Komposiitit osana puutuoteteollisuutta Timo Kärki LUT
LUT Kuitukomposiittilaboratorio - Resurssit - 12-15 henkilöä (3+7+2) - LPR/Ruokolahti - Toiminta - budjetti n. 1 m /v - rahoituksesta 70 % ulkopuolista rahoitusta - vuosittain n. 25 yritysasiakasta - painopiste komposiitit/modifiointi - tulostavoitteet vuodessa - 1 väitöskirja - 8 DI - 10 referoitua julkaisua - Laitekanta - investoinnit 2005-2013 3,4 meur
Tutkimus-, koe- ja testauslaitteistoa kuitukomposiitit (ekstruusio, ruiskuvalu) WEBER kaksoisruuviekstruuderi, gravimetrinen/volumetrinen syöttö, jälkikäsittely BATTENFELD-CINCINNATI co-ekstruusiolaitteisto BOY ruiskuvalukone viilutuslaitteisto sorvi RAUTE, viiluhöylä MARUNAKA, leikkuri BABCOCK, viilukuivuri RAUTE, viilusaumuri KUPER, särmäysleikkuri CASATI levylinjasto esipuristin DIOPTEN, kuumapuristin WEMHÖNER, telaliimoitin, pinnoituspuristin HÖFER komponenttien valmistus moniteräsaha SCM, optimoiva katkaisusaha OMGA, höyläkone HOLYTEK, hiomakone CB, tarkistuspyörösaha ALTENDORF
Tutkimus-, koe- ja testauslaitteistoa puusepänteollisuuden laitteet tasohöylä PAOLINI, oikohöylä PAOLINI, alajyrsin PAOLINI, tarkistuspyörösaha LAZZARI, vannesaha SAGITTARIO, lineaarihöylä MAPO, talttaporakone MULTICO, pitkänauhahiomakone HOUFEK, säteissaha MAGGI, reunahiomakone CEM CNC työstökeskus 3+1 -akselinen työstökeskus HOMAG Optimat BOF41/30/K sormijatkoslinja Grecon Profijoint kuumakuivaamo/lämpökäsittely TEKMA materiaalitestaus aineenkoestuslaite ZWICK palotestaus FTT (kartiokalorimetri/sbi) XENON testikaappi Q-SUN kemialliset analyysit ml. SEM (LUT Kemia) materiaalien valmistelu PLASMEC agglomerointiyksikkö murska/vasaramylly -yksiköt hakkuri
Tutkimus-, koe- ja testauslaitteistoa modifiointi/kyllästyslaitteisto pyöröterien testaus - pyöröterien jännitysmittalaite HEWSAW BM550, pyöröterien testausasema HEINOLAN SAHAKONEET, teräjännitysmankeli ARMSTRONG 3-50-C puusepänteollisuuden terien testaus - jyrsinterien mittalaite LEITZ ToolControl U-CAM-E, 3 D digitointilaite MICROSCRIBE sahatavaran mittaukset - sahatavaran dimensiomittalaite INX-SYSTEMS Seecon 1, sahatavaran dimensiomittalaite INX-SYSTEMS Seecon 2, kosketukseton linjakosteusmittari BROOKHUIS FMI, spektrofotometri KONICA-MINOLTA CM-2500d olosuhdetestaus olosuhdekaappi Finero LK-1412/HCT-20, lämpökaappi Memmert UFP700, lämpökaappi Gallenkamp SG98, lämpökaappi Sanyo MOV-112
Esityksen sisältö 1.Miksi kuitukomposiitteja? 2.Prosessit 3.Tuotteet ja markkinat 4.Tulevaisuus?
MIKSI?
Miksi komposiitteja? pyrkimyksenä yhdistää eri materiaalien hyviä ominaisuuksia puukuidulle parantuneita ominaisuuksia vaikkapa kosteudenkeston suhteen mistä saada riittävästi kohtuuhintaisia raakaaineita eri teollisuuden tarpeisiin? materiaalien uusiokäyttö/ilmastomuutos ohjaa katsomaan biomassaa uudella tavalla uusiutuvaa puukuitua raaka-aineeksi uusiin mm. muovia ja alumiinia korvaaviin sovelluskohteisiin
Selluloosapohjaisia kuitumateriaaleja Reinforcing natural/biofibers Nonwood natural/biofibers Wood fibers Straw fibers Bast Leaf Seed/ fruit Examples: Rice/wheat/ Corn straws Examples: Kenaf, flax, jute, hemp Examples: Cotton, coir Examples: Henequen, sisal, pineapple leaf fiber Grass fibers Examples: Soft and hard wood Examples: Bamboo fiber, switch grass, elephant grass Recycled wood fibers Examples: Newspaper/ magazine fibers
Patenttien määrän kehitys 80 75 70 65 60 55 Amount of patents 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Year
PROSESSIT
Historiaa ensimmäiset teolliset sovellukset 1900-luvun alussa Rolls-Royce valmisti autoihinsa vaihdekepin nuppeja bakeliitista pohja nykytilanteelle luotiin 1970-luvulla Italiassa tuotteet olivat pitkälti autoteollisuuden tarpeisiin, kuten ovi- ja kattopaneelit suuremman mittakaavan käyttö yleistyi 1990-luvun alussa Yhdysvalloissa samalla kestomuovi toimi yhä useammin matriisimateriaalina kertamuovin sijasta 1990-luvun alusta tähän päivään markkinat ovat kasvaneet jatkuvasti
Mitä kuitukomposiitit ovat? puukuitujen osuus voi vaihdella 10 90 % tyypillinen seossuhde 60/40 materiaalissa yhdistyy puun ja muovin hyviä ominaisuuksia puun kosteudenkestävyys paranee muovin jäykkyys kasvaa ongelmana luontainen epäsopivuus puukuitujen ja muovimatriisin välillä, puukuidut ovat hydrofiilisiä ja muovit hydrofobisia
Materiaalit puukuidut muut luonnonkuidut kestomuovit kertamuovit muut polymeerit lisäaineet
Ekstruusiolinja
TUOTTEET JA MARKKINAT
Applikaatioiden kehitys
Biokomposiittien markkinakehitys globaalisti
Luonnonkuitukomposiittien applikaatiot 31% 4% 1% 8% 8% 10% 26% 12% Construction Marine Electronic components Appliances Consumer products Aerospace Miscellaneous Automotives
Komposiittimateriaalien tuotteistaminen komposiittimateriaalien käytöllä haetaan mm. seuraavia tuoteominaisuuksia verrattuna muoviin/puuhun parempi mittapysyvyys korkeampi ylin käyttölämpötila parempi sähköneristys tai sähkönjohtokyky parempi kemiallinen kestävyys paremmat mekaaniset ominaisuudet alhaisempi hinta kustannustehokkuus kierrätettävyys
Kuitukomposiittien mahdollisuudet VAHVUUDET - ympäristöystävällisyys - kierrätettävyys - käyttöikä - muunneltavuus, vapaa muoto - säänkestävyys ja mittapysyvyys - öljyn hinta ja saatavuus MAHDOLLISUUDET - korvata kyllästettyä puuta - täysin uudet tuotteet - rakennusteollisuus - korvata jalopuita HEIKKOUDET - ulkonäkö varauksin - tunnettavuus - pitkänajan tutkimustiedon puute - laitteiston ja muottien hinta - paino UHKAT - ennakkoluulot - uusi materiaali ei pääse markkinoille - hinnoittelun epäonnistuminen
Markkinatilanne suomalaiset markkinat kehittymässä maailmanlaajuisien kansilautamarkkinoiden arvo arviolta 16 mrd. $, komposiiteilla, muoveilla, vinyyleillä ja muilla aineilla on 20 % markkinaosuus eksoottisilla puulajeilla, kuten mahongilla ja teakilla on myös noin 20 % markkinaosuus kasvu markkinoilla tapahtuu kyllästetyn puun kustannuksella
Markkinatilanne Pohjois-Amerikka suurimmat valmistajat löytyvät Pohjois-Amerikasta, jossa kymmenen suurinta valmistajaa valmistaa 70 % kaikista puumuovikomposiiteista suurin WPC-sovelluksista on terassilauta, joka on kehitetty korvaamaan perinteiset terassimateriaalit kuten painekyllästetyn puun ja hyvin kestävät kalliit tropiikin puulajit WPC-terassilaudan osuus on yli 50 % koko WPC - tuotannosta
Markkinatilanne - Eurooppa Euroopassa decking -tuotteiden markkinat kehittymässä terassilaudalla on kuitenkin muita käyttökohteita, kuten esimerkiksi laiturilauta suurimmat puumuovikomposiittien markkina-alueet ovat ikkunat ja ovet ja muut laadukkaammat tuotteet kuten sovellukset autoteollisuudessa tuotannon kasvutrendi on yleisesti laadukkaampiin ja kalliimpiin tuotteisiin kuten kaidepuihin, ikkunoihin, ulkolaudoituksiin ja auton osiin
Markkinatilanne - Eurooppa perinteisissä puumaissa Skandinaviassa ja Alppien ympäristössä on puun käyttö kulttuuriin kuuluvaa ja korvaustuotteilla on vaikeampaa päästä markkinoille maissa, joissa puun käyttö ei ole perinteistä, kuten UK:ssa, Ranskassa, Espanjassa ja Portugalissa, voi markkinoillepääsy olla helpompaa
Markkinatilanne - Suomi herättänyt suurta mielenkiintoa monilla tahoilla ensimmäisien tuotteiden laatu on kriittinen materiaalin menestymisen kannalta, jos tuotteet eivät lunasta luvattuja ominaisuuksia, on kuluttajien vaikea uskoa seuraavienkaan tuotteiden paremmuuteen terassilautamarkkinoilla useita kotimaisia ja ulkomaisia toimijoita tuotesovellukset laajemmalla skaalalla sisustamisen tuotteet, profiilit, palosuojatut tuotteet
Tuotteita
TULEVAISUUS?
Valmistusmenetelmät vs. markkinat Tekniikka Teollisuus Rakentaminen Kuljetusvälineet Huonekalut Kulutustavarat Ekstruusio ++ + ++ 0 Ruiskuvalu 0 ++ + ++ Ahtopuristus 0 ++ + 0 Markkinakoko Markkinatrendi ++ ++ + + ++ + ++ +
Tutkimusalueet LUT Kuitujen lämpökäsittely Kuitujen muokkaus Työstettävyys Jatkokäsittelyt Rakennusjätteen Teollisuusjätteen kierrätys Kuitukomposiitit UV kestävyys kierrätys Palotestaus Nanomateriaalit
WPC tuotteistaminen, yhteenveto WPC materiaalina on monipuolinen ja eri polymeereistä / kuiduista ja niiden yhdistelmistä voidaan löytää sopiva materiaali moneen käyttötarkoitukseen tuotekehitys halvempiin, kevyempiin ja kestävämpiin muovia ja fossiilisia raaka-aineita korvaaviin materiaaleihin kiihtyy ja avaa uusia mahdollisuuksia monella saralla haasteena on lähinnä kehittää uusia käyttötarkoituksia WPC -sovelluksille
Varoituksen sana Kiitokset mielenkiinnosta!