Mikä on oikea tapa säilyttää hiilikuitumateriaalia pitkäaikaisesti?

Lämpötilan ja suhteellisen ilmankosteuden tulisi pysyä vakiona (20–25 °C, 30–50 % RH)

Jotta hiilikuitumateriaalit eivät hajoaisi molekulaarisesti, on tärkeää pitää ympäristötekijät vakioina määritellyn rajojen sisällä. Nämä tekijät pitäisi säilyttää siten, että ne tukevat resiinin kemiallista rakennetta samalla kun ne hallitsevat resiinin absorptiota hiilikuiduissa. Lämpötilan tulisi pysyä välillä 20–25 °C (68–77 °F) ja ilmankosteuden välillä 30–50 prosenttia. Kun lämpötilassa tapahtuu merkittäviä ja usein toistuvia muutoksia yli 2 °C:n, kuidut ja resiini laajenevat ja kutistuvat kemiorheologisesti, mikä lisää mikrosäröjen muodostumista. Ilmankosteus vaikuttaa myös materiaalien kemialliseen koostumukseen. Canadian Springs -ympäristökammio on esimerkki ympäristökammioista, jossa ilmankosteutta vaihdellaan käyttöalueella 40–70 % suhteellista kosteutta (RH); tässä olosuhteessa materiaalien vetolujuus väheni lähes 18 prosenttia. Toisella ilmankosteuden ääripäässä materiaalit, jotka altistuvat <30 %:n suhteelliselle kosteudelle (RH), kuivuvat kemiallisesti ja muuttuvat hauraisiksi. Monet resiinijärjestelmien pinnankäsittelyaineet ovat kuumakäsiteltyjä polymeerejä, jotka voivat myös kulua kemiallisesti, kun niitä altistetaan kuivalle ja kuumalle ympäristölle.

Optimaalisten varastointiolosuhteiden ylläpitämiseksi koko vuoden ajan tarvitaan hyvin suunniteltu varastoinnin ilmastointijärjestelmä, johon kuuluu täysin integroitu automatisoitu lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmä, täysin kalibroidut ja täysin automatisoidut tietokirjaajat sekä säännölliset ilmastointijärjestelmän tarkastukset.

Miksi jäädytys tai jäähdytys vahingoittaa hartsijärjestelmiä ja heikentää säilyvyystä

On olemassa väärinkäsitys siitä, että hiilikuitumateriaalien säilyttäminen pakastimessa tai jääkaapissa säilyttäisi niiden laadun. Useimmissa tapauksissa pakastimessa tai jääkaapissa säilytetty hiilikuitumateriaali vahingoittuu, ja tähän kuuluvat myös materiaalin kemialliset komponentit. Kun materiaaleja säilytetään pakastimessa tai jääkaapissa, voi syntyä kolme pääongelmaa. Ensimmäinen on lämpöshokki, kun materiaali otetaan pois pakastimesta tai jääkaapista. Toiseksi materiaalin poistamisen yhteydessä kylmästä säilytyspaikasta syntyy kosteuden tiivistymistä. Kolmanneksi, kun materiaalien lämpötila on alle 10 °C, kovennettujen epoksijärjestelmien faasit alkavat erottautua toisistaan. Kun hartset jäähtyvät pakastimessa, jonka lämpötila on -18 °C, hartset kiteytyvät, ja laboratoriotestien mukaan tämä vähentää materiaalien iskunkestävyyttä 40–60 prosenttia. Materiaalien jäähdyttäminen noin 4 °C:n lämpötilaan ei ole paljon parempi vaihtoehto, koska se kiihdyttää niin sanottua amiinipintaa (amine blush) -ilmiötä. Tässä ilmiössä kovennusaineet siirtyvät materiaalin pinnalle ja muodostavat heikkoja alueita komposiittimateriaaleihin. Yhteensä pakastimessa tai jääkaapissa säilytetyt materiaalit menettävät noin 50–75 prosenttia säilyvyysajastaan verrattuna materiaaleihin, jotka säilytetään huoneenlämmössä.

Paras tapa pitää hiilikuitumateriaalit käyttökelpoisina on säilyttää niitä huoneenlämmössä sen sijaan, että yritettäisiin torjua luontoa kylmäsäilytysmenetelmillä.

Oikeat pakkausmenetelmät hiilikuitumateriaalien eheytteen säilyttämiseksi

Pakkaus tyhjiöitettyihin esteisiin ja kuivaimiin sekä kovettumattomiin kudoksiin ja esikovettuihin materiaaleihin

Useimmat valmistajat käyttävät kuivien kudosten ja esikastettujen materiaalien säilyttämiseen yhdistelmää tyhjiöpakkauksesta ja kosteudenimeytyksestä. On ratkaisevan tärkeää pitää pakkaus sisällä suhteellisessa ilmankosteudessa alle 30–50 %. Kosteus tuhoaa pahoin hartsiaineita ja johtaa lopputuotteen mahdollisen lujuuden heikkenemiseen. Sekä kosteuden että hapettumisen vaikutuksesta hartsiainejärjestelmät voivat rappeutua jo ennen käyttöä. Alumiinifoliosta valmistetut kolmikerroksiset kalvot tarjoavat hyvän kosteudenesto-ominaisuuden ja edistävät tiukkoja kosteudenestohermeettejä. Foliokalvot tarjoavat hyvän esteen kosteudelle. Esikastettujen materiaalien valmistajat lisäävät yleensä hapenimeytyksiä hidastaakseen hartsiainejärjestelmien ikääntymistä hapettumisen vuoksi. Yritykset, jotka leikkaavat kustannuksia pakkaamisessa, saavat huonolaatuisia esikastettuja materiaaleja, koska ilmasta läpäisevä kosteus vaikuttaa niiden laatuun. Huonon pakkaamisen vuoksi esikastettujen materiaalien säilyvyys voi vähentyä jopa 70 % alle 30 päivässä. Laatukontrolli on tärkeä tekijä tämän asian oikein saamisessa.

UV-suojaus staattisen purkautumisen estävillä ominaisuuksilla ja sisällytetyillä toissijaisilla esteillä

Epoksihartsit kokevat hajoamisprosessin, jota kutsutaan valo-hajoamiseksi (photodegradatio), kun ne altistuvat UV-säteilylle. Hajoaminen ilmenee ketjusärkymisenä, keltaistumisena, halkeiluna ja kerrosten irtoamisena. ASTM D4329 -standardin mukaiset kiihdytetyn säätötestin menetelmät osoittavat, että valo-hajoaminen voi johtaa yli 40 %:n lujuustappioon materiaalissa 500 tunnin altistumisen jälkeen UV-valolähteille. Materiaalin lujuus korrelotuu suoraan ikkunan edessä tapahtuvan altistumisen kuukausimäärän tai tavallisessa toimistoympäristössä olevan UV-intensiteettilähteen läsnäolon kanssa. Tämä on tietysti vakava ongelma, johon valmistajat pyrkivät vaikuttelemaan lisäämällä UV-suojaelementtejä ulkoisen materiaalin pintakerroksiin. He tekevät myös pinnoitteen, joka auttaa hallitsemaan staattisen purkautumisen aiheuttavaa pintaa. Valosuojelun parantamiseksi valmistajat voivat myös sijoittaa tuotteen valoa estävään toissijaiseen säiliöön, kuten kovasta muovipolymeeristä valmistettuun astiaan. Nämä tiukasti suljetut toissijaiset säiliöt suodattavat myös pois pölyä ja edistävät epoksihartsin stabiilia verkostorakenteen muodostumista rajoittamalla saatavilla olevaa happikontenttia. Tämä pidentää tuotteen elinikää ennen hajoamisen alkamista.

Hiilikuitujen varastointi ja sitä seuraavat ympäristöriskit

Sääkulumisen ja UV-säteilyn vaikutus hartsiin ja ASTM D4329 -standardiin

Hiilikuituvalmistajille UV-säteily on yksi suurimmista riskeistä. Pakkaustesteissämme ASTM D4329 -standardin mukaisesti havaittiin, että UV-vauriot kertyvät ajan myötä ja ovat pysyviä. Jo muutamassa kuukaudessa havaittiin UV-vaurioita, kuten keltaistumista, pinnan halkeilua ja kerrosten irtoamista. Koska UV-vaurioita ei voida korjata, niiden seuraukset ovat täydellisiä ja pysyviä. Tämä on yksi syy, miksi valmistajat tekevät kaiken voitavansa varmistaakseen, että kaikki hiilikuitutuotteet pakataan UV-suojalla varustettuihin pakkauksiin ja valoeristettyihin säiliöihin.

Mekaanisen rasituksen vähentäminen: Tavoitteena on välttää puristusta, taivutusta ja värähtelyn altistumista

Hiilikuitumateriaalit kohtaavat vakavia riskejä mekaanisen rasituksen aikana. Pieniä halkeamia voi alkaa muodostua esipinnoitettuihin kerroksiin, kun staattiset kuormat ylittävät noin 10 psi:n. Lisäksi värähtelyvaiheessa resiini ja kuidut voivat irrottautua toisistaan liikkuessa. Varastointia varten suositellaan rullien säilyttämistä pystyasennossa pehmeällä, kitkattomalla telakalla. Kovettuneet laminaatit tulisi säilyttää vaakasuorassa asennossa edellä mainittujen erityisten välikappaleiden kanssa niiden välissä. Komponentteja ei saa koskaan pinota päällekkäin. Komponentin taipuminen voi lisätä riskiä, että resiinirakenteissa muodostuu halkeamia, mikä johtaa kahden kolmasosan ajassa väsymisresistenssin menetykseen. Sijoitettujen reunasuojusten ja pystyasennolla voidaan vähentää tuotteiden pintojen altistumista ja rasitusta tavanomaisen käsittelyn aikana, mikä on merkittävä tekijä käsittelyn aikaisessa vaurioitumisessa.

Varastointiohjeet hiilikuitumateriaalin tyypin mukaan: kudus, esipinnoite ja kovettunut laminaatti

Ennen kuin sekoitat varastointitoimintoja, ymmärrä, että ne eroavat toisistaan perustavanlaatuisesti.

Jotta resiinin infuusion ja kuivan hiilikuitukankaan laminoinnin laatu säilyy, kankaa on säilytettävä kosteudelta suojatussa, tyhjiöpakattuna pakkauksessa desikanttien kanssa. Tämä on välttämätöntä, jotta kankaasta ei tulisi kosteudenimeä.

Prepreg-materiaaleja on säilytettävä kylmissä olosuhteissa (jääkaappilämpötiloissa, −18 °C–−23 °C), jotta resiini ei kovettuisi liian aikaisin. Tämä saattaa tuntua epätavalliselta, koska olemme aiemmin todenneet, että kylmäsäilytys ei ole välttämätöntä, mutta tässä tapauksessa kyseessä on poikkeus. Syy tähän liittyy niiden kemialliseen koostumukseen. Itse kankaassa ei ole tapahtunut reaktiota, kun taas prepreg-kankaassa oleva resiini on osittain reagoinut. Tämä tarkoittaa, että prepreg-kankaan resiinillä on säilyvyysaika, joka riippuu kylmästä säilytyslämpötilasta. Tämä on totta, ja se on määritelty valmistajan teknisessä tiedossa sekä annettujen ISO 10993 -vaatimustenmukaisten vakaus­tutkimusten perusteella.

Kovettuneet laminat eivät vaadi kylmävarastointia kemiallisesti stabiilien säilyäkseen. Niitä on kuitenkin säilytettävä fyysisellä suojalla. Tämä tarkoittaa, että ne on säilytettävä pystyasennossa pehmeillä hyllyillä reunansuojauksin, ei pinottuina, ja niiden väliin on asetettava eristeitä, jotta pinnat eivät naarmuunnu.

Esitettyjä protokollia koskevat kunkin materiaalin pääasiallinen rappeutumismuoto. Kuivat esikimpukat rappeutuvat kemiallisesti, kuivat kankaat imevät kosteutta ja valmiit laminat rappeutuvat mekaanisesti.

UKK

Mitkä ovat parhaat lämpötila- ja kosteusolosuhteet hiilikuitumateriaalien säilyttämiseen?

Parhaat säilytysolosuhteet ovat 20–25 °C lämpötilassa ja 30–50 %:n suhteellisessa kosteudessa. Nämä olosuhteet estävät tehokkaimmin materiaalin rakenteen rappeutumista.

Miksi hiilikuitumateriaaleja ei pitäisi säilyttää pakastimessa?

Lämmöntärinä, kosteuden tiivistyminen ja faasierottuminen kovennettuissa epoksijärjestelmissä tapahtuvat. Nämä aiheuttavat riskin iskunkestävyydelle ja vaikeuttavat rakenteellisia korjauksia. Mikä on paras tapa pakata hiilikuitumateriaalit varmistaakseen niiden eheyden?

Eheyden varmistamiseksi tyhjiöpakattu, kuivainaineella täydennetty este-eristepakkaus on paras vaihtoehto kuiville kudoksille ja esikimpukoille, jotta voidaan pitää kosteus ja kosteus tasolla, joka muuten heikentäisi hartseja.

Mikä on UV-säteilyn vaikutus hiilikuitumateriaaleihin?

UV-säteily aiheuttaa epoksihartsejen lämpöhajoamisen, mikä johtaa ketjujen katkeamiseen, värin muuttumiseen ja rakenteen heikkenemiseen.

Mitkä ovat säilytysohjeet eri hiilikuitumateriaalien osalta?

Kuivat kankaat on säilytettävä tyhjiöpakattuna kosteusesteisessä pakkauksessa. Esikäsitellyt materiaalit (prepregs) on säilytettävä jääkaapissa tai pakastimessa varmistaakseen, että hartsi pysyy esikäsitellyssä, virtaavassa tilassa. Kovettuneet kerrosrakenteet on säilytettävä fyysisesti suojattuna säiliössä, eikä niitä tarvitse säilyttää säädetyssä ilmastossa.