Muovikomposiittien tulevaisuudennäkymiä Mikael Skrifvars LuTek-projektin loppuseminaari, Keski-Pohjanmaan AMK, Kokkola, 9.5.2012
Mikael Skrifvars FT, polymeerikemia, Helsingin yliopisto, 15.9.2000 Neste Chemicals, tutkija ja projektipäällikkö, 1986 1999 SICOMP, Ruotsi, tutkija ja ryhmäpäällikkö, 1999 2003 Högskolan i Borås, polymeeriteknologian professori, 2003 Tampereen teknillinen yliopisto, kuitumateriaalitekniikan dosentti, 2007 Tampereen teknillinen yliopisto, yliopistotutkija (LuTek osarahoitus), 2009-
Muovikomposiittitutkimus Kokkolassa Projektit: ANACOMPO biokomposiittien demonstraatiotuotteiden kehitys NAKOMATE nanokomposiitit ja NDT testaus WIND langattoman anturitekniikan käyttö komposiittien kunnonseurannassa
Lujitemuovit - ominaisuudet Suuri lujuus ja jäykkyys, erityisesti suhteutettuna ominaispainoon Mahdollisuus suunnata lujuusominaisuuksia Muotoiluvapaus Mahdollisuus valmistaa suuria rakenteita yhtenä kokonaisuutena Hyvä kemiallinen kestävyys
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 %
Markkinat Euroopan tilanne Kokonaisvolyymi noin 1.1 Mton v 2011 MSK 20111108 7
Markkinat Suomen tilanne Suomen tuotanto: 12 000 18 000 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
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
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
Luopuminen raakaöljyriippuvuudesta Hiilijalanjäljen pienentäminen Bioraaka-aineen saatavuus erityisesti metsästä Kierrätys muiden biohajoavien materiaalien kanssa Uusien ominaisuuksien ja funktioiden löytäminen - biomimetiikka Biokomposiitit
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 2011-04-20 17
Biohartsit - kasviöljyt: Henry Fords soybean oil car Description: Presented August 13, 1941 14 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: www.thehenryford.org MSK 20110912 18
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
Lujitteiden kehitys Uudet lujiterakenteet: 3D lujitteet Nauhamaiset lujitteet Eri kuitutyyppien hybridilujitteet, esim. biokuitu/hiilikuitu Hiilikuitujen laajempi käyttö autoteollisuudessa Hiilikuitujen valmistaminen ligniinistä
Tuohikori lujite Oxeon, Ruotsi www.oxeon.se MSK 20110210 E-TEAM 22
Hiilikuidut autoteollisuudessa
Valmistustekniikan kehitys Alipaineinjektiomenetelmät RTM automatisointi Lujitteiden leikkaus Lujitteiden muottiinasettelu
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
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
Futuro muovitalo vuodelta 1968 Suunnittelu Matti Suuronen, Finland Esillä Näyttelykeskuksessa WeeGee, Espoo 8.5 16.9 MSK 20111108 33