Suuret kuormaa kantavat hybridi- ja komposiittirakenteet

Abstract

Tämä työ kertoo kuormaa kantavista komposiitti- ja hybridimateriaaleista erilaisiin käyttökohteisiin. Komposiittimateriaalien käyttö näissä käyttökohteissa on kasvanut lähivuosina nopeasti. Esimerkiksi kevyiden siltojen kansissa erilaiset komposiitti- ja hybridimateriaalit ovat yleistyneet viimeisen kymmenen vuoden aikana ja korvanneet perinteisiä materiaaleja, kuten puuta, terästä ja betonia. Näiden uusien materiaalien parhaat ominaisuudet ovat hyvä painon, jäykkyyden ja lujuuden suhde, erinomainen kemiallinen kestävyys ja vähäiset huoltokustannukset. Joissakin käyttökohteissa, kuten tuulivoimalan lavoissa, komposiittimateriaalit ovat ainoa riittävän kevyt, jäykkä ja kustannuksiltaan kohtuullinen materiaaliryhmä. Vaikka komposiittimateriaalit ovat tällä hetkellä hinnaltaan perinteisiä materiaaleja kalliimpia, niiden käyttökustannukset elinikänsä aikana voivat kuitenkin olla edullisemmat. On olemassa runsaasti erilaisia kaupallisia tuotteita, joissa hyödynnetään joko komposiitti- tai hybridimateriaaleja ja myös näistä on kerrottu työn puitteissa. Työn loppuosa koostuu testauksesta. Testaukseen tilattiin Exel Composites Oyj:ltä pultruusiolla valmistettua lasikuitulujitettua polyesteriprofiilia, josta valmistettiin noin kaksi metriä pitkä ja puoli metriä leveä paneeli sahaamalla ja liimaamalla. Valmiin paneelin lujuus testattiin kolmipistetaivutuksella ja sen ominaisuudet osoittautuivat hyviksi. /Kir11

This thesis is about structural composites and hybrid materials for different load-bearing solutions. There has been vast increase in usage of different composite materials for structural applications. For instance in light bridge deck applications under the last ten years different composite and hybrid materials have replaced some of the more traditional materials, such as wood, steel and concrete. Their main advantages compared to other materials are good stiffness-to-weight –ratio, excellent chemical resistance and reduced maintenance costs. In some applications, such as wind power blades, composite materials are the only feasible material group which can be used taking into consideration cost constrains.

In the long term composite materials can be cheaper because of the ease of maintenance even though their purchasing price is higher when compared to traditional materials. There is a great number of different commercial products which apply either composite or hybrid materials. The second part of the thesis is about these products and comparison of them.

The last part of the thesis is the practical chapter. Pultruded glass-fiber reinforced polyester profile was ordered from a large Finnish pultrusion company Exel Composites Oyj. The pultruded profiles came from Belgium and they were in 6 meter long profiles. A large composite panel was to be constructed from the profiles. The bars had to be cut and adhesively bonded together to make the panel. The panel was 2 meters long, half a meter wide and 20 centimeters high. Panel was tested for its strength and the results showed that the panel has very good properties.