Tiesitkö että pahvilaatikko on varsin eläväinen kappale, kun sitä aletaan tarkastella lähemmin ja varsinkin mittaamaan tarkoilla mittalaitteilla? Pahvi käyttäytyy kuin elävä ja hengittävä olio kun ympäröiviä olosuhteita muutetaan esimerkiksi lämpötilan ja kosteuden osalta. Pahvilaatikko on yksi yleisimmistä pakkausmateriaaleista keveytensä, lujuutensa sekä helpon kierrätettävyyden ansiosta. Elintarviketeollisuudessa pahvi on yleisesti käytössä oleva materiaali ja ylivoimaisesti suurin osa maailman vihanneksista ja hedelmistä kuljetetaan pahvilaatikoissa. Savolaisille tutuin esimerkki lienee Kuopion torilta ”poimimassa” käydyt Suonenjoen mansikkalaatikot. Mutta montako mansikkalaatikkoa voi pinota päällekkäin? Miten käy alimmaiselle laatikolle? Entäpä jos mansikoiden sijaan kuljetetaan banaaneja Etelä-Amerikasta rahtilaivalla? Tällöin alimman laatikon päällä voi olla jopa 250 kg edestä banaaneja. Matka-aika lasketaan vuorokausissa ja matkan aikana vallitsevat olosuhteet vaihtelevat melkoisesti. Tässäpä on pahville haastetta kerrakseen

Savonia-ammattikorkeakoulu, Itä-Suomen yliopisto ja Savon ammattiopisto yhteistyössä paikallisten yritysten kanssa tutkivat ja testaavat materiaaleja. Käynnissä on ”Materiaalianalyysin, käytönaikaisen kunnonseurannan ja tekoälyn hyödyntäminen teollisessa kiertotaloudessa” MaTek – hanke (Pohjois-Savon Liitto, EAKR). Hankkeen tavoitteena on muun muassa kehittää uutta mittaustekniikkaa ja kunnossapidon työkaluja, digitalisaatiota, sekä analysoida materiaaleja ja niiden vaurioita.

Pahvilaatikon rakenteen kestävyyttä voidaan testata olosuhdekammiossa, jossa laatikon tai laatikkopinon päälle asetetaan lisäpainoja. Tämän jälkeen lämpötilaa ja kosteutta muutetaan matalasta kosteudesta korkeaan, avain samoin kuin luonnossa tapahtuu sykleittäin ajan suhteen. Käytimme testiasetelman mittaamisessa tarkkaa laser-etäisyysmittaria, joka kohdistettiin laatikkopinon yläpintaan. Tällä tavoin pystytään havaitsemaan pahvilaatikkopinon turpoaminen kosteuden noustessa ja vastaavasti kutistuminen kosteuden laskiessa. Samalla havaitaan laatikkopinon puristuminen syklien välillä ja lopulta rakenteen luhistuminen ja laatikkopinon romahdus. Tämä testausmenetelmä vie aikaa lyhimmillään useita tunteja ja pisimmillään vuorokausia. Automaattista mittausta kehittämällä saavutetaan hyötyjä mm. tarkkuudessa, toistettavuudessa ja laadussa verrattuna aiempaan testausmenetelmään, missä kyettiin havaitsemaan laatikkopinon romahduksen ajan hetki. Merkittävin etu testauksen automatisoinnissa on henkilöresurssien vapautuminen muuhun käyttöön, mutta eikö olisi upeaa, jos mittauksen lopputuloksen voisi ennustaa mitatun tiedon perusteella tehdyn mallin avulla?

Itä-Suomen yliopiston sovelletun fysiikan laitoksen tutkijat selvittävät ennustavien mittausmenetelmien soveltuvuutta pahvilaatikon rakenteen kestävyyden mallintamiseen. Mittausmenetelminä käytettiin akustista emissiota, joka perustuu ihmiskorvan äänialueen (0 – 20kHz) yläpuolisten taajuuksien mittaamiseen. Näitä korkeataajuisia ääniä muodostuu, kun tutkittavan materiaalin rakenteessa tapahtuu muutoksia. Tyypillinen esimerkki on betonirakenteen murtuminen jossa halkeaman syntyminen muodostaa akustisen emission. Toinen esimerkki on laakerin kulumisesta aiheutuva akustinen muutos. Akustisen emission lisäksi käytössä oli materiaalin sähköimpedanssin mittaaminen. Tässä menetelmässä havaitaan rakenteen muutoksesta aiheutuva sähkönjohtavuuden muutos. Erityisesti kosteuden vaikutuksesta vettyvä materiaali voidaan havaita impedanssimittauksen avulla.

Kaikkien kolmen edellä mainitun mittausmenetelmän perusteella on mahdollista muodostaa teoreettinen malli joka voi ennustaa pahvin kestävyyden ja lopullisen romahduksen ajan hetken jo testin varhaisessa vaiheessa. Ennustava malli toisi merkittäviä ajansäästöön pohjautuvia etuja ja mahdollistaisi suurempien testausmäärien suorittamisen lyhyemmässä ajassa.

Materiaalin olosuhdetestauksesta saatavia tuloksia voidaan hyödyntää pahvin valmistusprosessin muutoksia arvioitaessa, vertailtaessa eri valmistajien tuotteita tai kierrätysmateriaalin laatua arvioitaessa. Matek hankkeen aikana kehitetty ja testattu mittausjärjestelmän prototyyppi on monistettavissa ja kehitettävissä valmiiksi mittalaitteeksi. Useammalla mittalaitteella voidaan myös tuottaa enemmän dataa ennustavan mallin rakentamista ja mallin luotettavuuden parantamista varten.

Haluatko tietää enemmän?

Ota yhteyttä

Asmo Jakorinne, TKI-asiantuntija
Savonia-ammattikorkeakoulu
asmo.jakorinne@savonia.fi
p. 044 785 5597