Nykyaikaisten muovikomposiittien käytön voidaan katsoa alkaneen 1900-luvun alussa, jolloin ensimmäinen fenolimuovien lujittamista koskeva patentti myönnettiin. Muovien yhteydessä komposiitti-sana esiintyi painetussa tekstissä ensimmäisen kerran v. 1923. Tuolloin sitä käytettiin kauppanimenä muottipuristetuille sellakkaeristeille. Kaupallista merkitystä muovikomposiitit saivat kuitenkin vasta 1930-luvulla, jolloin kehitettiin polyesteri- ja epoksimuovit. Samalla vuosikymmenellä aloitettiin lasikuitujen kaupallinen tuotanto. Ensimmäisiä kuitulujitettujen muovituotteiden massatuotantoon soveltuvia valmistusmenetelmiä olivat ruiskutus, kelaus ja suulakeveto (eli pultruusio). Nämä kehitettiin 1940-luvun loppupuolella.

Käyttöhistoriansa aikana muovikomposiitit ovat osoittautuneet kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi metalleille ja muille materiaaleille. Muovikomposiittien tärkeimpiä etuja muihin rakennemateriaaleihin verrattuna ovat

(1) suuri lujuus ja jäykkyys erityisesti suhteutettuna ominaispainoon,

(2) mahdollisuus suunnata lujuusominaisuuksia,

(3) muotoiluvapaus,

(4) mahdollisuus valmistaa suuria rakenteita yhtenä kokonaisuutena, sekä

(5) muoveille tyypillinen hyvä kemiallinen kestävyys.

Lisäksi muovikomposiiteilla on joukko ominaisuuksia, jotka sovellutuksesta riippuen voidaan lukea eduksi tai haitaksi. Tällaisia ominaisuuksia ovat mm. alhainen sähkön- ja lämmönjohtavuus.

Muovikomposiittien käyttöä rajoittavista tekijöistä tärkeimpiä ovat raaka-aineiden korkeahkot hinnat ja yleisimmin käytettävien matriisimuovien vaatimaton lämmönkestävyys. Joidenkin tuotteiden kohdalla rajoittavana tekijänä on valmistusmenetelmä, jota ei vielä ole saatu kehitetyksi kilpailukykyiseksi suursarjatuotantoa ajatellen. Materiaalien standardoimattomuus ja laminaattirakenteiden monimutkainen käyttäytyminen voidaan myös lukea käytön yleistymistä hidastaviksi tekijöiksi.

Kuitulujitettujen muovien ensimmäisiä käyttäjiä olivat lentokone- ja veneteollisuus. Nykyisin (2016 tilasto) komposiittien suurimmat käyttökohteet eri teollisuussektoreilla määrän mukaan (ja suluissa arvon mukaisesti): Kuljetusvälineet 28% (25%); rakennusteollisuus 19% (14%); sähkö- ja elektroniikka 16% (14%); lentokone- ja puolustusvälineteollisuus 0% (13%); säiliö- ja putkiteollisuus 15% (10%); kuluttajatuotteet 8% (8%); tuulivoima 8% (7%); veneteollisuus 3% (3%)

Parin viimeisen vuosikymmenen aikana tuulivoiman rakentaminen on lisännyt komposiittien käyttöä. Tuotteille asetettujen keveysvaatimusten kasvaessa ja komposiittiosien valmistusmenetelmien kehittyessä materiaaleja on alettu enenevässä määrin käyttää suuremmissa sarjoissa valmistettavissa kuljetusvälineissä, kuten autoissa, työkoneissa ja raideliikenteessä. Viime vuosina komposiittien käyttö on erityisesti kasvanut autoteollisuudessa. Aiemmin komposiitteja käytettiin vain kilpa- ja urheiluautoissa suorituskyvyn parantamiseen keveyden kautta, mutta siellä suoritetun ”harjoittelun” jälkeen komposiitit ovat tulleet ensin korkeamman hintaluokan autoihin ja nykyisin yhä enemmän keskiluokan autoihin – etenkin sähkökäyttöisiin. Komposiitin käyttö odottaa vielä suurta läpimurtoa autoteollisuudessa, joka edellyttää aiempaa edullisempaa hintatasoa ja valmistustekniikan läpimenoaikojen nopeutumista.

Myös meriteollisuuden sovellukset, mukaan luettuna avomeriöljynporaus, ovat jatkuvasti lisääntyneet. Lentokoneteollisuudelle lujat ja keveät muovikomposiittirakenteet ovat olleet kehityksen ehdoton edellytys. Sekä Airbusilla että Boeingilla uusimmissa lentokonemalleissa komposiitit muodostavat nykyisin yli puolet rakenteesta.

Yhden ryhmän komposiittituotteita muodostavat erilaiset prosessiteollisuuden putkistot, säiliöt ym. laitteet, joissa rakenteellisten vaatimusten ohella tärkeänä ominaisuutena on hyvä kemiallinen kestävyys. Rakennusteollisuus, sähköteollisuus ja koneenrakennus ovat myös monissa maissa merkittäviä muovikomposiittien käyttäjiä. Urheiluvälineteollisuus on jokapäiväisessä elämässä hyvin näkyvä, joskin raaka-aineiden kokonaiskulutuksen kannalta melko pieni muovikomposiittien käyttäjä. Tyypillistä urheiluvälineteollisuudelle on kuitenkin uusien materiaalien ennakkoluuloton kokeilu ja käyttö. Lääketieteellisissä sovellutuksissa erityisesti kehittyneet muovikomposiitit ovat osoittaneet moninkertaisen paremmuutensa tavanomaisiin materiaaleihin verrattuna.

Kuitulujitettujen muovikomposiittituotteiden valmistus voidaan karkeasti jakaa kahteen pääryhmään: käsityövaltaisiin ja koneellistettuihin menetelmiin. Edellisiin kuuluvat mm. käsinlaminointi, ruiskulaminointi sekä injektointimenetelmät. Jälkimmäisessä ryhmässä tärkeimpiä ovat puristus-, painevalu-, kelaus- ja pultruusiomenetelmät. Käsityövaltaisten menetelmien osuus on Pohjoismaissa edelleen suuri ja koko Länsi-Euroopan mittakaavassakin merkittävä. Injektointimenetelmien käyttö on kasvussa sekä Suomessa että muissa Euroopan maissa. Pyrkimyksenä on kehittää näitä menetelmiä vähemmän käsityötä vaativiksi ja toisaalta parantaa työympäristöä.

Kuitulujitettuja muovikomposiittituotteita arvioidaan valmistettavan (2016) noin 10,8 Mt – tai arvon perusteella 74 miljardia euroa – maailmassa. Arviot markkinoiden rahallisen arvon vuotuisesta kehityksestä vaihtelevat suuresti lähteestä riippuen. Raaka-aineiden hinnat ovat reaalisesti laskeneet viimeisten vuosikymmenien aikana. Maailmanmarkkinoiden rahallisen arvon odotetaan kasvavan n. 5% vuosittain lähitulevaisuudessa. Euroopassa kasvu jäänee 1-2% vuosittain.

Lujitemuoviteollisuuden valmistus (2016) maanosittain määrän mukaan (ja suluissa arvon mukaisesti): Kiina 28% (26%); muu Aasia 19% (18%); Eurooppa 21% (21%); Afrikka ja Lähi-Itä 4% (4%); Pohjois-Amerikka 26% (30%); Etelä-Amerikka 2% (2%)

Kulutuksen keskimääräinen vuosikasvu on globaalisti ollut noin 4 %. Prosentuaalisesti suurinta kasvu on ollut viime vuosina Aasian maissa ja sama trendi jatkuu. Euroopassa johtava kuitulujitettujen muovikomposiittituotteiden valmistaja on Saksa lähinnä autoteollisuutensa ansiosta. Seuraavina ovat Italia ja Ranska. Näiden kolmen yhteinen osuus on yli 60 %. Loppu jakaantuu lähes tasaosuuksin Iso-Britannian, Espanjan, Benelux-maiden, Pohjoismaiden ja Itä-Euroopan maiden kesken.

Valtaosa kuitulujitettujen komposiittituotteiden valmistukseen käytettävistä muoveista on edelleen kertamuoveja. Niiden osuus on lähes 80 %. Suurin osa kertamuoveista on tyydyttymättömiä polyestereitä. Epoksit muodostavat toiseksi suurimman ryhmän. Länsi-Euroopassa arvioidaan käytettävän tyydyttymättömiä polyestereitä kuitulujitettujen komposiittituotteiden valmistukseen lähes 500 000 tonnia vuonna 2003. Vastaava arvio Pohjois-Amerikan kulutuksesta on 850 000 tonnia. Epoksien arvioitu käyttö Länsi-Euroopassa vuonna 2003 on noin 140 000 tonnia. Luku sisältää prepregeihin ja muihin puolivalmisteisiin käytetyn epoksin. Tuulienergiateollisuuden osuus Länsi-Euroopassa käytetystä epoksista on noin 11 % ja lentokoneteollisuuden noin 4 %. Suomessa tyydyttymättömien polyesterihartsien kulutus lujitemuoviteollisuudessa oli vuonna 2003 noin 10 000 tonnia. Tyydyttymättömien polyestereiden kulutuksen ennustetaan kasvavan globaalisti 4…5 % ja epoksien 4…6 % vuodessa.

Kestomuovien on jo kauan ennustettu kasvattavan voimakkaasti osuuttaan kuitulujitettujen muovituotteiden matriisimuovina. Toistaiseksi kasvu on ollut odotettua hitaampaa. Kestomuovien osuus on tällä hetkellä runsas 20 %. Vuosittaisen kasvun on ennakoitu olevan 10 %. Kestomuoveista lujitetaan eniten polyamideja (osuus n. 50 %) ja polypropeenia (osuus n. 20 %). Muita merkittäviä kuiduilla lujitettavia kestomuoveja ovat tyydytetyt polyesterit sekä polykarbonaatit.

Lujitekuiduista lasikuitujen osuus on noin 95 %. Ne säilyttävät asemansa tärkeimpänä lujitteena myös tulevina vuosina. Hiilikuitujen kulutus on kasvanut prosentuaalisesti eniten. Kulutuksen kasvu on ollut melko suurta, viime vuosina n. 10% ja lähivuosina sen ennustetaan kasvavan noin 8% vuodessa. Luonnonkuitujen käyttö on kasvussa erityisesti autoteollisuudessa mukaan luettuna hyötyajoneuvot ja työkoneet. Luonnonkuidut kilpailevat lähinnä lasikuitujen kanssa kevyesti kuormitettujen tuotteiden lujitteena. Luonnonkuiduilla lujitettujen tuotteiden etuja ovat parempi kierrätettävyys ja hyvän iskusitkeys.

Taulukoissa 1.1…1.3 on esitetty arvio lujitekuitujen käytön jakautumisesta käyttökohteittain ja tuotantomenetelmittäin vuonna 2003 koko maailmassa, Euroopassa, Pohjois-Amerikassa, Etelä-Amerikassa ja Aasiassa. Luvut ovat suuntaa antavia ja perustuvat eri lähteistä kerättyihin arvioihin lasi- ja hiilikuitujen käytöstä lujitemuoviteollisuudessa.

Komposiittituotteiden hinnat vaihtelevat suuresti raaka-aineista ja sovelluskohteen vaativuudesta riippuen. Tästä esimerkkinä ovat tuotannon jakautumista Euroopassa esittävät kuvat 1.1 ja 1.2. Edellisessä on esitetty taulukon 1.1 lukuja vastaten lujitekuitujen käytön kilomääräinen jakautuma sovellusalueittain. Jälkimmäisessä on hieman erilaisella jaottelulla tuotteiden hinnallinen jakautuma. Kuvien mukaisesti esimerkiksi Euroopan ilmailuteollisuus käyttää vain noin 2 % lujitekuiduista. Tuotteiden rahallinen arvo on kuitenkin yli 20 % kaikista Euroopassa valmistetuista komposiittituotteista.

Taulukko 1.1

Lujitekuitujen käytön prosentuaalinen jakautuminen sovellusalueittain koko maailmassa, Pohjois- ja Etelä-Amerikassa, Euroopassa ja Aasiassa v. 2003.

Sovellusalue	Koko maailma	Pohjois- Amerikka	Etelä- Amerikka	Eurooppa	Aasia
Maa-/raideliikenne	24	32	35	25	15
Vesiliikenne	6	9	2	2	4
Ilmailu/avaruus/puolustusvälineet	<1	2	3	2	<1
Rakennusteollisuus	18	15	32	23	15
Infrastruktuuri/julkiset työt	7	10	7	4	8
Sähköteoll./toimistoektroniikka	14	8	3	5	32
Kulutustavarat ja –laitteet	8	8	12	7	8
Teollisuuden laitteet ja tarvikkeet	12	12	5	12	14
Muut	11	4	1	20	4

Taulukko 1.2

Lujitekuitujen käytön prosentuaalinen jakautuminen tuotantomenetelmittäin koko maailmassa, Pohjois- ja Etelä-Amerikassa, Euroopassa ja Aasiassa v. 2003.

Tuotantomenetelmä	Koko maailma	Pohjois-Amerikka	Etelä-Amerikka	Eurooppa	Aasia
Tekstiilipuolivalmisteet	23	17	6	23	31
Kelaus, keskipakovalu, suulakeveto	11	12	18	9	11
SMC/BMC ja vastaavat	11	13	6	11	13
Kerroslevyt, levyt	4	3	13	5	1
Injektointi	2	1	2	2	1
Käsinlaminointi	19	22	46	15	17
Kestomuovit	26	26	9	31	24
Muut	4	6	<1	4	2

Taulukko 1.3

Arvio kuitulujitettujen muovikomposiittituotteiden jakautumisesta valmistusmenetelmittäin Länsi-Euroopassa v. 2003 (lähde: GPRMC Annual Meeting, Brussels 2/2003).

Valmistusmenetelmä	Osuus %
Käsinlaminointi	22
SMC ja vastaavat	21
Ruiskutus	13
Levyjen/kerroslevyjen valmistus	8
RTM ja muut injektointimenelmät	7
BMC ja vastaavat	7
Kelaus	6
Keskipakovalu	5
Suulakeveto	4
GMT/LFT ja vastaavat	4
Muut yhteensä	2

Kuva 1.1 Lujitekuitujen käytön prosentuaalinen jakautuminen sovellusalueittain Euroopassa v. 2003.

Kuva 1.2 Komposiittituotteiden rahallisen arvon jakautuminen sovellusalueittain Euroopassa v. 2000 (lähde: Sessi No 158 – february 2002)