Hva er den riktige måten å lagre karbonfiber-materiale på lang sikt?

Temperaturen og den relative luftfuktigheten skal forbli konstante (20–25 °C, 30–50 % RH)

For å sikre at karbonfibermaterialene ikke undergår molekylær nedbrytning, er det avgjørende å holde miljøfaktorene konstante innenfor de angitte grensene. Disse faktorene bør bidra til å opprettholde den kjemiske strukturen til harpiksen samtidig som de kontrollerer opptaket av harpiksen i karbonfiberne. Temperaturen bør ligge mellom 20 og 25 grader Celsius (68 til 77 grader Fahrenheit), og luftfuktigheten bør ligge mellom 30 og 50 prosent. Når det skjer betydelige og hyppige temperaturendringer på mer enn 2 grader Celsius, utvider og trekker fiberne og harpiksen seg kjemorheologisk, noe som øker dannelsen av mikrosprekker. Luftfuktighetsnivåer påvirker også den kjemiske sammensetningen av materialene. Canadian Springs er et eksempel på en klimakammer, der luftfuktigheten sykler innenfor et driftsområde på 40–70 % RF; her ble det funnet at strekkstyrken til materialene sank med nesten 18 %. På motsatt side av luftfuktighetsintervallet er materialer som utsettes for en relativ luftfuktighet (RF) på mindre enn 30 % utsatt for kjemisk tørking og blir sprø. Mange av størrelsesreguleringsmidlene («sizing agents») i harpikssystemene er termohärtnende polymerer, som også kan bli kjemisk utarmet når de utsettes for en varm og tørr miljø.

For å opprettholde optimale lagringsforhold hele året, kreves et velutformet klimakontrollsystem for lagring med et fullt integrert, automatisk oppvarming-, ventilasjons- og klimaanlegg, fullt kalibrerte og fullt automatiserte dataloggere samt regelmessige sjekker av klimakontrollsystemet.

Hvorfor frysing eller kjøling skader harpikssystemer og reduserer holdbarheten

Det finnes en misoppfatning om at lagring av karbonfibermaterialer i et frysebord eller kjøleskap bevarer kvaliteten. I de fleste tilfellene er karbonfibermaterialer som lagres i et frysebord eller kjøleskap skadet, og dette gjelder også de kjemiske komponentene i materialet. Når materialer lagres i et frysebord eller kjøleskap, kan det oppstå tre hovedproblemer. Det første er termisk sjokk når materialet tas ut av frysebordet eller kjøleskapet. Det andre er kondensering av fuktighet når materialet tas ut av kaldlagring. Til slutt, når temperaturen på materialene er under 10 °C, begynner herdet epoksirensystemer å separere i faser. Når harpikser fryses i et frysebord satt til –18 °C, vil de krystallisere, og ifølge laboratorietester vil dette redusere støtfestheten til materialene med 40–60 prosent. Lagring av materialer ved ca. 4 °C i et kjøleskap er ikke mye bedre, fordi dette akselererer en prosess som kalles «amine blush» (aminblush). I denne prosessen vander herdningsmidlene seg opp til overflaten og danner svake soner i komposittmaterialene. Samlet sett mister materialer som lagres i et frysebord eller kjøleskap ca. 50–75 prosent av deres holdbarhet sammenlignet med materialer som lagres ved romtemperatur.

Den beste måten å opprettholde levedyktigheten til karbonfibermaterialer på er å lagre dem ved romtemperatur i stedet for å prøve å gå imot naturen ved å bruke kalde lagringsmetoder.

Riktige emballasjemetoder for å opprettholde integriteten til karbonfibermaterialer

Emballasje med vakuumforsegla barrierer og tørkemidler for uherdete vev og prepreg

De fleste produsenter bruker en kombinasjon av vakuumforseglet emballasje og tørkemiddel for å holde tørre tekstiler og prepreg så bra som mulig. Det er avgjørende å holde luftfuktigheten innenfor emballasjen under 30–50 % relativ fuktighet. Fuktighet ødelegger harpiks på en katastrofal måte og fører til tap av potensiell styrke i det endelige produktet. Både fuktighet og oksidasjon kan føre til nedbrytning av harpikssystemer før de brukes. Treflats aluminiumsfolie gir en god fuktighetsbarriere og bidrar til tette forseglinger mot fuktighet. Folieemballasje gir en god barriere mot fuktighet. Det er vanlig praksis blant prepregprodusenter å legge til oksygenskavenger for å bremse aldring av harpikssystemer forårsaket av oksidasjon. Selskaper som reduserer kostnadene ved emballasje ender opp med dårlig kondisjonerte prepreg på grunn av fuktighet som trenger inn fra atmosfæren. Levetiden til prepreg kan reduseres med opptil 70 % på mindre enn 30 dager på grunn av utilstrekkelig emballasje. Kvalitetskontroll er en viktig faktor for å få dette riktig.

UV-beskyttelse med statisk-avledende egenskaper og innebygde sekundære barrierer

Epoksyharer gjennomgår en nedbrytningsprosess som kalles fotodegradasjon når de utsettes for UV-stråling. Nedbrytningen viser seg som kjedebrytning, gulning, sprekking og løsning av lag. Tester basert på ASTM D4329-metoder for akselerert værbestandighet viser at fotodegradasjon kan føre til et styrketap på mer enn 40 % etter 500 timer eksponering for UV-lamper. Materialstyrken tilsvarer direkte antallet måneder med eksponering foran et vindu eller tilstedeværelsen av en UV-intensitetskilde i en vanlig kontormiljø. Dette er selvfølgelig et alvorlig problem som produsenter streber etter å løse ved å inkludere UV-blokkerende elementer i de øverste lagene av ytermaterialet. De lager også en belægning som hjelper til å regulere den statisk dissipative overflaten. For å beskytte mot lyspåvirkning kan produsenter også plassere produktet i en sekundær beholder som blokkerer lys, for eksempel en hard plastpolymerboks. Disse forseglete sekundære beholderne vil også hjelpe til å filtrere bort støv og fremme en stabil nettverkskryssbinding av epoksyen ved å begrense tilgjengelig oksygen. Dette vil forlenge produktets levetid før nedbrytning inntreffer.

Lagring av karbonfiber og de følgende miljørisikoene

Effekten av værforring og UV-stråling på harpiks og ASTM D4329

For produsenter av karbonfiber er UV-stråling en av de største risikofaktorene. Våre emballasjetester i henhold til ASTM D4329 viste at UV-skade er kumulativ og permanent. Allerede etter få måneder observerte vi UV-skader som gulning, overflate sprukker og delaminering. Ettersom det ikke finnes noen måte å reversere UV-skade på, er konsekvensene fullstendige og permanente. Dette er en av grunnene til at produsenter går langt for å sikre riktig UV-blokkerende emballasje og lys-tette beholdere for alle karbonfiberprodukter.

Minimering av mekanisk spenning: Målet er å unngå kompresjon, bøyning og eksponering for vibrasjoner

Kullstofffibermaterialer utsettes for alvorlige risikoer ved mekanisk påvirkning. Små sprekk kan begynne å danne seg i prepreg-lagene når statiske belastninger overstiger ca. 10 psi. Videre kan harpiksen og fiberne løsne seg fra hverandre under vibrasjonsfasen når materialet beveges. For lagring anbefales det å oppbevare ruller i vertikal posisjon på et mykt, ikke-friksjonsstativ. Hærdede laminater bør lagres liggende flatt med de nevnte spesielle avstandsholdere mellom dem. Stabel aldri noen komponenter. En bøyning i en komponent kan øke risikoen for sprekkdannelse i harpikstrukturane, noe som da reduserer utmattelsesmotstanden til to tredjedeler av den opprinnelige verdien. Kantenbeskyttelse og vertikal plassering hjelper til å redusere eksponering og påvirkning av overflatene under vanlig håndtering, noe som er en viktig årsak til skade under håndtering.

Lagringsinstruksjoner etter type kullstofffibermateriale: Vev, prepreg og hærdede laminater

Før du blander sammen lagringsfunksjoner, må du forstå at de skiller seg fra hverandre på et grunnleggende plan.

For å unngå at kvaliteten på harpiksinfusjonen og laminatet på tørr karbonfiberduk blir redusert, må duken lagres i fuktsikker, vakuumforseglet emballasje med tørkemidler. Dette er nødvendig for å hindre at duken blir hygroskopisk.

Prepregs må lagres ved kalde temperaturer [frysetemperaturer (–18 °C til –23 °C)] for å hindre at harpiksen herder for tidlig. Dette kan virke uvanlig, siden vi tidligere har påstått at kaldlagring ikke er nødvendig, men dette er en unntakssituasjon. Bakgrunnen ligger i deres kjemi. Selve duken har ikke blitt reagert, mens prepregen inneholder delvis reagert harpiks. Det betyr at harpiksen i prepregen har en holdbarhet som avhenger av kalde temperaturer. Dette er riktig og dokumentert i produsentens tekniske data og i de medfølgende stabilitetsstudier som er i samsvar med ISO 10993.

Herdede laminater trenger ikke å lagres kaldt for å være kjemisk stabile. De må imidlertid lagres med fysisk beskyttelse. Dette betyr at de må lagres vertikalt på polstrede stativer med kantbeskyttere, ikke stablet, og med mellomlegging for å unngå skader på overflatene.

De oppgitte protokollene tar hensyn til hver materials hovedform for nedbrytning. Tørre prepregs undergår kjemisk nedbrytning, tørt vev absorberer fuktighet, og ferdige laminater brytes ned mekanisk.

Ofte stilte spørsmål

Hva er de beste temperatur- og luftfuktighetsnivåene for lagring av karbonfibermaterialer?

De beste lagringsforholdene er 20–25 °C og 30–50 % relativ luftfuktighet. Disse forholdene er mest effektive for å hindre nedbrytning av materialets struktur.

Hvorfor bør karbonfibermaterialer ikke lagres i fryser?

Termisk sjokk, fuktighetskondensering og faseadskillelse i forsterkede epoksirensystemer vil oppstå. Dette utgjør en risiko for slagfastheten og gjør strukturelle reparasjoner mer utfordrende. Hva er den beste måten å pakke inn karbonfibermaterialer på for å sikre deres integritet?

For å sikre integritet er vakuumforseglet barrieremballasje med tørkemiddel den beste løsningen for tørre vev og forimpregnerte materialer (prepregs), da dette holder fuktighetsnivået lavt og forhindrer fuktighet som ellers ville degradere harpiksene.

Hva er effekten av UV-stråling på karbonfibermaterialer?

UV-stråling fører til termisk degradasjon av epoksiharpikser, noe som resulterer i kjedebrytning, misfarging og svekkelse av strukturen.

Hva er lagringsanvisningene for de ulike typene karbonfibermaterialer?

Tørre tekstiler må lagres i vakuumforseglet, fuktbarrer emballasje. Prepregs må lagres i kjøleskap eller fryser for å sikre at harpiksen forblir i den forhåndsbearbeidede, flytende tilstanden. Herdede laminater må oppbevares i en fysisk beskyttende beholder og trenger ikke å oppbevares i et kontrollert klima.