Utilizing sheep wool fibers in polymer composites

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on tarkastella kirjallisuuskatsauksena lampaanvillakuitujen hyötykäytön mahdollisuutta polymeerikomposiiteissa, sekä selvittää miten villakuituja jo nykyisin hyödynnetään komposiittimateriaaleissa. Villakuitujen rakenteen, suuntautumisen ja kuidun kemiallisen esikäsittelyn vaikutusta lopputuotteeseen tarkastellaan komposiittimateriaalien erilaisten käyttökohteiden kannalta. Komposiittimateriaalityyppien koostumusta ja rakennetta tarkastellaan niiden fyysisten ominaisuuksien ja käytön monipuolisuuden kannalta.

Opinnäytetyön aihe on tärkeä, sillä villan tuotannossa syntyy suuria määriä huonolaatuista hukkakuitua, joita ei voida käyttää perinteisessä tekstiilikäytössä. Hukkakuitujen hyötykäyttö komposiittimateriaalien lujitteena voi lisätä sekä villan tuotannon että komposiitin valmistuksen ympäristöystävällisyyttä verrattuna esimerkiksi lasikuitukomposiitteihin, ja optimoida tuotannon kuluja pienentämällä raaka-ainekustannuksia. Käyttämällä muuten hukkaan menevää luonnonkuitua vältytään esimerkiksi lasikuitujen tuotannon ympäristövaikutukselta. Luonnonkuidun käyttö vahvikkeena myös mahdollistaa täysin biohajoavan komposiitin valmistuksen, mikä voi tulevaisuudessa olla tärkeä materiaali esimerkiksi metsänhoitotuotteissa ja rakennusmateriaaleissa.

Tutkimuksen aikana havaittiin, että villakuituvahvistettuja polymeerikomposiitteja on mahdollista käyttää lämpö- ja äänieristeenä, rakennusmateriaalina, sekä jopa sähkönjohtimina. Kävi myös ilmi, että vaikka aihetta on tutkittu jo laajasti, on tutkimusten sisältö suppeaa ja vajavaista, ja jatkotutkimuksia erityisesti komposiittimateriaalin muodon vaikutuksesta sen rakennelujuuteen ja eristävyyteen, sekä komposiitin kemiallisten ja luonnollisten ärsykkeiden sietokyvystä tarvitaan.

This bachelor’s thesis aims to review the possibility of valorizing sheep’s wool fibers in polymer composites as a literary review, and studies how woollen fibers are currently utilized in composite applications. The structure of woollen fibers as well as the significance of chemical preparation and fiber orientation regarding a final product are studied to find different applications for the material. The consistency and structure of different types of composite materials are studied regarding their physical attributes and versatility of applications.

The topic of this thesis is important, because the production of wool generates large quantities of low-grade wool, which cannot be utilized in a commercial setting by the textile industry. The valorization of waste fibers as a reinforcement agent in composite materials can decrease the environmental impact of both wool and composite production and optimize the costs of composite production by lowering acquisition costs of the raw materials. By using otherwise wasted natural fibers, the environmental impact of manufacturing glass fibers can be lessened, and a potentially completely biodegradable composite material can be created. The bio-based polymer composite could hold significance in the coming years for example as a building material and as forestry materials.

During the study, it was found that sheep’s wool fiber reinforced polymer composites can be utilized as acoustic and thermal insulation, building material, and even as electrical conduit. It also became apparent that while the subject has already been widely researched, the studies have been lacking information regarding content and applications of reinforced polymer composites. Further research regarding the effect of composite shape on structural rigidity and insulative properties and the resistance to chemical and natural stresses is direly needed.