Biopohjaisten komposiittimateriaalien valmistusmenetelmät

Abstract

Tässä kandidaatintyössä selvitetään biomateriaalien soveltuvuutta ja toimivuutta komposiittien yleisimpien prosessointilaitteiden sekä uusien innovatiivisten valmistusmenetelmien kanssa. Lisäksi työssä tutkitaan esikäsittelyn ja prosessiparametrien vaikutusta biokomposiittien ominaisuuksiin. Tutkimusmenetelminä käytetään kirjallisuustutkimusta ja kokeellista osiota. Työn kokeellisessa osiossa suoritetaan koevalmistus käyttäen kierrätysmuoviseosta ja ruiskuvalua. Koevalmistuksen tarkoituksena on tiivistää ja homogenisoida seosta yhtenäisemmäksi kappaleeksi. Työ on toteutettu osana tutkimusprojektia: ”Uudet biokomposiittimateriaalit metsätalouden kasvun tukena”.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että biopohjaiset materiaalit soveltuvat hyvin komposiittien valmistukseen. Valmistusmenetelminä voidaan käyttää useimpia perinteisiä menetelmiä, kuten ekstruusiota, sekä uudempia menetelmiä, kuten 3D-tulostusta. Esikäsittelyn ja optimaalisten parametrien avulla on mahdollista saavuttaa erinomaiset materiaaliominaisuudet. Kirjallisuustutkimuksen perusteella voidaan päätellä, että biopohjaiset komposiittimateriaalit ovat hyvin potentiaalisia materiaaleja korvaamaan nykyiset öljypohjaiset materiaalit. Haasteena tutkimus nostaa esiin luonnonkuitujen taipumuksen imeä kosteutta puoleensa ja niiden alhaisemman lämmönkeston verrattuna synteettisiin kuituihin. Kokeellisen osuuden perusteella havaitaan, että myös kierrätysmateriaalit soveltuvat ruiskuvaluun.

This Bachelor’s thesis examines the suitability and functionality of biomaterials for the most common composite processing machines and new innovative manufacturing methods. In addition, the influence of pretreatment and process parameters on the properties of biocomposites is investigated. Literature research and the experimental section are used as research methods. In the experimental part of the thesis, manufacturing is carried out using a recycled plastic mixture and injection molding. The purpose of experimental manufacturing is to compact and homogenize the mixture into a more uniform piece. This thesis has been done as part of a research project: ”New biocomposite materials to support forestry growth”. (”Uudet biokomposiittimateriaalit metsätalouden kasvun tukena”.)

The results of the study show that bio-based materials are well suited for the manufacture of composites. Manufacturing methods can include most conventional methods such as extrusion, as well as newer methods such as 3D printing. With the help of pretreatment and optimal parameters, it is possible to achieve excellent material properties. Based on the literature review, it can be concluded that bio-based composite materials have great potential to replace existing oil-based materials. As a challenge, the study highlights the tendency of natural fibres to absorb moisture and their lower heat resistance compared to synthetic fibres. The experimental part of the thesis shows that recycled materials are also suitable for injection molding.