Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) muoveihin ja muovikomposiitteihin liittyvä osaaminen ja tutkimus monipuolistuvat. Sen mahdollistaa TTY:n Materiaaliopin laboratorion Muovi- ja elastomeeritekniikan tutkimusryhmään nimitetyt kaksi uutta tenure-track professoria.
TTY:n uudet professorit, Essi Sarlin ja Mikko Kanerva, tuovat Muovi- ja elastomeeritekniikan tutkimusryhmään uutta tuulta sekä karakterisoinnin ja mallinnuksen tutkimusfokusta. Muovi- ja elastomeeritekniikan tutkimusryhmä tutkii ja opettaa laaja-alaisesti erilaisia polymeeri- ja elastomeeripohjaisia materiaaleja ja niiden komposiitteja.
Mikko Kanervan tausta on Aalto-yliopiston Kevytrakennetekniikan laboratoriossa, jossa hän työskenteli aikaisemmin Professori Olli Saarelan tutkimusryhmässä. Kanervan aikaisempi tutkimus on keskittynyt erityisesti komposiitti- ja hybridimateriaalien mekaaniseen testaukseen ja mallinnukseen. Essi Sarlin on puolestaan TTY:n Materiaaliopin laboratorion omia kasvatteja, ja hänen taustansa painottuu komposiitti- ja hybridimateriaalien karakterisoinnin, mikroskopian ja mekaanisen testauksen alueelle.
Hybridirakenteiden mallinnusta ja simulointia
TTY:llä Mikko Kanervan tutkimuksen keskiössä on erilaisten muovikomposiittien ja hybridimateriaalien mallinnus, ja tavoitteena simuloida erilaisia mekaanisia ilmiöitä. Tulosten avulla on tarkoitus ymmärtää nykyisten komposiittimateriaalien käyttäytymistä paremmin ja kehittää tiedon pohjalta uusia materiaalisysteemejä. Ihmiskunnan ja luonnon tarpeita noudattaen uusien materiaalisysteemien tulisi olla kestävän kehitysten mukaisia ja joko erittäin pitkäikäisiä, kierrätettäviä tai järkevästi maatuvia. Parhaimmassa tapauksessa kontrolloidusti näitä kaikkia.
Haastava esimerkki on metalli-hiilikuitulujitteisen hybridilaminaatin mekaanisen lujuuden tutkiminen. Tämän materiaalin valmistuksessa aiheutuu erittäin korkeita sisäisiä jäännösjännityksiä, jotka tulee ottaa huomioon simuloitaessa esimerkiksi kerrostenvälistä murtumista ja delaminaatiota. Jäännösjännityksien kokeellinen varmistaminen suoraan rakenteen sisällä on haastavaa, ja siinä on käytetty optisia kuituja venymien määrittämiseksi.
Polymeeripohjaisten materiaalien vanheneminen tutkimuksen ytimessä
Tampereen teknillisen yliopiston Muovi- ja elastomeeritekniikan tutkimusryhmän uudet tenure-track professorit Essi Sarlin ja Mikko Kanerva.
Essi Sarlin keskittyy tutkimuksessaan polymeeripohjaisten materiaalien vanhenemiseen erilaisissa ympäristöissä. Koska komposiitit ja muut yhdistelmämateriaalit ovat vähintään kahden materiaalin ja niiden rajapinnan ominaisuuksien muodostamia kokonaisuuksia, niiden vanheneminenkin on usean eri tekijän summa. Kappaleen ominaisuuksien muuttumisen ennustaminen vaatii kuitenkin näiden eri tekijöiden sekä niiden vuorovaikutuksen ymmärtämistä. Jotta tähän päästään, tarvitaan vielä uusia mittaus- ja karakterisointimenetelmiä erityisesti yhdistelmämateriaaleissa olevien rajapintojen tutkimiseen.
Mielenkiintoinen esimerkki on ollut DIMECC HYBRIDS –projektissa aloitettu TTY:n ja yritysten yhteistyönä tehty tutkimus, jossa tutkitaan sekä vinyyliesterin ja lasikuidun välisen rajapinnan vanhenemista komposiitissa, että kumin ja teräksen välisen rajapinnan vanhenemista hybridimateriaalissa vaativassa teollisessa ympäristössä verraten yhdistelmämateriaalein vanhenemista yksittäisten komponenttien ominaisuuksien muutokseen. Erilaisten uusien mittausmenetelmien käyttöönotto onkin osoittautunut tässä tutkimuksessa tärkeäksi tavoiteltaessa todellisten juurisyiden löytämistä makroskooppisten ominaisuuksien muutokseen.Opetus ja sen kehittäminen suuressa roolissa TTY:llä
Polymeeri- ja komposiittialan korkeakouluopetus Suomessa on kokenut viime vuosina merkittäviä muutoksia. Vaikka biopohjaisten komposiittimateriaalien suosio näkyy myös kansallisesti opetuspuolella, perinteisten rakenteellisten komposiittien opetus on keskittynyt Tampereen teknilliselle yliopistolle Materiaaliopin laboratorioon.
Sarlin ja Kanerva ovat tiiviisti mukana niin opetuksessa kuin sen kehittämisessäkin. Tavoitteena on uudistaa komposiittipuolen opetusta vastaamaan tämän päivän vaatimuksia sekä luoda uusia opetustapahtumia materiaalien ja rakenteiden tutkimukseen ja suunnitteluun liittyen. Selkeä esimerkki tästä on vahva pyrkimys tuoda mahdollisimman paljon FEM-pohjaista mallinnusta opetukseen materiaaliteknisen teoriaopetuksen rinnalle.
Tämän kevään opetuksen kohokohta oli Kanervan vetämä Composite Hack-opetustapahtuma, jossa TTY:n Composites-kurssin sekä TAMK:n Tuotantosuunnittelun kurssin opiskelijat muodostivat poikkitieteellisiä ja kansainvälisiä tiimejä yritysten ongelmia ratkomaan. Composite Hack tapahtumassa opiskelijatiimit matkasivat yrityksiin ratkaistavan ongelman ’lataukseen’, minkä jälkeen tiimit muodostivat reippaassa aikataulussa ehdotuksia ongelmien ratkaisuksi. Composite Hack-tapahtuma on saanut kevään aikana kiitosta niin oppilailta kuin teollisuudelta, ja se pidetäänkin varmasti opetussuunnitelmassa mukana tulevinakin vuosina. Tervetuloa ensi keväänä mukaan!