitujen käyttökohteet Lähde:

8 Kemiallinen koostumus Lähde: Z.N. Azwa et al. A review on the degradability of polymeric composites based on natural fibres. Materials and Design 47 (2013) pp

9 Ominaisuuksien riippuminen kemiallisista komponenteista Lähde: Z.N. Azwa et al. A review on the degradability of polymeric composites based on natural fibres. Materials and Design 47 (2013) pp

10 Kuitujen ominaisuudet Lähde: L. Sobczak, R. W. Lang and A. Haider, Polypropylene composites with natural fibers and wood - General mechanical property profiles, Composites Science and Technology, vol. 72, pp , 2012.

11 PPluonnonmateriaa li-komposiitit Lähde: L. Sobczak, R. W. Lang and A. Haider, Polypropylene composites with natural fibers and wood - General mechanical property profiles, Composites Science and Technology, vol. 72, pp , 2012.

12 Adheesio Lignoselluloosakuidut ovat hydrofiilisia voimakkaasti polarisoituneen hyhdroksyyliryhmän takia Polymeerimatriisi taas on hydrofobinen Adheesio komponenttien välillä on kriittinen, sillä matriisilta tarvitaan voimansiirto kuiduille, jotta kuidut toimisivat matriisissa lujittavina. Kuidun hydroksyyliryhmää voidaan modifioida Polymeerin jäykkyyttä voidaan parantaa jopa lisäämällä kuituja /täyteaineita ilman hyvää adheesiota komponenttien välillä. Lujuuden parantaminen taas vaatii hyvän adheesion, jota voidaan parantaa kytkentäainein /kuituja käsittelemällä

13 Kuitujen/matriisin käsittely Lähde: Sobczak, L., et al Polyolefin composites with natural fibers and wood-modification of the fiber/filler matrix interaction. J. Appl. Polym. Sci., 127: 1 17

14 Käsittelymenetelmät/Kuidut Silaani Merserointi eli käsittely NaOH:lla Käsittely vahvalla alkali-emäksellä, jolloin selluloosan kiderakenne muuttuu Vähentää ligniinin ja hemiselluloosan määrää Asetylointi Maleiinihappoanhydridikäsittely kuiduille Entsyymit Muut kemikaalit Korona, plasma Lähde: Sobczak, L., et al Polyolefin composites with natural fibers and wood-modification of the fiber/filler matrix interaction. J. Appl. Polym. Sci., 127: 1 17

15 Käsittelymenetelmät/Matriisi Kytkentäaineet Maleiinihappoanhydri di Yleensä polyolefiinikytketty Lisätään kompaundoinnin aikana Lähes kaikki tutkimukset osoittavat ominaisuuksien parantumista Isosyanaatti Lähde: Sobczak, L., et al Polyolefin composites with natural fibers and wood-modification of the fiber/filler matrix interaction. J. Appl. Polym. Sci., 127: 1 17

16 Käsittelyillä saavutettuja etuja Lähde: O. Faruk et al. Biocomposites reinforced with natural fibers: Progress in Polymer Science 37(2012)11, Pp

17 Toimitusmuodot eri käyttökohteisiin Lyhytkuitu Non-woven matto Rovinki Kuivat kankaat Granulaatit Impregnoidut kankaat Lähde:

18 Luoma projekti Tekes rinnakkaisprojekti Kesto TTY mukana tutkimusorganisaationa Projektin vastuullinen johtaja professori Pentti Järvelä Mukana 6 yritystä, joilla omat osaprojektinsa Hankkeen tavoitteena on luonnonmateriaalien käytön edistäminen teollisuudessa Tietoa kerätään niin teoriassa kuin käytännössäkin yhteistyössä yritysten kanssa sekä auttaa yrityksiä heidän omissa tuotekehityshankkeissa suuntaamalla TTY:n tutkimusta Testataan eri matriisi/luonnonmateriaaliyhdistel miä eri pitoisuuksilla Adheesionedistäjien vaikutuksia näiden komposiittien rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Pyritään selvittämään eri sovelluksiin sopivat kombinaatiot sekä optimoimaan eri ominaisuuksien välillä Tutkimusaiheita Prosessointi (sulatyöstö) Ominaisuudet Käsittelymenetelmät Työstettävyys yms.