Puupohjaisten kuitukomposiittien materiaalitekniset mahdollisuudet veneteollisuudessa

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää puupohjaisten kuitukomposiittimateriaalien soveltuvuutta veneteollisuuden valmistusmateriaaliksi. Huviveneiden rakennusta säätelee huvivenedirektiivi ja lukuisat standardit. Standardien mukaan uusien materiaalien käyttö veneenrakennuksessa on mahdollista, mikäli materiaalin ominaisuudet todetaan muun muassa laboratoriotesteissä soveltuviksi kyseiseen käyttötarkoitukseen. Tutkimusta varten valmistettiin kuusi erilaista kuitukomposiittimateriaalia. Tutkimuksessa käytettiin myös neljän kaupallisen puumuovikomposiittivalmistajan materiaalia. Vertailumateriaaleiksi valittiin puuraaka-aineista mänty, saarni ja mahonki sekä muoviraakaaineista ABS – muovi. Tarkisteltaville materiaaleille määriteltiin standardien mukaisin testein taivutuslujuus, vetolujuus, Charpy – iskulujuus, Brinell – kovuus, veden absorptio sekä paksuusturpoama. Saatuja arvoja vertailtiin vertailumateriaalien kirjallisuudessa mainittuihin arvoihin. Puupohjaisten kuitukomposiittien ominaisuudet jäivät vertailumateriaalien vastaavista lukuun ottamatta Brinell – kovuutta. Taivutus- ja vetolujuuden osalta eräiden kaupallisten puumuovikomposiittivalmistajien ilmoittamat lujuusarvot olivat lähellä veneenrakennuksessa käytettyjen materiaalien vastaavia. Suurimpana yksittäisenä haasteena puukuitupohjaisilla kuitukomposiiteilla havaittiin Charpy – iskulujuus. Myös veden absorption saattaminen alhaiseksi havaittiin tärkeäksi veneilysovelluksissa. Ominaisuuksien kehittäminen on kuitenkin käytettävissä olevan tutkimustiedon perusteella mahdollista. Diplomityössä saatujen tulosten perusteella on puupohjaisilla kuitukomposiiteilla potentiaalia veneteollisuudessa. Jatkotutkimusta tulisikin kohdistaa materiaalin ominaisuuksien kehittämiseen.

Happidispersion karakterisointi laboratoriosekoittimessa

Työn tarkoituksena oli tarkastella uutta kuvantamistekniikkaa käyttäen happikaasun dispergointia keskisakeuksisen massasuspension joukkoon laboratoriosekoittimessa. Työssä pyrittiin tarkastelemaan muodostuvan dispersion homogeenisuutta neljästä eri kuvauspisteestä sekoittimen kannesta ja kyljestä. Samalla tarkasteltiin myös sekoittimen tehonkulutusta sekä tehonkulutuksen ja aikaansaadun dispersion välistä yhteyttä. Työn yhtenä tarkoituksena oli myös tarkastella uuden kuvantamistekniikan mahdollisuuksia tämäntyyppisissä sovellutuksissa, sillä työ kuuluu PulpVision-projektiin, jossa kehitetään massa- ja paperiteollisuuden uusia konenäkösovellutuksia. Työn kokeellinen osuus koostui sekoituskokeista, joissa tarkasteltiin neljästä kuvauspisteestä kahdella sekoittimen nopeudella mänty- ja koivususpensioihin muodostuvaa kuplakokojakaumaa. Sekoituskokeiden lisäksi tehtiin tehonkulutuskokeita, joissa tarkasteltiin sekoittimen tehonkulutusta sekoittimen täyttöasteen funktiona koivu- ja mäntysuspensioilla sekä vedellä. Työn tuloksien perusteella todettiin, että koivususpensiosta havaittujen kuplien pinta-ala oli noin puolet mäntysuspensiosta havaittujen kuplien pinta-alasta. Sekoittimen roottorin pyörimisnopeuden puolittuessa suspensioon dispergoidun hapen kuplakoko kasvoi huomattavasti. Neljästä kuvausyhteestä tarkasteltuna havaittiin pienimpien kuplien esiintyvän sekoittimen alaosassa. Mäntysuspension tehonkulutuksen havaittiin kasvavan viidenneksellä, kun sekoittimen täyttöaste kasvoi 10 %, kun taas koivususpension tehonkulutuksen kasvu oli tästä vain puolet. Kuvantamislaitteiston todettiin olevan tämänkaltaiseen sovellutukseen riittävä, varsinkin kun valonlähteenä käytetään pulssilaseria.

Influence of Heat Treatment on Strength Properties of Finger-jointed Components

The purpose for the thesis was to study the thermo treatment of finger-jointed wood. The thesis concentrated on examining the tensile and bending strength of finger-jointed and thermo treated wood. The aim was to find out how different treatment temperature levels and adhesives influence the strength of wood that has been finger-jointed before heat treatment. Secondary objectives were to examine the influence of the treatment time at one temperature, determine differences in the strength between the joints in heartwood and sapwood, examine the visual appearance of the finger joints after the treatment and establish possibilities to reach a characteristic strength level corresponding to C14. Only minor differences in strength properties were measured between the finger-jointed wood treatments II and III. A greater difference was shown between these two treatment temperatures I, which lead to reduced strength. The average strength of joints glued with adhesive 2 was higher after treatments II and III compared to those glued with the adhesive 1. At the treatment temperature I, the adhesive 1 strength properties were at the same level compared to the adhesive 2 or better. There were not any significant differences.

Kaasun dispergoituminen tehdasmittakaavaisessa keskisakean massan sekoittimessa

Työn tarkoituksena oli selvittää Proto 10 kemikaalisekoittimen kyky dispergoida kaasua keskisakean valkaistun mäntysellun joukkoon. Työssä käytettiin kuvantamistekniikkaa, jonka avulla pystyttiin näkemään sekoittimen ja putkiston sisälle sekoitustapahtuman aikana. Muodostunutta dispersiota tarkasteltiin kolmesta kuvauspisteestä, joista yksi sijaitsi sekoittimen pesässä ja kaksi putkistossa sekoittimen jälkeen. Työssä verrattiin myös laboratoriosekoittimella saatuja tuloksia teollisen mittakaavan sekoittimella saatuihin tuloksiin, sekä määritettiin tarvittava pinta-aktiivisen aineen konsentraatio, jolla saavutettiin ruskeaa massaa vastaava vaahtoaminen. Työn kokeellinen osuus koostui kolmesta osasta. Ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin ruskeasta mänty- ja koivumassasta lingotun suodoksen vaahtoamista ja verrattiin sitä vedellä ja pesuaineella saatavaan vaahtoon. Toisessa vaiheessa suoritettiin referenssiajot laboratoriosekoittimen ja teollisen mittakaavan sekoittimen vertailua varten Quantum Mark IV laboratoriosekoittimella. Kolmannessa vaiheessa tutkittiin Proto 10 sekoittimen kykyä dispergoida kaasua mäntysellun joukkoon eri pyörimisnopeuksilla ja virtaamilla. Työn tuloksien perusteella energiankäytön kannalta paras pyörimisnopeus Proto 10 sekoittimelle on 1500 min-1. Nostamalla kierrosnopeutta yli tämän ei saavutettu merkittävää parannusta dispersion laadussa varsinkaan suuremmilla virtaamilla. Virtaamalla todettiin olevan suuri merkitys sekoitustulokseen. Laboratoriosekoittimella tehtyjen kokeiden todettiin vastaavan parhaiten teollisen mittakaavan tuloksia pyörimisnopeudella 1200 min-1.

Sahan ohjausjärjestelmä myynti- ja toimitusketjun apuvälineenä sahan kannattavuuden kehittämisessä

Diplomityössä tarkasteltiin sahalaitokselle investoidun tuotannon ohjausjärjestelmän toimivuutta ja käytettävyyttä. Tutkimuksessa vertailtiin aikaisemmin suunnittelun apuna toimineita järjestelmiä uuteen ohjausjärjestelmään. Tavoitteena oli selvittää onko uuden järjestelmän sisäänajo onnistunut niin, että se tuottaisi oikeaa tietoa sahausprosessista. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös kuinka sahan uutta ohjausjärjestelmää voitaisiin hyödyntää yrityksen myynti- ja toimitusketjun kannalta parhaiten ja huomioiden erityisesti kannattavuuslaskennallinen näkökulma. Lisäksi pohdittiin integraatiomahdollisuuksia yrityksessä käytössä oleviin muihin suunnittelujärjestelmiin. Tutkimuksen taustalla on sahateollisuuden entisestäänkin kiristynyt tilanne ja toisaalta tarve tulevaisuuden suunnitelmallisuuden parantamiseen. Kilpailussa mukana pysyminen edellyttää sahausprosessista saatavan tietomäärän keräämistä, tallentamista ja ennen kaikkea tiedon parempaa hyväksikäyttöä. Tutkimuksen kohteena ollut sahalaitos vastasi tulevaisuuden tiukentuneisiin olosuhteisiin investoimalla uuteen ohjausjärjestelmään ja uskoi siitä saatavan hyödyn auttavan heitä parantamaan sekä yksittäisten tuotteiden että koko tuotevalikoiman kannattavuutta. Ohjausjärjestelmän toivottiin tuovan todenmukaisempaa ja monipuolisempaa tietoa yrityksen suunnittelutyölle. Sahalaitoksen kannattavuuden parempi seuraaminen ja tuotevalikoiman sekä suunnittelun parempi kohdentaminen helpottuu sähköisen ohjausjärjestelmän avulla huomattavasti. Ohjausjärjestelmän kautta kannattavuuden tunnusluvut saadaan nopeammin myynti- ja toimitusketjun tietoon, poikkeamiin pystytään puuttumaan ajoissa ja yleinen tietoisuus sahausprosessista paranee. Ohjausjärjestelmän avulla mahdollistetaan entistä joustavampi koesahaus ja reklamaatioeriin porautuminen onnistuu niin ikään vaivattomammin. Yksi hyödyllinen integraatiomahdollisuus olisi SAP:n ja uuden ohjausjärjestelmän yhdistäminen, jossa hinta- ja reklamaatiotieto saataisiin yhteneväksi. Kun ohjausjärjestelmä saadaan varmuudella tuottamaan oikeaa tietoa sahausprosessista, on siitä saatava hyöty myynti- ja toimitusketjulle todellinen. Kalliin raaka-aineen entistä tehokkaampi hyödyntäminen, tuotepaletin suunnittelu ja myynnin kohdentaminen kannattavimpiin tuotteisiin, ovat tärkeä osa niitä asioita joihin järjestelmä tuo helpotusta. Tulevaisuudessa ohjausjärjestelmän jatkokehitykseen tulisi kiinnittää erityistä huomiota, jotta voitaisiin taata asiakaslähtöisyys ja kannattava tuoterakenne osana menestyksekästä liiketoimintaa.

Wood species identification by visual characterization of fibers

Kandidaatintyö tehtiin osana PulpVision-tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää kuvapohjaisia laskenta- ja luokittelumetodeja sellun laaduntarkkailuun paperin valmistuksessa. Tämän tutkimusprojektin osana on aiemmin kehitetty metodi, jolla etsittiin kaarevia rakenteita kuvista, ja tätä metodia hyödynnettiin kuitujen etsintään kuvista. Tätä metodia käytettiin lähtökohtana kandidaatintyölle. Työn tarkoituksena oli tutkia, voidaanko erilaisista kuitukuvista laskettujen piirteiden avulla tunnistaa kuvassa olevien kuitujen laji. Näissä kuitukuvissa oli kuituja neljästä eri puulajista ja yhdestä kasvista. Nämä lajit olivat akasia, koivu, mänty, eukalyptus ja vehnä. Jokaisesta lajista valittiin 100 kuitukuvaa ja nämä kuvat jaettiin kahteen ryhmään, joista ensimmäistä käytettiin opetusryhmänä ja toista testausryhmänä. Opetusryhmän avulla jokaiselle kuitulajille laskettiin näitä kuvaavia piirteitä, joiden avulla pyrittiin tunnistamaan testausryhmän kuvissa olevat kuitulajit. Nämä kuvat oli tuottanut CEMIS-Oulu (Center for Measurement and Information Systems), joka on mittaustekniikkaan keskittynyt yksikkö Oulun yliopistossa. Yksittäiselle opetusryhmän kuitukuvalle laskettiin keskiarvot ja keskihajonnat kolmesta eri piirteestä, jotka olivat pituus, leveys ja kaarevuus. Lisäksi laskettiin, kuinka monta kuitua kuvasta löydettiin. Näiden piirteiden eri yhdistelmien avulla testattiin tunnistamisen tarkkuutta käyttämällä k:n lähimmän naapurin menetelmää ja Naiivi Bayes -luokitinta testausryhmän kuville. Testeistä saatiin lupaavia tuloksia muun muassa pituuden ja leveyden keskiarvoja käytettäessä saavutettiin jopa noin 98 %:n tarkkuus molemmilla algoritmeilla. Tunnistuksessa kuitujen keskimäärinen pituus vaikutti olevan kuitukuvia parhaiten kuvaava piirre. Käytettyjen algoritmien välillä ei ollut suurta vaihtelua tarkkuudessa. Testeissä saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kuitukuvien tunnistaminen on mahdollista. Testien perusteella kuitukuvista tarvitsee laskea vain kaksi piirrettä, joilla kuidut voidaan tunnistaa tarkasti. Käytetyt lajittelualgoritmit olivat hyvin yksinkertaisia, mutta ne toimivat testeissä hyvin.