BK10A0402 Kandidaatintyö
TEKSTIILIJÄTTEEN HYÖTYKÄYTTÖ KOMPOSIITEISSA
UTILIZATION OF TEXTILE WASTE IN COMPOSITES
Lappeenrannassa 9.12.2020 Janne Häyhä
Tarkastaja Prof. Timo Kärki Ohjaaja TkT Marko Hyvärinen
LUT Kone
Janne Häyhä
TEKSTIILIJÄTTEEN HYÖTYKÄYTTÖ KOMPOSIITEISSA
Kandidaatintyö
2020
30 sivua ja 5 kuvaa
Tarkastaja: Prof. Timo Kärki
Ohjaaja: TkT Marko Hyvärinen
Hakusanat: tekstiilijäte, tekstiilikuitu, komposiitti, ajoneuvoala, ilmailuala
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää tekstiilijätteen hyödyntämistä komposiitteihin ajoneuvoissa ja ilmailussa. Tavoitteena oli luoda yhteenveto tekstiilijätekomposiittien eduista, sovelluskohteista ja tuotteiden valmistustavoista ajoneuvo- ja ilmailualalla. Lisäksi tutkimuksessa perehdyttiin lainsäädännön asettamiin rajoituksiin, tuotteiden valmistajien ja viranomaisten tavoitteisiin sekä ympäristötavoitteisiin.
Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Lähdeaineistona käytettiin vertaisarvioituja artikkeleita ja tieteellisiä julkaisuja eri tietokannoista. Lähteet kohdennettiin useissa tieteellisissä tietokannoissa tiedonhaulla tekstiilijätteen hyödyntämisestä komposiitteihin ajoneuvoissa ja ilmailussa.
Tutkimuksessa havaittiin, että tekstiilijätteestä ja sen käytöstä komposiiteissa ajoneuvo- ja ilmailualalla on hyvin vähän yleistä tietoa tällä hetkellä. Aiheesta ei ole tehty kohdennettua tutkimusta tai selvitystä, eikä konkreettisia esimerkkejä kuten tuotteita, tilastoja tai esimerkkisovelluksia löytynyt.
Tulosten perusteella voidaan päätellä, että laajamittaista käyttöä tekstiilijätteelle komposiiteissa ajoneuvo- ja ilmailualoilla ei vielä ole. Materiaalin kierrätys ei ole kehittynyt sellaiseksi, että se olisi laajasti käytettävissä, mikä kertoo vain siitä, että käyttöä on mahdollista lisätä, mutta lisätutkimusta aiheesta tarvitaan.
LUT Mechanical Engineering
Janne Häyhä
UTILIZATION OF TEXTILE WASTE IN COMPOSITES
Bachelor’s thesis
2020
30 pages and 5 figures
Examiner: Prof, D. Sc. (Tech.) Timo Kärki
Supervisor: D. Sc. (Tech.) Marko Hyvärinen
Keywords: textile waste, textile fibre, composite, automotive, aviation
The purpose of this research was to examine composites made of textile waste in the field of automotive and aviation. The aim was to create a conclusion of textile waste, its benefits, applications and manufacturing processes for composites on the field of automotive and aviation. In addition, this research examines the legislations, aims of manufacturers and authority and environmental priorities.
The research method used was literature review. The source material used was peer- reviewed articles and scientific research’s, from different databases. The source material was allocated with various scientific database searches to utilise textile waste on the field of automotive and aviation.
As a result, there is currently very limited information available of textile waste and its usage in composites in automotive and aviation. There is no allocated research, report or products, applications or statistics of the subject available.
In conclusion there is currently no extensive usage of textile waste in composites in automotive and aviation. Recycling and sorting of textile waste is not developed enough to use extensively. It is possible to increase the usage of textile waste, but further research is needed.
SISÄLLYSLUETTELO
TIIVISTELMÄ ... 2
ABSTRACT ... 3
SISÄLLYSLUETTELO ... 4
1 JOHDANTO ... 6
1.1 Tutkimuksen tausta ... 6
1.2 Tutkimusongelma ... 6
1.3 Tavoitteet ja tutkimuskysymykset ... 7
1.4 Tutkimusmenetelmät ... 7
2 TEKSTIILIJÄTE JA KOMPOSIITIT ... 8
2.1 Tekstiilijäte ... 8
2.1.1 Tekstiilimateriaalit ... 8
2.1.2 Tekstiilien kulutus ... 9
2.1.3 Tekstiilijätteen määrät ... 9
2.1.4 Kierrätys ... 10
2.2 Komposiitit ... 11
2.2.1 Matriisi ... 12
2.2.2 Lujitteet ... 12
2.3 Komposiitit ajoneuvo- ja ilmailualalla ... 13
2.3.1 Ajoneuvot ... 13
2.3.2 Ilmailu ... 16
3 TEKSTIILIJÄTE KOMPOSIITEISSA AJONEUVO- JA ILMAILUSOVELLUKSISSA ... 18
3.1 Hyödyntäminen ... 18
3.2 Valmistus ... 19
3.3 Mahdollisuudet ja tulevaisuuden näkymät ... 20
3.4 Lainsäädäntö ja muut ohjaavat tekijät ... 21
4 POHDINTA JA YHTEENVETO ... 24
LÄHTEET ... 26
1 JOHDANTO
Komposiittimateriaalien kasvattaessa suosiotaan ajoneuvojen rakennusmateriaalina, myös niiden ominaisuuksiin kiinnitetään enemmän huomiota. Komposiittimateriaalien parantamista ajaa ajoneuvovalmistajien tarve entistä ympäristöystävällisempiin ja tehokkaampiin materiaaleihin. Näihin tarpeisiin tekstiilijätteen käyttö komposiittien materiaalina vastaa. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan tekstiilijätekomposiittien käytön nykyistä tilannetta, tulevaisuuden näkymiä sekä niihin vaikuttavia tekijöitä, joista ei ole aiempaa koottua tietoa ajoneuvo- ja ilmailualalta. Tekstiilijätteen hyötykäytön positiivisten ympäristövaikutusten ja kestävän kehityksen vuoksi aihetta voidaan pitää maailmanlaajuisesti tärkeänä.
1.1 Tutkimuksen tausta
Tämän työn tuloksia voidaan hyödyntää tekstiilijätteen hyötykäytön ja aihealueen lisätutkimuksen tarpeen kartoittamisessa ajoneuvo- ja ilmailualalla, ja mahdollisesti käyttää osana tutkimusten suunnittelua. Lisäksi tuloksia voidaan hyödyntää osana tekstiilijätteen hyötykäyttöä edistävien toimijoiden yhteistyöhankkeita. Työn mahdollisia hyötyjä ovat tekstiilijätteen ympäristövaikutusten pienentäminen ja kiertotalouden edistäminen. Teknisiä hyötyjä ovat uusien ja olemassa olevien potentiaalisten sovelluskohteiden sekä valmistustapojen tunnistaminen ajoneuvo- ja ilmailualalla sekä mahdollinen taloudellinen hyöty tekstiilijätteen korvatessa komposiittien arvokkaampia materiaaleja.
Työn aihetta voidaan pitää merkittävänä sen positiivisten ympäristövaikutusten sekä kestävän kehityksen vuoksi. Kiristyvän lainsäädännön ja ympäristötavoitteiden sekä syntyvän tekstiilijätteen määrän vuoksi aihe on maailmanlaajuisesti merkittävä.
Tekstiilijätteen hyötykäyttöä lisäämällä voidaan luoda uusia työpaikkoja sekä lisätä kotimaista osaamista ja yhteistyötä eri alojen toimijoiden välillä.
1.2 Tutkimusongelma
Tässä työssä kartoitetaan ajoneuvo- ja ilmailualan tällä hetkellä käytössä olevia sekä uusia tulevia tekstiilijätekomposiittien sovelluskohteita ja valmistustapoja. Tutkitaan mahdollisuuksia lisätä tekstiilijätteen käyttöä komposiiteissa ja tunnistetaan mahdollisia kehityksen suuntia. Työssä tutkitaan aloihin vaikuttavia lainsäädännön rajoittavia ja ohjaavia
tekijöitä eri näkökulmista sekä huomioidaan aloihin vaikuttavia ympäristötekijöitä. Lisäksi perehdytään lainsäädännön asettamiin rajoituksiin, tuotteiden valmistajien ja viranomaisten tavoitteisiin sekä ympäristötavoitteisiin.
1.3 Tavoitteet ja tutkimuskysymykset
Tämän työn tavoitteena on luoda yhteenveto tekstiilijätekomposiittien eduista, sovelluskohteista ja tuotteiden valmistustavoista ajoneuvo- ja ilmailualalla. Lisäksi vastataan tutkimuskysymyksiin:
- Miksi tekstiilijätekomposiitteja käytetään ajoneuvoissa?
- Miten ajoneuvo- ja ilmailualalla hyödynnetään tekstiilijätekomposiitteja nyt ja tulevaisuudessa?
- Mitkä tekijät ohjaavat komposiittien käyttöä ajoneuvoissa ja ilmailussa?
1.4 Tutkimusmenetelmät
Tämä työ on tyypiltään kirjallisuuskatsaus. Tiedonhaku suoritetaan hakemalla eri tietokannoista tekstiilijätteen hyödyntämisestä komposiitteihin ajoneuvoissa ja ilmailussa.
Lähteitä kohdennetaan mahdollisuuksien mukaan useaan eri lähdetyyppiin. Tuloksia ja saatua tietoa analysoidaan vertailemalla niitä keskenään ja lähteiden luotettavuutta tarkastellaan eri tunnuslukujen avulla.
Työn aineiston ja tulosten reliabiliteetti varmistetaan useiden tieteellisten tietokantojen luotettavuuden ja lähteiden kohdentamisen avulla. Aineistosta kerättyä tietoa vertaillaan mahdollisuuksien mukaan muista aineistoista kerättyyn tietoon. Työn laajuus on rajattu tutkimaan vain tekstiilijätteen käyttöä komposiiteissa ajoneuvo- ja ilmailualan sovelluksissa sekä niihin soveltuvia valmistustapoja ja aloja ohjaavia lakeja ja muita tekijöitä.
2 TEKSTIILIJÄTE JA KOMPOSIITIT
Tässä kappaleessa käsitellään tekstiilijätettä, tekstiilijätteen syntyä, sen sisältämiä materiaaleja, tekstiilikuitujen kulutusta, määriä ja kierrätystä. Lisäksi käsitellään komposiittien rakennetta, materiaaleja sekä käyttöä ajoneuvo- ja ilmailualoilla.
2.1 Tekstiilijäte
Tekstiilijätteellä tarkoitetaan tekstiilimateriaalia, jonka käyttäjä on poistanut käytöstä ja joka ei kelpaa uudelleenkäyttöön. Tekstiilijäte voidaan jaotella tuotannon aikana syntyneeseen, ennen kuluttajaa käytöstä poistettuun sekä kuluttajan käytöstä poistamiin tekstiileihin.
Tyypillisesti tekstiilien ja tekstiilikuitujen tuotannon aikana syntyy jätteeksi päätyvää materiaalia leikkuujätteestä, kangasrullien lopuista sekä virhe-eristä. Jäte voi olla tyypiltään kuitua, vanua, lankaa sekä erilaisia kangaspaloja. Ennen kuluttajaa syntyvä tekstiilijäte on yleensä myymättä jääneitä, viallisia vaatteita ja muita kangastuotteita. Kuluttajan käytöstä poistama tekstiilimateriaali koostuu yleensä kuluneista ja rikkinäisistä tai tarpeettomaksi koetuista tekstiilikappaleista. (Enis et al. 2019.)
2.1.1 Tekstiilimateriaalit
Tekstiilimateriaalit voidaan jaotella niiden sisältämien kuitujen alkuperän mukaan luonnonkuituihin ja tekokuituihin. Luonnonkuituihin kuuluvat kasviperäiset kuidut kuten puuvilla, hamppu ja selluloosa, sekä eläinperäiset kuidut kuten villa ja silkki. Tekokuidut ovat teollisten prosessien avulla valmistettuja kuituja, jotka jaetaan synteettisiin kuituihin ja muuntokuituihin. Synteettiset kuidut ovat synteettisistä polymeereistä eli muoveista teollisesti valmistettuja kuituja kuten nylon ja polyesteri. Muuntokuidut ovat luonnon polymeereistä kemiallisesti prosessoituja kuituja kuten viskoosi ja asetaatti, jotka valmistetaan kasvipohjaisesta selluloosasta. Tekstiilimateriaalit voivat koostua pelkästään luonnonkuiduista ja tekokuiduista tai sekoituksista luonnonkuituja ja tekokuituja. Nykyään 60 % tuotetusta tekstiilikuidusta on synteettistä (European Environment Agency 2019).
Yleisimmin tekstiileissä käytettyjä kuituja ovat polyesteri, puuvilla, selluloosa, nylon, polypropeeni, akryyli ja villa (Heikkilä 2018, s. 5). Näistä eniten kulutettuja ovat polyesteri ja puuvilla, jotka kattavat 75 % maailman kulutuksesta (Textile Exchange 2020).
2.1.2 Tekstiilien kulutus
Tekstiilien kulutus on maailmanlaajuisesti kasvava ilmiö, joka on suoraan yhteydessä maailman väkiluvun kasvuun sekä kulutustottumuksiin. Kertakäyttöiset ja lyhyen käyttöiän tekstiilit kasvattavat syntyvän jätteen määrää nopeasti, mutta nykyisen muodin ja vaatealan suunta on hitaasti kääntymässä kohti pitkän käyttöiän tuotteita ja hitaampaa muodin kiertoa (Enis et al. 2019). Silti kuluttajan käytöstä poistaman tekstiilijätteen määrä on hyvin suuri ja verrattavissa tekstiilikuitujen kulutuksen tasoon. (Wang 2010, s. 136.) Tuotantoaikojen, käyttöiän sekä hintatason aleneminen ovat nopean muodin ongelmia ja syy ylikulutukselle tekstiilituotannossa (Enis et al. 2019). Heikkilän (2018, s. 4) arvion mukaan, mikäli tekstiilikuidun kulutuksen kasvu säilyisi ennallaan vuoden 2018 tasolla, tulisi tuotantomäärä kasvamaan seuraavan kymmenen vuoden aikana 1,5 kertaiseksi. Kuvassa 1 on esitetty tekstiilikuidun tuotantomäärän kehitys ja arvioita mahdollisista tuotantomäärän muutoksista tulevaisuudessa.
Kuva 1. Tekstiilikuidun tuotantomäärät (Heikkilä 2018, s. 4).
2.1.3 Tekstiilijätteen määrät
Tekstiilituotannon ja tekstiilien kulutuksen ollessa jatkuvassa kasvussa, myös syntyvän tekstiilijätteen määrä kasvaa. Maailmanlaajuisesti tekstiilikuituja tuotettiin vuonna 2018 yli 107 miljoonaa tonnia, joka tarkoittaa tuotannon kaksinkertaistumista edellisen 20 vuoden aikana (Textile Exchange 2019, s. 6; Statista 2020).
Suomessa poistetaan käytöstä erilaisia tekstiilejä yhteensä noin 70 000 tonnia vuodessa, mikä tarkoittaa asukasta kohden jaettuna noin 13 kg tekstiilijätettä vuosittain. Vuonna 2012
noin 90 % Suomessa poistetusta tekstiilimateriaalista tuli kuluttajilta. Suomessa tekstiilijätettä ei kerätä erikseen, joten kuluttajilta tuleva tekstiilijäte päätyy sekajätteeseen ja sen kautta energiahyötykäyttöön tai kaatopaikalle. (Dahlbo et al. 2015.) Viimeaikaisten tutkimusten mukaan Suomen vuotuisesta tuotetusta yhdyskuntajätteestä noin 5,8 % on tekstiilijätettä. (Dahlbo et al. 2017.) Tekstiilimateriaalien keräystä kierrätystä ja uudelleenkäyttöä varten ovat aiemmin harjoittaneet vain harvat, yleensä pienikokoiset toimijat ja hyväntekeväisyysjärjestöt.
Euroopan unionin alueella tekstiilituotannosta syntyy tekstiilijätettä noin 16 miljoonaa tonnia vuodessa (EU 2017). Vaikka Euroopassa tuotetaan toiseksi eniten tekstiilejä maailmassa (Voncina 2016), on niiden tuonti kuitenkin noin 3,5 kertaa vientiä suurempaa.
Euroopassa kuluttajat poistavat tekstiilejä käytöstä noin 11 kg henkilöä kohti vuodessa.
(European Environment Agency 2019.) Tämä tarkoittaa noin 5,8 miljoonaa tonnia tekstiilijätettä vuodessa, joka on noin 5 % koko Euroopan jätteen tuotosta (Voncina 2016).
2.1.4 Kierrätys
Maailmanlaajuisesti tekstiilijätteen määrä on suoraan verrattavissa tuotetun tekstiilikuidun määrään ja koska yleisesti suurin osa tekstiileistä päätyy yhdyskuntajätteenä maakaatopaikoille ja energiahyötykäyttöön, voidaan todeta tekstiilien kierrätyksessä olevan reilusti potentiaalia. Vain 15-20% tekstiilimateriaalista päätyy kierrätykseen, kun esimerkiksi 80 % teräksestä, 65 % paperista ja 30 % muoveista kierrätetään (Voncina 2016).
Tekstiilijätteen kierrätystä hankaloittavia tekijöitä ovat erilaisten kuitujen sekoitukset materiaaleissa, kuitujen värjäyksessä käytetyt väriaineet sekä erilaiset lisäosat, varsinkin kuluttajan käytöstä poistamissa tekstiileissä (Rengel 2017, s. 11). Tämä tarkoittaa, että jätettä täytyy käsitellä ennen sen uudelleen käyttämistä, mikä tekee prosessista monimutkaisemman ja lisää kustannuksia.
Tekstiilijätteen kierrätys materiaalihyötykäyttöön voidaan jakaa mekaaniseen, kemialliseen, ja yhdistettyyn kierrätykseen. Näistä mekaaninen kierrätys soveltuu rikkinäisien ja ehjien tekstiilikappaleiden, sekä luonnon- ja tekokuitujen käsittelyyn. (Dahlbo et al. 2015, s. 34.) Mekaanisessa kierrätyksessä tekstiilijätettä muokataan mekaanisesti esimerkiksi leikkaamalla, repimällä ja karstaamalla, jolloin saadaan erotettua kuituja tai paloja tekstiileistä. Tämä on eniten käytetty kierrätysmenetelmä Euroopassa (Palm et al. 2014, s.
132). Prosessissa tuotettuja paloja voidaan käyttää matonkuteina sekä erilaisissa pyyhkeissä, ja tuotettuja kuituja erilaisissa uusiokuitutuotteissa. Mekaanisen kierrätyksen haasteena on kierrätetyn kuidun ominaisuuksien huonontuminen, mekaanisten käsittelyiden ja kuitujen lyhenemisen takia. (Dahlbo et al. 2015, s. 34.)
Kemiallisessa kierrätyksessä tekstiileistä irrotetaan kuitumateriaalia kemiallisten reaktioiden avulla. Prosessissa saadaan aikaan alkuperäisen kaltaisia aineita, joista voidaan valmistaa uusiokuituja. Kemiallinen kierrätys soveltuu synteettisille ja selluloosakuiduista valmistetuille materiaaleille. (Dahlbo et al. 2015, s. 35.) Vaikka kemiallisen kierrätyksen tuloksena saadut kuidut ovat laadultaan mekaanisesti kierrätettyjä kuituja parempia, kuluttaa se prosessina enemmän energiaa. Tulevaisuudessa parannuksia on tulossa erityisesti kuituyhdistelmien ja kierrätettyjen synteettisten kuitujen käsittelyyn. (Palm et al. 2014, s.
134.)
Koska tekstiilijätteen kierrätyksessä jätteen osien fyysinen ulkomuoto ja koko, sekä sen sisältämät eri kuidut vaihtelevat, on mekaanisen ja kemiallisen kierrätyksen yhdistäminen usein tehokas ratkaisu. Esimerkiksi tekstiilien kokoa voidaan pienentää mekaanisilla käsittelyillä ennen kemiallista kierrätystä, nopeuttamaan ja helpottamaan prosessia.
Vaikka tekstiilijätteen kierrätys on vielä suhteellisen uusi kierrätyksen ala, on sillä useita ympäristöetuja. Kierrättämällä tekstiileitä voidaan vähentää syntyvän jätteen määrää sekä sen käsittelystä aiheutuvia haittoja. Lisäksi kierrätysmateriaaleja käyttämällä pystytään vähentämään energian ja veden kulutusta sekä pienentämään aiheutuvia päästöjä. (Palm et al. 2014, s. 131.)
2.2 Komposiitit
Komposiitti on kahden fyysisiltä tai kemiallisilta ominaisuuksiltaan erilaisen materiaalin, matriisin ja lujitteen muodostama kokonaisuus, jossa materiaalit eivät sekoitu.
(Muoviteollisuus 2016; Lindsey & Tucker 2002, s. 9; Yi et al. 2018, s. 1.) Matriisin ja lujitemateriaalin yhdistämisellä komposiitiksi tai komposiittimateriaaliksi saadaan yhteen materiaaliin verrattuna yhdistettyä molempien aineiden hyviä ominaisuuksia ja vähennettyä huonoja ominaisuuksia. Komposiitit voidaan jakaa niissä käytetyn matriisin mukaan polymeeri-, metalli- ja keraamikomposiitteihin. Yleisesti käytettyjä lujitetyyppejä ovat
kuidut, levyt ja partikkelit, joiden mukaan komposiitit voidaan myös ryhmitellä.
Komposiitissa käytettävällä lujitemateriaalilla vaikutetaan tavallisimmin komposiittimateriaalin lujuuteen, mutta myös eri ominaisuuksiin kuten tiheyteen, jäykkyyteen ja kestävyyteen.
2.2.1 Matriisi
Matriisina komposiiteissa käytetään aineita, joiden avulla lujitemateriaali sidotaan yhteen (Lindsey & Tucker 2002, s. 9; Vuorinen et al. 2016, s. 3). Metalli- ja keraamikomposiitit soveltuvat komposiittien matriisina pääasiassa erikoiskohteisiin, joissa vaaditaan erityisen korkeaa lujuutta tai erityistä lämmön ja kulutuksen kestävyyttä. (Lindsey & Tucker 2002, s.
18-20). Tämän vuoksi tässä työssä keskitytään polymeerikomposiitteihin ja niiden rakenteeseen ja käyttöön. Polymeerikomposiittien kehittäminen ja niiden sovellukset ovat olleet maailmanlaajuisesti suurin kiinnostuksen kohde komposiiteissa (Yi et al. 2018, s. 2).
Polymeerikomposiitit eli muovikomposiitit voidaan ryhmitellä niiden käsiteltävyyden mukaan kesto- ja kertamuoveihin. Kestomuoveja voidaan sulattaa ja muokata uudestaan valmistuksen jälkeen ilman materiaalin ominaisuuksien huonontumista. Kestomuovien käyttö perustuu raakamateriaalin sulattamiseen, muovaamiseen haluttuun muotoon ja jäähdytykseen. Yleisesti matriisina käytettyjä kestomuoveja ovat polypropeeni ja polyamidi.
Kertamuovit ovat materiaaliominaisuuksiensa takia kerran valmistettavia, eli niitä ei voi sulattaa ja uudelleen muokata. Niiden valmistus perustuu hartsin ja kovetteen kemialliseen reaktioon, jossa sekoitetut komponentit kovettuvat yhtenäiseksi rakenteeksi. Esimerkkejä komposiittimatriiseissa käytetyistä kertamuoveista ovat epoksi, polyesteri ja vinyyliesteri.
(Lindsey & Tucker 2002, s. 13-45.) Komposiiteissa eniten käytettyjä matriiseja ovat kertamuovit, joista erityisesti epoksit ovat suosittuja niiden yleisesti parhaiden mekaanisten ja termisten ominaisuuksien vuoksi, muihin muovimatriiseihin verrattuna (Vuorinen et al.
2016, s. 4).
2.2.2 Lujitteet
Komposiiteissa käytettävät lujitteet voidaan jakaa niiden koon ja muodon mukaan partikkeleihin, hiutaleisiin ja kuituihin. Kuitulujitteet voidaan edelleen ryhmitellä
jatkuvakuituisiin sekä lyhyt- ja katkokuituisiin niiden pituuden perusteella. Kuvassa 2 on esitetty partikkelilujitekomposiitin sekä erilaisten kuitulujitekomposiittien lujiterakenne.
Kuva 2. Lujitetyyppejä komposiiteissa: (a) partikkeli, (b) katkokuitu, (c) lyhytkuitu, (d) jatkuvakuitu (Park et al. 2011, s. 503).
Synteettisistä kuitulujitteista tärkeimpiä ovat lasikuitu, hiilikuitu ja aramidikuitu, joista lasikuitu on eniten käytetty. Synteettisten kuitujen lisäksi käytetään luonnonkuituja, jotka jaetaan kasvikuituihin, eläinkuituihin ja mineraalikuituihin niiden alkuperän mukaan.
Esimerkkejä luonnonkuitulujitteista ovat villa, silkki ja puukuitu. (Vuorinen et al. 2016, s.
5.)
2.3 Komposiitit ajoneuvo- ja ilmailualalla
Komposiitit ovat monella alalla kiinnostavia materiaaleja erityisesti niiden matalan tiheyden, lujuusominaisuuksien ja kestävyyden vuoksi. Markkinoita hallitsevat kevyet ja lujat synteettiset materiaalit, mutta erilaisten luonnonmateriaalien käyttö on lisääntymässä tiukentuneiden ympäristölakien ja säännösten vuoksi. Synteettisillä kuiduilla kuten lasikuidulla ja hiilikuidulla vahvistetuilla muovikomposiiteilla korvataan erilaisia tuotteita ja komponentteja, jotka on aiemmin valmistettu puhtaista metalli- tai muovimateriaaleista.
2.3.1 Ajoneuvot
Ajoneuvoteollisuuden suurimpia vaatimuksia eri materiaaleille ovat keveys ja matala hinta.
Kevyillä materiaaleilla pystytään vähentämään ajoneuvojen massaa, joka vaikuttaa niiden
polttoaineen kulutukseen ja siten tuotettuihin päästöihin (Lindsey & Tucker 2002, s. 79-80).
Massan vähentäminen on erittäin tehokas tapa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen ajoneuvoissa. 100 kilogramman massan vähentäminen autossa johtaa 20 gramman hiilidioksidipäästöjen vähenemiseen kilometriä kohti. (Ishikawa et al. 2017, s. 243) Euroopan Unionin vuonna 2019 asettamat hiilidioksidipäästöjen vähennystavoitteet henkilöautoille ja raskaalle kalustolle ovat vuodesta 2025 eteenpäin 15 % vuoden 2021 tasoon verrattuna (EU 2019a; EU 2019b).
Ajoneuvoissa suurin osa niiden massasta tulee kori- ja runkorakenteista sekä niiden varusteista (Lindsey & Tucker 2002, s. 80). Komposiittien käyttö erityisesti kantavissa rakenteissa on suhteellisen kallista vaativan valmistuksen vuoksi ja siksi käyttö on aiemmin painottunut erikoiskohteisiin kuten urheilu- ja kilpa-autoihin. Vasta viime vuosina käyttö autojen koreissa on alkanut yleistymään esimerkiksi sähköautoissa.
Komposiittien käyttö on varsin laajamittaista ajoneuvojen ulkopinnoilla, kuten koripaneeleissa. Kuituvahvistetut polymeerikomposiitit ovat edullisia niiden teräkseen ja puhtaisiin muovimateriaaleihin verrattuna erinomaisen voimien absorptiokyvyn takia, esimerkiksi ajoneuvojen puskureissa ja lokasuojissa. (Composites UK 2020.) Erilaisten kuitukomposiittien käyttö ulkoisissa osissa on hyödyllistä, sillä niiden avulla saadaan tuotteiden massaa pienennettyä sekä parannettua lujuutta ja iskunkestävyyttä. Esimerkiksi henkilöauton konepelliltä vaadittavat lujuus- ja jäykkyysvaatimukset on mahdollista täyttää erilaisia komposiittimateriaaleja, kuten lasikuituvahvisteisia polymeerikomposiitteja käyttäen.
Ajoneuvojen sisustan komponenteissa käytetään yhä enemmän erilaisia luonnonkuiduista valmistettuja komposiittimateriaaleja. Yleisimmin käytettyjä luonnonkuituja ovat hamppu, juutti ja pellava. Tavallisimpia sovelluskohteita ovat ajoneuvojen ovipaneelit, hattuhyllyt ja kojelaudat. Nykyinen kehityksen suunta on lisääntyvä luonnonkuitujen käyttäminen synteettisten kuitujen korvaajana komposiiteissa. Luonnonkuitujen suurimpina etuina ovat niiden pieni massa, pieni hankintahinta ja parempi kierrätettävyys. Luonnonkuiduista valmistettuja komposiittituotteita käytetään kuitenkin rajoitetusti niiden kosteuden absorptio-ominaisuuden vuoksi. Tämän takia luonnonkuitujen käyttö painottuu sisätiloihin ja vähemmän ympäristölle alttiisiin kohteisiin. (Ahmad et al. 2015, s. 20-23.) Kuvassa 3 on
esitetty luonnonkuitukomposiitista valmistettu henkilöauton kojelaudan aihio ja kuvassa 4 luonnonkuitukomposiitista valmistettu henkilöauton oven sisäpaneeli.
Kuva 3. Luonnonkuitukomposiitista valmistettu kojelauta (Yanfeng Automotive Interiors 2020).
Kuva 4. Luonnonkuitukomposiitista valmistettu oviverhoilupaneeli (BASF SE 2020).
Erilaisia haasteita komposiittien käytössä ajoneuvoissa ovat yleisesti niiden valmistustapaan liittyvät pinnanlaatuvaatimukset, kemikaalien- ja lämmönkesto sekä paloturvallisuus.
Kehitteillä on jatkuvasti uusia materiaaleja ja valmistustekniikoita, joilla pystyttäisiin vastaamaan komposiitteja koskeviin vaatimuksiin ja niiden käytön lisäämiseen liittyviin ongelmiin ajoneuvoissa.
2.3.2 Ilmailu
Ilmailualalla komposiittien käyttö on lisääntynyt niiden erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien, keveyden ja hyvän väsymiskestävyyden takia (Bachmann et al. 2017, s.
1302). Komposiittimateriaaleihin kohdistuvat vaatimukset ilmailualalla ovat selvästi ajoneuvoalaan verrattuna korkeammat. Erityisesti lentoalusten rakenteisiin kohdistuu erityisen korkeita vaatimuksia keveydelle ja mekaanisille ominaisuuksille. Ilmailun luonteen vuoksi myös turvallisuus on suuri ajava tekijä materiaalien kehityksessä alalla.
Komposiittimateriaalien käytön avulla pystytään pienentämään osaltaan ilmailualan ympäristövaikutuksia. Komposiittien avulla ilma-alusten rakenteista saadaan entistä kevyempiä, jolloin polttoaineen kulutusta saadaan pienennettyä ja siten pienennettyä siitä aiheutuvia päästöjä. Esimerkiksi siirtymällä runkorakenteissa alumiinista korkealaatuisiin hiilikuitukomposiitteihin, pystyttäisiin ilmailun hiilidioksidipäästöjä vähentämään 14-15 % vuoteen 2050 mennessä. (Timmis et al. 2015, s. 241-242.) Moottoritekniikan ja lentotekniikan lisäksi lentoalusten massan vähentäminen on tällä hetkellä tärkein kehityksen kohde.
Tällä hetkellä runkomateriaaleihin sopivin vaihtoehto lujitemateriaaleista on hiilikuitu. Sen soveltuvat materiaaliominaisuudet ja erityisesti keveys tekevät siitä tehokkaan rakennusmateriaalin. Hiilikuitukomposiittien määrä lentoalusten runkomateriaalina on lisääntynyt ja sen käytön lisääminen on alan yhteinen tavoite. Lujitekuidut ovat yleisesti jatkuvia ja matriisina käytetään tavallisesti kertamuovia kuten epoksia. Lasikuitu on laajasti käytetty lujitemateriaali fenolihartsimatriisissa erilaisissa puolirakenteellisissa tuotteissa ja sisustoissa. Lasikuidun ja fenolihartsin etuna on niiden tulenkesto sekä alumiinia ja terästä pienempi massa. Erityisesti lentoalusten sisätilat ovat komposiittimateriaalien kannalta haastava kohde niihin kohdistuvien korkeampien paloturvallisuusvaatimusten vuoksi.
(Bachmann et al. 2017, s. 1302-1305.)
Ilmailussa yleisesti käytettyjen komposiittimateriaalien ongelma on niiden komponenttien synteettisyys ja siten niiden kierrätettävyys. Komponenttien koko elinkaaren ja ympäristötekijöiden lisääntyvä huomiointi ilmailussa lisää tarvetta kestäville komposiittimateriaaleille. Luonnonkuitulujitteiden ja biopohjaisten matriisien soveltuvuutta ilmailualalle tutkitaan, niiden potentiaalisten ympäristöhyötyjen takia. Niiden soveltuvuutta ei vielä ole pystytty laajasti osoittamaan, sillä materiaaleihin kohdistuvat vaatimukset esimerkiksi paloturvallisuuteen tai tuotteiden elinikään liittyen ovat vielä ratkaisemattomia ongelmia. (Bachmann et al. 2017, s. 1315.)
3 TEKSTIILIJÄTE KOMPOSIITEISSA AJONEUVO- JA ILMAILUSOVELLUKSISSA
Ajoneuvo- ja ilmailuala ovat muiden nykyaikaisten teollisuuden alojen mukana kehittämässä uusia, kestäviä ratkaisuja vähentämään päästöjä, jätettä, energiankulutusta ja ympäristöhaittoja. Useat valmistajat ja yritykset maailmalaajuisesti ovat motivoituneita löytämään uusia korvaavia tuotteita ja materiaaleja, joilla pystytään vastaamaan aloja koskeviin vaatimuksiin ja tavoitteisiin. Tässä kappaleessa käsitellään tekstiilijätekomposiittien hyödyntämistä, valmistusmenetelmiä, mahdollisuuksia nyt ja tulevaisuudessa sekä tekijöitä, jotka ohjaavat niiden käyttöä ajoneuvo- ja ilmailualoilla.
3.1 Hyödyntäminen
Ajoneuvo- ja ilmailualalla hyödynnettävästä tekstiilijätteestä ja sen käytöstä komposiiteissa on tällä hetkellä hyvin vähän yleistä tietoa. Vaikka useissa tekstiilijätteen ja tekstiilijätekuitujen kierrätystä käsittelevissä tieteellisissä julkaisuissa mainitaan varsinkin autoteollisuus ja eri kulkuneuvot mahdollisina tekstiilijätteen hyötykäyttäjinä, ei aiheesta ole tehty kohdennettua tutkimusta tai selvitystä. Esimerkkisovelluksia, tuotteita tai tilastoja käytön määristä ei ole eri tieteellisten tietokantojen tiedonhakujen avulla löydettävissä.
Koska luotettavaa tietoa tekstiilijätteen hyödyntämisestä komposiiteissa ajoneuvo- ja ilmailualoilla ei ole, voidaan siitä ja aihetta sivuavien tutkimusten tuloksista päätellä, että laajamittaista käyttöä ei vielä ole. Tämä voidaan perustella kyseisten alojen komposiittimateriaalien ominaisuuksien korkeilla vaatimuksilla. Erityisesti ilmailualan korkeat vaatimukset tuotteiden massalle ja lujuusominaisuuksille vähentävät vaihtoehtoisten materiaalien käytön määrää ja sovelluskohteita merkittävästi. Tällä hetkellä tärkeimmät ajoneuvo- ja ilmailualalla kierrätysmateriaalista valmistettavat tuotteet ovat erilaisia tekstiileitä kuten lattiamattoja, istuimien verhoiluja sekä istuimien täytteitä.
Autoteollisuudessa kiinnostavimpia kuitukomposiittien lujitemateriaaleja ovat jo vuosikymmeniä olleet luonnonkuidut, joiden korvaajaksi tekstiilijätekuidut ovat potentiaalinen vaihtoehto lisäämään komposiittien kierrätysmateriaaleja. Materiaalin uudelleenkäyttö on valmistajille ja alan toimijoille edullista sen ympäristöystävällisyyden ja
alhaisten kustannusten vuoksi. Esimerkkinä autoteollisuudessa trendinä jo kymmeniä vuosia ollut uusio- ja luonnonmateriaalien lisääntynyt käyttö.
3.2 Valmistus
Tekstiilijätteen sisältämät tekstiilimateriaalit ja kuidut ovat sekoituksia eri laatuisista synteettisistä ja luonnonkuiduista. Tämän takia tekstiilijätteen hyötykäyttö on aiemmin painottunut erilaisten toisarvoisten tuotteiden kuten teollisuuspyyhkeiden ja imeytysmattojen valmistukseen, joissa käytettävän materiaalin tarkalla koostumuksella ei ole suurta merkitystä. Jotta tekstiilijätteen sisältämiä materiaaleja ja kuituja pystytään hyödyntämään erilaisissa komposiiteissa tehokkaasti, täytyy erilaiset tekstiilit ja kuitutyypit erotella toisistaan. Vain tunnettuja kuituja tai kuituyhdistelmiä sisältäviä kuitumateriaaleja pystytään käyttämään lujitteena komposiiteissa, joiden lujitteilta vaaditaan tiettyjä ominaisuuksia. Näistä kuitumateriaaleista pystytään valmistamaan perinteisiä kuituvahvisteisten komposiittien valmistusmenetelmiä käyttäen erilaisia komposiittituotteita.
Tekstiilimateriaalien tehokkaaseen erotteluun tekstiilijätteestä voidaan käyttää koneellista lajittelua. Koneellisessa lajittelussa tekstiilijätteen sisältämät materiaalit tunnistetaan spektroskopiaan perustuvan sensorin avulla. Tällaisia sensoriteknologioita ovat esimerkiksi infrapunaspektroskooppiset analyysimenetelmät, Raman-spektroskopia ja hyperspektrikuvantaminen. Kyseiset menetelmät tarvitsevat toimiakseen vertailukirjaston, johon vertaamalla pystytään tuloksia tulkitsemaan. Lisäksi materiaalien tunnistuksessa voidaan käyttää tekoälyä, konenäköä sekä yhdistelmiä menetelmistä. Parhaiten tekstiilimateriaalien automatisoituun tunnistamiseen ja erotteluun soveltuu lähi- infrapunaspektroskopia. Sen etuja ovat nopea analyysi, kontaktittomuus ja analyysi ilman materiaalin tuhoutumista. (Kamppuri et al. 2019, s. 4-22.)
Koska tekstiilijätteistä saatavat kuidut ovat ulkoisilta ominaisuuksiltaan lyhytkuituisiin neitseellisiin kuituihin verrattavia, niistä valmistettaessa komposiitteja voidaan käyttää perinteisiä kuituvahvisteisten polymeerikomposiittien valmistustekniikoita. Mahdollisia valmistusmenetelmiä ovat esimerkiksi autoteollisuudessa käytössä olevat käsilaminointi, alipaineinfuusio, hartsi-injektiomuovaus sekä ahtopuristus. Myös ruiskuvalu on tekniikkana laajasti ajoneuvoteollisuudessa käytetty, mutta sen rajoitteet kuitulujitteen pituudelle ja
kuitujen määrälle ovat rajoittava tekijä myös tekstiilijätekomposiittien sovelluksissa.
Ilmailuteollisuuden käyttämistä menetelmistä soveltuvia ovat prepreg-laminointi ja erilaiset injektiomenetelmät.
3.3 Mahdollisuudet ja tulevaisuuden näkymät
Komposiittien suunnittelussa on vasta viime vuosina aloitettu merkittävästi huomioimaan tuotteiden koko elinkaari, erityisesti tuotteiden kierrätyksen ja kestävyyden suhteen (Todor 2019, s. 105). Kierrätyskuitujen käytöllä pystytään vastaamaan ajoneuvo- ja ilmailualojen jatkuvasti kiristyviin ympäristötavoitteisiin. Lisäämällä komposiiteissa käytettävien materiaalien ympäristöystävällisyyttä esimerkiksi parantamalla niiden kierrätettävyyttä, vähentämällä valmistuksessa käytettävän energian määrää sekä vähentämällä niiden sisältämiä haitallisia aineita, voidaan pienentää merkittävästi niiden aiheuttamia ympäristövaikutuksia. Tekstiilijätteestä saadulla tekstiilikuidulla ja tekstiilimateriaaleilla lujitettujen komposiittien käytön lisääminen vaikuttaa positiivisesti ajoneuvo- ja ilmailualan tuotteiden elinkaaren aikana syntyneisiin päästöihin ja energian käyttöön. Kierrättämällä jo jätteeksi luokiteltua materiaalia, vähennetään jätteiden väärästä käsittelystä aiheutuvia negatiivisia vaikutuksia.
Kierrätyskuidut ovat yleisesti halpoja verrattuna neitseellisiin lujitteisiin. Esimerkiksi hiili- ja lasikuitukomposiiteissa korvaamalla neitseellinen kuitu kierrätyskuidulla saavutetaan noin 50 % alennus materiaalikustannuksissa (Hagnell et al. 2019, s. 957). Myös tekstiilijätekuidut ovat neitseellisiin kuituihin verrattuna hankintahinnalta edullisia. Tämä johtuu yleisesti siitä, että kierrätysmateriaaleja pidetään toisarvoisina niiden aiemman käytön vuoksi. Niitä käyttämällä pystytään pienentämään komposiittien valmistuskustannuksia.
Ajoneuvoalalla laajasti käytettyjen luonnonkuitukomposiittien korvaaminen tekstiilijätepohjaisilla kuitukomposiiteilla on kiinnostava mahdollisuus, sillä niihin kohdistuvat materiaalivaatimukset ovat yleisesti pienempiä. Varsinkin sisätiloissa ja muissa ympäristön olosuhteilta enemmän suojatuissa kohteissa käytettyjen komposiittien lujitemateriaalien ei tarvitse olla sään tai kemikaalien kestoltaan erinomaisia, jolloin erilaisten luonnon- ja sekoitekuitujen käyttö on mahdollista. Koska kierrätyskuitujen ominaisuudet ovat yleisesti neitseellisiä kuituja huonompia, erilaisiin matalien lujuus- ja
vedenkeston vaatimusten sovelluksiin kuten ovipaneelien ja hattuhyllyjen lujitteisiin kierrätyskuidut ovat soveltuva kustannustehokas materiaali.
Ilmailualan mahdollisuudet kierrätyskuitujen käytölle ovat ajoneuvoalaa rajallisemmat.
Koska lentoaluksia koskevat vaatimukset ovat ajoneuvoja tiukemmat, on käyttökohteet rajattu nykyteknologialla erilaisiin sisustan osiin ja varusteisiin. Esimerkiksi lentokoneiden jatkuvan keventämisen tarpeen huomioon ottaen tekstiilikuitujen sisältämät kuidut eivät pysty kilpailemaan rakenteellisissa osissa lujuus-painosuhteessa nykyisten kuituvaihtoehtojen kanssa. Mahdolliset sovellukset ilmailussa on rajoitettu matalampien lujuusvaatimuksien kohteisiin, joissa tekstiilijätekuituja käyttämällä pystytään keventämään rakennetta ja pienentämään valmistuskustannuksia.
Tämänhetkisten arvioiden mukaan tekstiilijätteen määrä tulee tulevaisuudessa kasvamaan edelleen. Tämä tarkoittaa tekstiilijätteestä saatavien kuitujen tasaista ja hyvää saatavuutta.
Tekstiilijätettä ja sen sisältämiä kuituja voidaan siis pitää potentiaalisena vaihtoehtona erilaisiin kierrätyskuituja hyödyntäviin komposiitteihin ja komposiittimateriaaleihin tulevaisuudessa.
3.4 Lainsäädäntö ja muut ohjaavat tekijät
Komposiittien käyttöä ajoneuvo- ja ilmailussa ohjailevat lainsäädäntö, viranomaisten sekä valmistajien vaatimukset, ympäristötavoitteet ja markkinat. Ajoneuvo- ja ilmailualaa koskevia tärkeimpiä ohjaavia tekijöitä ovat Euroopan komission asettamat tavoitteet päästöjen vähentämisestä ja niihin ohjaavien ratkaisujen kehittämisestä. Aikavälille 2021- 2030 on asetettu tavoite 43 % päästövähennyksistä vuoden 2005 tasoon verrattuna (European Commission 2016).
Euroopan komission asettamat tavoitteet ilmailualalla ovat 50 % kokonaisvähennys hiilidioksidipäästöistä vuoteen 2020 mennessä sekä 75 % vähennys hiilidioksidipäästöissä lentokilometriä kohti vuoteen 2050 mennessä. Kasvun kohti hiilineutraaliutta on tavoite alkaa vuonna 2020. (European Commission 2011, s. 15.)
Euroopan komission säätämän ajoneuvojen elinkaaren loppua koskevan direktiivin mukaan vuodesta 2015 alkaen vähintään 95 % uusien ajoneuvojen massasta on pystyttävä uusiokäyttämään ja vähintään 85 % kierrättämään (European Commission 2000, s. 12).
Euroopan komission säätämän jätteitä koskevan direktiivin mukaan jätteen syntymisen ehkäisyssä käytetään jätehierarkia mallia. Mallin mukaan jätteiden käsittelyssä noudatetaan ensisijajärjestystä, jossa pyritään ennen kaikkea ehkäisemään tuotteista syntyvää jätettä, valmistelemaan syntynyt jäte uudelleenkäyttöön, kierrättämään sekä hyödyntämään jollakin muulla tavalla kuten energiana. Vähiten edullisena vaihtoehtona jäte päätyy kaatopaikalle.
(European Commission 2008a.) Kuvassa 5 on esitetty jätehierarkian mukainen kolmiomalli, jossa ensisijajärjestys on merkitty laskevasti kärkikolmioon.
Kuva 5. Jätehierarkia (European Commission 2008b).
Vuonna 2018 jätedirektiiviin tehtiin lisäys tulevaisuuden tavoitteista yhdyskuntajätteen uudelleenkäytöstä ja kierrätyksestä. Tavoitteissa vuoteen 2025 mennessä 55 % yhdyskuntajätteestä täytyy valmistella uudelleenkäyttöä varten tai kierrättää (European Commission 2008a).
Kuluttajien kiinnostus uusiin ja edistyksellisiin materiaaleihin erilaisissa tuotteissa on jatkuvassa kasvussa. Erilaiset huippuominaisuudet kuten materiaalien keveys ja lujuus ovat koko ajan kasvava trendi ja vetävä voima markkinoilla. Huippuominaisuuksien lisäksi materiaalien luonnollisuus ja ympäristöystävällisyys sekä niiden avulla saavutettava taloudellisuus ovat kiinnostavia ominaisuuksia erityisesti komposiiteissa.
Yhä useampi auto- ja lentokonevalmistaja on valmis lisäämään luonnonkomposiitteja sekä erilaisia uusia teknisiä ratkaisuja tuotteisiinsa, sillä kysyntää erilaisille vaihtoehtomateriaaleille ja ratkaisuille on. Valmistajien vaatimukset komposiiteille ovat yleisesti alennetut kustannukset sekä kevyemmät ja ominaisuuksiltaan paremmat materiaalit. Näillä valmistajat pyrkivät parantamaan osuuttaan markkinoilla sekä saavuttamaan kilpailuetuja. Näiden lisäksi uudet ja ympäristöystävälliset materiaalit tuovat tuotteille lisäarvoa, näin ollen kasvattaen mahdollista tuotteesta saatavaa voittoa.
4 POHDINTA JA YHTEENVETO
Tämän kandityön tarkoituksena oli selvittää tekstiilijätekomposiittien etuja, sovelluskohteita ja tuotteiden valmistustapoja ajoneuvo- ja ilmailualalla. Tutkimuksen tavoitteeseen pääsemiseksi asetettiin kolme tutkimuskysymystä, kuten miksi tekstiilijätekomposiitteja käytetään ajoneuvoissa. Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Lähdekirjallisuutena käytettiin vertaisarvioituja artikkeleita ja tieteellisiä julkaisuja, joita voidaan pitää verrattain luotettavina. Lähteet ovat kohdennettuja ja useita tieteellisiä tietokantoja hyödynnettiin tiedonhaussa. Lähteitä arvioitiin keskenään ja valittiin luotettavimpina pidettävät julkaisut.
Samalla pyrittiin laajuuteen ja tutkimuksen tekijän roolin objektiivisuuteen. Tutkimuksessa tuotiin esille kaikki havaitut tulokset.
Tutkimukselle asetettu tavoite jäi vajaaksi. Yhteenveto tekstiilijätekomposiittien eduista, sovelluskohteista ja tuotteiden valmistustavoista ajoneuvo- ja ilmailualalla jäi yleiselle tasolle tarkan tiedon ja tutkimuksen puutteesta johtuen. Samalla vastattiin vain osaan asetetuista tutkimuskysymyksistä. Vastausta ei saatu tutkimuskysymykseen: Miten ajoneuvo- ja ilmailualalla hyödynnetään tekstiilijätekomposiitteja nyt ja tulevaisuudessa?
kun konkreettisia esimerkkejä kuten tuotteita, tilastoja tai esimerkkisovelluksia ei löytynyt.
Tutkimuksen aikana selvisi, että tekstiilijätteestä ja sen käytöstä komposiiteissa ajoneuvo- ja ilmailualalla on hyvin vähän yleistä tietoa tällä hetkellä. Aiheesta ei ole tehty kohdennettua tutkimusta tai selvitystä, vaikka useissa tekstiilijätteen ja tekstiilijätekuitujen kierrätystä käsittelevissä tieteellisissä julkaisuissa mainitaan autoteollisuus ja eri kulkuneuvot mahdollisina kohteena tekstiilijätteen hyötykäytölle.
Tästä voidaan tuloksena päätellä, että laajamittaista käyttöä tekstiilijätteelle komposiiteissa ajoneuvo- ja ilmailualoilla ei vielä ole. Kyseisten alojen komposiittimateriaalien ominaisuuksien korkeat vaatimukset ovat yksi tätä selittävä tekijä. Erityisesti ilmailualan korkeat vaatimukset vähentävät merkittävästi vaihtoehtoisten materiaalien käyttöä ja sovelluskohteita. Toinen mahdollinen tekijä on tekstiilijätteen keräysprosessin tehottomuus.
Materiaalin kierrätys ei ole kehittynyt sellaiseksi, että se olisi laajasti käytettävissä, mikä kertoo vain siitä, että käyttöä voidaan lisätä, kun tutkimustuloksia saadaan ja sitä kautta tehostettua kierrätysprosessia. Tärkeimmät ajoneuvo- ja ilmailualalla kierrätysmateriaalista
valmistettavat tuotteet ovat tällä hetkellä erilaisia tekstiileitä kuten lattiamattoja, verhoiluja ja istuimien täytteitä.
Kiristyvän lainsäädännön ja ympäristötavoitteiden sekä syntyvän tekstiilijätteen määrän vuoksi aihe on maailmanlaajuisesti merkittävä. On todennäköistä, että tulevaisuudessa säädökset tiukentuvat ja tekniikka kehittyy. Kierrätyskuitujen käytöllä pystytään vastaamaan jatkuvasti kiristyviin ympäristötavoitteisiin ajoneuvo- ja ilmailualoilla.
Lisätutkimusta tarvitaan tekstiilijätteen hyötykäytöstä ajoneuvo- ja ilmailualalla.
Tekstiilijätteen kierrätyksen parantuessa, eli sen tehokkaamman keräämis- ja erotteluprosessin myötä on mahdollista löytää uusia tekstiilikuidun käyttötapoja ja -kohteita.
Tekstiilijätekuitujen käyttämisestä on saatavissa rahallinen hyöty niiden ollessa hankintahinnaltaan edullisia neitseellisiin kuituihin verrattuna. Tekstiilijätteen hyötykäyttöä lisäämällä voidaan luoda uusia työpaikkoja sekä lisätä kotimaista osaamista ja yhteistyötä eri alojen toimijoiden välillä. Käyttämällä jo jätteeksi luokiteltua materiaalia uuden tilalla, vältytään jätteiden väärältä käsittelyltä ja siitä johtuvista negatiivisista vaikutuksista ympäristölle.
Ilmailualan mahdollisuudet kierrätyskuitujen käytölle ovat kuitenkin ajoneuvoalaa rajallisemmat, koska lentoaluksia koskevat vaatimukset ovat tiukemmat kuin ajoneuvoille.
Ajoneuvoalalla laajasti käytettyjen luonnonkuitukomposiittien korvaaminen tekstiilijätepohjaisilla kuitukomposiiteilla on kiinnostava mahdollisuus, sillä niihin kohdistuvat materiaalivaatimukset ovat yleisesti pienempiä.
LÄHTEET
Ahmad, F., Choi, H., Park, M. 2015. A Review: Natural Fiber Composites Selection in View of Mechanical, Light Weight, and Economic Properties. Macromolecular materials and engineering. 300, s. 10–24.
Bachmann, J., Hidalgo, C. & Bricout, S. 2017. Environmental analysis of innovative sustainable composites with potential use in aviation sector—A life cycle assessment review.
Science China Technology Science. Nro 9, s. 1301–1317.
BASF SE. 2020. Plant-based weight loss tips for interior composite panels. [Viitattu 8.12.2020]. Saatavissa:
https://insights.basf.com/home/article/read/plant-based-weight-loss-tips-for-interior- composite-panels
Composites UK. 2020. Automotive. [Viitattu 6.12.2020]. Saatavissa:
https://compositesuk.co.uk/composite-materials/applications/automotive
Dahlbo, H., Aalto, K., Salmenperä, H., Eskelinen, H., Pennanen, J., Sippola, K. &
Huopalainen, M. 2015. Tekstiilien uudelleenkäytön ja tekstiilijätteen kierrätyksen tehostaminen Suomessa. 90 s. [Viitattu 4.12.2020]. Saatavissa:
https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/155612/SY_4_2015.pdf
Dahlbo, H., Aalto, K., Eskelinen, H., Salmenperä, H. 2017. Increasing textile circulation—
Consequences and requirements. Sustainable Production and Consumption. s. 944–57.
Enis, Y. I., Ozturk, M. K. & Sezgin, H. 2019. Risks and Management of Textile Waste: The Impact of Embedded Multinational Enterprises. [Viitattu 8.3.2020]. Saatavissa:
DOI: 10.1007/978-3-319-97922-9_2
EU. 2017. Circular Economy in practice- reducing textile waste. [Viitattu 30.11.2020].
Saatavissa:
https://ec.europa.eu/easme/en/news/circular-economy-practice-reducing-textile-waste
EU. 2019a. CO2 emission performance standards for cars and vans (2020 onwards). [Viitattu 7.12.2020]. Saatavissa:
https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/regulation_en
EU. 2019b. Reducing CO2 emissions from heavy-duty vehicles. [Viitattu 7.12.2020].
Saatavissa:
https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/heavy_en
European Commission. 2000. Directive 2000/53/EC on waste. [Viitattu 7.12.2020]. 22 s.
Saatavissa:
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:02000L0053- 20130611&qid=1405610569066&from=EN
European Commission. 2008a. Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council. [Viitattu 7.12.2020]. Saatavissa:
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32008L0098
European Commission. 2008b. Directive 2008/98/EC on waste (Waste Framework Directive). [Viitattu 7.12.2020]. Saatavissa:
https://ec.europa.eu/environment/waste/framework/
European Commission. 2011. Flightpath 2050 Europe’s Vision for Aviation. [Viitattu 7.12.2020]. 25 s. Saatavissa:
https://ec.europa.eu/transport/sites/transport/files/modes/air/doc/flightpath2050.pdf
European Commission. 2016. The EU Emissions Trading System (EU ETS). [Viitattu 7.12.2020]. Saatavissa:
https://ec.europa.eu/clima/sites/clima/files/factsheet_ets_en.pdf
European Environment Agency. 2019. Textiles in Europe's circular economy. [Viitattu 30.11.2020]. Saatavissa:
https://www.eea.europa.eu/themes/waste/resource-efficiency/textiles-in-europe-s-circular- economy
Hagnell, M. & Åkermo, M. 2019. The economic and mechanical potential of closed loop material usage and recycling of fibre-reinforced composite materials. Journal of Cleaner Production,Vol. 223, s. 957-968.
Heikkilä, P. 2018. Building New Business Ecosystem Around Textile Recycling. [Viitattu 8.3.2020]. Saatavissa:
https://cris.vtt.fi/ws/portalfiles/portal/22720643/PHeikkila_TIFE2018_presentation.pdf
Ishikawa, T., Amaoka, K., Masubuchi, Y., Yamamoto, T., Yamanaka, A., Arai, M. &
Takahashi, J. 2017. Overview of automotive structural composites technology developments in Japan. Composites Science and Technology. Vol 155, s. 221-246
Kamppuri, T., Heikkilä, P., Pitkänen, M., Hinkka, V., Viitala, J., Cura, K., Zitting, J., Lahtinen, T., Knuutila, H., & Lehtinen, L. 2019. Tunnistusteknologiat tekstiilien kierrätyksessä. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tutkimusraportti Nro VTT-R-00092-19. [Viitattu 8.12.2020]. 26. s. Saatavissa:
https://cris.vtt.fi/ws/portalfiles/portal/24214371/VTT_R_00092_19.pdf
Lindsey, K., & Tucker, N. 2002. An Introduction to Automotive Composites. Shrewsbury:
Smithers Rapra. 196 s.
Muoviteollisuus Ry. 2016. Komposiitit. [Viitattu 30.11.2020]. Saatavissa:
https://www.plastics.fi/fin/muovitieto/muovit/komposiitit/
Palm, D., Elander, M., Watson, D., Kiørboe, N., Salmenperä, H., Dahlbo, H., Moliis, K., Lyng, K-A., Valente, C., Gíslason, S., Tekie, H., & Rydberg, T. 2014. Towards a Nordic textile strategy. Kööpenhamina: Nordisk Ministerråd. [Viitattu 4.12.2020]. s. 142.
Saatavissa:
http://norden.diva-portal.org/smash/get/diva2:720964/FULLTEXT01.pdf
Park, S. 2011. Types of Composites, Teoksessa: Park, S. & Seo, M. Interface Science and Technology. 18. painos. Elsevier Science & Technology. s. 501–629.
Rengel, A. 2017. Recycle of textile fibres and textile recycling. [Viitattu: 4.12.2020]. 45 s.
Saatavissa:
https://www.bafu.admin.ch/dam/bafu/en/dokumente/wirtschaft-konsum/externe-studien- berichte/Recycled-Textile-Fibres-and-Textile-Recycling.pdf.download.pdf/study-on- recycled-textiles-and-textile-recyclability-ch.pdf
Statista. 2020. Production volume of textile fibers worldwide 1975-2019. [Viitattu 29.11.2020]. Saatavissa:
https://www.statista.com/statistics/263154/worldwide-production-volume-of-textile-fibers- since-1975/
Textile Exchange. 2019. Preferred Fiber & Materials Market Report 2019. [Viitattu 29.11.2020]. 88 s. Saatavissa:
https://textileexchange.org/wp-content/uploads/2019/11/Textile-Exchange_Preferred- Fiber-Material-Market-Report_2019.pdf
Textile Exchange. 2020. Preferred Fiber & Materials Market Report 2020. [Viitattu 29.11.2020]. Saatavissa:
https://textileexchange.org/2020-preferred-fiber-and-materials-market-report-pfmr- released/
Timmis, A.J., Hodzic, A., Koh, L., Bonner, M., Soutis, C., Schäfer, A.W. & Dray, L. 2015.
Environmental impact assessment of aviation emission reduction through the implementation of composite materials, The international journal of life cycle assessment.
20 (2), s. 233–243.
Todor, B. 2019. Natural fibre reinforced polymer composites from textile wastes – an overview on new possibilities. Acta Technica Corvininesis. 12 (2), s. 105–108.
Vuorinen, J., Mustakangas, M. & Annala, M. 2016. Komposiitit loputtomasti mahdollisuuksia. [Verkkodokumentti]. [Viitattu 30.11.2020]. Tampereen teknillinen yliopisto, Patria, Muoviteollisuus Ry. 20 s. Saatavissa:
https://www.plastics.fi/document.php/1/252/komposiitit_-
_loputtomasti_mahdollisuuksi/9e832437f8e4e6f3e76e45b5d93d6bf1
Wang, Y. 2010. Fiber and Textile Waste Utilization. Waste Biomass Valorization. Nro 1, s.
135-143.
Yanfeng Automotive Interiors. 2020. Press images. [Viitattu 8.12.2020]. Saatavissa:
https://www.yfai.com/sites/yfai_corporate/files/yfai_lightweight_1_highres.jpg
Yi, X. t., Du, S. t. & Zhang, L. t. 2018. Composite Materials Engineering, Volume 1:
Fundamentals of Composite Materials. Singapore: Springer Singapore. 786 s.
