Komposiittitutkimuksella tuotteisiin

Transkriptio

1 Komposiittitutkimuksella tuotteisiin Dr. Egidija Rainosalo, Teknologiakeskus KETEK Oy Metsäbiotalouden RoadShow Kokkola

2 Eco-design Elinkaari ajattelu tuotesuunnittelussa On arvioitu, että yli 80% kaikista tuotteisiin liittyvistä ympäristövaikutuksista määräytyy sen suunnitteluvaiheessa. Ympäristönäkökohtien huomioon ottaminen tuotekehitysprosessissa mahdollisimman varhaisessa vaiheessa on siten tehokkain tapa tehdä muutoksia ja parannuksia tuotteisiin " Brussels, 7 january 2004 DG ENTR/G3 M 341 EN. Mandate to CEN/CENELEC/ETSI for programming of standardization work in the field of eco-design of energy using products

3 Ekotehokkaat Materiaalit Ajurit Tavoitteet Vähentää Korkea suorituskyky Öljyn korvaaminen Kierrättää Niukkaresurssisuus Raaka-aine tehokkuus Uudistaa Keveys copyright Ali Harlin

4 Etumatkaa yrityksellesi Tuote-, teknologia- ja prosessikehitys Analyysi-, mittaus- ja testauspalvelut Innovaatioiden hankkeistus Rahoitusvaihtoehtojen selvitys Tiedonhaku ja patenttikartoitukset 4

5 Biokomposiittien kehitys Komposiiteista on tullut merkittävää teollista toimintaa Puu-muovi, WPC Synteettinen muovi + puu + lisäaine Muovi + Puu Luonnonkuitu komposiitti, NFC Synteettinen hartsi + luonnonkuitu + lisäaine. Biokomposiitti Biopolymeeri + luonnonkuitu + lisäaine. Luontaisesti lujitettu komposiitti, NRPC Hartsi + puu/luonnonkuitu + lisäaine. Muovi Biopolymeeri + + Luonnonkuitu Luonnonkuitu + Nano Biopolymeeri Bio-based Composites Green Composites Natural Composites Standardointitarpeita terminologia tuotteet testaus LCA copyright Ali Harlin

6 copyright Ali Harlin Lujitteet metsäteollisuudesta Kuidut - Puukuiduilla ja selluloosalla laaja muunneltavuus raakaaineena - Ominaisuudet riippuvat kuitulähteestä (kuitupituus, koko ja kuituuntuminen) ja tuotantotavasta (hemiselluloosan ja ligniinin pitoisuus) - Fysikaalisesti, kemiallisesti ja entsymaattisesti muokattavissa - Tavoitteena parantaa yhteensopivuutta matriisin kanssa -> materiaalin suorituskyky - Selluloosan uudet mahdollisuudet -> nanokomposiittien mahdollisuudet Sahanpuru (tai puujauho) - Laajasti hyödynnetty WPC raaka-aine, joka on mekaanisen puunjalostuksen sivutuote - Halpa täyteaine, joka kompensoi muovin hintaa - Sisältää kaikki puun aineosat, myös uuteaineet (VOC)

7 > 1,5 Mio. t (2010) WPC Market volume world North-America: > 1 Mio. t China: > t ( 2015: 5 Mio. t) Europe ca t (Germany: t), t by Construction & Furniture: ca t - Automotive: ca t Double-digit growth per year North-America / Europe: Using by-products from the wood industry Asia: Using all kind of cellulosic by-products from forest and agriculture

8 Biocomposites VTT on kehittänyt muovipuu teknologiaa komposiiteille, jotka sisältävät jopa 80 paino-% puukomponenttia. Muovien työstöteknologiat avaavat uusia mahdollisuuksia biokomposiiteille Suulakepuristuksen metritavarasta Ruiskuvalettuun kappaletavaraan Laajennetaan raaka-ainepohjaa Uudet tuotteet Uusi muotoilu Materiaalikustannusten aleneminen CO2-neutraali Öljyn hinnan aleneva vaikutus copyright Ali Harlin

9 Biokomposiittien prosessikehitys Nykyiset prosessit muovien valmistuksesta Prosessikehitys biokomposiiteille vaatii Biomateriaalien erikoispiirteiden huomioiminen Uudet suunnitteluperusteet Uudet tuotteet Mallinnus Uudet prosessointiteknologiat Laitteiden modifiointi Syöttölaitteet Sekoittimet Työkalut Extrusion line for WPC profiles in K2004 Exhibition copyright Ali Harlin

10 Ekotehokkaat materiaaliratkaisut huonekalurakentamiselle Ekotehokkuus ja kannattavuus Vähennä pidennä käyttöikää - kierrätä valitse laatu Ekologiset ratkaisut yhdistettynä käytättävyyteen Tuotantotehokkuus alentaa valmistuskustannusta CASE: Puustelli Ecokitchen Eettisesti ja kestävästi tuotettu ISO sertifikaatin mukainen keittiö, jossa hyödynnetty keveiden materiaalien ja valmistusmenetelmä etuja Biokomposiittien suorituskyky Biomuovien ja komposiittien hyödyntäminen Muovintyöstötekniikat kappaletavaralle 35% vähemmän painoa ja 45% vähemmän CO2 Helppohoitoiset ja kestävät pinnat Ohut ja läpinäkyvä AddSol sol-gel pinnoite Likaa hylkivä ja helppo puhdistaa Metallit, puu, muovi ja tekstiilit copyright Ali Harlin

11 puustelli ekokeittiö 2012 Irtokalustejärjestelmän osat: -runko -edusta -taso -laatikko Ekotehokkuuden kriteerejä: -kevyt -vähän osia -hyvät, kauniisti kuluvat materiaalit -pitkä ikä -kehdosta kehtoon kierrätysmateriaalit Pienkertopuurunko Ruiskupuristettu puukomposiittirunko Pursotettu biokomposiittirunko. LCA -> tuotesuunnittelu -> työmenetelmäkehitys => tuotteistus Ruiskupuristettu puukomposittilaatikkorunko Matalapainepuristettu laatikko biohajoavaa komposiittia Copyright Juhani Salonius

12 Flaxwood Plasthill Oy All-Plast Oy UPM Onbone Novoplastik flax/pla (corn suggar) Muita tuotteitta

13 Selluloosamuuntokuituja (Regenerated cellulose fibres) Liotus menetelmät: CS2 NMMO (amino oxide) Enzyymit Ionic liquids

14 Flax fibers Man made cellulose fibers Selluloosamuuntokuituja Density (g/cm 3 ) komposiiteissa Tensile strength (MPa) Specific strength Young s modulus (GPa) Specific stiffness Strain at break (%) Flax fiber Reg. cellulose Glass fiber

15 Stress (MPa) Strain (%) Results of composites tests Flax UD Cordenka UD Stress-strain curves of flax and Cordenka fiber composites with Tribest resin Impact resistance tests

16 Komposiitit tulevaisuuden materiaalit niiden monimuotoisuuden ja funktionalisuuden takia; synergiaa yhdistelemällä eri materiaaleja Tuotekehityksessä laaja monitieteinen lähestymistapaa on tie menestykseen Teknologiaratkaisuilla ja materiaalivalinnoilla pääsemme päästövähennyksiin Lisä edelläkävijöittä!!!!!

17 Acknowledgement Project participants: Technology Centre KETEK Ltd (Finland), Swerea SICOMP AB (Sweden), Tampere University of Technology (Finland), Luleå University of Technology (Sweden) Bio-Composites. Technologies and Applications. Presentation of Michael Carus, Nova- Institut GmBH, Kemi ( Google search