Väitös: Kasvikuiduilla vahvistetut muovit suojaavat hyvin fyysisiltä iskuilta

Nykyautot, veneet ja urheiluvälineet valmistetaan vahvoista ja kevyistä synteettisistä komposiittimateriaaleista. Autolla tai pyörällä ajaminen vaatii vähemmän energiaa ja polttoainetta, kun runko on valmistettu komposiitista. Uusi trendi on lisätä näiden kehittyneiden materiaalien kestävyyttä ja kierrätysvaihtoehtoja ympäristöystävällisillä luonnonkasvikuiduilla.

Vahvin kasvikuiduista on pellava. Se on maantieteellisesti merkityksellinen Euroopalle, eikä sen viljelyssä tarvita kastelua tai torjunta-aineita. Pellavasta saadaan pitkiä kuituja ja se sitoo merkittävän määrän hiilidioksidia itseensä kasvaessaan. Mielenkiintoista on, että pellavakuidut värähtelevät moninkertaisesti vähemmän kuin metallit ja synteettiset kuidut. Pellavalujitteiset komposiitit lisäävät mukavuutta kuoppaisilla teillä ajaessa tai tennispeleissä.

Kuidun käsittely vesimolekyyleillä vahvistaa biokomposiittia

Kuten monilla muillakin materiaaleilla, biokomposiiteista valmistetuilla tuotteilla ja rakenteilla on ominaisuuksia, jotka rajoittavat niiden käyttöä korkean teknologian sovelluksissa. Esimerkiksi pellavakuituvahvisteiset biokomposiitit kestävät huonosti venymistä ulkoisessa kuormituksessa ja ne pehmenevät yli 60 % kosteudessa. Nämä kaksi ominaisuutta ovat tärkeimmät haasteet biokomposiittien pitkäaikaiskestävyydelle. Ne estävät myös pellavan laajemman teollisen hyödyntämisen erilaisissa ulkorakenteissa.

Väitöskirjassaan Javanshour esittelee useita kuitumodifikaatiotekniikoita, jotka suojaavat luonnonkasvikuituja käytön aikaiselta rikkoutumiselta. Esimerkiksi hänen kehittämänsä biokomposiitit kestävät 100 % enemmän iskuja kuin muokkaamattomat vastineensa ja ovat verrattavissa perinteisiin lasikuituvahvisteisiin muoveihin. Javanshourin kehittämät menetelmät soveltuvat erilaisten polymeerien ja valmistusmenetelmien kanssa käytettäväksi ja voivat vähentää valmistuksen energiankulutusta.

– Yksi erittäin mielenkiintoinen ja teollisuudelle merkityksellinen tulos oli se, että löysin tavan tehdä joustavia ja vahvoja biokomposiitteja käsittelemällä kuidut vedellä ennen komposiitin valmistusta. Tämä tekee kosteudesta, joka tunnetaan biokomposiittien vihollisena, hyödyn. Tulokset vaikuttavat positiivisesti yritysten ja kuluttajien kokemukseen ja käsitykseen biokomposiiteista ja niiden kestävyydestä. Erityisesti jos haluamme käyttää biokomposiitteja tulevaisuudessa vielä vaativammissa ja lisäarvoa enemmän tuottavissa sovelluskohteissa, sanoo Farzin Javanshour.

Farzin on kotoisin Iranista (Tabrizista) ja on työskennellyt Tampereen yliopiston muovi- ja elastomeeritekniikan tutkimusryhmässä elokuusta 2018 lähtien.

Väitöstilaisuus perjantaina 9. kesäkuuta 2023

DI Farzin Javanshourin materiaalitekniikan väitöskirja, jonka otsikko on Interfacial Toughening Strategies for Impact and Fatigue Tolerant Structural Biocomposites, tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 9.6.2023 klo 12.00 Hervannan kampuksella, Sähkötalon auditoriossa S2 (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Julie Teuwen Delftin teknillisestä yliopistosta, Alankomaista ja tekniikan tohtori Olli Väntsi MM Kotkamills Boards Oy:stä. Kustoksena toimii tenure track -professori Essi Sarlin Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.