1. No category

‘GRØNNE’ BIOKOMPOSITTER TIL
LOFTS- OG VÆGELEMENTER
– en undersøgelse af funktionelle
& æstetiske potentialer
FORORD
1. april 2011
Denne rapport er dokumentation for projektet ‘Grønne’ biokompositter til lofts- og vægelementer – en undersøgelse af
funktionelle og æstetiske potentialer, der blev udført på Designskolen Kolding september til december 2011. Projektet er blevet
udført af Karen Marie Hasling i samarbejde med Vibeke Riisberg
og Joy Boutrup.
Projektet har fungeret som et forprojekt, med det formål at
danne et grundlag for et fremtidigt Ph.d.-projekt indenfor
samme område. Projektet har derfor arbejdet med at materialisere konceptet i form af en række demonstrationsmodeller
såvel som at forsøge at klarlægge en række problemstillinger
med anvendelsen af dette materiale til den givne anvendelse.
Projektet har været støttet af midler fra Center for Designforskning (Danish Centre for Design Research), der har gjort det
muligt at lave denne forundersøgelse.
Projektet kunne ikke være blevet realiseret uden hjælp fra Fiberlaboratoriet, Afdelingen for Materaleforskning (AFM) på
Risø DTU, der har stillet materialer, maskiner og vejledning til
rådighed. Her rettes specielt en tak til Tom Løgstrup Andersen
og Jacob Christensen.
DTU Fotonik og Søren Stentoft har været behjælpelige med refleksions- og farvemålinger.
Sidst men ikke mindst en stor tak til Louise Ravnløkke og Hege
Solberg, begge tekstildesignstuderende på Designskolen Kolding, der har hjulpet til at lave smukke og særegne tekstiler, der
i deres natur, har skabt optimale vilkår for at blive videreført og
oversat til et fiberkompositlaminat.
Mere information om projektet kan findes på
www.tekstilingenior.dk/graphic-composites
God læsning!
i
ii
1
FUNKTIONELLE POTENTIALER
ÆSTETISKE POTENTIALER
9
KONKLUSION
REFERENCER
29
INDHOLD
INDLEDNING
FIBERKOMPOSITTER
4
19
32
iii
Den nuværende anvendelse af fiberkompositter bygger i høj
grad på materialets evne til at opnå høj styrke kombineret med
lav vægt samt formfleksibilitet. Imidlertid indehaver materialet
et antal andre egenskaber, der kan drages fordel af, således at
fiberkompositters identitet og anvendelsesområder vil kunne
udvides og revurderes.
Fiberkompositter består af en struktur af fibre indkapslet i plastik. Til high performance applikationer er materialevalget i og
orienteringen af fibrene optimerede, så materialet opnår den
styrke, der er ønsket. Heraf kommer også betegnelsen fiberforstærket plastik, der i høj grad retfærdiggør fiberens rolle i
en fiberkomposit; altså at den forstærker plasten. Med denne
betegnelse fremgår det tydeligere, at det er plasten, der er i
fokus, mens fibre anvendes som et forstærkningsværktøj.
Dette studie har haft til formål at vende denne forståelse på
hovedet og anskue tekstilet som den aktive komponent, mens
plasten anvendes som et redskab til at indkapsle og skåne tekstilerne fra det omkringværende miljø samt fiksere den tekstile
struktur i en ønsket form og position. Hertil kommer, at det er
muligt at lade de to komponenter interagere med hinanden, så
plasten er med til at forstærke det tekstile udtryk.
Ud fra denne betragtning opstår muligheden for at fremstille et
alsidigt materiale, der medbringer stærke associationer fra tekstiler såsom hjemlighed og hygge, men i et beskyttet miljø. Det
flytter i første omgang fokus fra ønsket om primært det stærke
materiale, til at kunne skabe særegne og attraktive materialer,
hvis udtryk og identitet først og fremmest bæres frem af den
tekstile komponent; således skabes en visuel fiberkomposit.
Set i et bredt perspektiv er størstedelen af overfladerne i bygninger, såsom vægge, lofter og gulve, der anvendes til at adskille
rum og etager, passive elementer, dvs. ikke-bærende. Hertil kan
tillige tilføjes eventuelle afskærmninger såsom skillevægge og
persienner. Det store areal taget i betragtning besidder fladerne
et enormt potentiale i forhold til at kunne genere et udtryk, skabe en stemning og give en oplevelse; et potentiale der kun i
begrænset grad udnyttes i dag.
Hvor kom idéen fra?
Idéen med at anskue og udnytte fiberkompositters visuelle potentialer blev udviklet i forbindelse med Karen Marie Haslings
masterprojekt ’Funktionelle fiberkompositter’, der blev udført i
et samarbejde mellem DTU Management og Risø DTU. Projektet
forsøgte at udfordre egenskaber, der sjældent diskuteres rela-
1
INDLEDNING
Mod et paradigmeskift
tion til fiberkompositter.
Masterprojektet tog udgangspunkt i, hvorledes det var muligt at
integrere funktioner og funktionelle elementer, såsom solceller,
lysdioder, elektriske kredsløb og varmefølsomme overflader i en
fiberkomposit. Formålet med projektet var ikke at udvikle endelige forslag til, hvordan muligheden for integrationen af disse
elementer kan anvendes, men mere at åbne op for at anvende
fiberkompositter i andre sammenhænge end man ser i dag.
Ved at forholde sig til materialet i en ny kontekst og til et andet marked blev en række parametre, der blev anset afgørende
for en mulig fremtidig succes af materialet opstillet. Indenfor
masterprojektets tidsramme og ud fra de krav, der forhånd var
stillet. Masterprojektet var tænkt som en øjenåbner, der havde
til formål at debattere nye anvendelsesaspekter for fiberkompositter til fremtidens materiale, men forholdte sig i begrænset
omfang til den de krav og restriktioner der findes på en række
områder for materialer anvendt i f.eks byggeriet.
Det bæredygtige aspekt i projektet
Bæredygtighed er i disse år på alles læber og der er ingen tvivl
om, at det er et område der ikke er til at komme udenom. Med
fortsatte klimaforandringer, forurening, befolkningstilvækst og
fortsat overforbrug af naturens ressourcer er det nødvendigt
at finde alternative løsninger, hvis den levestandard vi har i dag
skal bibeholdes.
På et område som materialer er udviklingen hurtig og konstant
og nye materialer opfindes, udvikles og optimeres i takt med
stigende behov fra industrier, hvori materialerne skal anvendes.
Materialer bliver i højere og højere grad udviklet specielt til et
bestemt formål og skal derfor kunne yde noget særligt for at
komme i betragtning.
Selvom fiberkompositter bl.a. til vindmøller og til transportmidler kan være med til at skabe miljøvenlig energi og spare
brændstof, er de materialer, der oftest anvendes i sig selv. Langt
størstedelen af den industrielle produktion af fiberkompositter er med hærdeplaster, som matrix, hvilket gør dem svære at
genanvende. Ydermere består de hærdeplaster der anvendes, i
de mange tilfælde af giftige kemikalier, der kan skade, ikke bare
under produktionen, men også under materialets levetid og i
destruktionsfasen.
Dette projekt har i stedet valgt at tage udgangspunkt i en
bæredygtig termoplastisk resin(plast), der stiller andre krav til
fremstillingsprocessen, men ikke på samme måde er problematisk for dets omgivelser. Derimod er den anvendte plastik, PLA
2
stadig under udvikling, hvilket ikke bare har gjort det nødvendigt
at forholde sig til overgangen fra hærdeplast til termoplast, men
også til, hvorvidt denne bæredygtige plastik kan tilfredsstille de
krav, der er blevet sat.
Hvad har projektet indeholdt?
I løbet af projekt er der blevet arbejdet med teori såvel som
praksis og med det funktionelle såvel som det æstetiske potentiale i materialet. Som forprojekt var det ikke tanken at gå
i dybden med de identificerede problemstillinger, der vil blive
diskuteret, men at foretage en screening af de umiddelbare muligheder og begrænsninger der må forekomme, for på den måde
at kunne danne et overblik over, hvorvidt materialet på sigt vil
kunne fremstilles industrielt og kommercialiseres.
Som udgangspunkt er hver problemstilling blevet behandlet
separat, hvilket dog ikke har været muligt at følge i alle tilfælde,
da nogle problemstillinger er koblede til hinanden. Forskning og
udvikling i en række af problemstillingerne har haft fokus på andre anvendelser og kan derfor heller ikke garanteres være gyldige løsninger til dette materiale. Det har dog alligevel været
anset aktuelt at inddrage resultater herfra, da det kan give en
indikation indenfor den givne problemstilling.
Materialisering vha.
demonstrationsmodeller
Æstetisk potentiale
Fig. 1. Oversigt over områder og problemstillinger,
der har været behandlet i
projektet.
Funktionelt potentiale
Hygiejne
Indeklima/
afdunstning
Brandhæmning
Nedbrydning
af kemikalier
3
Kompositter bliver defineret som materialer bestående af flere
separate faser. Ved at udnytte forskellige materialeegenskaber
i faserne er det muligt at generere designede materialekombinationer, der kan opfylde de krav det stilles til en given applikation (Bunsell et al. 2005). I denne sammenhæng vil kompositten
være sammensat af et emne, fiberen, der er omsluttet af matricen, plasten. Komposittens egenskaber gives ud fra en kombination af bl.a. egenskaberne for hver fase, volumenfordelingen og
komposittens geometri (Callister 2007).
Hvad er en fiberkomposit?
En fiberkomposit består af en fiberdel og en plastikdel. I en fiberkomposit bidrager fibrene til at give materialet styrke, mens
plasten binder fibrene sammen og fordeler de belastninger der
opstår i fibrene. Fibrene kan findes i bundter, i ordnede strukturer såsom vævede eller strikkede eller med en mere eller mindre
tilfældig struktur som i nonwovens.
+
FIBER
=
MATRIX
FIBERKOMPOSIT
Fig. 2. Illustration af, hvordan en fiberkomposit er opbygget
Hvorfor er fiberkompositter interessante?
Fiberkompositter er interessante fordi det er muligt at fremstille
materialer med gode mekaniske egenskaber og dertilhørende
lav vægt, overfladeegenskaber som den plast, man har anvendt
som matrix og en formfleksibilitet, der giver en stor frihed i formgivning af materialet.
Hvor anvendes fiberkompositter?
Fiberkompositter udmærker sig ved at kunne opnå stor styrke
med en relativ lille vægt. Dét, kombineret med en stor grad af
formfleksibilitet, gør materialerne attraktive til transportmidler,
der derved kan spare brændstof som en effekt den lavere vægt.
Eksempler på dette er flyvinger, bilkarroserier og interiørdele til
rumskibe m.fl. Fiberkompositter kan desuden erstatte konstruktionsmaterialer som fx stål, aluminium og træ. I Danmark er det
største marked for fiberkompositter vindmølle-vinger. Fælles for
disse anvendelser er, at der stilles høje krav til materialernes
mekaniske egenskaber
4
FIBERKOMPOSITTER
Fig. 4. Eksempler på anvendelser af fiberkompositter
Hvad er biokompositter?
Konventionelle fiberkompositter fremstilles i høj grad af materialer, der er ressourceforbrugende og svære at genanvende eller
nedbryde, hvilket er problematisk. Det gør det interessant at
arbejde med et materiale, der forsøger at gøre op med dette.
Biokompositter er fiberkompositter, hvor både fiber og matrix
består af fornybare og nedbrydelige materialer og som derved
kan siges at have en bæredygtig profil.
Bæredygtige fiberkompositter er et område, hvori der forskes
og udvikles intensivt, men de produkter og anvendelser, der er
kommercielt tilgængelige, er sjældent visuelt attraktive. F.eks
anvendes fibre, ofte grove og ublegede på bundtform eller i
grove måttestrukturer indkapslet i en neutral eller gullig resin.
Figur 3 viser to eksempler på industrialiserede biokompositter,
men, som det er tilfældet for også almindelige fiberkompositter,
er kernen ikke dets æstetiske potentialer, men styrke, formbarhed og lethed.
Fig. 3. Eksempler på nuværende anvendelser af biokompositter. Til venstre pultruderet hamp/PP, til højre
bilkompomenter i ubekendt
biokomposit
Tegnestuen 3XN har sat fokus på fiberkompositter såvel som
biokompositter og lavede i den forbindelse en pavillion af
5
naturfibre i kombination med en bio-resin. Pavillionen havde til
formål at illustrere, hvilke muligheder der ligger i alternative og
bæredygtige materialer; således anvendes også piezoelektriske
elementer til at generere lys fra lysdioder og et stort areal er
dækket med solceller. Den sløjfelignende form er konstrueret
af en sandwich-biokomposit bestående af kork, hamp og en
hærdeplast baseret på majs.
Fig. 5. 3XNs pavillion i biokomposit (foto: 3XN)
Hvorfor naturfibre?
I størstedelen af de fiberkompositter, der fremstilles og anvendes i dag, består fiberkomponenten af glas-, kul- eller aramidfibre såsom Kevlar. Dette skyldes hovedsagligt, at disse fibre har
gode styrkeegenskaber, hvilket er ønsket indenfor de område
fiberkompositter almindeligvis anvendes til i dag. Forskning indenfor naturfibre til fiberkompositter drives primært af ønsket
om, at ville udfase anvendelsen af syntetiske fibre, er deres negative påvirkning på miljøet, være sig i hele materialets kredsløb
fra en energikrævende produktion af ikke-fornybare ressourcer
til en problematisk nedbrydningsproces. Det er herved også ønsket at reducere materialernes CO2-generering.
Produktionen, anvendelsen og nedbrydningen af naturfibre
fungerer grundlæggende som et lukket CO2-kredsløb, hvor
energiforbruget ved fremstillingen er betragteligt lavere end
for syntetiske fibre. Til fiberforstærkning anvende hovedsagligt
plante- eller vegetabilske fibre, der kan kendetegnes ved at have
en lavere vægt, er billigere at fremstille, har en øget genanvendelseskapacitet og skaber en forbedret sikkerhed, da der
ikke findes skadelige stoffer i fibrene. Generelt er naturfibres
mekaniske egenskaber gode og med en lavere densitet, er deres specifikke styrkeegenskaber særegne (med specifik styrke
menes forholdet mellem styrke og vægt af et givent materiale).
For at skabe en god kompositkvalitet skal resinen fordeles omkring fibrene så godt som muligt og i så vidt mulig grad skal luftindeslutninger undgås. Naturfibre er opbygget af cellulosemolekyler og denne molekylære struktur gør det lettere for resinen
at blive absorberet i fiberen. Cellulosemolekyler er hydrofile og
hygroskope, der gør at de kan optage fugt og større mængder
vand, hvilket gør dem mere modtagelige overfor forurenende
molekyler der følger med (Wool & Sun 2005). Adhesionsproblemer kan opstå, da cellulosefibre er hydrofile og de fleste resiner er hydrofobe, hvilket kan afhjælpes ved at anvende resiner,
der er udviklet specielt til formålet (Aziz et al. 2005). Dertil hører, at de kortere fibre og ofte større porøsiteter i et tekstil af
6
I fremstillings- og håndteringsprocessen af materialet er plantefibermaterialer fordelagtige, eftersom de grundlæggende
ikke forårsager allergiske reaktioner eller hudirritationer. Til
sammenligning er glasfibre stive og uhåndterbare og specielt
uslebne laminatkanter vil være skarpe med små glasfibre, der
sætter sig i huden og skaber irritation og kløe.
Bomuld er den mest velkendte naturfiber og kan med fordel
anvendes i denne sammenhæng. Sammenlignet med at andre
plantefibre såsom hør, ramie m.fl. har bomuld en højere densitet
og lavere styrke, hvilket giver markant dårligere specifikke styrkeegenskaber. Dog kan finheden og jævnheden på bomuldsfibre
frembringe finere og mere delikate materialer. TIl anvendelse i
projektet påkræves ikke exceptionelle mekaniske egenskaber,
hvorved er kan stille højere krav til fibermaterialets udseende.
Ved at anvende bomuld er det desuden muligt at vælge ud fra et
stort udvalg af kvaliteter.
Hærdeplaster og termoplaster
Der findes overordnet set to forskellige slags plastik. Termoplaster, der bliver bløde og smelter ved højere temperaturer
og hærdeplaster, hvor to komponenter kombineres og hærder
(krydsbinder og bliver hårde). Termoplasters form kan ændres
flere gange ved at tilføre materialet varme, mens formen på en
hærdeplast er irreversibel ,når materialet har hærdet.
I kompositindustrien er det mest almindeligt at anvende hærdeplaster, typisk af epoxy- eller umættede polyestertyper. Hærdeplaster kan være fordelagtigt i nogle sammenhænge bl.a. fordi
produktionsprocessen kan udføres ved stuetemperaturer og
fordi materialet ikke risikerer at smelte ved stigende temperaturer.
PLA, der har været anvendt til dette projekt adskiller sig således
ikke kun fra konventionelle resintyper ved at være bæredygtig,
men i ligeså høj grad ved at være termoplastisk. At den anvendte resin er termoplastisk er dog også fordelagtigt i relation
til bæredygtighedsaspektet, da det er muligt at genanvende termoplastiske polymermaterialer; enten ved kemisk regenerering
eller ved, termisk, at suge resinen ud af fibrene. Et andet argument for at anvende en termoplastisk resin har også været, at
det er muligt at efterforme et termoplastisk laminat. Det vil gøre
det muligt at fremstille en større batch og efterfølgende forme
eller tilføje detaljer såsom overfladestrukturer ud fra specifikke
ønsker og behov. Med tanke på produktionsprocessen er det
muligt at afkorte procestiden ved at anvende en termoplastisk
7
FIBERKOMPOSITTER
naturfibre vil gør det lettere for resinen at få fat.
resin. I modsætning til en hærdeplastproces, hvor det en hærdning kan variere fra 6 til 48 timer, er procestiden for en termoplast den tid det tager at varme materialet tilstrækkeligt op og
presse det.
Fiberfraktion og mekaniske egenskaber
Fiberfraktionen er et udtryk for andelen af fiber i en fiberkomposit og udtrykkes i procent i forhold til volumen eller vægt. Da
komposittens styrke og stivhed er afhængig af forholdet mellem fiber og matrix, kan fiberfraktionen anvendes til at estimere
komposittens styrke ud fra de anvendte materialer.
Der findes en naturlig begrænsning i, hvor tæt det er muligt
at pakke fibrene i en komposit og heraf, hvor stor en fiberfraktion det er muligt at opnå. For vævede tekstiler vil det, som et
resultat af bindingerne, ikke være muligt at pakke fibrene tæt,
hvorfor fiberfraktionen bliver mindre. For fiberkompositter,
hvor de tekstile lamina består af fiberoplæg i én retning (unidirektionelle), vil det være nemmere at pakke lagene tættere og
dermed opnå en høj fiberfraktion. Fiberfraktionen for plantefibre vil også være lavere, da fibrene ikke, som syntetiske fibre,
vil være helt glatte. Termoplastiske polymerer har en højere viskositet og flyder derfor ikke så let som hærdeplaster, hvilket gør
det nødvendigt, at anvende en større andel resin for at sikre, at
der ikke kommer porøsiteter i laminaterne. Denne tendens kan
mindskes ved at anvende hybridgarner, hvilket til dette projekt
ikke har været relevant.
I dette projektet tages der i fremstillingen ikke hensyn til materialets mekaniske egenskaber. Imidlertid er det nødvendigt
at forholde sig til disse egenskaber, når materialets egnethed i
relation til slidtage og potentiel brug vil skulle diskuteres på et
senere tidspunkt.
8
Opførelsen af en række nye sygehuse har været udgangspunktet
for projektet. Denne kontekst blev valgt ud fra, at det er et område, hvorpå der stilles store krav til materialer i form af holdbarhed, hygiejne og pris samtidig med, at det er et område i
udvikling. Sygehuse anvendes af syge mennesker med lavt immunforsvar, der har en række forskellige sygdomme. Der er
stor udskiftning i indlagte, ansatte og besøgende, hvilket skaber
stor risiko for smitte. De anvendte materialer på sygehuse skal
kræve et minimum af vedligeholdelse, hvilket skaber et behov
for robusthed og holdbarhed ligeså vel som en hyppig, men let
og effektiv rengøring. Dertil hører, at materialeprisen ikke må
overstige andre materialer, der kunne være anvendt til samme
formål.
Sygehuse er et sted, hvor syge mennesker fanges i deres svageste øjeblik, hvor de tages ud af deres faste og trygge rammer
for at blive behandlet. Det er derfor ønsket med projektet, at
kunne være med til at skabe et miljø, der føles hjemligt og trygt
og samtidig kan leve op til de krav, der stilles.
9
FUNKTIONELLE POTENTIALER
Kontekst
Miljøvenlig brandhæmning af biokompositter
For at materialer som de pågældende biokompositter skal have
potentiale indenfor industrielt design og byggeri, er det afgørende, at de kan leve op til de krav, der findes i forhold til
materialets brandegenskaber. Det vil være med til at beskrive
om materialet har en fremtid og kan få kommerciel succes. Selvom det som materialeudvikler kan skabe problemer og kræve
modifikationer, er det dog samtidigt kun godt, at der findes krav,
da de har til formål at sikre omgivelserne, i fald en brand skulle
opstå.
Afhængigt af, hvordan materialet udvikler sig og hermed, hvilke
anvendelser der viser sig hensigtsmæssige, vil forskellige krav og
standarder blive aktuelle. Indenfor byggeriet vil kravene således
bl.a. afhænge af om biokompositterne vil kunne anvendes til
bærende konstruktioner, hvilket vil kræve en yderlige udvikling
af dets mekaniske egenskaber, eller om de i højere grad skal anvendes til ikke-bærende elementer.
Dette projekt har taget udgangspunkt i at anvende biokompositterne til ikke-bærende formål såsom lofts- og vægelementer,
skillevægge, paneler, hvor en standard som ‘DS/EN 13501-1+A1
– Brandklassifikation af byggevarer og bygningsdele – Del 1:
Klassifikation ud fra resultater opnået ved prøvning af brandreaktion’ eller ‘DS 1065-1 Brandteknisk klassifikation. Byggematerialer’ kunne være gældende. Det har under projektforløbet
ikke være muligt at teste materialernes brandegenskaber og de
nærmere detaljer vedrørende standarden vil derfor ikke blive
nærmere diskuteret.
Fiberkompositter er komplekse materialer og det er derfor noget nær umuligt at forudse præcist, hvordan det vil reagere på
en flammekilde. Hverken PLA eller en given anvendt plantefiber
vil i sig selv kunne leve op til brandhæmningskravene.
Teknisk set vil man kunne forbedre brandegenskaber på tre
måder: ved at brandhæmme fiberdelen, ved at brandhæmme
matricen eller ved at indlægge en brandhæmmendebarriere i
kompositten
En brandbarriere vil være et lamina i fiberkompositten, der
ikke brænder så let, f.eks ved at forbruge meget energi under
forbrændingsprocessen. Eksempler på sådanne materialer er
metaller og keramik. Umiddelbart vil det dog ikke være hensigtsmæssigt for en række af de foreslåede anvendelser, da en
barriere vil påvirke det æstetiske udtryk, idet det bl.a. vil gøre
10
Det vil være gavnligt at anvende fibre med gode brandhæmningsegenskaber, men det vil grundlæggende være mere funktionelt
at sikre, at brandhæmningsegenskaberne for matricen er gode.
Dette skyldes bl.a. at:
• Fibervolumenfraktion i de givne materialer ligger omkring 30% og derfor vil have mindre betydning en matricen
• Fibrene er indkapslet af matricen og vil ikke være det
materiale flammerne i første omgang kommer i kontakt med. I tilfælde, hvor kun fibrene bidrog til en god
brandhæmning, ville flammerne kunne vandre uforhindret gennem matricen.
• Det i naturfibre ikke er muligt at integrere brandhæmningen i fiberen. Hvis brandhæmningen tilføres i form
af et kemikalie som belægning eller imprægnering på
tekstilet, vil det påvirke vedhæftningen mellem tekstil og resin i kompositten, hvilket ikke bare påvirker
dens mekaniske egenskaber, men også kan have indflydelse på dens visuelle udtryk i form af urenheder og
porøsiteter.
Flammehæmning af matrix
En resin vil kunne forbedre sine brandhæmningsegenskaber enten ved at få integreret et brandhæmmende element i polymeren, som det tilfældet med f.eks. Trevira CS eller ved at tilsætte
et brandhæmmende kemikalie til polymersmelten.
Som det er tilfældet med Trevira CS, hvor en organisk fosforforbindelse er blevet co-polymeriseret med polyesteren, bliver
funktionen forankret i fiberen på molekylært niveau. Således
vil brandhæmningen ikke mindskes ved f.eks. vask eller brug og
polymeren i sig selv er ikke skadelig. Da PLA ligeledes er en polyester kan man forestille sig, at en lignende co-polymerisation vil
kunne forbedre polymerens brandhæmningsegenskaber. Mange
miljøvenlige materialer, også PLA, er som allerede nævnt stadig
på forsknings- og udviklingsstadiet og det er således nødvendigt
at undersøge, hvordan materialerne interagerer med kemikalier
til f.eks flammehæmning. Man kan sige, at markedet for materialerne stadig befinder sig i en stabiliseringsfase, hvor det er
vigtigt at skabe viden om essentielle emner, såsom at kunne
fremstille materialer med mekaniske egenskaber, der kan leve
op til kravene, øge smelte- og glastransitionstemperaturen, øge
effektiviteten mm.
En stor gruppe af de kemikalier, der tidligere har været anvendt
11
FUNKTIONELLE POTENTIALER
materialet utransparent.
som brandhæmmere viste sig være stærkt kræftfremkaldende
og skade arvemassen hos mennesker såvel som dyr. Halogenerede brandhæmmere, som de kaldes, er effektive og kunne
tilsættes som additiv direkte til polymersmelten, hvilket gjorde
det til en enkel og virkningsfuld måde at gøre materialer modstandsdygtige overfor brand.
At flammehæmme miljøvenlige materialer med ikke-miljøvenlige kemikalier, vil være et paradoks man helst vil undgå. Selvom
mange af de brandhæmmere der anvendes på markedet ikke
er direkte sundhedsskadelige, er de færreste gode for miljøet
ligeså lidt som for sundheden. De brandhæmmere der går som
miljøvenlige, har nogle kraftige begrænsninger i forhold til mulige anvendelsesområder.
Så vidt vides findes der stadig ingen optimale miljøvenlige brandhæmningsløsninger til PLA til dette formål. Dog er det værd at
nævne nogle muligheder, der kunne være interessante:
• Apyrum fra Deflamo AB og Burnblock bygger på samme
miljøvenlige teknologi, hvor inorganiske fosforsalte kan
tilsættes til et materiale. I vandige opløsninger har kemikalierne mest været anvendt til imprægnering af tekstiler, papir mm., men tørret salt kan potentielt tilsættes
en smelte. Det kan dog være svært, at tørre saltet i en
grad, det er nødvendigt for ikke at skade kvaliteten af
resinen og afhængigt at, hvor meget kemikalie det er
nødvendigt at tilsætte, vil det påvirke transparensen.
Fosforsaltene er også letopløselige, hvilket gør brandhæmningsfunktionen sårbar overfor fugt, rengøringskemikalier mm. En opløsning af saltene vil skade overfladen og gøre den ru og ujævn, hvilket vil gøre det
lettere for mikroorganismer at sætte sig fast og ændre
lysreflektionen på overfladen (www.deflamo.se).
• Et forskningsteam fra Laboratoire Procédés d’Elaboration
des Revêtements Functionnels fra ENSCL i Frankrig har
undersøgt brandhæmningsmuligheder med brug af
organiske forbindelser som lignin og stivelse som kuldannende element i en intumiscerence brandhæmmer
baseret på en organisk fosforforbindelse (Reti et al.
2008). Resultaterne, udtrykt ved LOI-værdier, varmefrigørelse (HRR) og massetab (MR) for ubehandlet PLA,
PLA behandlet med en intumiscerende blanding med
en almindelig kuldanner, pentaerythritol, og med hhv.
lignin og stivelse som kuldannere i forholdet PLA60/
APP30/kuldanner10 har for både lignin og stivelse
været tilfredsstillende. Desværre vil både lignin og
stivelse tilføre resinen en brun-gullig farve, hvilket gør
12
Det kan således vise sig at være lettere sagt end gjort at finde en
brandhæmmende løsning, der ikke samtidig har en yderst negativ indvirkning på transparensen, som må anses være én af de
vigtigere for dette materiale.
Hvad er et godt indeklima?
Livet igennem befinder mennesket sig, ifølge studier, 90% inden
døre, hvilket gør det vigtigt og nødvendigt at forholde sig til og
diskutere de forskellige måder, hvorpå man kan blive negativt
påvirket det indendørsmiljø. Det er et felt som opnår stigende opmærksomhed, da effekten af et dårligt indeklima har en
række sundhedsimplikationer. Således indikerer studier foretaget af det amerikanske Environmental Protection Agency (EPA),
at omkring 20% af befolkningen har helbredsrelaterede problemer forbundet til ’Sick Building Syndrom’ og ’Building Related
Illness’.
Indeklimaet kan påvirkes af parametre såsom f.eks. lys, akustik
og luftkvalitet. I relation til dette projekt er der blevet fokuseret
på muligheden for at øge luftkvaliteten på en række punkter,
som grundlæggende bygger på vigtigheden i at anvende materialer, der ikke indeholder stoffer, der er skadelige for den menneskelige organisme. Selv små mængder af kemiske stoffer tilsat et materiale eller produkt under fremstillingsprocessen vil
kunne udskilles i løbet af dets brugsfase. Eksempler på tilsætningsstoffer, der kan uddunste er lim, plastik (f.eks. PVC), maling
m.fl.
I forhold til bygningsmaterialer anvendt til indendørsbrug er
det derfor vigtigt, at de ikke indeholder stoffer, der uddunster
og ophober sig i luften. Porøse materialer kan også bevirke en
risiko for et dårligt indeklima, da løse partikler, i lighed med volatile gasser, kan irritere, genere og skade kroppen gennem luftvejene og huden. Tekstiler, især fremstillet af uld og plantefibre,
er porøse, bl.a. som et resultat en begrænset fiberlængde og en
stor overlapning af løse fibre, der ved brug og slid afgives til omgivelserne. Anvendelse af tekstil til indendørs brug, f.eks i form
af akustiske skillevægge, kan derfor resultere i et højere niveau
af løse fiberpartikler i luften.
Standardisering og mærkning
Fig. 6. Det danske indeklimamærke
Der findes fra Det Danske Indeklima Selskab en Indeklimamærkning, der har til formål at kvantificere, hvor længe stoffer
og partikler fra materialer og produkter, ud fra en standardiseret
test, vil findes i luften og dermed påvirke omgivelserne. Stan-
13
FUNKTIONELLE POTENTIALER
svær at anvende til dette materiale.
darden og mærkningen har til formål at gøre det lettere for
producenter at udvikle og fremstille mere indeklimavenlige
produkter, at gøre det lettere for forbrugeren at udvælge mere
indeklimavenlige produkter, samt at give et værktøj til bedre at
kunne forstå implikationerne af produkter og materialer i bygninger. Det er blevet anset nødvendigt at skabe et værktøj, der
kan kvantificere og værdisætte luftkvalitet og dermed skabe
et grundlag for at sammenligne forskellige produkter i forskellige scenarier. I følge standarden kan luftkvaliteten således udtrykkes som en tidsværdi, der beskriver, hvor længe et stof eller
en række stoffer i et materiale afsondrer i en sådan grad, at det
skader luftkvaliteten og dermed indeklimaet.
Tekstiler og indeklimaet
Indretningstekstiler er traditionelt en del af indretningen i form
af sengetøj, gardiner, møbelstof og i nogle gulvtæpper. Tekstiler
har positiv indvirkning på akustik, indgår som dekorative elementer og tilfører rummene en særlig form for genkendelig materialitet. Indretningstekstiler kan således medvirke til at skabe
’tryghed’ og atmosfære.
Imidlertid er tekstiler materialer, der kan afgive store mængder
frie fibre, hvilket er problematisk, da det skaber støv, som kan
være til gene både i form af øget behov for rengøring og irritation af luftveje. Ydermere kan skidt og mikroorganismer sætte
sig fast i tekstilernes porøsiteter. Af disse grunde er især gardiner og møbelstof på vej ud af sygehusene som et resultat af
skærpede krav til hygiejne, frygt for resistente bakterier og nedskæringer i ressourcer anvendt på vask og vedligeholdelse.
Ikke kun tekstiler er problematiske for indeklimaet. Gipsplader
er i deres natur porøse og kan derfor på en række punkter diskuteres på lige vilkår som tekstil. Dertil hører, at de fleste behandlinger, malinger og lakeringer indeholder kemikalier og flygtige
forbindelser, der et givet stykke tid efter påføringen vil påvirke
luftkvaliteten i omgivelserne. Således indeholder plaster, i
særdeleshed hærdeplaster og PVC, kemikalier, der vil komme ud
i luften.
Biokompositter og indeklimaet
Med ønsket om at bibeholde en tekstil ’følelse’ i omgivelserne,
er æstetiske og dekorative biokompositter ideelle.
Ved at indkapsle tekstiler i en transparent matrix vil de ikke længere være porøse, men fortsat være tydelige. Ved at anvende
bæredygtige råmaterialer i både fiber og matrix, findes ingen
stoffer, der i større omfang kan afgasse til omgivelserne. Eventuelle kemikalier, anvendt til behandling af tekstilet for at gøre ma-
14
En sidste detalje, der gør biokompositter fordelagtige er, at laminaternes overfladestrukturer kan designes så skidt, støv og bakterier ikke kan sætte sig fast.
Hygiejne i sundhedssektoren
God hygiejne er altafgørende for, at den helbredsfremmende
praksis, sygehuse er ansvarlige for, er succesfuld. Syge mennesker med dårligt immunforsvar er ekstra modtagelige overfor
smitsomme sygdomme. På sygehuse findes et utal forskellige
sygdomme, som kan overføres mellem patienter gennem personale, luft og inventar. Således viser en undersøgelser, at 8-10% af
indlagte patienter pådrager sig ekstra sygdomme som et resultat
af dårlig hygiejne på sygehusene (’Nye materialer til sygehuse,
2010). En god rengøring samt, materialer og objekter, der kan
facilitere dette, er derfor vigtig for at sygehuse kan udføre deres
egentlige funktion.
Fig. 7. Eksempler på, hvordan de eksisterende sygehuse er indrettet. Til venstre en sygestue, i midten et bade værelse og til
højre et indgangsparti.
Rengøringen i sundhedssektoren har primært til formål at fjerne
smitstof fra overflade, og forebygge spredning af mikroorganismer, der skaber risiko for infektioner, men også at vedligeholde
inventar, vægge og gulve mm. Ydermere kan rengøringen opdeles i risikofaktorer såsom spild og forurening med blod, sekret
og ekskret samt ophobning af støv, affald og løst snavs.
Inventar og materialer på sygehuse skal kunne modstå intensivt
brug og påvirkning over en lang årrække. Således skal materialer kunne klare mekaniske belastning og ældning ligeså vel som
gentagen rengøring, der kan forringe de mekaniske egenskaber
såvel som materialernes visuelle udtryk. Materialerne skal derfor kunne modstå en vedholdende rengøring med de rengørinsartikler, der anvendes på sygehuse ligesåvel som mekaniske belastninger.
15
FUNKTIONELLE POTENTIALER
terialet attraktivt, vil blive anvendt i meget begrænset omgang
og ydermere være afskærmet af matricen.
Krav, standarder og ønsker
Sygehusene er ikke fra højere sted underlagt specifikke standarder, men standarden ’DS 2451-10 Styring af infektionshygiejne i
sundhedssektoren – Del 10: Krav til rengøring som vejledning i
forhold til at sikre god hygiejne’ følges i mange tilfælde. For at facilitere rengøringen er det optimalt at anvende ikke-porøse materialer og overflader, der let kan tørres vaf eller er selvrensende
og have et minimum af samlinger og sværttilgængelige områder,
som det kan være svært eller tidskrævende at rengøre.
Rengøring af materiale
Som det tidligere er blevet omtalt vil indkapslingen fjerne den
tekstile porøsitet, der ellers har været problematisk. Desuden
kan overfladestrukturen designes, så den er let at rengøre. En
selvrensende effekt er ikke blevet undersøgt, men vil potentielt
kunne tilføjes ved at belægge overfladen med titaniumoxid.
En af de helt store fordele ved fiberkompositter er netop muligheden for at forme materialet til et specifikt formål, hvilket
gør det muligt at undgå hjørner og uhensigtsmæssige samlinger.
Nedbrydning af kemiske stoffer
I sundhedssektoren anvendes hovedsagligt rengøringsartikler
baseret på vand, klor og detergenter og er altså ikke meget anderledes end husholdningsrengøringsmidler. Det afgørende er,
hvordan materialet, i praksis plasten, reagerer overfor kemikalierne.
PLA er en polymer, der består af byggesten af mælkesyre, der
findes i naturen, hvor der også findes organismer der kan nedbryde det, bl.a. i kroppen. Det udnyttes f.eks. i medicoindustrien, hvor PLA anvendes til in vivo-applikationer, da polymeren
langsomt kan nedbrydes i kroppen. PLA kan betegnes at være
en nedbrydelig polymer, idet den under de rette komposteringsforhold kan nedbrydes fuldstændigt. Det vil dog ikke være
hensigtsmæssigt at anvende en polymer, der hurtigt nedbrydes
og dette er blevet undersøgt i relation til PLA og med hvilke kemiske stoffer PLA vil nedbrydes.
PLA er en polyester og vil som andre polymerer af denne type
kunne nedbrydes under en række forskellige forhold. Polyestre
kan generelt nedbrydes af vand, men nedbrydningsraten vil så
langsom, at det oftest ikke vil have nogen praktisk betydning.
Hvis plasten udelukkende skal anvendes i et vandigt miljø er det
16
Som en ’biologisk polymer’ kan PLA nedbrydes af alkaliske proteinaser (enzymer, der kan nedbryde proteiner) i kombination
med vand og varme. PLA nedbrydes ikke af hverken cellulase
og lipease (enzymer der kan nedbryde hhv. celluloser og fedtstoffer) (bl.a. Tokiwa & Calabia 2006; Vichaibun & Chulavatnatol
2003)
Alle typer nedbrydning vil principielt have indvirkning på materialets mekaniske egenskaber, men da nedbrydningen hovedsagligt sker i en begrænset dybde på laminaternes overflade, vil
det ikke have en betydning i praksis. Ved nedbrydning vil overfladens visuelle udtryk ændre sig idet materialets transparens
vil mindskes og en ellers farveløs og gennemsigtig plastik vil
begynde at forekomme mælket. En dårlig transparens skabes af
lysbrydende emner såsom urenheder eller aggregater, der har
et anderledes brydningsindex end den amorfe fase. Når molekylerne nedbrydes skabes sfærulitter i den amorfe struktur, hvorved krystalliniteten stiger (Cam et al. 1995).
Fig. 8. SEM af forskellige forstørrelser af poly(L-lactide) film
ældet i 0,01N NaOH ved 37°C (Cam et al. 1995)
Der ikke er blevet foretaget eksperimenter i projektet, der påviser, hvordan forskellige kemikalier virker på dette materiale, men
ud fra ovenstående betragtninger er den umiddelbare konklusion, at rengøringsmidler og andre potentielt nedbrydende
kilder i anvendelsesmiljøet, ikke vil være i stand til at skade materialet i en sådan grad, at det påvirke materialets anvendelsespotentiale.
17
FUNKTIONELLE POTENTIALER
dog noget der skal tages hensyn til. PLA vil nedbrydes under alkaliske forhold (pH>7), hvor polymeren hydrolyseres og molekylekæderne splittes i esterbindingen (Cam et al. 1995). Konsekvensen heraf vil f.eks. være at overfladen ændrer karakter
og langsomt vil erodere. Ligeledes vil intensiv stråling, specielt
UV-stråling, forårsage skade på molekylekæderne (Ho & Pometto 1999).
18
Ved at anvende et transparent matrixmateriale skabes komposittens visuelle udtryk først og fremmest af det øverste tekstile
lamina i kombination med overfladens struktur. Med transparente og semitransparente tekstiler er det desuden muligt at skabe en værdi gennem interaktionen mellem forskellige tekstile
lamina.
Der tidligere har været begrænset interesse i at udforske fiberkompositters visuelle potentialer ved at tillægge de tekstile lamina en rolle, og derfor er umiddelbart grundlæggende
undersøgelser i, hvorledes det er muligt, at overføre almene
tekstiltekniske processer og detaljeringsmuligheder fra en
konventionel tekstilkontekst til integrering i fiberkompositter,
nødvendige.
Der findes her en række forskellige procesmuligheder til fremstilling af fiberkompositter. For at afgrænse undersøgelsesrummet blev der fokuseret på en enkelt form for produktionsproces
med en enkelt type matrix. Med tekstilerne som eneste variable
var det herved muligt, på et senere tidspunkt, at skabe et grundlag for at udføre et systematisk studie af potentialerne i forskellige tekstilteknikker, tekstiler og interaktion herimellem.
Detaljering
Tekstilerne anvendt til studierne blev designet med det udgangspunkt, at de skulle kunne illustrere de muligheder og begrænsninger, der opstår ved at flytte tekstiler fra deres almene kontekst til indlaminering i en plastisk matrix. Tekstilerne blev som
udgangspunkt designet uden forudgående kendskab til indlamineringsprocessen og der blev derfor heller ikke taget specifikt
hensyn hertil. Dette afsæt vil derfor også kunne være med til
at illustrere, hvilke udfordringer der kan ligge i at kombinere en
traditionel tekstilforarbejdnings- og designdisciplin med frem-
19
ÆSTETISKE POTENTIALER
I projektet hævdes det, at det er muligt at give fiberkompositlaminaterne en æstetisk værdi, der gør dem interessante at anvende i nye sammenhænge. Hvad der udgør den æstetiske værdi,
kan være svær at definere, da æstetik ikke er håndgribeligt og i
høj grad vil afhænge af brugeren eller iagttageren af det, der skal
give den æstetiske værdi. Dog kan en æstetisk værdi forståes
som en værdi der opstår ved, at iagttageren påskønner og genererer en positiv følelse overfor et objekt med ændret udtryk.
En æstetisk værdi kan således i denne sammenhæng kobles til
et øget fokus på de muligheder der ligger i de tekstile lamina i
en fiberkomposit. Da den æstetiske værdi er et subjektivt begreb, vil dets størrelse dog i høj grad afhænge af, om iagttageren
sætter pris på objektet eller forandringen af objektets visuelle
udtryk.
stillingen af fiberkompositlaminater. Det kan være interessant,
fordi det beskriver en sandsynlig situation, hvori discipliner med
forskellige forudsætninger tvinges til at samarbejde. Således kan
man forestille sig, at det er en fordel at tekstildesigneren har
kendskab til, hvordan fiberkompositterne fremstilles og hvilke
ting de udsættes for under processen.
Inspiration
Med tanke på det anvendelsesmiljø, der blev taget udgangspunkt i, blev der lagt vægt på, at tekstiler såvel som laminater
skulle kunne skabe en rolig, hjemlig og tryg følelse og forsøge
at skabe et modsvar til den sterile og uvelkomne stemning man
ellers kan opleve på sygehuse. Patienter har derimod behov for
omgivelser, der kan stimulere helbredelse og gøre en mulig traumatisk indlæggelse til en god oplevelse.
Naturen kan alle relatere til og tekstilerne er derfor blev designet med inspiration heri. Jord, ild, vand og luft blev brugt som
grundpæle i arbejdet med at oversætte indtryk opstået heraf til
et tekstilt udtryk. At have naturen som inspirationskilde syntes
også i god tråd med projektet fokus på at anvende bæredygtige
materialer.
Fig. 9. Inspirationskilder (Foto: Louise Ravnløkke)
Et studie i flere dele
Materialiseringen og udviklingsprocessen inkluderede design af
strikkede og vævede konstruktioner såvel som et fokus på efterbehandling i form af tryk, hvilket naturligt opdelte projektet i
forskellige kategorier:
• En kategori, der udforskede strikkonstruktioner i form
af grovhed, farver og garner i kombination med tryk og
de teknikker der er knyttet hertil.
• En kategori der tog udgangspunkt i vævkonstruktioner
og, hvorpå tråddensiteter, garner og bindinger i en væv
kan influere transparensen i et laminat.
20
Fig. 10. Generering af mønster og farver vha. naturlige
virkemidler i form af hyldebær (foto: Louise Ravnløkke)
Af samme grund blev farvepalletten bl.a. udviklet ved at indfarve med naturlige farvestoffer, der efterfølgende blev oversat
til lignende reaktive farvestoffer. Med henblik på bæredygtighed
ville det have været optimalt at anvende naturlige farvestoffer
til de færdige prøver, hvilket dog ikke blev anset for realistisk, da
disse har svært ved at leve op til de krav der kan stilles til f.eks.
lysægthed samtidig med at de er industrielt uhensigtsmæssige.
Fremstilling
Til fremstillingen af laminaterne blev anvendt to forskellige fremstillingsprocesser, der hver fremstillede en type fiberkomposit. I
begge tilfælde blev oplægget udsat for 190°C i 5 min.
I en almindelig varmepresse uden vakuum var det muligt at
lave tyndere laminater fremstillet af et enkelt eller to lag tekstilt lamina mellem to lag PLA. Pressen kunne varme materialet
fra én side af gangen og gav laminater med glatte overflader
og en svagt skyet farve skabt af porøsiteter som resultat af den
manglende vakuum. Dertil var det muligt at lave laminaterne så
tynde, at de bibeholdte en stor grad af bøjelighed efter lamineringen
I en industrialiseret varmepresse med vakuum var det muligt
at fremstille laminater med en tykkelse på 2-2,5mm. I pressen
blev materialet først opvarmet i vakuum og efterfølgende presset. Laminaterne fremstillet med denne produktionsmetode
har en svagt rillet overfladestruktur præget af den slipfolie der
anvendes mellem pressemoduler og materiale, men plasten er
til gengæld helt transparent, da andelen af porøsiteter er minimeret.
Overordnede resultater
En vifte af forskellige tekstiler, behandlinger og kombinationer
af disse blev indlamineret med anvendelse af begge produktionsprocesser. Førstnævnte produktionsproces blev primært
anvendt til at danne overblik over, hvordan materialerne reagerede på opvarmning. Der blev også lavet færdige prøver i
varmepressen; disse vil dog ikke blive diskuteret her.
Gennemgående var det muligt at skabe fiberkompositlaminater
med et stærkt visuelt udtryk, hvor det var muligt at bibeholde
det tekstile input på trods af indkapsling og påvirkning af varme
21
ÆSTETISKE POTENTIALER
Med det overordnede fokus at skabe et bæredygtigt produkt var
det generelle valg af fibermateriale, i den udstrækning det var
muligt, naturmaterialer såsom bomuld, bambus-viskose, uld og
silke.
og tryk. Det blev påvist at fine såvel som grove strukturer er
velegnede og den rumlige fornemmelse skabt af tekstilernes
struktur ikke ødelægges.
Vævede strukturer
For at demonstrere den store forskellighed, det er muligt at
opnå med integreringen af dekorative tekstiler i et laminater,
fokuserede en del af prøverne på vævede tekstiler, hvori selve
mønstringen af tekstilerne skabes af bindingerne i den valgte
konstruktion. Tekstilerne blev vævet på en håndvæv med et begrænset antal skafter. Således blev der også lagt vægt på, at tekstilerne i deres enkle form og med det spil der kunne dannes ud
fra disse bindinger skulle kunne skabe en forståelse for, hvordan
denne tekstilkonstruktion sammenspiller med og udtrykker sig
ved integrering i en plastik. Samtidig var det ønsket at undersøge, hvordan variationer af denne grundvæv kom til udtryk i
det færdige laminat. Der blev derfor arbejdet med forskellige
trådtætheder i både kæde- og skudretning, forskellige bindinger
og forskellige materialer og farver i skudtråden.
Forskellige trådtætheder blev undersøgt for at opnå en forståelse
for, hvorledes denne påvirker transparensen af materialet og
hvor stor en indvirkning trådtætheden og heraf konstruktionens
fleksibilitet spiller ind på ensartetheden og kvaliteten af det færdige laminat.
Forskellige bindinger og bindingsformationer blev anvendt for at
skabe en viden om, hvor stor en grad af synlig detaljering det var
muligt at opnå og om bindingerne blev udtrykt gennem plasten.
Forskellige materialer, både mht. farve og grovhed, blev undersøgt med henblik på at se, hvilket effekt dette har på de færdige
laminaters udtryk. Et ubleget bambus-viskosegarn blev anvendt
til kædetråde til alle prøverne, mens der som skudtråde blev
anvendt ubleget bambus-viskosegarn, bomuldsgarn i lyseblå,
mørkeblå og mørkegrå samt et mørkegråt chenillegarn.
Fig. 11. Udvalgte prøver, hvor vævede strukturer er blevet indkapslet (foto: Karen Marie Hasling)
22
Efter en lang række forsøg og fremstilling af laminater var det
muligt at erfare på hvilke områder, biokompositfremstillingen
gik friktionsfrit og hvilke områder, der behøver mere omtanke
og flere undersøgelser.
Som resultat af opvarmningen forekom det, at nogle materialer
tog skade. Dette skabte imidlertid i nogle tilfælde interessante
uforudsete effekter (se figur 12). I et tekstil med et mønster i
udbrændt viskose blev kanterne langs udbrændingen f.eks. termisk nedbrudte i fremstillingsprocessen. Under udbrændingen
udsættes fibrene for en kemisk nedbrydning og fiberområderne
nær udbrændingen påvirkes også til en vis grad af dette, hvilket
gør dem mindre modstandsdygtige overfor høje temperaturer
(billede til højre).I et tilfælde, hvor et trykt polyester nonwoven
lag blev anvendt som øverst aktive tekstillamina, smeltede dette
under fremstillingen og trykfarven spredte sig ud i matrixmaterialet. Ydermere skiftede trykket farve, hvilket forstærkede forandringen (billede til venstre).
Fig. 12. Eksempler på forandringer i laminaterne som konsekvens af varmepåvirkningen (foto: Louise Ravnløkke)
Det forekom tydeligt, hvordan tekstil og resin interagerede med
hinanden og hvordan det er muligt at fremme den tekstile rumlighed og taktile følelse med indkapslingen. Ved at arbejde med
forskellige antal PLA overfladelamina (og dermed afstanden fra
overflade til tekstil), var det muligt at skabe forskellige dybder i
materialet, der netop kan understrege strukturer og konstruktion i tekstilet. Således var det også muligt at styrke rumligheden
i laminater, hvor flere synlige og aktive tekstile lamina blev anvendt. I stedet for at anbringe alle tekstile lamina mellem de
samme PLA lamina og i stedet fordele dem ud på hele oplægningen blev oplægget ikke bare mere homogent, men PLA lagene
sikrede en afstand mellem tekstilerne, der styrkede hver enkelt
tekstils udtryk og samtidig formåede at skabe et spil mellem tekstilerne og mellem tekstil og matrix.
Da nogle af materialerne var varmefølsomme forekom det, at
materialerne ikke skrumpede identisk. Samtidigt kunne det
23
ÆSTETISKE POTENTIALER
Iagttagelser
være svært at styre enkeltliggende, tynde tekstiler, eftersom den
smeltede plast vil have en tendens til at skabe vrid og forskydninger i oplægningen. Begge tendenser vil i nogen grad kunne
undgås ved at anvende en ramme, hvori samtlige lag fikseres.
Ved indlaminering i en polymermatrix forandres tekstilets udtryk
og overflade. Den tredimensionelle struktur i tekstilet påvirkes
af trykket under lamineringen og bliver mindre udpræget. Dertil
kommer, at tekstilets farve, som resultat af et ændret brydningsindeks, vil optræde anderledes. Således forekommer tekstilet
‘vådt’ og med en intensivering i dets farver.
For at undersøge dette blev en række indfarvede tekstiler indlaminerede og deres farveændringer vurderet. Vurderingen blev
foretaget kvalitativt ved at sammenligne identiske tekstiler med
og uden laminering og kvantiativt ved at måle reflektionsspektret af farve for indkapslede og ikke-indkapslede tekstilprøver.
De målte tekstiler var farvet med naturlige farvestoffer og indkapslet mellem 2 lag PLA og processeret i varmepresse uden
Uden plast
Med plast
Gul silketrikot
(0.425;0.459;0.116)
(0.428;0.447;0.125)
(0.455;0.348;0.198)
(0.315;0.329;0.356)
(0.378;0.379;0.243)
(0.374;0.382;0.244)
(0.359;0.364;0.277)
(0.379;0.368;0.253)
(0.344;0.347;0.309)
(0.350;0.354;0.295)
(0.388;0.379;0.253)
(0.399;0.378;0.223)
(0.326;0.344;0.330)
(0.331;0.350;0.319)
Rød silke
Gul silke
Beige silke
Beige bomuld
Brun bomuld
Fig. 13. Farvekoordinater
i CIE farverummet for 7 udvalgte prøver (x;y;z)
24
Ufarvet uld
Der blev fremstillet prøver med både velour og fløjl, hvor det
viste sig svært at styre, hvordan hårene lagde sig, og derved
også, hvordan lyset blev reflekteret. Ydermere mindskedes den
tredimensionalitet som velour og fløjl ellers har og i modsætning til andre prøver, forsvandt den ’blødhed’ og glans som normalt kendetegner disse typer tekstil.
Fig. 14. Eksempler på fremstillede laminater ved at anvende
forskellige tekstilteknikker - flere eksempler kan findes på sidste
side (foto: Karen Marie Hasling)
25
ÆSTETISKE POTENTIALER
vakuum. Således kan en ændring af farvestoffernes kemiske
sammensætning være skabt af varmepåvirkningen og den manglende vakuum kan have skabt porøsiteter, der har haft indvirkning på farveoplevelsen i laminaterne.
Overfladestrukturering
Fiberkompositter anvendes ofte i en ikke-synlig kontekst, hvor
overfladen som dekoration sjældent overvejes, men med anvendelsen af synlige fiberkompositter er overfladens udtryk essentiel. Prøverne der fremstilles i dette projekt er let prægede
af den Teflondug, der sørger for, at plasten ikke fastsætter sig i
presseformen. Dette kunne således både være ønsket at eliminere denne struktur, eftersom den forstyrrer udtrykket fra tekstilet eller modsat understrege tekstilet såvel som skabe et udtryk med overfladstruktureringen alene. Således vil man kunne
styre lysets refleksion med overfladestrukturen, så det er muligt
at definere materialets gennemsigtighed og simulere andre materialer med kompositten.
Forskellige strukturer vil have indvirkning på en række faktorer
i forhold til, hvor egnet overfladen er til en given anvendelse.
En glat overflade vil være lettere at gøre ren og vil derfor være
mere egnet til hygiejniske formål, hvor smuds og bakterier ikke
må kunne fastsætte sig. Modsat vil en glat overflade være mere
modtagelig overfor ridser og skrammer. Produktionsmæssigt kan
nogle overflader også være svære at fremstille tilfredsstillende;
både fordi de kan være svære at skille fra pressemodulerne og
fordi det kan være svært at få de tekstile lag til at distribuere sig
ud i detaljer på overfladen.
Projekt har ikke inkludert eksperimenter vedrørende overfladestruktureringen. Overfladestruktureringen som et æstetisk
fænomen har endnu ikke været udforsket dybdegående, men
en primær undersøgelse er blevet foretaget af Hasling (2010).
Undersøgelsen var ikke systematisk og blev ikke vurderet eller
yderligere undersøgt ud fra faktorer såsom netop hygiejne og
slidtage, men den søgte at skabe et overblik over potentialet i at
anvende definerede overfladestrukturer i materialet. Undersøgelsen blev foretaget for at vise, hvor store struktureringer det
er muligt at lave og det blev derfor ikke undersøgt, hvordan en
jævnere og glattere overflade vil fremstå.
Fig. 15. To laminatprøver med overfladestrukturering. Til venstre ses en træimitation, mens strukturen til højre imiterer en
bobleformation (foto: Karen Marie Hasling)
26
Den generelle tendens for undersøgelsen var, at det var muligt
at opnå en stor detaljeringsgrad i overfladestruktureringen og
tekstilets struktur var synlig på laminatoverfladen i alle strukturerne. For struktureringer med et højt højde-bredde forhold
havde tekstilet besværligheder ved at lægge sig tæt på laminatets overflade. Dette skabte et indtryk af en mindre jævn flade
med varierende glans som et resultat af den heterogene fordeling af fiber og plastik i kompositten. Det var desuden svært både
at opnå en god for- og bagside og for strukturer med mange
detaljer blev der skabt belastninger i tekstilet.
Indkapsling af filtre og film
Ikke bare tekstiler er interessante at kunne indkapsle, men også
andre plane strukturer, der kan tilføre en funktion til laminatet. Potentialet i at indkapsle andre materialer blev efterprøvet
med to forskellige film; en lysdiffraktionsfilm og et lysfilter, der
blev indlamineret ud fra begge beskrevne fremstillingsmetoder.
Da filmene, modsat tekstilerne, er ikke-porøse, blev en bedre
vedhæftning på forhånd afhjulpet ved at skære parallelle snit
i filmene. Procestemperaturen oversteg ikke filtrenes smeltepunkter og de smeltede derfor ikke, men vedhæftningen mellem film og resin var dårlig, hvilket fik materialet til at delaminere. Vedhæftningen vil dog kunne forbedres betydeligt ved
at perforere filmen, så at det er muligt for resinen at vandre
igennem og derved indkapsle filmen. Det ville nødvendiggøre
en form for mønstring, der bl.a. vil kunne styres ud fra dimensionerne i perforeringen for at sikre, at ikke for store områder
med fri film blotlægges i laminaternes kanter, da det vil forårsage en delaminering af materialet. Filmens transparens og lysdiffraktion ændrede sig med indlamineringen, hvilket antageligt
skyldes at materialet har relakseret (skrumpet) som et resultat
af varmepåvirkningen. Ydermere påvirkede laminatoverfladen
lysdiffraktionen i filteret.
Et monomateriale laminat
Et monomaterielt laminat består af samme materiale i både fiber og resin; en effekt der er mulig for termoplastiske polymerer, der kan ekstruderes til fibre ligeså vel som findes som resin.
Monomaterialer er interessante, fordi de kan være nemmere
at genanvende. Ydermere er det muligt at skabe et tilnærmelsesvist transparent materiale ved at anvende to faser med
det samme brydningsindeks. I den perfekte monomaterielle fiberkomposit vil fiberdelen ikke være synlig, men i praksis vil den
27
ÆSTETISKE POTENTIALER
Strukturerne, der blev anvendt til undersøgelsen var rumlige
genskabelser af todimensionelle illustrationer af tredimensionelle objekter fra naturen såsom sten, klippe og træ.
nærmere forekomme glasagtig eller som glasnudler i vand. Man
vil derved kunne fremstille laminater med en nær ved usynlig
fiberdel, men med en styrke som var det et almindeligt laminat.
Desuden er det muligt at integrere funktioner og effekter, hvad
enten de er æstetiske eller funktionelle i eller på tekstilkonstruktionen, som vil synes at ’svæve’ frit i resinen efter indkapslingen.
Monomaterielle laminater kan konstrueres, fordi smeltetemperaturen af en fiber vil være højere end for en resin af det samme
materiale, eftersom ekstruderingen og efterfølgende strækning
ensretter polymerkæderne og øger krystalliniteten, hvilket både
giver et højere smeltepunkt og en større styrke. For at kunne
fremstille et monomaterielt laminat skal procestemperaturen
derfor ligge mellem smeltetemperaturen for resinen og smeltetemperaturen for fiberen.
Det forsøgt at fremstille et PLA/PLA-monomateriale ved at anvende de generelt anvendte PLA-plader i kombination med en
ufarvet PLA væv. Fremstillingen blev holdt identisk med tidligere
processer (190°C, 5 min.) for at sikre, at resinen blev tilstrækkelig varm. De tynde laminater, fremstillet i varmepressen, blev
monomaterielle kompositter idet fiberen ikke smeltede under
fremstillingen. Imidlertid var varmepåvirkningen i den kontrollerede proces for stor, så fibrene smeltede fuldstændigt under fremstillingen. Det færdige laminat herfra lignede således
en plade af ren PLA-resin.
Selvom det ikke lykkedes at fremstille et gyldigt monomaterielt laminat i den store presse er det alligevel værd at betragte
denne mulighed nøjere og det ikke entydige succesfulde resultat
er nærmere et udtryk for en forkert fremstillingsproces end en
ikke eksistende reel mulighed.
28
Funktionelle potentialer
Undersøgelsen af de funktionelle potentialer blev foretaget
som et litteraturstudie, hvor resultater fra eksisterende studier
blev diskuteret ud fra pågældende problemstillinger. I forhold til
funktioner defineret ud fra PLAs egenskaber har det således haft
betydning, at PLA hovedsagligt har fundet anvendelse indenfor
indpaknings- og emballageindustrien og medicoindustrien, hvor
der stilles andre krav til f.eks. holdbarhed og brandegenskaber.
Således kræver det yderligere undersøgelser, at eftervise at
disse egenskaber kan opfyldes for PLA til denne anvendelse. Det
giver dog et fingerpeg om detaljer og områder, der er aktuelle
og vigtige at overveje.
Brandhæmmende egenskaber kan tilføres et materiale på forskellige måder, men vil i de fleste tilfælde ændre på dets visuelle
udtryk, hvilket i denne sammenhæng ikke er ønsket. Miljøvenlige brandhæmmere til PLA på forskningsstadiet gør plasten gulbrun, hvilket ikke vil kunne finde anvendelse til de æstetiske biokompositter, der er blevet præsenteret og diskuteret med dette
projekt. Også brandhæmmere uden en specifik miljøvenlig eller
bæredygtig profil vil kunne ændre på materialets udseende idet
relativt store mængder skal tilsættes for at virke optimalt efter
hensigten.
Indeklimaet et område, der får større og større opmærksomhed idet det anerkendes, hvor stor en indvirkning det kan have
på livskvalitet, arbejdsvilkår og i denne sammenhæng hygiejne
og rengøring. Relateret til materialer er det bl.a. gavnligt at diskutere, hvilke og omfanget af de stoffer og kemikalier, der findes
i materialerne og kan afdunstre eller på anden vis afgives ved
29
KONKLUSION
Efter udførelsen af projektet er det tid til at reflektere over, hvorvidt de informationer der er blevet generet kan anvendes til at
argumentere for, hvorfor dette område ’æstetiske og dekorative
biokompositter’ har yderligere potentiale, og vil kunne udvikles
på industriel basis og finde en bredere anvendelse. Formålet
med projektet var at lave en bred undersøgelse af en række
forskellige problemfelter, der blev anset essentielle i forhold til
at gøre materialet konkurrencedygtigt og overhovedet anvendeligt på markedet. Som udgangspunkt blev projektet inddelt i
to skarpt afskilte dele, hvoraf de funktionelle potentialer’ søgte
at afdække aktuelle tekniske problemstillinger og hvor de ’æstetiske potentialer’ søgte at materialisere og illustrere, hvilke visuelle muligheder der ligger i materialet. Indledningsvis blev
fiberkompositter og de anvendte materialers egenskaber og anvendelser præsenteret og diskuteret med det formål at give et
indblik i materialet.
brug. Tekstiler er problematiske idet de kan være særdeles støvende og tillige være svære og tidskrævende at rengøre, hvilket
man gerne vil undgå på sygehuse, hvor hygiejnen skal være god.
Æstetiske biokompositter indeholder ikke skadelige stoffer og
formår at bevare en synlig tekstil komponent; dog indkapslet i
en bæredygtig plastik, hvilket anses være optimalt for indeklimaet såvel som for hygiejnen, idet det vil være svært for bakterier og andre mikroorganismer at sætte sig fast i eller på biokompositoverfladerne.
Flere undersøgelser viser, at plastens overflade vil ændre sig som
et resultat af ældning, hvad enten det er kemisk, fysisk eller radiativ nedbrydning m.fl. Udover at overfladen kan blive porøs, vil
den blive mælket og materialets transparens falde. Disse studier
forholder sig til tynde PLA-film og det vil derfor være interessant
at foretage en lignende undersøgelse, for tykkere laminater.
Æstetiske potentialer
Undersøgelsen af de æstetiske potentialer blev foretaget som
et praktisk studie, der bredt forsøgte at afdække muligheder i
visuelle biokompositter og hvordan forskellige tekstiltekniske
redskaber blev repræsenteret på tekstil indkapslet som en del af
en biokomposit. Overordnet set var materialiseringen positiv og
gav et godt og mangeartet billede af, hvordan man kan arbejde
for at få gode resultater. Laminaterne, hvor det visuelle indtryk
blev skabt af at arbejde med vævekonstruktioner, strikkemønstre og bearbejdning i form af farvning og trykning, formåede at
skabe en god forbindelse mellem det frie og fleksible tekstil og
tekstilet indkapslet i en transparent plastik. På den måde vil det
altså være muligt at bibeholde tekstiler i miljøer, hvor der ellers
stilles høje krav til indeklima og hygiejne, ved anvende det som
den ene komponent i den synlig biokomposit.
Der foreligger dog en opgave i at få erfaring og indsamle viden
omkring, hvordan materialer og kemikalier interagerer under
lamineringsprocessen for at undgå, at materialerne skades
eller mister en tiltænkt effekt. Det vil også kunne anbefales at
foretage yderligere studier i, hvordan farve og glans ændrer sig
for, hvis muligt, at kunne forudse, hvordan den endelige farve
med hjælp af kvantificerede redskaber.
En mulig overfladestrukturering med laminater fremstillet i et
tidligere projekt, er mulig og vil gøre det muligt at lave laminater med overflader designet til et givent formål. Der ligger
dog også her en opgave i at undersøge, hvilke begrænsninger og
muligheder der ligger i graden af mønster og interaktionen med
tekstilerne i laminatet.
30
Sidst diskuteres muligheden for at lave en fiberkomposit, hvor
fiber og resin er af samme materiale, hvilket er muligt for termoplaster. Det lykkedes dog ikke i dette projekt at lave et perfekt
monomaterielt laminat, eftersom både fiber og resin smeltede
fuldstændigt i fremstillingsprocessen.
I et perspektiv
Vi har i projektet taget udgangspunkt i at anvende biopolymeren
PLA som resin ud fra ønsket om at illustrere mulighederne for
at fremstille et miljøvenligt materiale. Imidlertid er PLA stadig
under udvikling og det kan være svært at få kommercielle PLAtyper til at leve op til de krav, der er blevet stillet. PLA udviser
et stort potentiale, men det kan mange år før dets egenskaber
indenfor mekanik og termodynamik kan konkurrere med de termoplastiske polymerer, der har været kommercielt tilgængelige
de sidste 50 år. Det kan derfor være nødvendigt at overveje andre
alternativer, såsom PET, der dog ikke fremstilles ud fra fornybare
ressourcer, men kan genanvendes ved at nedbryde polymeren
kemisk. Den kritiske del her vil være, at facilitere en genanvendelse, som ikke er besværlig, hvis polymeren er blandet med andre polymerer og materialer.
Ved at anvende sygehusmiljøet som case har det været nødvendigt at forholde sig til de strenge krav og standarder, der sikrer at
det er muligt at opretholde et indeklima og en hygiejne, der gør
det muligt for patienter at blive helbredte og raske. Dog vil det
også være givende, at opstille scenarier for anvendelse af materialet i andre miljøer, hvor der er andre og måske færre krav, da
det potentielt vil kunne åbne døre og gøre en eventuel demoibrugtagningsfase lettere.
Den overordnede konklusion på projektet må være, at der ligger nogle helt åbenlyse muligheder i at udforske dette materiale
yderligere for at udvikle og styrke konceptet og gøre det til et
konkurrencedygtigt og kommercielt tilgængeligt materiale. Der
er dog stadig en branche bestående traditionsrige virksomheder,
der skal overbevises om, at fiberkompositter har et æstetisk potentiale, at det kan være en fordel at anvende en termoplastisk
resin og ikke mindst, at materialer med et bæredygtigt aspekt vil
være afgørende i fremtiden.
31
KONKLUSION
Filtre og film vil kunne integreres, hvis der heri tilføres en perforering, der gør det muligt for matricen at vandre igennem og
skabe en god vedhæftning. Det skal dog medberegnes, at filtre
og film i mange tilfælde er termoplastiske materialer, der relakserer ved opvarmning og derfor kan miste deres egentlige funktion.
Aziz, S. H., Ansell, M. P., Clarke, S. J. and Panteny, S. R., 2005.
Modified polyester resins for natural fibre composites. Composites Science and Technology, 65 (3-4), pp. 525-535
Baillie, Caroline (2004): Green Composites – Polymer composites and the environment, Woodhead Publishing
Bunsell, A.R. & Renard, J. (2005): Fundamentals of Fiber Reinforced Composite Materials, IOP Publishing Ltd.
Callister Jr., William D. (2007): Materials Science and Engineering: an Introduction, John Wiley & Sons, Inc.
Cam, D.; Hyon, S.-H. & Ikada, Y. (1995). Degradation of high molecular weight poly(L-lactide) in alkaline medium, Biomaterials
16: 833-843
Copinet, A.; Bertrand, C.; Govindin, S.; Coma, V.; Couturier, Y.
(2004). Effects of ultraviolet light (315 nm), temperature and
relative humidity on the degradation of polylactic acid plastic
films. Chemosphere 55: 763–773
Danish Society of Indoor Climate: Introduction to the Principles
behind the Indoor Climate Label, August 2000
Danish Society of Indoor Climate: Standard Test Method for
Determination of the Indoor-Relevant Time-Value by Chemical
Analysis and Sensory Evaluation 2nd edition, appr. 20.01.03
Danish Society of Indoor Climate: Standard Test Method for the
Determination of Particle Emission from Building Products, 1st
edition, 21.10.97
Fact Sheet: Toxic Chemicals in Building Materials - An Overview
for Health Care Organizations, Global Health and Safety Initiative, May 2008
Godt indeklima i fremtidens byggeri, seminar, Dansk Arkitekturcenter, 07.12.10
Hasling, K.M (2010). Functional Fiber Composites. Masterspeciale ved DTU Management, Danmarks Tekniske Universitet.
Ho, K.-L. G.; Pometto, A.L. (1999). Effects of Electron-Beam Irradiation and Ultraviolet Light (365nm) on Polylactic Acid Plastic
Films. Journal of Environmental Polymer Degradation, vol. 7, No.
2. 93-100
Oksman, K.; Skrifvars, M.; Selin, J.-F. (2003): Natural fibres as reinforcement in polylactic acid (PLA) composites, Composites Science and Technology 63: 1317-1324
32
Tokiwa, Y. & Calabia, P.B (2006). Biodegradability and biodegradation of poly(lactide). Applied Microbiological Biotechnology
72:244–251
Vichaibun, V. & Chulavatnatol, M. (2003). A New Assay for the
Enzymatic Degradation of Polylactic Acid ScienceAsia 29: 297300
Wilkie, C.A. & Morgan, A.B: Fire Retardancy of Polymeric Materials 2nd Edition. CRC Press
Wool, R.P & Sun, X.S. (2005): Bio‐Based Polymers and Composites, Elsevier
www.deflamo.se
33
REFERENCER
Réti, C.; Casetta, M.; Duquesne, S.; Bourbigot, S. & Delobel, R.
(2008). Flammability properties of intumescent PLA including
starch and lignin. Polymers for Advanced Technologies 19: 628–
635
Fig. 16. Eksempler på fremstillede laminater ved at anvende
forskellige tekstilteknikker (foto: Karen Marie Hasling)
34