Tampereen yliopisto

Väitös: Komposiitti-rajapinnan ymmärryksestä uusia ratkaisuja korkean suorituskyvyn sovelluksiin sekä kierrätykseen

Jaa
Monimutkainen, monitieteinen, ihmiselle näkymätön – ja silti tärkeimpiä osatekijöitä pitkäikäisessä komposiittituotteessa. Kuitu-hartsi-rajapinta on kaikkea tätä ja sen kokonaisvaltainen ymmärtäminen mahdollistaa erityisesti komposiittien kierrätyksen. Kuituvalmistajat valvovat tarkasti osaamistaan rajapintaan liittyvän tiedon osalta, mutta lujitekuitujen kierrätysprosessit tuhoavat lähes poikkeuksetta kuiduille tehdyn pintakäsittelyn, joka optimoi rajapinnan kemiallista rakennetta. Väitöskirjassaan diplomi-insinööri Pekka Laurikainen osallistui rajapintatestauksen kehittämiseen ja tutki, miten lasikuitulujitteen ja kertamuovihartsin välinen rajapinta muodostuu.
Väitöskirjatutkija Pekka Laurikainen. Kuva: Tuire Marin
Väitöskirjatutkija Pekka Laurikainen. Kuva: Tuire Marin

Ilmailuteollisuus, urheiluvälineet, tuulivoima: pitkillä lujitekuiduilla vahvistettujen komposiittimateriaalien käyttöaste kasvaa monilla aloilla nopeasti. Vaikka hiilikuidut saavat paljon huomiota erinomaisen lujuus-paino-suhteensa ansiosta, lasikuidut hallitsevat teollisuutta tuotantomäärillä mitattuna – myös lähitulevaisuudessa. Kemiallisesti lasi ei kuitenkaan ole yhteensopiva polymeerin kanssa, minkä vuoksi kuormituksen siirtyminen kuidusta toiseen edellyttää rajapintafaasin luomista polymeerin ja lujitteen väliin. Valtaosassa tapauksista tämän rajapintafaasin muodostavat toisiinsa sekoittuva polymeerimatriisi ja kuidun pintaan lisätty pintakäsittelyaine, joka on perinyt tekstiiliteollisuudelta nimen sizing eli liistaus tai loimiliisteri.

– Tämä aiheuttaa joskus myös ongelmia, sillä vaikka tekstiiliteollisuuden termin merkitys on melko hyvin määritelty, se ei täysin kata komposiittialan tarpeita, Pekka Laurikainen selventää.

Rajapintafaasin rakenteesta ja testaamisesta on keskusteltu komposiittialan tieteellisessä kirjallisuudessa useiden vuosikymmenien ajan ja sen tutkimus on kehittynyt tasaisesti mutta hitaasti.

– Vaatiihan se omanlaistaan itsepäisyyttä, ja paljon kärsivällisyyttä, tutkia vain noin nanometrin paksuista ja vain kahden materiaalin välissä esiintyvää ilmiötä, jota ei voi edes suoraan havainnoida. Aluksi pitikin keskittyä siihen, miten aihetta tutkitaan oikein, Laurikainen toteaa.

Rajapintafaasilla erittäin suuri merkitys pitkän aikavälin suorituskyvyssä

Laurikainen teki väitöskirjatutkimuksensa tiiviissä yhteistyössä Tampereen yliopiston tutkijoiden perustaman Fibrobotics oy:n kanssa. Kaksi neljästä Laurikaisen kokoelmaväitöskirjan artikkelista käsittelee suoraan mikroskaalan rajapintatestaukseen suunnitellun testilaitteiston kehitystä ja validointia yhteistyössä yrityksen kanssa.

– Erityisen kiinnostavaksi osoittautui rajapinnan väsymistestaus mikromittakaavassa. Yksittäisten kuitujen rajapintatestauksessa päädytään jopa kansainvälisellä tasolla usein jahtaamaan mahdollisimman isoja lujuusarvoja matriisin irrottamiselle kuidusta, kun kehitetään uusia kuidun pintakäsittelyjä. Esimerkiksi lentokoneiden siivissä ja tuuliturbiinien lavoissa kuormitus on syklistä ja dynaamista eikä sen vaikutusta materiaalin suorituskykyyn ja tuotteen elinikään voida luotettavasti arvioida perinteisellä lujuusmittauksella, Pekka Laurikainen kertoo.

Menetelmän validointiin kuului oleellisena osana itse materiaaleihin liittyvien haasteiden ratkaiseminen. Työssä havaittiin aikaisin, että matriisin ominaisuudet mittauksessa eivät vastaa makroskooppisen mittakaavan käyttäytymistä, mikä nosti polymeerikemian ja laskennallisen kemian työkalut tärkeään rooliin.

– Tältä osin raapaistiin tässä työssä oikeastaan vasta pintaa. Kirjallisuudessa on hyviä esimerkkejä erityisesti erilaisten rajapintojen visualisoinnista laskennallisen kemian menetelmillä ja näen tässä paljon potentiaalia kuitu-matriisi-rajapintojen tutkimukselle tulevaisuudessa, hän jatkaa.

Väitöstilaisuus perjantaina 1. syyskuuta

Diplomi-insinööri Pekka Laurikaisen materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Characterisation and Validation of the Microscale testing of Fibre Matrix Interphases tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 1.9.2023 kello 12 Hervannan Kampuksella Festia-rakennuksen salissa FA032 Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 1, 33720 Tampere). Vastaväittäjänä toimii tohtori Liu Yang, University of Strathchlyde, ja professori Andrea Dorigato, University of Trento. Kustoksena toimii Tenure track -professori Essi Sarlin, tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta, Tampereen yliopisto.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Pekka Laurikainen
050 447 8383
pekka.laurikainen@tuni.fi

Kuvat

Väitöskirjatutkija Pekka Laurikainen. Kuva: Tuire Marin
Väitöskirjatutkija Pekka Laurikainen. Kuva: Tuire Marin
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä noin 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Väitös: Kerrostaloasukkaiden mieltymysten toteuttaminen tarjoaa mahdollisuuksia asuntojen tuleviin tilamuunnoksiin25.9.2023 10:00:00 EEST | Tiedote

Mitkä tekijät korostuisivat, jos asuinkerrostaloja kehitettäisiin asukkaiden ehdoilla? Entä mitä on huomioitava, jotta myös käyttäjät voisivat tehdä tilamuunnoksia asunnoissaan? Arkkitehti SAFA Sini Saarimaan väitöstutkimuksessa selvisi, että tietyt asuinkerrostalon ominaisuudet sekä tukevat miellyttävyyttä asukkaan näkökulmasta että mahdollistavat tilamuunnoksia asukkaille vaihtelevissa tilanteissa. Saarimaan mukaan nämä ominaisuudet ansaitsisivat enemmän huomiota suomalaisessa asuinkerrostalotuotannossa.

Väitös: Lapsuusiän negatiivisilla elämäntapahtumilla on yhteys aikuisiän fibromyalgiaan22.9.2023 08:45:00 EEST | Tiedote

Lääketieteen lisensiaatti Aleksi Varinen selvitti väitöstutkimuksessaan fibromyalgiapotilaiden liitännäissairauksia, kokemuksia terveydenhuollosta ja oireyhtymälle altistavia tekijöitä. Tutkimuksessa selvisi, että negatiiviset kokemukset, kuten koulukiusaaminen, ovat yhteydessä oireyhtymän puhkeamiseen. Terveydenhuollossa fibromyalgiapotilaat kohtaavat epävarmuutta.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme