Parempaa ennustettavuutta muovituotteiden kestolle
Auringon ultraviolettisäteily ja sääolosuhteet yhdessä vanhentavat ulkona käytettäviä muovi- tai kumituotteita, kuten vaikkapa autonrenkaita. Tuotekehittäjien työtä hankaloittaa se, että auringon säteily ja sääolot vaihtelevat Euroopan eri markkina-alueilla. Aalto-yliopiston, Ilmatieteen laitoksen ja Tampereen teknillisen yliopiston tutkijat selvittävät uusia keinoja tuotteiden elinkaaren ennustettavuuden parantamiseksi erilaisissa olosuhteissa.
”Auringon ultraviolettisäteilyn aallonpituus vaikuttaa materiaalin ikääntymiseen. Mitä pidemmälle ultraviolettisäteilyn aallonpituusalueella mennään, sitä vahingollisempaa säteily on. Kullakin materiaalilla on yksilöllinen niin sanottu vaikutusspektrinsä”, kertoo mittaustekniikan tutkija Petri Kärhä Aalto-yliopiston Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitokselta.
”Auringon ultraviolettisäteilyn intensiteetti ja sääolojen vaikutus materiaalin vanhenemiseen on lähempänä päiväntasaajaa erilaista kuin pohjoisessa. Mittauksen standardeja on toki olemassa, mutta tarkempaa vertailutietoa kaivataan erityisesti teollisuudessa”, toteaa Ilmatieteen laitoksen tutkija Anu Heikkilä.
Materiaaleja ja niiden kestoa mitataan erilaisilla testeillä, joissa näytteitä rasitetaan ultraviolettisäteilyn lisäksi erilaisissa kosteus- ja lämpötilaoloissa. Testejä tehdään sekä ulkotiloissa että laboratorioissa.
”Tavoitteemme on pystyä ennustamaan jostain tietystä materiaalista valmistetun tuotteen elinikä esimerkiksi Thessalonikin keskustassa tai Helsingissä. Tieto auttaisi valmistajia suunnittelemaan tuotteitaan tarkemmin eri markkina-alueille. Ennustettavuuden myötä kalliiden ja ympäristöä kuormittavien lisäaineiden käyttöä voitaisiin todennäköisesti vähentää. Ehkä näemme tulevaisuudessa myös elinkaareltaan räätälöityjä biomateriaaleja, jotka kestävät tietyn ajan, minkä jälkeen ne hajoavat luonnossa”, Heikkilä visioi.
Tutkimuksessa tarvitaan monipuolista osaamista. Ilmatieteen laitoksella on tarkkaa ultraviolettisäteilyä ja sääolosuhteita koskevaa mittausaineistoa. Tutkimuslaitoksen yhteistyö muiden eurooppalaisten mittausasemien kanssa mahdollistaa eri maissa tehtävien mittauksien vertailun. Aalto-yliopiston mittaustekniikan tutkimusryhmässä puolestaan kehitetään ultraviolettisäteilyn vaikutusspektrin mittausmenetelmiä ja -laitteistoa. Tampereen teknillisen yliopiston muovi- ja elastomeeritutkijat tuottavat mittauksissa tutkittavat muoviset testikalvot.
”Aalto-yliopistossa tehdyn ikäännyttämisen jälkeen muovikalvot lähetetään takaisin Tampereelle kemian ryhmän analysoitaviksi, jotta saamme tietoa muovin rakenteessa tapahtuneista muutoksista”, Kärhä kertoo.
Näytteitä ikäännytetään myös ulko-olosuhteissa sekä Suomessa että muilla Euroopan mittausasemilla.
”Jokioisten observatoriolla mitataan ultraviolettisäteilyn vaikutuksia kappaleiden vaaka- ja pystypinnoilla. Ensimmäisten tulosten mukaan Suomen oloissa pystypinnoille tulee kevätaikaan lumen heijastusvaikutuksesta isompi ultraviolettisäteilyaltistus kuin vaakapinnoille. Käyttämämme tarkat ultraviolettisäteilyn altistusmittaukset vastaavat muun muassa rengasteollisuuden tarpeisiin”, Heikkilä kertoo.
Uusi mittauslaite apuna ultraviolettisäteilyn vaikutusten arvioinnissa
Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet mittauslaitteen, jonka avulla tutkitaan ultraviolettisäteilyn eri aallonpituuksien vaikutuksia mitattavaan materiaaliin.
Kuvan sanomalehtipaperin palaa on ikäännytetty ultraviolettisäteilyllä kolme tuntia. Lopputuloksena näytteen toinen puoli on kellastunut voimakkaasti ja toinen taas vähemmän. Sanomalehtipaperin kellastuminen on testin perusteella voimakkainta 290–350 nanometrin aallonpituuksilla.
Mittauslaitteessa voimakas ksenonlamppu tuottaa valon, josta poistetaan infrapunasäteily ja näkyvä valo. Jäljelle jäävä ultraviolettisäteily hajotetaan spektrisesti ja ohjataan näytekappaleeseen. Kuvat: Risto Alatarvas
Laitteisto on herättänyt Kärhän mukaan myös kansainvälistä kiinnostusta, sillä se mahtuu kompaktin kokonsa johdosta laboratoriopöydälle, mittaustulokset saadaan suhteellisen nopeasti ja laitteiston käyttökustannukset ovat pienet.
”Vastaavat laitteet maailmalla ovat kalliita ja suurikokoisia. Laitteemme esikuva Japanissa täyttää kokonaisen teollisuushallin. Päätimme suunnitella ja rakentaa tutkimukseemme soveltuvan mittauslaitteiston itse”, Kärhä toteaa.
Lisätietoja:
Teksti: Risto Alatarvas
