Ajankohtaista

Väitös: 15.1.2016: 3D-kuvaus paljastaa biokomposiitin rakenteen (Miettinen)

Alkamisaika: perjantai 15. tammikuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: perjantai 15. tammikuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, FYS 1

Arttu MiettinenFM Arttu Miettisen fysiikan alan väitöskirjan ”Characterization of three-dimensional microstructure of composite materials by X-ray tomography” (Komposiittimateriaalien kolmiulotteisen mikrorakenteen karakterisointi röntgentomografialla) tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä toimii tohtori Sabine Rolland du Roscoat (l’Université Joseph Fourier, Ranska) ja kustoksena professori Markku Kataja (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Arttu Miettinen kehitti väitöstutkimuksessaan menetelmiä, joilla voidaan helposti analysoida biohajoavien komposiittimateriaalien mikrorakennetta. Menetelmissä näytteestä tehdään kolmiulotteinen kuva röntgentomografialla, joka viipaloi materiaalinäytteen kuin paahtoleivän mutta veitsellä koskematta ja näytettä rikkomatta.

– Tuloksia voidaan jatkossa soveltaa esimerkiksi biojalostamojen sivuvirroista valmistettavien tuotteiden kehitystyössä, Miettinen kertoo.

Saatujen kuvien perusteella työssä kehitetty tietokoneohjelmisto määrittää esimerkiksi biokomposiittimateriaalissa olevien hiusta ohuempien puukuitujen pituus- ja paksuusjakaumia. Tietokone tekee mittaukset automaattisesti eräänlaisella digitaalisella viivoittimella, jota voi hieman vääntää kuten oikeaakin – mutta ei liikaa, jottei se katkea. Mittaustulosten perusteella tutkijat tekevät päätelmiä vaikkapa materiaalin valmistusprosessin toimivuudesta.

– Yleisesti ottaen lyhytkuituisen komposiittimateriaalin valmistusprosessissa iso ongelma on se, että kuidut pilkkoutuvat prosessin aikana liikaa. Tällaiset muutokset mikrorakenteessa heikentävät merkittävästi materiaalin lujuutta ja muita mekaanisia ominaisuuksia, Miettinen kuvailee.

Lisätietoja:

Arttu Miettinen, arttu.miettinen@phys.jyu.fi, puh. 040 57 03 413
viestintävastaava Liisa Harjula, puh. 040 805 4403, tiedotus@jyu.fi, josta saa väittelijän kuvan sähköisessä muodossa.

Arttu Miettinen on kirjoittanut ylioppilaaksi Juankosken lukiosta vuonna 2004 ja valmistunut filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta vuonna 2009. Valmistumisensa jälkeen hän on työskennellyt fysiikan laitoksella tohtorikoulutettavana.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa JYFL Research Reports numerona 1/2016 ja on luettavissa osoitteessa http://www.jyu.fi/static/fysiikka/vaitoskirjat/2016/Miettinen-Arttu_2016 (ISBN 978-951-39-6325-5). Paperiversiota voi tiedustella fysiikan laitokselta (ISBN 978-951-39-6324-8, ISSN 0075-465X).

Characterization of three-dimensional microstructure of composite materials by X-ray tomography

Analysis methods for X-ray microtomographic images of short fibre composite materials were developed. The methods enable estimation of microstructural properties of the material, e.g., aspect ratio and orientation of fibres. Being based on X-ray microtomography and image analysis, the methods are nondestructive and do not require user intervention.

In particular, a method for determination of the aspect ratio of fibres was first developed. The method contains an assumption about similarity of the shape of the fibres. The assumption was relaxed in an improved method that can estimate cross-sectional properties of fibres, too, e.g., cross-sectional area. Additionally, the effect of finite image volume on the results of the measurements was discussed. It was concluded that fibre length is the quantity that is most biased by it. A method for correcting the bias was proposed.

The developed algorithms were tested and applied in estimation of parameters for a micromechanical model and in quantification of morphological degradation of wood fibres in injection moulding process.

It was demonstrated that the methods can be used to measure the parameters of a specific micromechanical model for Young’s modulus of flax fibre composites. The modelling results were compared to those calculated with parameters determined manually, and to results of tensile tests.

Morphological degradation of wood fibres in injection moulding process was studied. It was observed that both the length and the aspect ratio of the fibres decrease considerably during processing.

Finally, a special sample holder was fabricated for studying the hygroexpansion of fibres in a wood fibre composite material. Tomographic images acquired with the sample holder were used to estimate expansion parameters of the fibres. The parameters were applied in validating a finite element model.

In all cases discussed above, results obtained using the developed methods are in agreement with those from independent reference measurements.


Lisätietoja

Arttu Miettinen
arttu.miettinen@phys.jyu.fi
+358408054102
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,