Muovikomposiittien tulevaisuudennäkymiä
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: v 2015: Matriisimuovit: Kestomuovit (PP,PA): Kertamuovit (UPE, VE, EPOKSI): Lujitteet: Lasikuitu: Puukuitu (lyhyt): Hiilikuitu: Aramidi (Kevlar) Kasvu: Kaikki sovellusalueet: Tuulivoima: Kuljetus- ja autoteollisuus: Rakennusteollisuus: Ilmailu: Vene- ja laivateollisuus: Sähkö- ja elektroniikkateollisuus: 7.9 Mton 10.0 Mton 68 mrd EUR 80 mrd EUR 63 % 37 % 87 % 11 % <1% <1% 4-5 % 40 % 30 % 5% 4% 0% 10 % osuus 7% 25 % 26 % 6% 5% 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 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 Mahdollisuudet • Uudet lujiteratkaisut • Nanokomposiitit • Biokomposiittien kehitys • Hiilikuitujen uudet raaka-aineet • Kasvavat markkinat (auto, tuulivoima, rakentaminen) • Valmistusmenetelmien kehitys 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 Biokomposiitit • Luopuminen raakaöljyriippuvuudesta • Hiilijalanjäljen pienentäminen • Bioraaka-aineen saatavuus erityisesti metsästä • Kierrätys muiden biohajoavien materiaalien kanssa • Uusien ominaisuuksien ja funktioiden löytäminen biomimetiikka Biopohjaiset lujitekuidut Lasikuitu Epäorgaaniset kuidut Hiilikuitu Basaltti Synteettiset kuidut Kuidut Sellun muuntokuidut Viskoosi Lyocell ym. Orgaaniset kuidut Kasvikuidut Luonnonkuidut Polymeerikuidut Polyesteri, polypropeeni, polyamidi ym. 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 Heikkoudet • Rakennemallituksen osaaminen • Pääpaino käsi/ruiskulaminoinnissa • PKT yritysten valmius osallistua tutkimusprojekteihin • ¨Komposiittitutkimuskeskuksen¨ puutuminen 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 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
© Copyright 2024