Eri raaka-ainemuotojen hyödyntäminen puumuovikomposiitin valmistuslinjastossa

Diplomityössä tutkittiin erilaisten raaka-ainemuotojen hyödyntämistä puumuovikomposiitin valmistuslinjastossa ja raaka-ainemuotojen vaikutusta valmistuslinjaston kannattavuuteen. Työssä etsittiin kannattavinta yhdistelmää raaka-ainemuotojen ja valmistusvaihtoehtojen välille. Työn johdanto osuudessa käsitellään aiheeseen liittyvää kirjallisuutta ja tutkimuksia. Siinä esitellään valmistusprosessin vaiheet ja raaka-aineet, niihin vaikuttavat tekijät, valmistuksen taloudellisuus ja investointikäsitteet. Käytännön osuus koostuu valmistusprosessin taloudellisesta analyysista ja laboratoriossa suoritetuista koeajoista. Taloudellisessa analyysissa selvitettiin raaka-ainemuotojen kannattavuudet eri valmistusvaihtoehdoille ja koeajoissa tutkittiin raaka-ainemuotojen todellista käyttäytymistä ekstruusiossa kahdella erilaisella profiililla. Taloudellisen analyysin perusteella paras kannattavuus valmistusprosessissa saavutetaan puupelleteillä ja yksivaiheinen valmistus on kannattavampaa kuin kaksivaiheinen valmistus kaikilla raaka-ainemuodoilla. Kaksivaiheinen valmistus voisi kuitenkin teoriassa olla kannattavampaa kuin yksivaiheinen. Koeajoissa suurin maksimituotos saavutettiin puumuovipuristeilla, mutta ajettavuuden kannalta sopivin raaka-ainemuoto linjalle olisi jauhemainen sahanpuru. Puumuovipuristeita käytettäessä oli erittäin vaikeaa löytää ekstruuderille sopivia muuttujien arvoja ja muuttujien säätäminen muuttui vaikeammaksi, kun käytössä oli monimutkaisempi terassilautaprofiili.

Effects of Surface Properties and Wood Modification into Direct Printing on Wood

Building industry is a high volume branch which could provide prominent markets for wood based interior decoration solutions. Competition in interior decoration markets requires versatility in appearance. Versatility in wood appearance and added value could be achieved by printing grain patterns of different species or images directly onto wood. The problem when planning wood printing’s implementing into durable applications is basically how to transfer a high quality image or print sustainably onto wood, which is porous, heterogeneous, dimensionally unstable, non-white and rough. Wood preservation or treating, and modification can provide durability against degradation but also effect to the surface properties of wood which will effect on printability. Optimal adhesion is essential into print quality, as too high ink absorbance can cause spreading and too low ink absorbance cause pale prints. Different printing techniques have different requirements on materials and production. The direct printing on wood means, that intermedias are not used. Printing techniques with flexible printing plates or in fact non-impact techniques provide the best basis for wood printing. Inkjet printing of wood with different mechanical or chemical surface treatments, and wood plastic composite material gave good results that encourage further studies of the subject. Sanding the wood surface anti-parallel to the grain gave the best overall printing quality. Spreading parallel to the grain could not be avoided totally, except in cases where wood was treated hydrophobic so adhesion of the ink was not sufficient. Grain pattern of the underlying wood stays clearly visible in the printed images. Further studies should be made to fine tune the methods that already gave good results. Also effects of moisture content of wood, different inks, and long-term exposure to UV-radiation should be tested.

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.

Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ekstruusion raaka-aineena

Ilmaston lämpeneminen ja luonnonvarojen ehtyminen ovat nostaneet ympäristöasiat erittäin ajankohtaisiksi ja kierrättämisen merkitys korostuu entisestään. Tässä diplomityössä on käsitelty teollisuuden jätteiden ja sivutuotteiden kierrättämistä puumuovikomposiitin raaka-aineeksi. Työssä on tutkittu Kaakkois-Suomessa olevia tärkeimpiä teollisuuden sivuainevirtoja puumuovikomposiitin kannalta sekä valmistettu puumuovikomposiittia hyödyntämällä kahta kaatopaikalle päätyvää jätettä. Kaakkois-Suomen teollisuuden jätteitä selvitettäessä löytyi paljon puumuovikomposiitin valmistamiseen soveltuvia jätteitä. Mekaanisen metsäteollisuuden sivutuotteita käytetään yleisesti puumuovikomposiitin valmistamiseen. Muita potentiaaliseksi havaittuja raakaaineita ovat mm. lentotuhka, lasikuitujäte, pakkauskartonki, muovijätteet ja vuorivillan valmistuksessa syntyvät jätteet. Koemateriaaleiksi valittiin puunpoltosta peräisin oleva lentotuhka ja vuorivillan valmistamisessa syntyvä vuorivillapöly. Materiaaleilla korvattiin puuta puumuovikomposiitissa ja valmistetulle komposiitille suoritettiin kokeita mekaanisten ominaisuuksien selvittämiseksi. Molempien materiaalien kohdalla ominaisuuksien havaittiin parantuneen ilman täyteainetta valmistettuun komposiittiin verrattuna.

ArkWood-case puumuovitalo

Rakennusalalla kehitetään uusia materiaaleja ja rakennuslainsäädäntö muuttuu kiivaaseen tahtiin. Kilpailu alalla kiristyy ja tarvitaan uusia toimintatapoja rakentamisen kaikissa vaiheissa aina suunnittelusta toteutukseen. Puumuovikomposiitti on Suomessa uudehko rakennusmateriaali. Tässä työssä selvitetään tällä hetkellä voimassa olevien rakennusmääräysten ja standardien asettamia vaatimuksia puumuovikomposiittien käytölle rakentamisessa Suomessa sekä kehitetään omaa yritystoimintaa laatimalla oman yrityksen liiketoimintasuunnitelma. Tässä diplomityössä on laadittu puumuovikomposiittitalon rakennuslupapiirustukset ja selvitetty, kuinka Lappeenrannan rakennusvalvonta suhtautuu puumuovikomposiitin käyttöön kyseessä olevassa kohteessa rakennuslupahakemusvaiheessa. Suunnitellusta puumuovitalosta on pyydetty tarjoukset talotoimittajilta ja arvioitu puumuovikomposiitin käytön vaikutusta rakentamisen kokonaiskustannuksiin. Liiketoimintasuunnitelman laadinnassa on hyödynnetty aihealueeseen liittyvää kirjallisuutta ja julkaisuja yhdistäen niihin omia näkemyksiä ja ideoita.

Hybridikomposiittien hyödyntäminen tuulivoimalan rakenteissa

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia hybridikomposiittien soveltuvuutta tuulivoimalan osien tai osakokonaisuuksien rakennemateriaaliksi. Lähtökohtana oli selvittää erityisesti luonnonkuitukomposiitin materiaaliteknisten ominaisuuksien, etenkin lujuusominaisuuksi-en soveltuminen tuulivoiman rakenteisiin. Työn johdanto-osuudessa esitellään tuulivoiman rooli tämän päivän energiantuotannossa, yksittäisen tuulivoimalalaitoksen rakenne, rakenteiden suunnittelussa huomioitavat seikat, voimalan eri osien kuten tornin, lapojen ja nasellin yleisimmät valmistusmenetelmät, sekä muovien ja eri lujitteiden ohella puumuovikomposiitin materiaaliominaisuudet, valmistus-menetelmät ja yleisimmät käyttökohteet. Hybridikomposiittien lujuusominaisuuksia tutkittiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston puutekniikan laboratoriossa suoritetuissa mittauksissa. Saatuja tuloksia verrattiin referens-situlosten ohella myös tällä hetkellä tuulivoimalan rakenteissa yleisesti käytettävien lasi- ja hiilikuidun, sekä teräksen ominaisuuksiin. Mittaustulosten perusteella bambu- ja lasikuitu-lujitteiset puumuovikomposiitit soveltuvat parhaiten tuulivoimalarakenteisiin, mutta niiden valmistaminen ekstruusiomenetelmällä on melko haasteellista.

Hitsaus- ja liimausmenetelmien mahdollisuudet puumuovikomposiittien liittämisessä

Diplomityössä tutkittiin puumuovikomposiittien liitettävyyttä hitsaamalla ja liimaamalla. Työn kirjallisessa osuudessa tutustuttiin aiheeseen liittyviin tutkimuksiin, jotta saatiin käsitys miten liittäminen voisi onnistua. Työn empiirisessä osuudessa tehtiin liitoskokeita valituilla materiaaleilla eri menetelmillä. Liitoksia tutkittiin sekä rikkovilla, että rikkomattomilla aineenkoestusmenetelmillä. Valitut materiaalit poikkesivat koostumuksellaan hieman toisistaan, joten tuloksista pystyttiin päättelemään, mitkä ominaisuudet vaikuttavat milläkin tavalla liitettävyyteen. Johtopäätöksinä tässä tutkimuksessa voidaan todeta, että komposiitit ovat sekä hitsattavissa, että liimattavissa, mutta materiaalin koostumus vaikuttaa merkittävästi siihen, millä tavoin kappaleet liittyvät toisiinsa. Pääasiassa kaikki materiaalit liittyivät kohtuullisella tavalla. Oikeanlaisten liittämisarvojen määrittäminen reseptikohtaisesti vaatii tarkempia tutkimuksia.

Kaupallisten komposiittituotteiden materiaaliominaisuuksien määritys ja vertailu

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin viiden kaupallisen puu-muovikomposiittituotteen säänkestävyyttä kolmen eri materiaaliominaisuuden avulla. Tuotteet olivat Suomessa markkinoilla olevia terassirakentamisen tuotteita ja niiltä mitattiin Charpy -iskulujuutta, veden absorptiokykyä ja värinmuutosta. Tuloksia verrattiin sekä keskenään, että muualla maailmassa tutkittujen kaupallisten tuotteiden kanssa. Tulosten perusteella havaittiin, että Suomen markkinoilla olevien tuotteiden säänkestävyys on erinomainen.