Hanke rakentuu mm. seuraavista osista:

Luonnonkuitukomposiitti

Yleistä komposiiteista

Komposiitti tarkoittaa kahden tai useamman materiaalin yhdistelmää, jossa materiaalit toimivat yhdessä, mutta eivät ole liuenneet tai sulautuneet toisiinsa. Komposiitti sisältää yleensä lujitteita ja/tai täyteaineita, joita sitoo toisiinsa matriisi, joka voi olla esimerkiksi muovia, metallia tai keraamia.

Muovikomposiitti on yksi komposiittien alaryhmistä. Siinä muoviaine toimii komposiitin matriisina eli runkoaineena. Komposiitin lujitemateriaalina voidaan käyttää erilaisia aineita, yleisesti käytössä on esim. lasikuitu ja hiilikuitu.

Muovikomposiittien tärkeimpiä etuja ovat:

  • hyvät lujuus- ja jäykkyysominaisuudet painoon nähden

  • laajat muotoilumahdollisuudet

  • voidaan valmistaa suuria rakenteita yhtenä kokonaisuutena

  • hyvä kemiallinen kestävyys

Luonnonkuitukomposiitit

Luonnonkuitukomposiiteissa lujitteena käytetään luonnosta saatavaa kuitua. Kuitua saadaan esimerkiksi puusta, pellavasta, hampusta tai oljesta. Muovina luonnonkuidun kanssa käytössä on esimerkiksi polyolefiinit (PP, PE), polyamidi, PVC, biohajoavat muovit, epoksi-, polyesteri- ja fenolikertamuovit. Luonnonkuidun käytöllä saavutetaan sama hyöty kuin muidenkin kuitujen käytöllä, eli saadaan tuotteeseen luja ja kevyt rakenne.

Luonnonkuitu on ympäristöystävällinen vaihtoehto synteettisille kuiduille. Luonnonkuidun tuottamisella ei ole yhtä suuria ympäristövaikutuksia kuin esimerkiksi lasikuidun tuottamisella, sillä esimerkiksi olkea syntyy aina viljan tuotannon yhteydessä, joten kuituraaka-aine ei kilpaile ruoantuotannon kanssa, eikä kuluta enempää luonnonvaroja. Luonnonkuidun käyttäminen vähentää tarvittavan muovin määrää, mikä tulee paitsi halvemmaksi, myös tuottaa vähemmän jätettä. Luonnonkuidun käytöllä on myös hyvä imago, koska se lisää kierrätettävyyttä ja pienentää tuotteen hiilijalanjälkeä.

Nykyään markkinoilla on luonnonkuitutuotteita esimerkiksi rakennus- ja autoteollisuudessa, kuluttajatuotteissa kuten soitinvalmistuksessa ja myös huonekaluteollisuudessa. Luonnonkuitukomposiittien käyttö tulee voimakkaasti kasvamaan johtuen kiristyvistä päästönormeista ja kierrätettävyysvaatimuksista. Esimerkiksi vuonna 2015 EU-direktiivi määrää, että 95% eurooppalaisista autoista on oltava kierrätettävissä. Nykyisillä materiaaleilla tähän ei päästä.


Kehitystyö

Hankkeen tavoitteena on luoda Sastamalaan yhteistyötahojen kanssa merkittävä osaamiskeskus luonnonkuitukomposiittimateriaalin kehittämistyölle, ja sitä kautta kehittää uutta koulutusalaa ja teollisuutta. Rakennetaan uusi oppimisympäristö joka keskittyy raaka-aineen valmistukseen ja kehittämiseen sekä uuden työvoiman kouluttamiseen.

Hanke vaikuttaa koko infrastruktuurin kehittämiseen, niin alku- kuin lopputuotantoonkin. Hankeen aikana syntyy uusi teollisuudenala ja koulutusympäristö uusille ympäristöystävällisille tuotteille.


  • Alkutuotanto

    Kotimaiset raaka-aineet ovat lähellä ja hankkeessa pystytään hyödyntämään mm. Sasky:n Kokemäellä sijaitsevaa luonnonvara-alan yksikköä. Kumppanina on myös mm. Satafood Kehittämisyhdistys ry, jolla on laaja ja korkeatasoinen asiantuntemus sekä yhteistyö tutkimuslaitosten ja korkeakoulujen kanssa.

    Hankkeessa etsitään ja kokeillaan myös uusia kuitulajikkeita kuten olkea ja öljypellavaa teollisuuden raaka-aineiksi. Kun pyritään käyttämään lähellä kasvatettavia raaka-aineita, voidaan lopputuotteen hiilijalanjälkeä pienentää.


  • Märkärainaus

    Hankkeessa käytetään Elastopoli Oy:n kehittämää uutta märkärainaustekniikkaa, jolle on jätetty kansainvälinen patenttihakemus. Märkärainaus tarkoittaa tekniikkaa ja laitteistoa, jolla yhdistetään kemikaalien avulla kuituraaka-aine ja matriisimuovi.

    Tämä on komposiitin tuottamisessa kriittinen vaihe, sillä yleisesti tärkeimpänä haasteena luonnonkuitukomposiittien valmistuksessa pidetään juuri adheesion varmistamista ja kehittämistä kuitujen ja matriisimuovin välillä.


  • Kompaundointi

    Kompaundointi tarkoittaa muovien sulaprosessointia, jossa muodostuu muovin ja muiden aineosien homogeeninen seos.

    Kompaundointi tehdään ekstruuderilla eli suulakepuristimella. Ekstruuderissa sulatetaan märkärainauksessa syntynyt komposiitti (2) ja halutut muut aineet (esim. värit), sekoitetaan ne keskenään ja puristetaan tiiviiksi massaksi sylinterissä, jonka sisällä on ruuvi (1), sekä johdetaan suulakkeen (3) läpi pelletöitäväksi.



    Kuva: Ekstruuderi


  • Pelletöinti

    Pelletöinti tarkoittaa kompaundoinnista (1) tulevan sulan komposiitin muokkaamista pieniksi "ryyneiksi" eli pelleteiksi, joita käytetään muovituotteiden raaka-aineena.

    Ekstruuderin jälkeen sula komposiitti johdetaan veteen, jossa se jähmettyy silmänräpäyksessä. Pelletöijä (2) on yksinkertaistettuna pyörivä terä, joka katkoo tämän kovettuneen komposiitin pieniksi paloiksi eli pelleteiksi.

    Valmiit pelletit kulkeutuvat vesivirrassa kuivaimeen (3), jossa vesi poistetaan. Vesi palaa kiertoon ja pelletteihin lisätään vielä kemikaalia, joka estää niitä tarttumasta toisiinsa, minkä jälkeen ne lajitellaan ja pakataan.



    Kuva: Pelletöintiprosessi


    Pellettejä, joita monesti kutsutaan granulaateiksi, käytetään muoviteollisuuden raaka-aineena, esimerkiksi ruiskuvalussa, suulakepuristuksessa ja kalvonpuhalluksessa.



    Kuva: Erivärisiä luonnonkuitukomposiittipellettejä


  • Koekappaleiden valmistus

    Luonnonkuitukomposiittipelleteistä valmistetaan ruiskuvalamalla standardien mukaisia koekappaleita, esimerkiksi kuvan mukaisia vetokokeessa käytettäviä "koiranluita".



    Kuva: Vetokoesauva "koiranluu", mitat millimetreinä

    Ruiskuvalu

    Ruiskuvalukoneessa raaka-ainepelletit (granulaatit) sulatetaan ja tämä sula massa ruiskutetaan paineella muottiin, jossa se jäähtyy muotin mukaiseksi esineeksi. Ruiskuvalamalla voidaan valmistaa kaiken kokoisia kappaleita, alle gramman painoisista useita kiloja painaviin. Pienempiä esineita voidaan valmistaa jopa yli sata kappaletta samalla kerralla, tai tuotteen erilaisia osia samanaikaisesti.



    Kuva: Pieni ruiskuvalukone, jossa näkyy suppilo pelleteille, kuumennusruuvi ja muottiväli


    Lisätietoa ruiskuvalusta löytyy Wikipediasta.


  • Materiaalin testaus

    Materiaalin testauksessa käytetään "vetokonetta", jolla tehdään veto-, puristus- ja taivutuskokeita, sekä voidaan tehdä melkeinpä mitä muita testejä tahansa sopivilla työkaluilla. Hanke käyttää Zwick-merkkistä koestuslaitetta, jolla voidaan mitata kappaleisiin vaikuttavaa voimaa 20 kN asti ja kappaleiden muodonmuutosta 1000 mm asti.



    Kuva: Materiaalinkoestuslaite ja testausohjelmisto


    Vetokoe

    Materiaalille tehdään standardin ISO 527 mukaisesti vetokokeita, joissa ylempänä näkyvää "koiranluuta" venytetään vakionopeudella, kunnes se murtuu tai saavutetaan ennalta määritetty kuormitus tai venymä. Kokeen aikana mitataan kappaleeseen vaikuttava kuormitus ja ulkoista ekstensiometriä käyttäen kappaleen venymä.

    Tuloksena saadaan kappaleen jännitys/venymäkäyrä, josta voidaan määrittää materiaalin lujuusominaisuudet. Näistä tärkeimpiä ovat vetolujuus ja vetokimmokerroin.



    Kuva: Vetokoe (mitat mm) ja tyypillisiä eri materiaalien jännitys/venymäkäyriä


    Taivutuskoe

    Materiaalille tehdään standardin ISO 178 mukaisesti taivutuskokeita, jossa kahden tuen päällä olevaa koekappaletta taivutetaan keskikohdastaan vakionopeudella, kunnes kappale murtuu tai muodonmuutos saavuttaa tietyn arvon. Kokeen aikana mitataan kappaleeseen kohdistuva voima ja kappaleen taipuma.



    Kuva: Taivutuskoe, mitat millimetreinä


    Tuloksena saadaan kappaleen jännitys/taipumakäyrä, josta voidaan määrittää materiaalin lujuusominaisuudet. Näistä tärkeimpiä ovat taivutuslujuus ja taivutuskimmokerroin.



    Kuva: Tyypillisiä eri materiaalien taivutusjännitys/taipumakäyriä


    Puristuskoe

    Materiaalille tehdään standardin ISO 604 mukaisesti puristuskokeita, jossa koekappaletta puristetaan puristuslevyjen välissä vakionopeudella, kunnes kappale murtuu tai muodonmuutos tai puristusvoima saavuttaa tietyn arvon. Kokeen aikana mitataan kappaleeseen kohdistuva voima ja kappaleen muodonmuutos.


  • Materiaalin kehitys

    Materiaalikokeiden avulla säädetään prosessia ja testataan eri muovien ja kuitujen yhdistelmiä. Tavoitteena on selvittää eri kuitumateriaalien ja kuitu / muovi -suhteiden vaikutusta komposiitin ominaisuuksiin. Näin kehitetään mahdollisimman sopivia ja kustannustehokkaita materiaaleja eri käyttötarkoituksiin.


Yritykset

Hanke itsessään ei tuota myytäviä tuotteita eikä tuloa. Hankkeen tavoitteena on todentaa luonnonkuitukomposiitin valmistusmenetelmän toimivuus, tuottaa tietoa ja osaamista ja kouluttaa yrittäjiä ja työntekijöitä. Hanke synnyttää elinkeinoelämälle uusia liiketoimintamahdollisuuksia niin alkutuotannon, tuotesuunnittelun ja raaka-ainetuotannon yrityksille, kuin lopputuotteiden valmistajillekin. Näin hankkeen avulla synnytetään itsenäistä liiketoimintaa ja uusia työpaikkoja alkutuotannosta lopputuotantoon.


Koulutus

Hanke luo täysin uuden koulutusalan, joka tähtää pitkälle kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti kehittämään ammatillista koulutusta yhteistyössä muiden koulutustahojen ja elinkeinoelämän kanssa. Hankkeen avulla työelämän ja koulutussektorin suhteet tiivistyvät ja syntyy aitoa vuorovaikutusta ja uutta osaamista.

Hankkeessa tuotetaan uutta opetusmateriaalia ja kehitetään koulutusmenetelmiä, joita hyödynnetään hankkeen jälkeen tapahtuvassa opetustoiminnassa, aluksi aikuiskoulutuksessa ja myöhemmin nuorisoasteella osana muovi- ja kumitekniikan opintokokonaisuutta. Hankkeen aikana opetushenkilöstölle syntyy mahdollisuus täydennyskoulutukseen ja erityisosaamisen määrä lisääntyy.