Natural fiber reinforced plastics and bioplastics

Luonnonkuitujen potentiaali toimia perinteisempien lasi- ja hiilikuitujen asemesta komposiittien lujitteina sopivissa sovelluksissa on tunnistettu niin tutkijoiden, kuin osin jo teollisuudenkin taholta. Luonnonkuitujen runsaus, uusiutuvuus ja kierrätettävyys palvelevat niin taloudellisia kuin ekologisiakin intressejä. Haasteita muodostavat kuitenkin muun muassa laatuvaihtelut, huono prosessoinnin kesto, adheesion ongelmat ja kuitukasaantumien syntyminen. Tässä työssä valmistettiin sekä standardikoesauvoja että ruiskuvaletusta levystä leikattuja pienempiä koesauvoja, joita käytettiin kuitujen orientaatiovaikutuksen tutkimiseen. Matriiseina käytettiin polyeteeniä, polypropeenia sekä biomuovi Mater-Bi:tä. Lujitteina toimivat pellava, sellu, wollastoniitti ja lasikuitu. Testattiin myös kytkentäaineen vaikutusta mekaanisiin ominaisuuksiin. Orientaatiokoesauvoja valmistettiin käyttäen matriisina polyeteeniä ja kuituvaihtoehtoina pellavaa, sellua ja lasikuitua. Komposiitteja valmistettiin onnistuneesti, ja standardikoesauvojen tapauksessa kuitujen lisäys kasvatti aina sekä kimmokerrointa että vetolujuutta, paitsi luonnonkuitulujitetun polypropeenin tapauksessa. Iskulujuus sen sijaan heikkeni kuituja lisättäessä muissa paitsi polypropeenikomposiittien tapauksessa. Sellu oli lujitteena esteettisistä ongelmistaan huolimatta lähes pellavan veroista. Kytkentäaine hyödytti sekä pellava- että sellukomposiitin veto-ominaisuuksia. Iskulujuuteen kytkentäaineella oli negatiivinen vaikutus. Standardikoesauvoille tehtyjen kokeiden mukaan lasikuitukomposiitit olivat ylivoimaisia veto-ominaisuuksien puolesta, mutta iskulujuudessa erot jäivät pieniksi. Mater-Bi-komposiittien veto-ominaisuuksissa havaittiin suurin prosentuaalinen kasvu neitseellisen materiaalin ominaisuuksiin nähden. Orientaatiokoesauvoille tehdyt vetokokeet osoittivat, että lasikuitukomposiittien lujuus sekä jäykkyys ovat huomattavasti luonnonkuitukomposiittien lujuutta ja jäykkyyttä riippuvaisempia kuormituksen suunnasta. Optisella mikroskoopilla voitiin havaita, että lasikuidut orientoituivat ruiskuvalukappaleen pintakerroksessa selvästi pitkin ruiskuvalun päävirtaussuuntaa, kun taas kappaleen keskiosassa orientaatio oli kohtisuoraan ruiskuvalun päävirtaussuuntaa. Luonnonkuiduilla vastaava ilmiö voitiin havaita myöskin, mutta selvästi heikompana. Luonnonkuitujen suuntautuminen oli lasikuituja sattumanvaraisempaa. Luonnonkuitukomposiittien eduksi voidaankin laskea lasikuitukomposiitteja tasalaatuisemmat ominaisuudet eri suunnista kuormitettaessa