Luonnonkuitu- ja hartsipohjaisen
prepregin soveltuminen
komposiittiteollisuuden käyttöön
Tilaaja: Miktech Oy
Toteuttaja: Success Factory Oy
30.6.2010
”On hienoa, että jokainen Stradivarius on yksilö. Samaa ei
kuitenkaan voi sanoa vaativista komposiittirakenteista…”
1
Muutama määritelmä
 Pre-preg is a term for "pre-impregnated" composite fibres.
These usually take the form of a weave or are unidirectional. They already contain an amount of the matrix
material used to bond them together and to other
components during manufacture. The pre-preg are mostly
stored in cooled areas since activation is most commonly
done by heat. Hence, composite structures built of prepregs will mostly require an oven or autoclave to cure out.
 Fibers classified by origin:
2
Kehityssuunta
3
Sovelluskohteet
4
Meneillään olevia kehitysprojekteja
→ Natural Aligned Fibres and Textiles for Use in
Structural Composites Applications (NATEX) (20092013) an EU funded project composed of 16
partners across Europe. promotion and
development of aligned textiles from natural fibres
such as hemp and flax, suitable for use as highstrength reinforced fabrics to produce structural
composite materials and components.
5
Sisältö




Markkinat
Toimijat Euroopassa
Nykyiset kaupalliset tuotteet
Yhteenveto
6
Sisältö




Markkinat
Toimijat Euroopassa
Nykyiset kaupalliset tuotteet
Yhteenveto
7
Luonnonkuitumarkkinan kehittyminen
Euroopassa
Markkina on kaksinkertaistunut edellisen
viiden vuoden aikana ja sen odotetaan
kaksinkertaistuvan seuraavan viiden
vuoden aikana.
Lähde: Frost & Sullivan, 2007
8
Kierrätyksen asettamia vaatimuksia
 Tunnistettuja käyttöä ohjaavia direktiivejä:
 Waste Framework Directive 2008/98/EC
 Uutta jätedirektiivissä on määrittely, milloin yhdyskuntajätteen
polttaminen on hyödyntämistä. Tällä pyritään kannustamaan
energiatehokkuuteen ja fossiilisten polttoaineiden käytön
vähentämiseen. Syntyvästä yhdyskuntien paperi-, metalli-, muovi- ja
lasijätteestä tulisi direktiivin mukaan kierrättää puolet ja
vaarattomasta rakennus- ja purkujätteestä 70 % vuoteen 2020
mennessä.
 The Hazardous waste directive 91/689/EC
 REACH Directive 1907/2006
 Vaiheittainen käyttöönotto alkaen 30.11.2010 (yli 1000 t/a)…
31.5.2010 (yli 1 t/a)
 End of Life Vehicles Directive 2000/53/EC
 Landfill of Waste Directive 1999/31/EC
 Landfill of CRFP materials will be restricted in 2011
Elinkaarenaikainen
ympäristöystävällisyys
 Elinkaaren vaikutusten arviointi
 Raaka-ainetuotanto – prosessointi – ominaisuudet –
kierrätettävyyys/hävittäminen – kestävä kehitys
 Lukuisia työkaluja arviointiin, esim:



Green Guide to Composites: This guide has been created to allow the composites industry to
understand the environmental and social impacts of different composite materials and manufacturing
processes.
The life-cycle impacts of each material and process choice from the cradle to the factory gate are
presented in simple A to E comparative rankings, for the first time allowing informed decisions to be made
on the environmental and social effects of composite materials and process choices.
SimaPro 4 (PRé Consultants BV) SimaPro is a full-featured LCA software tool. Complex products with
complex life cycles can be compared and analysed. The process databases and the impact assessment
databases can be edited and expanded without limitation. The ability to trace the origin of any result has
been implemented in a very flexible and powerful way. Special features are: multiple impact assessment
methods, multiple process databases, automatic unit conversion. Furthermore, there are powerful tools to
analyse take-back and disassembly of products, as well as complex waste treatment and recycling
scenarios.
ECO-it: (PRé Consultants BV) Eco-Indicator Tool for environmentally friendly design. ECO-it allows you to
describe a complex product and its life cycle. By entering the materials and processes that are used. ECO-it
immediately calculates the environmental load, and shows you which parts of the product contribute most.
Based on this information you can design to reduce the environmental load of the product.
Esimerkki BRE:n Green guide to composites - an
environmental profiling system for composite
materials and products
BRE is the UK’s leading centre of expertise on building and construction, and the prevention and control of fire.
Esimerkki BRE:n Green guide to composites - an
environmental profiling system for composite
materials and products
Complex Moulded Component
A complex moulded component, modelled as having a fixed volume of 770cm3, where the other components have been modelled as having a fixed panel
bending stiffness. This component has been selected as being typical of a part with more features and complexity (eg ribs and bosses) that can typically be
manufactured using an open mould process.
Kierrätykseen liittyviä projekteja
 Stenan lasikuidun kierrätystä edistävä kehitysprojekti, jota
EU rahoittaa (Life+)
 Objectives:
 Develop and demonstrate a cost efficient and environmentally
efficient Microwave Pyrolysis Method in order to decrease the
amount of glass fiber waste going to a landfill by 90 %.
 Reduce the methane and carbon dioxide emission from landfills.
 Develop commercial products from the treated waste, mainly for
construction business, such as insulation laminates: material for road
building, drainage construction, material for grit blasting for
removing paint and refining oil in small oil refineries in Poland.
 Ketek Oy:n HYÖTY-hanke – vene- ja kemianteollisuuden
lujitemuovijätteen hyötykäytön edistäminen (päättynyt)
13
Kierrätykseen liittyviä toimenpiteitä
 Kierrätysmenetelmiä kehitetään ja niille on jo kaupallisia
sovelluksia
14
Palosuojatut materiaalit


Study PLASTICS 2007: Flame Retardants, Fire Safety, Environmental Aspects
http://www.troitzsch.com/publikationen/plastics/index_en.html

The study provides the state of the art and information on fire regulations and tests, on
developments for flame retardants and their markets, as well as environmental trends.
Changing and new requirements impact on the use of plastics and flame retarded grades:
Building: European CE marking, Construction Products Directive, Euroclasses and fire tests,
product standards, the acidity criterion for cables and potential consequences.
E&E: Fire safety requirements and standards, merging of IT- and consumer electronics,
external fire sources, changes in glow wire and other flammability tests, certification (CB
Scheme, UL, approvals in Europe, CCC China).
Transportation: EU harmonisation of rail vehicles with new fire, smoke and toxicity
requirements (also Germany); Revision of the FTP code in IMO for ships; new burnthrough
fire test for aircraft.
Furniture and textiles: New requirements in France, and the USA (mattresses and CPSC
activities).
Flame retardants: Market overview on consumption, prices, and main producers including
China. Mode of action, main families and applications. Existing commercial and innovative
flame retardants systems for key applications.
Environmental aspects: Flame retardants and the EU risk assessments, Reach, E&E waste
(WEEE, RoHS), standardization (IEC, CEN/TC 111 and TC 351), consumer magazines,
ecolabels, TCO, green procurement, OEM programs, GADSL list automotive, emissions from
flame retardants in building interiors and automotive. Status and ongoing changes in the EU
member states, and their impact on the USA and China.






6/18/10
15
Sisältö




Markkinat
Toimijat Euroopassa
Nykyiset kaupalliset tuotteet
Yhteenveto
16
Luonnonkuitu prepregien valmistajia
 Lineo (Ranska)
 Pellava + epoksi
 Sovelluskohteita: urheiluvälineet,
veneet, kalastusvälineet,
palosuojatuotteet, huonekalut
 Ominaisuuksia:
 Kevyempi kuin hiilikuitu
 Lujuusominaisuudet lähes yhtä
hyvät kuin lasilla
 Hyvät
tärinävaimennusominaisuudet
 Venymä (vs. murtuminen)
hiilenluokkaa
 Lämpölaajeneminen lähes 0
 Sähköneristävyys
 Luonnonmukainen
17
Luonnonkuitu prepregien valmistajia
 BIOCOMP-projektissa kehitetty yhteistyössä NetComposites
ja TransFurans Chemicals bvba kesken
 Tuotetta ei ole ilmeisesti kaupallistettu
 J. Dittrich & Söhne GmbH (Saksa)
 Nafacryl®basic - A natural fibre-prepreg-mat with a Matrix percentage
of 19 – 23% according to application.
 Nafacryl®color
18
Luonnonkuitujen valmistajia
 Composites Evolution Ltd (UK)
 Biotex High performance natural composites
 Kafus Bio-Composites (US)
 kenaf-based Flexform nonwoven mat, plus LoPreFin kenaf-based
composites, as part of a strategic alliance with R&S Stanztechnik.
 Astechnologies
 three mat-making lines at its plant in Belgium using hemp, kenaf, flax,
sisal and abaca.
 Cargill Ltd
 Durafibre from the bast of flax. They also make Durafill from the inner
core of flax.
 Dexter Corporation's Nonwoven Materials Division
 makes sisal-based nonwoven mats in roll form for compression
moulding or thermoforming.
19
Luonnonkuitujen valmistajia
 Georgia Composites
 developmental product is made of partially consolidated recycled PP
reinforced with sisal
 Global Resource Technologies

has compounded virgin and recycled PP and HDPE with kenaf, jute,
hemp, sisal, flax, coconut fibre and wood pulp.
 Kenex Hemp Ltd
 produces a mat from hemp or blends of hemp with flax or jute and
virgin or recycled PE or PP
20
Hemp processors in the EU
In Europe you can buy Hemp fibre directly from the processor. The following
Hemp fibre producers are members of EIHA and together they can guarantee
high quality standards and a secure continuity of supply. These listed five
Hemp processors produce on average each year between 10 and 15,000
tonnes of technical Hemp fibre. This is mainly used in natural fibre reinforced
plastics and insulation materials. As Hemp is an annual crop this quantity can
be easily increased according to demand.
Hemp Technology Ltd
www.hemcore.co.uk
Hennepverwerkingsbedrijf Dunagro BV
www.bafa-gmbh.de
AGROFIBRE SAS
www.agrofibre.com
Hennepverwerkingsbedrijf Dunagro BV
HempFlax BV
www.hempflax.com
21
Biohartseja
6/18/10
22
Biohartseja
 TransFurans Chemicals BVBA
 new range of furanic resins based on prepolymers of furfuryl alcohol.
The novel resin systems, BioRezTM and FuroliteTM are suitable in a
wide range of formulations as the matrix for binding fiberglass,
rockwool and carbon fiber, as well as natural fibers such as wood, flax,
sisal and jute or as impregnating agent for porous substrates
 Ashland
 Envirez resin, soybean oil and cornderived ethanol
 DSM Composite Resins
 Palapreg ECO P55-01, unsaturated polyester resin for SMC and BMC
applications
23
Barriers to High Performance
Biocomposites
• Natural fibres
– Continuous, aligned reinforcement fibres/fabrics
– Compatibility with polymers
– Consistent quality and availability
– Moisture absorption and long-term properties
• Bio-based polymers
– Suitable processing characteristics
– Knowledge of properties and long-term behaviour
– Commercialisation (cost, production volume)
Lähde JEC: Dr Brendon Weager (Technical Manager), Composites Evolution Ltd
24
Näkemyksiä kehityksestä
 ”Future developments in fully bioderived composites are likely to be
controlled, at least in part, by the speed of development in natural
fibres and polymers”
 ”Consistent quality natural fibre products are required in appropriate
forms for composite moulding and at affordable price.”
 ”The development of aligned natural fibre materials suitable for
composite reinforcement will be important if biocomposites are to
be used in more demanding, loadbearing applications.”
Dr. Brendon Weaver, NetComposites, Natural Fibre
Composites, 2010
25
Viskoosikuidut
Lähde: PRO-BIP Final Report 2009
26
Sisältö




Markkinat
Toimijat Euroopassa
Nykyiset kaupalliset tuotteet
Yhteenveto
27
Materiaaleista lopputuotteiksi
Composites Evolution Ltd
28
Sovelluksia autoteollisuudessa
29
Sovelluksia autoteollisuudessa

WorldFirst Formula 3 racing car (WFF3), built by University of Warwick
(Britain)


Lotus Eco Elise


experimenting with the hemp-like kenaf fibre and bioplastics that are potato-based
Mercedes


Natural fibres strengthen interior components
GM


a host of interior panels and parts made from their "Biotechmaterial", a 100 per cent
plant-derived fibre
Ford


heat-resistant castor oil-based radiator tank and aspires to seaweed-based plastics
Mazda


Hemp biocomposite materials in the body panels and the seats
Toyota


wing mirrors and spoilers of potato starch foam skinned with flax fibre, a soy foam seat
and a carrot-based bioplastic steering wheel
Door liners, boot liners, parcel shelves, headliners, seat backs, pillar trim, centre consoles
Jne…
30
Examples of flax/hemp composites
31
Examples of flax/hemp composites
32
Komposiittiteollisuuden lisäarvon tuotto
Raaka-ainetoimittajat
29%
MateJakelijat
riaalin
jalostajat
9%
5%
Prosessointi
57%
Puristus 12%
Manuaaliset
prosessit 22%
Kuitu- ja
hartsivalmistajat,
muotti- ja
laitevalmistajat,
ohjelmistot
Sovelluskohteet 2008
(%-vol/%)
Tuulivoima 5%
Meriteollisuus 5%
Tankit & putket 8%
Kuluttajatuotteet 8%
Sähkö ja elektroniikka 16%
Suoramyynti/
riippumattomat
jakelijat
Prepreg,
pelletit,
kankaat
Jatkuvatoimiset
prosessit 25%
Ilmailu 5%
Rakennusteollisuus
27%
Injektointiprosessit 41%
Kuljetusvälineet
26%
Sisältö




Markkinat
Toimijat Euroopassa
Nykyiset kaupalliset tuotteet
Yhteenveto
34
Yhteenveto





Direktiivien voimakas ohjaus kierrätettävyyden suuntaan
Ainakin kaksi vaihtoehtoista ratkaisumallia
 Luonnonkuitujen käytön edistäminen
 Nykyisten kuitujen kierrätettävyyden edistäminen
Luonnonkuitujen ja hartsien osalta meneillään voimakkaita
panostuksia eri puolilla Eurooppaa
Elinkaarivaikutusten arviointi ratkaisee kehityssuunnan?
 Raaka-ainetuotanto – prosessointi – ominaisuudet –
kierrätettävyyys/hävittäminen – kestävä kehitys
Luonnonkuitujen ja hartsien nykyiset sovellusalueet
 Low tech applications – tyypillisesti ei kantavia rakenteita
 Raaka-aineen tasalaatuisuuden hallinta
 Prepreg-valmistajia, joilla kaupallistettu tuote, tunnistettavissa Euroopassa 2
kpl
35
Yhteenveto jatkuu…
 Megatrendit osoittava kiistatta, että biokomposiittien
markkina tulee olemaan valtava ja erittäin voimakkaasti
kasvava
 Luonnonkuituprepregien tulevaisuuden iso kysymys:
 MILLOIN KYETÄÄN LUONNONKUIDUILLA SYNNYTTÄMÄÄN
OMINAISUUKSIA, JOIDEN TUOTTAMISEKSI RAAKA-AINE
KANNATTAA JALOSTAA PREPREGIKSI?
 Suositus selvityksen havaintojen perusteella:
 Mahdollisessa jatkokehitysprojektissa tulisi keskittyä ensimmäisessä
vaiheessa luonnonkuitujen, luonnonkuitukudosten ja biohartsien
kehittämiseen ja hyödyntämiseen esim. puristus-, kelaus- ja
injektointiprosesseihin perustuvilla valmistusprosesseilla
36
Kiitos!
37