TDI-sarja

TDI-pohjaisissa näytteissä on nähtävissä selvä trendi, missä fillereitä sisältävät näytteet osoittavat vetokokeen alussa suurempaa moduulia kuin verrokkimateriaali. Kaikilla fille-reillä on selvä vaikutus kimmomoduuliin, joissa parannusta on 29,10 - 257,42 %. Kim-momoduuli kasvaa nopeasti näytteiden filleriosuuden ylittäessä 1 m-%. Kasvu selittyy todennäköisesti fillerien polymeeriketjujen liikettä rajoittavalla ominaisuudella. Tällöin ne vahvistavat materiaalia pienillä venymän arvoilla. Pienipartikkelisilla lujitteilla on pääosin venymää ja murtolujuutta heikentävä vaikutus. Myöskään 100 % ja 300 % mo-duuleissa ole nähtävissä merkittävää parannusta. Lujitteiden läsnäolo häiritsee todennä-köisesti polyuretaanin kiteytymiskäyttäytymistä kovassa rasituksessa, mikä johtaa hei-kompaan murtolujuuteen. Taulukossa 16 on esitetty TDI-sarjan vetokoearvot.

Taulukko 16. TDI-sarjan näytteiden vetokoearvot.

Kuvassa 52 on esitetty MCC-näytteiden ja verrokin vetokokeiden tuloksien keskiarvoiset käyrät. Verrokki antaa parhaimman murtolujuuden, mutta ero MCC:tä sisältäviin näyttei-siin on pieni. Kimmomoduulin arvot kasvavat selvästi MCC-pitoisuuden ollessa yli 1

m-%. 100 % moduuliarvossa ei ole merkittävää eroa, mutta 300 % moduuliarvoista nähdään, että MCC:llä on laskeva vaikutus vetolujuuteen. Venymän arvoissa ei ole merkittävää eroa ja kaikki näytteet ovat kahden prosenttiyksikön sisällä verrokin arvosta.

Näyte Vetolujuus

Verrokki 44,07 43,18 45,82 0,18 11,57 20,50 421,31 418,71 428,02

MCC 1% 41,97 37,52 44,94 0,23 11,56 16,28 429,37 418,73 441,00

MCC 2,4% 40,62 35,62 42,95 0,54 11,71 19,56 423,73 413,48 430,84

MCC 3% 39,34 34,50 44,22 0,50 11,63 19,14 425,53 404,33 44,22

MCC 5% 37,24 33,13 44,94 0,51 11,60 19,08 416,07 394,25 435,86

MMT 1% 39,25 31,85 42,96 0,27 11,52 20,67 371,28 346,82 400,14

MMT 3% 38,02 35,59 40,66 0,61 11,29 20,07 408,16 386,69 418,53

MMT 5% 37,50 33,71 43,91 0,63 12,17 21,49 387,43 381,18 395,29

m-MMT 1% 44,13 40,40 47,28 0,62 11,84 21,66 407,06 395,22 414,91

m-MMT 3% 48,34 45,44 54,47 0,44 10,66 15,84 555,77 502,36 593,15

m-MMT 5% 43,90 39,16 50,14 0,41 11,95 19,07 445,71 429,74 461,73

Hamppukuitu 24,03 16,64 28,88 0,50 11,73 20,11 330,03 254,95 365,22

Alkalikäsitelty

hamppukuitu 15,01 12,17 19,14 0,51 11,98 - 191,54 109,94 271,82

Näyte Vetolujuus

Verrokki 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

MCC 1% -4,75 -13,10 -1,91 29,10 -0,08 -20,62 1,91 0,01 3,03

MCC 2,4% -7,82 -17,50 -6,27 204,23 1,24 -4,63 0,57 -1,25 0,66

MCC 3% -10,71 -20,10 -3,50 181,66 0,54 -6,64 1,00 -3,43 -89,67

MCC 5% -15,49 -23,27 -1,91 191,95 0,22 -6,94 -1,24 -5,84 1,83

MMT 1% -10,93 -26,23 -6,24 53,08 -0,48 0,79 -11,87 -17,17 -6,51

MMT 3% -13,71 -17,57 -11,27 248,89 -2,41 -2,14 -3,12 -7,65 -2,22

MMT 5% -14,91 -21,92 -4,18 257,42 5,13 4,82 -8,04 -8,96 -7,65

m-MMT 1% 0,14 -6,44 3,20 254,37 2,33 5,61 -3,38 -5,61 -3,06

m-MMT 3% 9,69 5,24 18,88 147,04 -7,88 -22,77 31,91 19,98 38,58

m-MMT 5% -0,37 -9,30 9,44 132,73 3,24 -7,02 5,79 2,64 7,87

Hamppukuitu -45,46 -61,47 -36,97 182,93 1,40 -1,93 -21,67 -39,11 -14,67

Alkalikäsitelty

hamppukuitu -65,93 -71,82 -58,24 189,56 3,55 - -54,54 -73,74 -36,49

Kuva 52. Verrokki ja MCC-näytteet.

Kuvassa 53 on esitetty käyrien alkupää. MCC:n vahvistava vaikutus ilmenee ennen 100

% moduulia. Vahvistus kasvaa MCC-osuuden kasvaessa, mutta ero ei ole merkittävä.

Näyte MCC 5 m-% antaa parhaimman vetolujuusarvon venymän ollessa ~ 30 %, jonka jälkeen vaikutus laskee. Verrokin ja näytteen vetolujuusarvot ovat yhtä suuret venymän ollessa ~ 80 %. Sama ilmenee myös muissa MCC-näytteissä ja näyte MCC 1 % kohtaa verrokin viimeisenä venymän ollessa ~ 100 %.

Kuva 53. MCC-näytteiden ja verrokin vetokokeen käyrien alkuosuus.

Kuvassa 54 on esitetty MMT näytteiden ja verrokkimateriaalin keskiarvoiset käyrät. Tu-loksista voidaan huomata, että MMT:n näytteet ovat murtolujuudeltaan heikompia kuin verrokki. Kimmomoduuli kasvaa MMT-osuuden kasvaessa ja näytteen MMT 5 % kim-momoduuliarvo on TDI-sarjan suurin. Näyte MMT 5 % antaa keskiarvoisesti paremman vetolujuuden murtumaansa saakka verrokkiin verrattuna. Näyte MMT 1 % on vetolujuu-deltaan aluksi heikompi kuin verrokkimateriaali, mutta antaa hieman paremman vetolu-juuden venymän ollessa 80 % yläpuolella. Näyte MMT 3 % ei sijoitu vetolujuudessa ver-rokkia korkeammalle, vaan se on verrokin kanssa samaa tasoa. Verrokki antaa parhaim-man venymäarvon, mikä johtuu todennäköisesti siitä, että pienipartikkeliset lujitteet hei-kentävän ketjujen kiteytymiskykyä.

Kuva 54. MMT näytteet ja verrokkimateriaali.

Kuvassa 55 on esitetty käyrien alkuosa. Kuvasta ilmenee, että MMT näytteet 3 % ja 5 % nostavat vetolujuutta pienillä venymän arvoilla. Näytteet 1 % ja 3 % vahvistavat näytettä venymän arvoon ~ 75 % saakka. Näyte MMT 3 % säilyy heikoimpana koko vetokokeen loppuosuuden. On mahdollista, että materiaalissa on ollut ilmakuplia ja niiden poistami-nen vakuumilla ei ole ollut riittävä.

Kuva 55. MMT-näytteiden ja verrokin vetokokeen käyrien alkuosuus.

Kuvassa 56 on esitetty m-MMT näytteiden ja verrokin vetotuloksien keskiarvot. Näytteet osoittivat pientä parannusta vetolujuuteen. Näyte m-MMT 3 % antaa keskiarvoltaan par-haan murtolujuuden ja venymänarvon. Se valmistettiin myöhemmin, minkä vuoksi sillä on vähemmän lepopäiviä ennen testausta kuin muilla näytteillä. Näyte testattiin uunituk-sesta seuraavana päivänä, mikä voi vaikuttaa tuloksiin. Venymän lisääntyminen näkyy selvästi käyrästä. Myös molemmat moduulit ovat matalampia kuin verrokilla. Voi myös olla, että MMT partikkeleissa on tapahtunut interkalaatiota tai exfoliaatiota, joka voi vai-kuttaa tuloksiin. Näyte m-MMT 1 % on murtolujuudeltaan parempi kuin verrokki ja näyte m-MMT 5 % on murtolujuudeltaan heikompi kuin verrokki. Tämä voi johtua siitä, että ketjujen liikkumiskyky on heikompi suuren fillerimäärän myötä. On myös mahdollista, että partikkelit käyttäytyvät inertisti, koska vapaita isosyanaattipäitä ei ole riittävästi rea-goimaan modifiointikemikaalien kanssa. 100 % ja 300 % moduuliarvoissa näyte m-MMT 3 % antaa selvästi muita näytteitä ja verrokkia matalammat arvot.

Kuva 56. Verrokki ja m-MMT näytteiden vetokoekäyrät.

m-MMT-näytteiden ja verrokin vetolujuuksien alkuosat on esitetty kuvassa 57 ja vaikutus ilmenee samana kuin aikaisempien näytteiden kohdalla. Käyrien alkupäässä nähdään pieni vetolujuuden ja kimmomoduulin kasvu. Näyte m-MMT 3 % käyttäytyy poik-keavasti vastustaen vetoa vähemmän kuin verrokki. Tämä johtuu todennäköisesti näyt-teen vähäisistä lepopäivistä, joka saattaa ilmetä heikompina vetolujuuden arvoina käyrän alkupäässä. Kimmomoduulia tarkasteltaessa, m-MMT näytteet antavat verrokkia parem-mat arvot (pois lukien näyte m-MMT 3 %).

Kuva 57. m-MMT-näytteiden ja verrokin vetokokeen käyrien alkuosuus.

Hamppukuitunäytteitä testattiin sekä alkalikäsiteltyinä että käsittelemättömänä. Näyttei-den ja verrokin vetokoetulokset ovat esitettyinä kuvassa 58. Alkalikäsittelyllä voidaan todeta olevan pieni vaikutus vetolujuuteen PU-näytteissä, mutta suuri vaikutus venymän ja murtolujuuden arvoihin. Testatut näytteet sisälsivät ilmakuplia, mikä vaikuttaa toden-näköisesti heikentävästi tuloksiin.

Kuva 58. Hamppukuitunäytteet ja verrokki.

Alkalikäsitelty hamppukuitu vahvistaa näytettä murtumaansa asti, mutta verrokki antaa selvästi paremman murtolujuuden ja murtovenymän. Alkalikäsittely parantaa kuitujen adheesiota matriisiin mekaanisin kytköksin ja pienentämällä pinnan hydrofiilisyyttä. Pa-rantuneen adheesion myötä kuitujen tulisi parantaa vetolujuutta ja kimmomoduulia. On kuitenkin mahdollista, että käytetty kuituosuus jää alle VCrit-arvon, jolloin kuitujen vah-vistava vaikutus ei ilmene materiaalissa. Tämän lisäksi matriisin isosyanaatti-indeksiarvo oli < 1, jolloin ristisilloitusreaktioita on materiaalissa vain hyvin rajoitettu määrä. Vapaat isosyanaatit reagoivat tällöin ketjunjatkajan kanssa. Hamppukuidut eivät häiritse yhtä pal-jon polymeeriketjujen liikkumiskykyä kuin pienet MMT partikkelit. Hamppukuitujen orientoimattomuus ja niiden mukanaan tuomat ilmakuplat mahdollistavat repeämisen ydintymisen kohtisuoraan vetosuuntaan, mikä heikentää materiaalin venymäarvoja.

Käsittelemättömät kuidut vaikuttavat materiaaliin vähemmän. Ne vahvistavat pienillä ve-nymän arvoilla, mutta vahvistus loppuu veve-nymän ollessa ~ 145 %. Tämän jälkeen käyrä noudattaa verrokin käyrää murtumiseensa asti. Tämä johtuu todennäköisesti

heikom-masta adheesiosta ja pienestä osuudesta. Hamppukuitujen selluloosan osuus koostumuk-sesta on myös suurempi verrattuna alkalikäsiteltyyn, mikä voi osaltaan vaikuttaa tuloksiin laskevasti. Kuitujen osuutta pitäisi todennäköisesti lisätä, mutta tällöin hyvän sekoitustu-loksen saaminen on haasteellista. Käsin sekoittaminen ei suuremmilla osuuksilla onnis-tunut riittävän hyvin ja matriisin raaka-aineet eivät reagoineet täysin. Hyvän sekoituksen saamiseksi matriisin reaktionopeutta tulisi mahdollisesti hidastaa ja materiaali ilmata se-koituksen jälkeen.

Kuvassa 59 on esitetty hamppunäytteiden ja verrokin käyrien alkuosa. Käsitelty hamppu-kuitu antaa lievästi korkeamman vetolujuuden pienillä venymän arvoilla. Ero kasvaa ve-nymän kasvaessa murtumaan asti. Adheesio on todennäköisesti hyvä, mutta vahvistava vaikutus ilmenisi todennäköisesti paremmin suuremmalla hamppukuitumäärällä. Käsit-telemätön hamppukuitu käyttäytyy aluksi kuten käsitelty hamppukuitu, mutta alkaa ve-nymän kasvaessa käyttäytymään verrokin tavoin. Sen murtovenymäarvot ja murtolujuus ovat kuitenkin pienempiä kuin verrokilla.

Kuva 59. Hamppukuitu-näytteiden ja verrokin vetokokeen käyrien alkuosuus.