Ποια είναι η κατάλληλη μέθοδος αποθήκευσης ανθρακονημάτινου υλικού για μακροχρόνια περίοδο;

Η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία πρέπει να παραμένουν σταθερές (20–25°C, 30–50% RH)

Για να διασφαλιστεί ότι τα υλικά από ίνες άνθρακα δεν υφίστανται μοριακή διάσπαση, είναι κρίσιμο να διατηρούνται οι περιβαλλοντικοί παράγοντες σταθεροί εντός των καθορισμένων ορίων. Αυτοί οι παράγοντες πρέπει να συμβάλλουν στη διατήρηση της χημικής δομής της ρητίνης, ενώ ελέγχουν την απορρόφηση που λαμβάνει χώρα εντός των ινών άνθρακα από τη ρητίνη. Η θερμοκρασία πρέπει να παραμένει μεταξύ 20 και 25 βαθμών Κελσίου (68 έως 77 βαθμοί Φαρενάιτ), ενώ η υγρασία πρέπει να παραμένει μεταξύ 30 και 50 τοις εκατό. Όταν παρατηρούνται σημαντικές και συχνές μεταβολές θερμοκρασίας μεγαλύτερες των 2 βαθμών Κελσίου, οι ίνες και η ρητίνη υφίστανται χημικορεολογική διαστολή και συστολή, γεγονός που αυξάνει τον σχηματισμό μικρορωγμών. Τα επίπεδα υγρασίας καθορίζουν επίσης τη χημική σύνθεση των υλικών. Οι «Canadian Springs» αποτελούν παράδειγμα θαλάμου περιβαλλοντικών δοκιμών, στον οποίο τα επίπεδα υγρασίας κυκλοφορούν εντός ενός λειτουργικού εύρους 40% έως 70% σχετικής υγρασίας (RH), όπου διαπιστώθηκε ότι η εφελκυστική αντοχή των υλικών μειώνεται κατά περίπου 18%. Στο αντίθετο άκρο της κλίμακας υγρασίας, τα υλικά που εκτίθενται σε σχετική υγρασία <30% τείνουν να γίνονται χημικά ξηρά και εύθραυστα. Πολλοί από τους παράγοντες επικάλυψης (sizing agents) που περιέχονται στα συστήματα ρητίνης είναι θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή, τα οποία μπορούν επίσης να καταναλωθούν χημικά όταν εκτίθενται σε ζεστό και ξηρό περιβάλλον.

Για να διατηρηθούν οι βέλτιστες συνθήκες αποθήκευσης καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους, απαιτείται ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα ελέγχου του κλίματος αποθήκευσης, το οποίο περιλαμβάνει ένα πλήρως ενσωματωμένο αυτοματοποιημένο σύστημα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού, πλήρως βαθμονομημένους και πλήρως αυτοματοποιημένους καταγραφείς δεδομένων, καθώς και τακτικούς ελέγχους του συστήματος ελέγχου του κλίματος.

Γιατί η κατάψυξη ή ο ψύκτης ζημιώνουν τα συστήματα ρητίνης και επηρεάζουν αρνητικά τη διάρκεια ζωής τους

Υπάρχει μια παρανόηση ότι η αποθήκευση υλικών από ίνες άνθρακα σε καταψύκτη ή ψυγείο διατηρεί την ποιότητά τους. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, ένα υλικό από ίνες άνθρακα που αποθηκεύεται σε καταψύκτη ή ψυγείο υφίσταται ζημιά, συμπεριλαμβανομένων και των χημικών συστατικών του. Όταν τα υλικά αποθηκεύονται σε καταψύκτη ή ψυγείο, προκύπτουν βασικά τρία προβλήματα. Το πρώτο είναι ο θερμικός σοκ κατά την αφαίρεση του υλικού από τον καταψύκτη ή το ψυγείο. Το δεύτερο είναι η συμπύκνωση υγρασίας κατά την αφαίρεση του υλικού από την ψυχρή αποθήκευση. Τέλος, όταν η θερμοκρασία των υλικών είναι κάτω των 10°C, τα εποξικά συστήματα με αυξημένη αντοχή αρχίζουν να διαχωρίζονται σε φάσεις. Όταν οι ρητίνες παγώνουν σε καταψύκτη με ρύθμιση -18°C, οι ρητίνες κρυσταλλώνονται, γεγονός που, σύμφωνα με εργαστηριακές δοκιμές, μειώνει την αντοχή σε κρούση των υλικών κατά 40 έως 60 τοις εκατό. Η αποθήκευση υλικών σε ψυγείο με θερμοκρασία περίπου 4°C δεν είναι πολύ καλύτερη, καθώς επιταχύνει μια διαδικασία που ονομάζεται «amine blush» (επιφανειακή εμφάνιση αμίνης). Σε αυτήν τη διαδικασία, οι παράγοντες σκλήρυνσης μετακινούνται προς τις επιφάνειες και δημιουργούν αδύναμες ζώνες στα σύνθετα υλικά. Συνολικά, τα υλικά που αποθηκεύονται σε καταψύκτη ή ψυγείο χάνουν περίπου 50% έως 75% της διάρκειας ζωής τους σε σύγκριση με υλικά που αποθηκεύονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Ο καλύτερος τρόπος για να διατηρηθούν εφαρμόσιμα τα υλικά από ίνες άνθρακα είναι να αποθηκεύονται σε θερμοκρασία δωματίου, αντί να προσπαθούμε να αντισταθούμε στη φύση με μεθόδους ψυχρής αποθήκευσης.

Ορθές μέθοδοι συσκευασίας για τη διατήρηση της ακεραιότητας των υλικών από ίνες άνθρακα

Συσκευασία με εντελώς ερμητικά κλειστά (βακουμετρικά) εμπόδια και αποξυγονωτικά για μη επεξεργασμένα υφάσματα και προπρεγκς

Οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συνδυασμό εξακόντωσης (vacuum-sealed) συσκευασίας και αποξυγονωτικού (desiccant) για να διατηρούν τα ξηρά υφάσματα και τα προ-εμποτισμένα υλικά (prepregs) στην καλύτερη δυνατή κατάσταση. Είναι κρίσιμο να διατηρείται η εσωτερική υγρασία της συσκευασίας κάτω του 30–50% σχετικής υγρασίας. Η υγρασία αποτελεί καταστροφικό παράγοντα για τη ρητίνη και οδηγεί σε μείωση της δυνητικής αντοχής του τελικού προϊόντος. Τόσο η υγρασία όσο και η οξείδωση μπορούν να προκαλέσουν εξασθένιση των συστημάτων ρητίνης πριν από τη χρήση τους. Οι τριπλής στρώσης φιλμ από αλουμινίου παρέχουν καλή προστασία από την υγρασία και βοηθούν στη δημιουργία σφιχτών σφραγίσεων κατά της υγρασίας. Τα φιλμ από φύλλα αλουμινίου παρέχουν καλή προστασία από την υγρασία. Είναι συνήθης πρακτική οι κατασκευαστές prepreg να προσθέτουν απορροφητικά οξυγόνου (oxygen scavengers) για να επιβραδύνουν τη γήρανση των συστημάτων ρητίνης λόγω οξείδωσης. Οι εταιρείες που μειώνουν το κόστος της συσκευασίας καταλήγουν σε prepreg με κακή συντήρηση λόγω της υγρασίας που διαπερνά από την ατμόσφαιρα. Η διάρκεια ζωής των prepreg μπορεί να μειωθεί έως και κατά 70% λόγω ανεπαρκούς συσκευασίας σε χρονικό διάστημα μικρότερο των 30 ημερών. Ο έλεγχος ποιότητας αποτελεί σημαντικό παράγοντα για την επίτευξη της σωστής προσέγγισης.

Προστασία από την Υπεριώδη Ακτινοβολία με Ιδιότητες Απόσβεσης Στατικού Φορτίου και Ενσωματωμένα Δευτερεύοντα Φράγματα

Οι εποξειδικές ρητίνες υφίστανται μια διαδικασία αποδόμησης, γνωστή ως φωτοαποδόμηση, όταν εκτίθενται σε υπεριώδη (UV) ακτινοβολία. Η αποδόμηση εκδηλώνεται με την τμηματοποίηση των μοριακών αλυσίδων, τον κιτρινισμό, τον σχηματισμό ρωγμών και την αποκόλληση των στρωμάτων. Δοκιμές που βασίζονται στη μέθοδο ASTM D4329 για επιταχυνόμενη υποβάθμιση λόγω καιρικών συνθηκών δείχνουν ότι η φωτοαποδόμηση μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια περισσότερου του 40% της αντοχής του υλικού μετά από 500 ώρες έκθεσης σε UV λαμπτήρες. Η αντοχή του υλικού συσχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των μηνών έκθεσης μπροστά σε ένα παράθυρο ή με την παρουσία μιας πηγής υπεριώδους ακτινοβολίας σε ένα τυπικό γραφείο. Αυτό, φυσικά, αποτελεί σοβαρό πρόβλημα που οι κατασκευαστές προσπαθούν να αντιμετωπίσουν ενσωματώνοντας στοιχεία απορρόφησης UV στα εξωτερικά στρώματα του εξωτερικού υλικού. Δημιουργούν επίσης μια επίστρωση που βοηθά στον έλεγχο της στατικής αποδιασποράς στην επιφάνεια. Για να βοηθήσουν στην προστασία από την έκθεση στο φως, οι κατασκευαστές μπορεί επίσης να τοποθετούν το προϊόν σε δευτερεύον δοχείο που αποκλείει το φως, όπως ενός σκληρού πλαστικού πολυμερούς δοχείου. Αυτά τα σφραγισμένα δευτερεύοντα δοχεία βοηθούν επίσης στη φιλτράρισμα της σκόνης και προάγουν μια σταθερή διασύνδεση του δικτύου της εποξειδικής ρητίνης περιορίζοντας το διαθέσιμο οξυγόνο. Αυτό θα παρατείνει τη διάρκεια ζωής του προϊόντος πριν από την εμφάνιση αποδόμησης.

Αποθήκευση Ανθρακονημάτων και Συνεπαγόμενοι Περιβαλλοντικοί Κίνδυνοι

Η Επίδραση της Φθοράς από Τοπικές Συνθήκες και της Υπεριώδους Ακτινοβολίας στη Ρητίνη και στο Πρότυπο ASTM D4329

Για τους κατασκευαστές ανθρακονημάτων, η υπεριώδης ακτινοβολία αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους κινδύνους. Οι δοκιμές συσκευασίας που πραγματοποιήσαμε σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D4329 έδειξαν ότι η ζημιά από την υπεριώδη ακτινοβολία είναι συσσωρευτική και μόνιμη. Μέσα σε λίγους μήνες, παρατηρήσαμε ζημιές από υπεριώδη ακτινοβολία, όπως προσχρωματισμός, ρωγμές στην επιφάνεια και αποκόλληση. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει τρόπος να αντιστραφεί η ζημιά από την υπεριώδη ακτινοβολία, οι συνέπειές της είναι ολοκληρωτικές και μόνιμες. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι κατασκευαστές καταβάλλουν εξαιρετικές προσπάθειες για να διασφαλίσουν τη χρήση συσκευασιών που αποκλείουν την υπεριώδη ακτινοβολία και αδιαφανών δοχείων για όλα τα προϊόντα ανθρακονημάτων.

Ελαχιστοποίηση της Μηχανικής Τάσης: Στόχος είναι η Αποφυγή Συμπίεσης, Κάμψης και Έκθεσης σε Δονήσεις

Τα υλικά από ίνες άνθρακα αντιμετωπίζουν σοβαρούς κινδύνους όταν υφίστανται μηχανική τάση. Μικρές ρωγμές μπορούν να αρχίσουν να δημιουργούνται στα στρώματα προκατεργασίας (prepreg) όταν οι στατικές φορτίσεις υπερβαίνουν περίπου τα 10 psi. Επιπλέον, κατά τη φάση της δόνησης, η ρητίνη και οι ίνες μπορούν να αποκολληθούν μεταξύ τους. Για την αποθήκευση, συνιστάται να διατηρούνται οι κυλίνδροι σε κατακόρυφη θέση σε ένα μαλακό ράφι χωρίς τριβή. Τα επιστρωμένα και επεξεργασμένα (cured) υλικά πρέπει να αποθηκεύονται επίπεδα, με τους προαναφερθέντες ειδικούς διαχωριστικούς δακτυλίους μεταξύ τους. Δεν επιτρέπεται ποτέ η στοίβαξη οποιουδήποτε εξαρτήματος. Η κάμψη ενός εξαρτήματος μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο ρωγμάτων στις δομές της ρητίνης, η οποία στη συνέχεια χάνει την αντοχή της σε κόπωση σε χρονικό διάστημα δύο τρίτων. Οι προστατευτικοί οδηγοί στις άκρες και η κατακόρυφη τοποθέτηση βοηθούν στη μείωση της έκθεσης και της τάσης στις επιφάνειες των αντικειμένων κατά την τυπική χειριστική επεξεργασία, γεγονός που αποτελεί κύριο παράγοντα πρόκλησης ζημιάς κατά την αντιμετώπιση.

Οδηγίες αποθήκευσης ανάλογα με τον τύπο του υλικού από ίνες άνθρακα: ύφασμα, προκατεργασία (prepreg) και επιστρωμένα και επεξεργασμένα (cured) υλικά

Πριν συγχέετε τις λειτουργίες αποθήκευσης, κατανοήστε ότι διαφέρουν βασικά.

Για να αποφευχθεί η υποβάθμιση της ποιότητας της εμποτισμένης ρητίνης και του σύνθετου υλικού σε ξηρό υφασματικό υλικό από άνθρακα, πρέπει να αποθηκεύεται σε υγροσκοπικά αδιάβροχα, κενούμενα πακέτα με αποξυγονωτικά. Αυτό είναι απαραίτητο για να αποτραπεί η υγροσκοπικότητα του υφάσματος.

Τα προεμποτισμένα υλικά (prepregs) πρέπει να αποθηκεύονται σε ψυχρές συνθήκες [θερμοκρασίες κατάψυξης (-18°C έως -23°C)] για να εμποδιστεί η πρόωρη πήξη της ρητίνης. Αυτό μπορεί να φαίνεται ασυνήθιστο, δεδομένου ότι προηγουμένως αναφέραμε ότι η ψυχρή αποθήκευση δεν είναι απαραίτητη, αλλά πρόκειται για εξαίρεση. Η αιτιολογία σχετίζεται με τη χημική τους σύνθεση: το ίδιο το ύφασμα δεν έχει υποστεί αντίδραση, ενώ η ρητίνη του prepreg έχει υποστεί μερική αντίδραση. Αυτό σημαίνει ότι η διάρκεια ζωής της ρητίνης του prepreg εξαρτάται από τις ψυχρές θερμοκρασίες. Αυτό ισχύει και αναφέρεται στα τεχνικά δεδομένα των κατασκευαστών (OEM) και στις παρεχόμενες μελέτες σταθερότητας σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10993.

Τα επεξεργασμένα στρώματα δεν απαιτούν αποθήκευση σε ψυχρό περιβάλλον για να είναι χημικά σταθερά. Ωστόσο, απαιτείται φυσική προστασία κατά την αποθήκευσή τους. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να αποθηκεύονται κατακόρυφα σε επενδυμένους σταθμούς με προστατευτικά στις άκρες, χωρίς στοίβαξη και με ενδιάμεσα φύλλα για να αποφευχθεί η ζημιά στις επιφάνειές τους.

Οι παρεχόμενες διαδικασίες αντιμετωπίζουν τον κύριο τρόπο αποδόμησης κάθε υλικού. Τα στεγνά προεμποτισμένα υλικά υφίστανται χημική αποδόμηση, τα στεγνά υφάσματα απορροφούν υγρασία και τα τελικά στρώματα υφίστανται μηχανική αποδόμηση.

Συχνές ερωτήσεις

Ποιες είναι οι καλύτερες θερμοκρασίες και τάσεις υγρασίας για την αποθήκευση υλικών από άνθρακα;

Οι καλύτερες συνθήκες αποθήκευσης είναι 20–25°C και σχετική υγρασία 30–50%. Αυτές οι συνθήκες είναι οι πλέον αποτελεσματικές για την πρόληψη αποδόμησης της δομής του υλικού.

Γιατί τα υλικά από ίνες άνθρακα δεν πρέπει να αποθηκεύονται σε καταψύκτη;

Θα προκύψουν φαινόμενα θερμικού σοκ, συμπύκνωσης υγρασίας και διαχωρισμού φάσεων σε ενισχυμένα εποξικά συστήματα. Αυτά εγκυμονούν κίνδυνο για την αντοχή σε κρούση και δυσχεραίνουν τις δομικές επισκευές. Ποια είναι η καλύτερη μέθοδος συσκευασίας των υλικών από άνθρακα για να διασφαλιστεί η ακεραιότητά τους;

Για να διασφαλιστεί η ακεραιότητα, η καλύτερη συσκευασία για τα ξηρά υφάσματα και τα προπρεγκ (prepregs) είναι η εντελώς εκκενωμένη συσκευασία με προστατευτικό φράγμα και προσθήκη αποξυγονωτικού (desiccant), προκειμένου να διατηρηθούν χαμηλά επίπεδα υγρασίας, τα οποία διαφορετικά θα προκαλούσαν υποβάθμιση των ρητινών.

Ποια είναι η επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας στα υλικά από ίνες άνθρακα;

Η υπεριώδης ακτινοβολία προκαλεί θερμική υποβάθμιση των εποξικών ρητινών, με αποτέλεσμα την θραύση των μακρομοριακών αλυσίδων, την αλλαγή χρώματος και την υποβάθμιση της δομικής αντοχής.

Ποιες είναι οι οδηγίες αποθήκευσης για τους διάφορους τύπους υλικών από ίνες άνθρακα;

Τα ξηρά υφάσματα πρέπει να αποθηκεύονται σε εξακολουθητικά σφραγισμένη, ανθεκτική στην υγρασία συσκευασία. Τα προ-εμποτισμένα υλικά (prepregs) πρέπει να αποθηκεύονται στο ψυγείο ή στην καταψύκτη για να διασφαλιστεί ότι η ρητίνη παραμένει στην προ-επεξεργασμένη, ρευστή κατάσταση. Τα επιστρωμένα και επεξεργασμένα (cured) υλικά πρέπει να φυλάσσονται σε φυσικά προστατευτικό δοχείο και δεν απαιτείται να διατηρούνται σε περιβάλλον με ελεγχόμενη κλιματολογική συνθήκη.