Puuvillakuitulujitteinen polypropeeni : ekologinen luonnonkuitukomposiitti

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli valmistaa ekologinen muovikomposiitti. Työssä tutkittiin muuhun käyttöön kelpaamattoman materiaalin soveltuvuutta lujitteeksi. Työhön sisältyi sopivien raaka-aineiden valitseminen, niistä muodostuvan komposiitin valmistus ja sen testaus. Lujitemateriaaliksi valittiin tekstiilijätteestä saatava puuvillakuitu ja matriisimuoviksi polypropeeni. Työ tehtiin Lahden ammattikorkeakoulun Tekniikan laitokselle.

Työn teoriaosassa tutustutaan tekstiilien kierrätykseen ja tarkastellaan muovikomposiittien, polypropeenin sekä puuvillan ominaisuuksia. Lisäksi perehdytään työssä käytettyihin valmistus- ja testausmenetelmiin. Valmistusmenetelminä käytettiin ekstruusiota ja ruiskuvalua ja valmistettujen koesauvojen testaukseen veto- ja iskukoetta. Lisäksi materiaalin lämpöominaisuuksia tutkittiin DSC:llä.

Tutkimusosassa käydään läpi uusiokuidun, komposiittiraaka-aineen sekä koekappaleiden valmistusta. Uusiokuidun valmistaminen tekstiileistä vaati hieman improvisointia, mutta lopputulos oli erittäin hyvä. Komposiittiraaka-aine valmistettiin ekstrudoimalla, mikä osoittautui hitaaksi ja vaivalloiseksi. Raaka-aineesta valmistettiin ruiskuvalamalla koekappaleita testejä varten. Kappaleissa käytettiin kahta lujitteen paino-osuutta (20 ja 40 p%), jotta voitiin tutkia lujitteen määrän vaikutusta komposiitin ominaisuuksiin.

Testitulokset osoittivat, että puuvillakuitu lisää muovin jäykkyyttä ja iskulujuutta. Se ei kuitenkaan lisää vetolujuutta, minkä syynä on todennäköisimmin se, ettei komposiitissa käytetty kytkentäaineita. Puuvillakuitulujitettua polypropeenia pitäisi voida käyttää samoissa käyttösovelluksissa kuin muitakin selluloosakuiduilla lujitettuja muovikomposiitteja, jos kytkentäaineella saataisiin materiaalista lujempaa.

The purpose of this study was to manufacture an ecological plastic composite. The study examined the suitability of a substance which is unsuitable for other use, as a reinforcement material. The work included the selection of suitable materials, manufacturing the composite and testing it. The chosen reinforcement material was cotton fiber, which was found in textile waste. The plastic matrix was polypropylene. The study was made for the Faculty of Technology of Lahti University of Applied Sciences.

The theoretical part of the study deals with the recycling of textiles and the properties of plastic composites, polypropylene and cotton fiber. It also includes the theory of the manufacturing and test methods used in this study. Manufacturing methods were extrusion and injection molding. Tensile and impact tests were used for the testing of the manufactured specimens. The thermal properties of the material were studied by DSC.

In the practical part, the manufacture of recycled fiber, composite material and test specimens are presented. The manufacturing of recycled fiber from textiles required some improvisation, but the result was very good. The composite material was manufactured by extrusion, which proved to be slow and difficult. The specimens for the tests were injection molded from that material. There were two weight proportions (20 and 40 w%) in order to examine the effect of the amount of fiber on the properties of the composite.

Test results show that the cotton fiber adds stiffness and impact strength to the plastic. It does not, however, increase the tensile strength, which is most likely due to the fact that no coupling agents were used in the composite. It should be possible to use cotton fiber reinforced polypropylene in the same applications as the other cellulose fiber reinforced plastic composites, if the coupling agent could make the material stronger.