Long-term properties of natural material filled thermoplastic composites

Tässä työssä käsitellään luonnonmateriaalilujitettujen kestomuovikomposiittien pitkäaikaisominaisuuksia. Lujitteina on käytetty lasia, pellavaa, sellua ja wollastoniittia. Matriisiaineina on käytetty polypropeenia, korkean tiheyden polyeteeniä sekä tärkkelyspohjaista biohajoavaa Mater-Bi:tä. Työ on osa LUOMA-projektia, ja se perustuu tuloksissaan osittain Tuomas Saaren diplomityöhön, jossa käsiteltiin ja vertailtiin eri luonnonmateriaalien käyttöä kestomuovin lujitteena. Työn teoriaosassa on selvitetty tärkeimmät luonnonmateriaalilujitteisiin kestomuovikomposiitteihin liittyvät pitkäaikaisominaisuudet, sekä niiden vaikutukset komposiittikappaleeseen ja erityisesti sen mekaanisiin ominaisuuksiin. Teoriaosan perusteella on myös arvioitu, miten kokeellisessa osassa testattavat komposiitit käyttäytyvät pitkäaikaisaltistuksissa. Työn kokeellisessa osassa on testattu kappaleiden veden absorptiota vesiupotuksessa huoneenlämpötilassa ja 100 °C:ssa sekä korotetussa 60 °C lämpötilassa ja korkeassa 90 % suhteellisessa kosteudessa sekä korkeassa 80 °C lämpötilassa ja lähellä huoneilmaa olevassa 50 % suhteellisessa kosteudessa. Myös korotetun 50 °C lämpötilan vaikutusta kappaleen veto-ominaisuuksiin on tutkittu. Kappaleiden vedenabsorptiota on arvioitu punnitusten avulla. Näiden tutkimusten lisäksi kappaleiden UV-säteilyn kestoa on tutkittu eri altistusajoilla. Kappaleiden ominaisuuksia altistusten jälkeen on vertailtu vetokokeilla ja iskukokeilla, termisillä DMTA- ja TGA -testeillä sekä IR-spektroskopian avulla. Luonnonmateriaalilujitteilla ei saavutettu edes kytkentäaine MAPE:a käyttämällä lasikuitulujitteisten kestomuovikomposiittien mekaanisia ominaisuuksia. Suurin ongelma erityisesti kasvikuitujen käytössä komposiitissa on niiden suuri taipumus absorboida vettä. PE-HD kappaleissa lämpötilan noston havaittiin kiihdyttävän huomattavasti veden absorptiota. Testikappaleisiin absorboitunut vesi pääsääntöisesti jäykisti, lujitti ja haurastutti kappaletta. Keinotekoisen UV-säteilyaltistuksen seurauksena testikappaleiden vetolujuus, Youngin moduuli ja murtovenymä pääsääntöisesti laskivat pitkillä yli 2000 tunnin altistusajoilla. Luonnonmateriaali, kuten lasikuitukin, lujitteena kuitenkin paransi kappaleen UV-säteilyn kestoa verrattuna lujittamattomaan materiaaliin