Jak správně ukládat uhlíkové vlákno na dlouhodobé uchování?

Teplota a relativní vlhkost musí zůstat konstantní (20–25 °C, 30–50 % RH)

Aby nedošlo k molekulárnímu rozpadu uhlíkových vláken, je nezbytné udržovat všechny environmentální faktory v rámci stanovených limitů. Tyto faktory musí přispívat k udržení chemické struktury pryskyřice a zároveň ovládat absorpci pryskyřice do uhlíkových vláken. Teplota by měla zůstat v rozmezí 20 až 25 °C (68 až 77 °F) a relativní vlhkost vzduchu by měla být udržována mezi 30 až 50 %. Při výrazných a častých změnách teploty o více než 2 °C dochází k chemorheologickému rozpínání a smršťování vláken a pryskyřice, což zvyšuje tvorbu mikrotrhlin. Úroveň vlhkosti rovněž ovlivňuje chemické složení materiálů. Kanadské pružiny (Canadian Springs) jsou příkladem environmentální komory, ve které se relativní vlhkost cyklicky mění v provozním rozsahu 40 až 70 % RH; při tomto režimu byla zjištěna téměř 18% redukce pevnosti materiálů v tahu. Na opačném konci rozsahu vlhkosti jsou materiály vystavené relativní vlhkosti <30 % náchylné k chemickému vysychání a křehkosti. Mnoho velmi jemných povlakových látek (sizing agents) v pryskyřičných systémech tvoří tepelně tuhnoucí polymery, které se mohou také chemicky vyčerpat při expozici horkému a suchému prostředí.

K udržení optimálních podmínek skladování po celý rok je vyžadován dobře navržený systém regulace skladového klimatu s plně integrovaným automatickým systémem vytápění, větrání a klimatizace, plně kalibrovanými a plně automatickými záznamníky dat a pravidelnými kontrolami systému regulace klimatu.

Proč zmrazování nebo chlazení poškozuje pryskyřičné systémy a zkracuje jejich trvanlivost

Existuje nesprávné přesvědčení, že ukládání uhlíkových vláknových materiálů do mrazničky nebo chladničky zachovává jejich kvalitu. Ve většině případů je uhlíkový vláknový materiál uložený v mrazničce nebo chladničce poškozen, a to zahrnuje i chemické složky materiálu. Při ukládání materiálů v mrazničce nebo chladničce mohou nastat zásadně tři problémy. Prvním je tepelný šok při vyjmutí materiálu z mrazničky nebo chladničky. Druhým je kondenzace vlhkosti při vyjmutí materiálu z chladného prostředí. Nakonec, pokud je teplota materiálů nižší než 10 °C, začnou se ve ztvrdnutých epoxidových systémech oddělovat fáze. Pokud pryskyřice zamrzne v mrazničce nastavené na −18 °C, dojde k jejímu krystalizování, což podle laboratorních testů sníží odolnost materiálů proti nárazu o 40 až 60 procent. Chlazení materiálů na přibližně 4 °C není o mnoho lepší, protože urychluje proces nazývaný amínový povlak (amine blush). V rámci tohoto procesu se tužidla přesunují na povrch a v kompozitních materiálech vytvářejí slabé oblasti. Celkově materiály uložené v mrazničce nebo chladničce ztrácejí přibližně 50 až 75 % své trvanlivosti ve srovnání s materiály uloženými za pokojové teploty.

Nejlepší způsob, jak udržet uhlíková vlákna životaschopná, je ukládat je za pokojové teploty místo pokusu o překonání přírodních zákonů pomocí chladicích metod.

Správné způsoby balení pro zachování integrity materiálů z uhlíkových vláken

Balení do vakuově uzavřených bariér s použitím suchých prostředků pro nezpracované tkaniny a předimpregnované materiály

Většina výrobců používá kombinaci vakuumově uzavřeného balení a suchého činidla (desikantu), aby udržela suché tkaniny a předimpregnované materiály (prepregy) ve co nejlepším stavu. Je kritické udržet vnitřní vlhkost balení pod úrovní 30 až 50 % relativní vlhkosti. Vlhkost je ničivým faktorem pro pryskyřice a vede ke ztrátě potenciální pevnosti konečného výrobku. Jak vlhkost, tak oxidace mohou způsobit degradaci pryskyřicových systémů ještě před jejich použitím. Trojvrstvé fólie z hliníkové fólie poskytují dobrý bariérový účinek proti vlhkosti a usnadňují těsné uzavření proti pronikání vlhkosti. Fólie z hliníkové fólie poskytují dobrou bariéru proti vlhkosti. Běžnou praxí u výrobců prepregů je přidávání prostředků na vázání kyslíku (tzv. oxygen scavengers), které zpomalují stárnutí pryskyřicových systémů způsobené oxidací. Firmy, které šetří na balení, se nakonec setkají s nepatřičně uchovávanými prepregy způsobenými vlhkostí pronikající z atmosféry. Životnost prepregů může být kvůli nedostatečnému balení snížena až o 70 % během méně než 30 dnů. Kontrola kvality je důležitým faktorem pro dosažení správného výsledku.

UV ochrana se statickými vybíjecími vlastnostmi a integrovanými sekundárními bariérami

Epoxidové pryskyřice podléhají rozkladu známému jako fotodegradace, když jsou vystaveny UV záření. Tento rozklad se projevuje řetězcovým štěpením, žloutnutím, praskáním a odškubáváním vrstev. Zkoušky založené na metodě ASTM D4329 pro urychlené počasí ukazují, že fotodegradace může po 500 hodinách expozice UV lampám vést ke ztrátě více než 40 % pevnosti materiálu. Pevnost materiálu přímo koreluje s počtem měsíců expozice před oknem nebo s přítomností zdroje UV intenzity v běžném kancelářském prostředí. Je to samozřejmě vážný problém, který výrobci usilují vyřešit začleněním prvků blokujících UV záření do vrchních vrstev vnějšího materiálu. Vytvářejí také povlak, který pomáhá řídit staticky disipativní povrch. K ochraně proti světelné expozici mohou výrobci umístit výrobek také do sekundárního obalu blokujícího světlo, například do tvrdého plastového polymerového koše. Tyto uzavřené sekundární obaly navíc pomáhají odstranit prach a podporují stabilní síťové zkřížení epoxidu omezením dostupného kyslíku. Tím se prodlouží životnost výrobku před tím, než dojde k jeho degradaci.

Ukládání uhlíkových vláken a následná environmentální rizika

Vliv povětrnostního působení a UV záření na pryskyřici a normu ASTM D4329

Pro výrobce uhlíkových vláken představuje UV záření jedno z největších rizik. Naše balení bylo testováno podle normy ASTM D4329 a ukázalo, že poškození způsobené UV zářením je kumulativní a trvalé. Již během několika měsíců jsme pozorovali poškození způsobené UV zářením, jako je žlutnutí, praskání povrchu a odštěpování vrstev. Protože není možné poškození způsobené UV zářením napravit, jsou jeho důsledky zcela trvalé. To je jedním z důvodů, proč výrobci vynakládají značné úsilí na zajištění vhodného balení chráněného před UV zářením a světlotěsných obalů pro každý výrobek z uhlíkových vláken.

Minimalizace mechanického namáhání: cílem je zabránit stlačení, ohybu a vystavení vibracím

Uhlíková vlákna jsou při mechanickém namáhání vystavena vážným rizikům. Malé trhliny se mohou začít tvořit v vrstvách předimpregnovaného materiálu (prepregu), pokud statické zatížení překročí přibližně 10 psi. Navíc během fáze vibrací se může pryskyřice od vláken oddělit. Pro skladování se doporučuje uchovávat role ve svislé poloze na měkké, nekluzné podložce. Zatvrzené lamináty je třeba skladovat vodorovně, mezi nimi musí být umístěny výše zmíněné speciální vložky. Nikdy nepokládejte žádné komponenty jeden na druhý. Ohnutí komponentu může zvýšit riziko vzniku trhlin v pryskyřičných strukturách, které pak ztrácejí odolnost proti únavě již po dvou třetinách jejich životnosti. Ochranné okraje a svislé umístění pomáhají snížit expozici a namáhání povrchů předmětů během běžné manipulace, což je hlavním příčinným faktorem poškození při manipulaci.

Pokyny pro skladování podle typu uhlíkového vlákna: tkanina, předimpregnovaný materiál (prepreg) a zatvrzené lamináty

Než budete funkce ukládání zaměňovat, uvědomte si, že se od sebe zásadně liší.

Aby nedošlo ke zhoršení kvality impregnace pryskyřicí a laminátu na suché uhlíkové vláknité tkanině, je nutné ji uchovávat v nepropustného vlhkosti, vakuově uzavřené obalu s desikanty. Toto je nezbytné, aby se tkanina nestala hygroskopickou.

Prepregy je nutné uchovávat za chladných podmínek [teplota mrazničky (–18 °C až –23 °C)], aby nedošlo k předčasnému ztvrdnutí pryskyřice. Toto se může zdát neobvyklé, protože jsme dříve uvedli, že chladné uchovávání není nutné, avšak v tomto případě jde o výjimku. Důvod spočívá v jejich chemii. Samotná tkanina nebyla zatím chemicky upravena, zatímco pryskyřice v prepregu je již částečně reagovaná. To znamená, že doba použitelnosti pryskyřice v prepregu závisí na chladných teplotách. Toto tvrzení je pravdivé a je uvedeno v technických údajích výrobků od výrobců (OEM) a v poskytnutých stabilitních studiích vyhovujících normě ISO 10993.

Zahřívané lamináty není nutné uchovávat v chladu, aby zůstaly chemicky stabilní. Je však nutné je uchovávat s fyzickou ochranou. To znamená, že je třeba je ukládat svisle na vyložených regálech s ochranou hran, neukládat do hromad a mezi ně vkládat oddělovací materiál, aby nedošlo k poškození povrchů.

Poskytnuté postupy se zabývají hlavním způsobem degradace každého materiálu. Suché předimpregnované materiály podléhají chemické degradaci, suché tkaniny absorbuje vlhkost a dokončené lamináty se degradují mechanicky.

Často kladené otázky

Jaké jsou nejvhodnější teploty a úrovně vlhkosti pro ukládání uhlíkových vláknových materiálů?

Nejvhodnější podmínky ukládání jsou teplota 20–25 °C a relativní vlhkost 30–50 %. Tyto podmínky nejlépe brání degradaci struktury materiálu.

Proč by se uhlíkové vláknové materiály neměly ukládat do mrazničky?

Dojde k tepelnému šoku, kondenzaci vlhkosti a fázové separaci v zesílených epoxidových systémech. To představuje riziko pro odolnost vůči nárazu a komplikuje strukturální opravy. Jaký je nejlepší způsob balení uhlíkových vláknových materiálů, aby se zajistila jejich neporušenost?

K zajištění neporušenosti je nejvhodnější vakuumové balení s použitím bariérového obalu doplněného suchým prostředkem (desikantem) pro suché tkaniny a předimpregnované materiály (prepregy), aby se udržely nízké úrovně vlhkosti, která jinak degraduje pryskyřice.

Jaký je vliv UV záření na uhlíkové vláknové materiály?

UV záření způsobuje tepelnou degradaci epoxidových pryskyřic, což vede ke štěpení řetězců, změně barvy a oslabení struktury.

Jaká jsou ukládací pokyn pro jednotlivé typy uhlíkových vláknových materiálů?

Suché tkaniny je nutné uchovávat ve vakuově uzavřeném obalu s bariérou proti vlhkosti. Předimpregnované materiály (prepregy) je nutné uchovávat v chladničce nebo mrazničce, aby zůstala pryskyřice v předzpracovaném, tekutém stavu. Zatvrdlé lamináty je nutné uchovávat v fyzicky chráněném obalu a není nutné je uchovávat ve vymezeném klimatu.