Väitös: Karheapintaiset lujitekuidut mahdollistavat ekologisesti ja rakenteellisesti kestävämpien komposiittien valmistuksen tulevaisuudessa

Komposiittiteollisuus on jatkuvasti ja nopeasti kasvava teollisuudenala. Kevyet mutta lujat komposiittimateriaalit valtaavat jalansijaa ilmailu-, avaruus- ja autoteollisuuden aloilla korvaamalla perinteisiä teräsosia ja näin mahdollistamalla esimerkiksi pienemmät hiilidioksidipäästöt. Yksinkertaisuudessaan komposiittien ainutlaatuinen ominaisuusyhdistelmä saadaan aikaan yhdistämällä kuormaa kantava lujitemateriaali sekä kappaleen muodosta ja lujitteen paikoillaan pysyvyydestä huolehtiva matriisimateriaali. Käytännössä asia ei ole kuitenkaan näin yksinkertainen.

– Lujitteen, esimerkiksi kuitujen, tulee kiinnittyä tiukasti matriisiin, jotta kappaleeseen kohdistuva kuorma välittyy tehokkaasti ja rakenne on kestävä. Tällä hetkellä tämä saadaan aikaan erilaisilla pintakäsittelymenetelmillä, jotka kuitenkin ovat haitallisia niin ympäristölle kuin ihmisillekin, Sarianna Palola selventää.

Tutkimuksessaan Palola selvitti, miten lujitekuitujen ja matriisin välille saadaan aikaan vahva sidos ilman valtavaa kemikaalikuormaa. Vaihtoehtoinen lähestymistapa tähän ongelmaan on hyödyntää mekaanista lukittautumista, jossa vastakkaiset pinnat liittyvät toisiinsa pienten kohoumien ja kuoppien avulla.

– Käytännössä ilmiö on sama kuin Lego-palikoissa, jotka voi liittää yhteen tiukasti ilman liimaa, Palola selittää.

Pintakäsittelyä mikroaaltomenetelmällä

Väitöstutkimuksessaan Palola kehitti uudenlaisen pintakäsittelymenetelmän. Menetelmän avulla voidaan muodostaa pieniä nyppylöitä aramidikuidun pinnalle käyttäen tavallista mikroaaltouunia. Tällä hyvin yksinkertaisella tekniikalla mahdollistetaan kuidun pinnan ja matriisin välinen mekaaninen lukittautuminen tehokkaasti.

– Karheapintaiset kuidut kykenivät muodostamaan huomattavasti lujemman sidoksen käytettyjen matriisimateriaalien kanssa kuin käsittelemättömät tai edes kemiallisesti käsitellyt kuidut. Tulos on hyvin merkittävä, sillä se mahdollistaa täysin uudenlaisen avauksen komposiittiteollisuudelle sekä rakenteellisesti että ympäristön kannalta kestävämpien komposiittien rakenteiden valmistukseen, hän jatkaa.

Mikroaaltomenetelmän uutuusarvo ja mahdollisuudet on huomattu myös kansainvälisissä tapahtumissa. Aihe herättää usein innostunutta keskustelua alan toimijoiden ja tutkijoiden kanssa. Sen ansiosta Palolalle myönnettiin SAMPE Euroopan jakaman arvostetun Schliekellmann Award:n jo tutkimuksen alkuvaiheessa. Palolan tutkimuksen teknologiseksi kypsyystasoksi (TRL) on arvioitu 4–5, joka on poikkeuksellisen korkea väitöskirjatasoiselle tutkimukselle.

*****

Diplomi-insinööri Sarianna Palolan materiaalitekniikan alaan liittyvä väitöskirja Exploring Mechanical Adhesion in Fiber Reinforced Composites with Aramid and Recycled Carbon Fibers tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja Luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 11.11.2022 klo 12 Hervannan Kampuksella Festia-rakennuksen salissa FA032 Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 1, 33720 Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Clemens Dransfeld, Delft University of Technology, jatekniikantohtori Pirjo Pietikäinen, Suomen muoviteollisuus Ry. Kustoksena toimii apulaisprofessori Essi Sarlin Tampereen yliopistosta.