ConceptCar-project: Experimental Polypropylene-Biofiber Composite Components

Abstract

This Bachelor Thesis was carried out for the Metropolia ConceptCar–project, funded by TEKES, the Finnish Funding Agency for Technology and Innovation, which produces a mul-tifunctional prototype passenger vehicle. The vehicle is a showcase of multiple different areas of competence in the field of automotive design and yields a large number of other Bachelor Theses during its lifetime. The resulting ConceptCar vehicle will also work as a platform for the participating companies to exhibit their input in the project for their customers and associates.

The aim of this Thesis was to test a new type of polypropylene-biofiber composite and find out methods for producing body parts for the ConceptCar vehicle out of this material. The aim was to find methods that would suit the nature of the project as a small-scale production, would be easy to use with little or no previous expertise in thermoplastic molding and would not require expensive, large or otherwise unavailable machinery. The results of the process and findings are recorded in this Thesis. Standardized and simplified material testing for the composite was also carried out, whenever possible. The results of these tests were not as useful as desired, but gave nevertheless important information about testing and manufacturing processes.

The goal of the study was met in the form of finding a method for manufacturing parts by thermoforming them without dedicated machinery or exhaustive knowledge in thermoplastics. In the process of making the study, it became clear that working with composite in granulate form with ad hoc –tools is impractical and purpose-built extruder and injection molding machines or stock materials made with professional tools are to be used when manufacturing any kind of end product with this material.

Insinöörityö toteutettiin osana Metropolian, TEKESin ja yhteistyökumppaneiden ConceptCar–projektia, joka tuottaa monikäyttöisen demonstraatioajoneuvon prototyypin. Tämä ajoneuvo on työnäyte, joka esittelee useita eri autosuunnittelun osa-alueita ja jonka puitteissa tehdään lukuisia insinööritöitä. ConceptCar-demonstraatioajoneuvo toimii myös yhteistyökumppanien esittelyalustana, jolla voidaan esitellä kunkin osallistujan panosta ja osaamista omille sidosryhmilleen.

Tämän insinöörityön tavoitteena oli testata uudentyyppistä polypropeeni-biokuitukomposittia, ja kehitellä työtapoja, joilla voitaisiin valmistaa koripaneeleja ajoneuvoteollisuudessa, erityisesti ConceptCar-demonstraatioajoneuvoon. Tavoitteena oli löytää sellaisia keinoja työskennellä materiaalin kanssa, jotka sopivat projektin luonteeseen, piensarjatuotantoon ja jotka eivät vaadi kalliita, suuria tai muulla tavoin vaikeasti saatavilla olevia koneita. Materiaalille suoritettiin myös materiaalikokeita ISO/SFS standardien pohjalta tai niiden prosesseja imitoiden. Näiden materiaalikokeiden tulokset antoivat tärkeitä tietoja valmistusprosesseista. Työn tulokset on kuvattu tässä insinöörityössä. Työn tavoite saavutettiin, sillä lämpömuovauksen havaittiin olevan edullinen, helppo ja nopea tapa valmistaa kokeellisia osia jopa improvisoiduin (ad hoc) työkaluin ja vähäisellä kokemuksella kestomuovien muokkaamisesta. Työssä käy myös ilmi, että improvisoidut työkalut eivät ole riittäviä materiaalin saattamiseksi granulaattimuodosta työstettävään muotoon, vaan osien valmistukseen tarvitaan ammattilaistyöstömenetelmin valmistettua aihiomateriaalia.