Muovikomposiittien tulevaisuudennäkymiä

Transkriptio

1 Muovikomposiittien tulevaisuudennäkymiä Mikael Skrifvars LuTek-projektin loppuseminaari, Keski-Pohjanmaan AMK, Kokkola,

2 Mikael Skrifvars FT, polymeerikemia, Helsingin yliopisto, Neste Chemicals, tutkija ja projektipäällikkö, SICOMP, Ruotsi, tutkija ja ryhmäpäällikkö, Högskolan i Borås, polymeeriteknologian professori, 2003 Tampereen teknillinen yliopisto, kuitumateriaalitekniikan dosentti, 2007 Tampereen teknillinen yliopisto, yliopistotutkija (LuTek osarahoitus), 2009-

3 Muovikomposiittitutkimus Kokkolassa Projektit: ANACOMPO biokomposiittien demonstraatiotuotteiden kehitys NAKOMATE nanokomposiitit ja NDT testaus WIND langattoman anturitekniikan käyttö komposiittien kunnonseurannassa

4 Lujitemuovit - ominaisuudet Suuri lujuus ja jäykkyys, erityisesti suhteutettuna ominaispainoon Mahdollisuus suunnata lujuusominaisuuksia Muotoiluvapaus Mahdollisuus valmistaa suuria rakenteita yhtenä kokonaisuutena Hyvä kemiallinen kestävyys

5 Lujitemuovien markkinat Maailmanmarkkinat: v 2010: 7.9 Mton 68 mrd EUR v 2015: 10.0 Mton 80 mrd EUR Matriisimuovit: Kestomuovit (PP,PA): 63 % Kertamuovit (UPE, VE, EPOKSI): 37 % Lujitteet: Lasikuitu: 87 % Puukuitu (lyhyt): 11 % Hiilikuitu: < 1 % Aramidi (Kevlar) < 1 % Kasvu: Kaikki sovellusalueet: 4-5 % osuus Tuulivoima: 40 % 7 % Kuljetus- ja autoteollisuus: 30 % 25 % Rakennusteollisuus: 5 % 26 % Ilmailu: 4 % 6 % Vene- ja laivateollisuus: 0 % 5 % Sähkö- ja elektroniikkateollisuus: 10 % 16 %

6 Markkinat Euroopan tilanne Kokonaisvolyymi noin 1.1 Mton v 2011 MSK

7 Markkinat Suomen tilanne Suomen tuotanto: ton/vuosi 100 venevalmistajaa 200 muita yritystä, joista 30 merkittävimpiä Veneet, kuljetusvälineet, putket ja säiliöt Suhdanneherkkää Käsi- ja ruiskulaminointia pääasiassa Styreenipäästöt yleisiä Teknologian taso keskitasoa alempaa

8 SWOT analyysi - teknologia Vahvuudet Erinomaiset mekaaniset ominaisuudet Pitkäaikaiskesto ja pitkä elinikä Hyvä kesto myös ääriolosuhteissa Ominaisuuksien räätälöinti ja suuntaus Monipuoliset valmistusmenetelmät Alhainen ominaispaino Mahdollisuudet Uudet lujiteratkaisut Nanokomposiitit Biokomposiittien kehitys Hiilikuitujen uudet raaka-aineet Kasvavat markkinat (auto, tuulivoima, rakentaminen) Valmistusmenetelmien kehitys Heikkoudet Moni valmistusmenetelmä vaatii paljon työvoimaa Nestemäisten hartsien ja liuottimien käyttö Styreenipäästöt avomenetelmistä Lasikuidun suuri energiantarve valmistuksessa Hiilikuitujen pienet tuotantovolyymit Hyvin suurien sarjojen valmistaminen ei mahdollista Uhkat Kierrätysmenetelmien puuttuminen Riippuvuus raakaöljystä Suhdanneherkkyys Hintavaihtelut ja herkkyys

9 Lujitemuovien tekninen kehitys - trendit Biopohjaiset lujitteet ja hartsit Nanokompositit: Sellupohjaiset nanolujitteet Hiilinanoputket sekä mineraalit Lujitteiden kehitys: 3D lujitteet Hybridilujitteet Basalttilujitteet Valmistusmenetelmien automatisointi: Lujitteiden leikkaus ja asettelu muottiin Muottien sulkeminen ja hartsin injektio Ominaisuuksien seuranta ja laadunvalvonta: NDT menetelmät Langattomat mittausmenetelmät

10 Luopuminen raakaöljyriippuvuudesta Hiilijalanjäljen pienentäminen Bioraaka-aineen saatavuus erityisesti metsästä Kierrätys muiden biohajoavien materiaalien kanssa Uusien ominaisuuksien ja funktioiden löytäminen - biomimetiikka Biokomposiitit

11

12

13 Kuidut Biopohjaiset lujitekuidut Lasikuitu Epäorgaaniset kuidut Hiilikuitu Synteettiset kuidut Basaltti Sellun muuntokuidut Viskoosi Lyocell ym. Orgaaniset kuidut Kasvikuidut Polymeerikuidut Polyesteri, polypropeeni, polyamidi ym. Luonnonkuidut Eläinkuidut Mineraalikuidut (Asbesti) MSK

14 Biohartsit - kasviöljyt: Henry Fords soybean oil car Description: Presented August 13, plastic panels 35 % weight saving compared to steel cars at that time Soybean resin, hemp, flax, ramie or soy bean fiber, phenolic resin Motivation: Utilise agricultural products in industrial products Safer car with plastic panels due to toughness Shortage of metals Source: MSK

15

16 Kehityskohteet/haasteet biokomposiitit Biokuitujen kilpailukykyinen ja tehokas muokkaus teknisesti toimivaksi lujitteeksi puuttuu edelleen Luonnonkuitujen pölyäminen ja homeet Bioraaka-aineiden tuotanto voi olla hyvinkin luontoa kuormittavaa, sekä voi kilpailla elintarvikkeiden tuotannon kanssa Kuitujen laadun vaihtelu johtuen kasvuolosuhteista Biokuitujen lämmönkesto ja hydrofiilisyys Biokuitujen yhteensopivuus hartsien kanssa Biohartsin kemiallinen muokkaus ja modifiointi siten että ristisilloitettavissa ja työstettävissä Bio-osuus on vielä hyvin alhainen kaupallisissa biohartseissa Korkea hinta ja huono saatavuus suuremmissa volyymeissä 20

17 Lujitteiden kehitys Uudet lujiterakenteet: 3D lujitteet Nauhamaiset lujitteet Eri kuitutyyppien hybridilujitteet, esim. biokuitu/hiilikuitu Hiilikuitujen laajempi käyttö autoteollisuudessa Hiilikuitujen valmistaminen ligniinistä

18 Tuohikori lujite Oxeon, Ruotsi MSK E-TEAM 22

19 Hiilikuidut autoteollisuudessa

20 Valmistustekniikan kehitys Alipaineinjektiomenetelmät RTM automatisointi Lujitteiden leikkaus Lujitteiden muottiinasettelu

21

22

23

24

25 SWOT analyysi teknologia Suomen tilanne Vahvuudet Suomessa merkittävä lujitevalmistaja Osaaminen vaativien purjeveneiden rakentamisessa Joidenkin yritysten pitkä kokemus ja hyvä osaaminen Mahdollisuudet Metsäteollisuuden raaka-aineiden tuomat mahdollisuudet Nano- ja bioalueen T&K yliopistoissa ja VTTllä Komposiittien ominaisuudet sekä valmistusmenetelmien monimuotoisuus Kasvavat markkinat ympäristöteknologian ja uusituvan energian alueilla Heikkoudet Rakennemallituksen osaaminen Pääpaino käsi/ruiskulaminoinnissa PKT yritysten valmius osallistua tutkimusprojekteihin Komposiittitutkimuskeskuksen puutuminen Uhkat Suhdanneherkkyys T&K rahoitus Muu mailma menee ohi koskien T&K osaaminen

26 Tutkimuksen haasteet Pitkäjänteisyyttä tarvitaan Osaava henkilöstö ja tutkimuslaitteet Väitöskirjatutkimus on uuden teknologian lähtökohta Tutkimusrahoitus EU rahoituksen saanto Jatko-opintorahoitus myös apurahoilla Jatko-opintojensuoritusajan lyhentäminen Kansainvälisyys on kaiken A ja O

27 Futuro muovitalo vuodelta 1968 Suunnittelu Matti Suuronen, Finland Esillä Näyttelykeskuksessa WeeGee, Espoo MSK