Tikkausparametrien vaikutus suorakuitulaminaatin rakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin

Muovikomposiittien lujittamiseen käytettävissä suorakuitulujitteissa on yksi tai useampia yhdensuuntaisista kuitukimpuista muodostuvia päällekkäisiä kerroksia, jotka tavallisimmin liitetään toisiinsa tikkaamalla. Vaikka tikkauslanka on sekundaarinen eli ainoastaan lujitteen koossa pysymistä edistävä elementti, sillä on merkittävä vaikutus lopullisen tuotteen eli suorakuitulaminaatin rakenteeseen ja sitä kautta myös sen mekaanisiin ominaisuuksiin. Tikkauslanka muodostaa lujitekuiduista erillisiä kimppuja, joiden väliin jää hartsirikkaita alueita. Epähomogeeninen kerrosrakenne heikentää suorakuitulaminaatin tason suuntaisia mekaanisia ominaisuuksia, joista erityisesti väsymisominaisuudet ovat normaaliin prepreg-laminaattiin verrattuna heikommat. Tämän diplomityön tavoitteena oli sekä kirjallisuustutkimuksen että rakennetutkimuksen avulla selvittää, miten muutokset tikkausparametreissa vaikuttavat suorakuitulaminaatin mekaanisiin ominaisuuksiin. Kirjallisuustutkimuksen perusteella suorakuitulujitteille tyypilliset ominaisuudet, kuten kuitujen mutkaisuus ja paikallisesti korkeat kuitupitoisuudet kuitukimppujen sisällä, lisäävät kuitujen välisten kontaktien määrää. Lisäksi suurehkot ja säännöllisesti esiintyvät hartsirikkaat alueet aiheuttavat suorakuitulaminaattiin jännityskeskittymiä. Kaikkien edellä mainittujen seikkojen on todettu heikentävän erityisesti suorakuitulaminaattien väsymisominaisuuksia. Rakennetutkimuksessa selvitettiin tikkauslangan kireyden ja tikin leveyden vaikutuksia suorakuitulaminaatin mikro- ja mesorakenteisiin käyttämällä kolmea erilaista tikkausparametriyhdistelmää. Tutkimus toteutettiin kuvaamalla koelaminaateista valmistettujen koesauvojen poikkileikkauspintoja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja analysoimalla kuvat ImageJ-kuvankäsittelyohjelmalla. Kuvista analysoitiin kimppujen kuitupitoisuudet, poikkileikkauspinta-alat ja kuitukontaktien lukumäärä kuitupitoisuuden funktiona. Tutkimustulokset eivät ole täysin yksiselitteisiä, mutta näyttäisi siltä, että suorakuitulaminaatin mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa pitämällä tikkauslanka mahdollisimman löysällä ja valitsemalla tikin leveydeksi jokin rovingin leveyden kerrannainen. Lisäksi kirjallisuustutkimus antoi viitteitä siitä, että lyhyt tikin pituus vähentää kimppujen mutkaisuutta ja parantaa siten suorakuitulaminaatin mekaanisia ominaisuuksia