Projektin tavoitteena oli selvittää laboratoriokokeissa biopohjaisen, mikroselluloosa/PCC-komposiitista valmistettujen alustojen ominaisuuksia.

Painetun elektroniikan markkina (markkina jonka voi korvata painetulla elektroniikalla) oli vuonna 2013 12 MRD euroa. Markkinan kasvuvauhdiksi on arvioitu IDTechEx:n toimesta 14,5 – 17 % vuodessa seuraavan viidenkymmenen vuoden aikana. Vuoden 2020 markkinan koko olisi siis noin 30 MRD euroa. Painettavan elektroniikan sovellutukset ovat tyypillisesti kannettavissa laitteissa, älyrannekkeissa, erilaisissa antureissa, sähköisissä tai joustavissa piireissä, RFID-antenneissa ja näytöissä. Teollisuudessa käyttö on pääasiassa sähköisissä kytkimissä, kalvoissa ja sensoreissa. Painettava elektroniikka painetaan tällä hetkellä korkean lämmönkeston muovituotteille, jotka tyypillisesti ovat ohuita ja omaavat hyvät sähköiset ominaisuudet, mittapysyvyyden ja paloneston. Käytetyistä muovituotteista merkittävin on polyimidi. Polyimidin korvaaminen biopohjaisella materiaalilla oli tämän esiselvityksen lähtökohta.

Tavoitteet

Projektin tavoitteena oli selvittää laboratoriokokeissa biopohjaisen, mikroselluloosa/PCC-komposiitista valmistettujen alustojen ominaisuuksia ja arvioida niiden soveltuvuutta painettavan elektroniikan painoalustaksi. Toisena tavoitteena oli arvioida mahdollisuudet valmistaa ko. komposiittia teollisessa mittakaavassa sekä hahmotella alustavat prosessivaiheet ja näiden mitoitukset kyseiselle valmistusprosessille. Selvitystyön yhtenä tavoitteena oli luoda edellytykset ensimmäisen pilot-tehtaan rakentamiselle Savonlinnaan mukaan lukien raaka-aineena käytettävän hiilidioksidin talteenotto savukaasuista. Kolmantena osiona selvitettiin alustavasti komposiittimateriaalin kaupallinen potentiaali ja markkinapotentiaali.

Tulokset

Laboratoriotutkimuksen perusteella mikroselluloosa/PCC- komposiitista valmistettu painoalusta on kriittisiltä ominaisuuksiltaan hyvä. Lämpötilan kesto komposiitilla on erinomainen, tuote kesti ilman havaittavia muutoksia yli 260 asteen lämpötilaa. Mittapysyvyyttä ei erikseen mitattu, mutta aiempien tutkimusten perusteella sen tiedetään korkean täyteainepitoisuuden komposiittiarkilla olevan hyvä. Pinnan sileys on hyvä (Ra 0,48 μm), vaikkakaan muovikalvon tasolle (0,2 μm) ei päästy. Roiskeveden kesto voidaan tehdä pintakäsittelyllä ja tuotteen ei havaittu pölyävän silmämääräisesti tehdyissä kokeissa. Lujuudet jäävät reilusti esimerkiksi kopiopaperin lujuuksista, mutta tämän ei arvioida olevan ratkaiseva ongelma. Paikallisen Louhen kalkkikaivoksen kalkilla arkin sileys jäi huonommaksi kuin vertailuarkissa, mutta tietyin muutoksin se soveltuu myös painoalustan raaka-aineeksi.

Teknisen selvityksen perusteella pienoistehtaan tuotantoprosessi on haasteellinen, muttei mahdoton toteuttaa. Investointikustannus itsessään on arvioitu 21 – 31 miljoonaksi euroksi. Selvityksen perusteella lopputuotteen hinnan on oltava 0,3 – 2 euroa neliöltä (2 – 13 €/kg) että toiminta on kannattavaa. Haarukan alapäässä vuosituotanto on 5000 tonnia ja yläpäässä 500 tonnia. Kaupallisen selvityksen perusteella polyimidipohjaiset materiaalit voidaan korvata biopohjaisella tuotteella, mutta tuotteen kriittisten ominaisuuksien on oltava riittävällä tasolla. Mikroselluloosa/PCC-komposiitilla hinta on jopa moninverroin alhaisempi kuin polyimidillä (n. 20 €/kg), mutta muiden ominaisuuksien osalta soveltuvuus olisi testattava käytännössä esimerkiksi painatuskokeella.

Hankkeen julkaisu

Yhteystiedot

Jari Käyhkö
tutkimuspäällikkö
p. 0400 771 157
jari.kayhko(at)mamk.fi

Faktat

Esiselvitys: Pienoistehdas painetun älyn alustan valmistamiseen kuitutäyteainekomposiittina

01.12.2013 - 31.12.2013

Toteuttajat

Hallinnoija: Mikkelin ammattikorkeakoulu

Ammattikorkeakoulun tutkimuskeskus: Kuitulaboratorio

Budjetti

Rahoittaja ja päärahoituslähde: Euroopan sosiaalirasto (ESR)