Aký je správny spôsob dlhodobého ukladania uhlíkových vlákien?

Teplota a relatívna vlhkosť by mali zostať konštantné (20–25 °C, 30–50 % RH)

Aby sa zabránilo molekulárnej degradácii uhlíkových vlákien, je nevyhnutné udržiavať environmentálne faktory v rámci stanovených limít. Tieto faktory by mali zachovať chemickú štruktúru pryskyriny a zároveň kontrolovať absorpciu pryskyriny do uhlíkových vlákien. Teplota by mala zostať v rozmedzí od 20 do 25 °C (68 až 77 °F) a relatívna vlhkosť v rozmedzí od 30 do 50 %. Pri výrazných a častých zmenách teploty o viac ako 2 °C dochádza k chemorheologickému rozpínaniu a zmršťovaniu vlákien a pryskyriny, čo zvyšuje tvorbu mikroprasklín. Úroveň vlhkosti tiež ovplyvňuje chemické zloženie materiálov. Kanadské komory (Canadian Springs) sú príkladom environmentálnej komory, v ktorej sa relatívna vlhkosť cykluje v prevádzkovom rozsahu od 40 % do 70 % RH; pri tomto režime sa zistilo, že pevnosť materiálov v ťahu klesla takmer o 18 %. Na opačnom konci rozsahu vlhkosti sú materiály vystavené relatívnej vlhkosti <30 % náchylné na chemické vysychanie a krehkosť. Mnohé z veľkorozmerných prostriedkov (sizing agents) v systémoch pryskyrín sú tepelne tuhnúce polyméry, ktoré sa môžu tiež chemicky vyčerpať pri vystavení horúcem a suchom prostrediu.

Na udržanie optimálnych podmienok skladovania po celý rok je potrebný dobre navrhnutý systém regulácie skladového klímu s plne integrovaným automatickým systémom vykurovania, vetrania a klimatizácie, plne kalibrovanými a plne automatizovanými záznamovými zariadeniami pre údaje o klíme a pravidelnými kontrolami systému regulácie klímy.

Prečo zamrazenie alebo chladenie poškodzuje systémy na báze pryskyriek a skracuje ich trvanlivosť

Existuje nesprávna predstava, že ukladanie materiálov z uhlíkových vlákien do mrazničky alebo chladničky zachováva ich kvalitu. V väčšine prípadov je materiál z uhlíkových vlákien uložený v mrazničke alebo chladničke poškodený, a to vrátane chemických zložiek tohto materiálu. Pri ukladaní materiálov do mrazničky alebo chladničky môžu vzniknúť zásadne tri problémy. Prvým je tepelný šok pri vybratí materiálu z mrazničky alebo chladničky. Druhým je kondenzácia vlhkosti pri vybratí materiálu z chladnej skladovacej miestnosti. Nakoniec, keď je teplota materiálov nižšia ako 10 °C, začínajú sa fázovo oddelovať zatvrdzované epoxidové systémy. Keď sa pryskyričné zmesi zmrazia v mrazničke nastavenej na –18 °C, vytvoria kryštály, čo podľa laboratórnych testov zníži odolnosť materiálov voči nárazu o 40 až 60 percent. Chladenie materiálov na približne 4 °C nie je oveľa lepšie, pretože to zrýchľuje proces nazývaný amínový povlak (amine blush). V rámci tohto procesu sa tuhnutie spôsobujúce látky presúvajú na povrch a v kompozitných materiáloch vytvárajú slabé oblasti. Celkovo materiály uložené v mrazničke alebo chladničke stratia približne 50 až 75 % svojej trvanlivosti v porovnaní s materiálmi uloženými pri izbovej teplote.

Najlepší spôsob, ako udržať uhlíkové vlákna životaschopné, je ich ukladať pri izbovej teplote namiesto pokusov o prekonanie prírody pomocou chladných skladovacích metód.

Správne metódy balenia na zachovanie integrity materiálov z uhlíkových vlákien

Balenie vo vysávacích bariérach a s suchými prostriedkami pre nezatvrdnuté tkaniny a predimpregnované materiály

Väčšina výrobcov používa kombináciu vakuumom uzatvoreného balenia a suchých látok (desikantov) na udržanie suchých tkanín a predimpregnovaných materiálov (prepregov) v čo najlepšom možnom stave. Je kritické udržiavať vnútornú vlhkosť v balení pod 30 až 50 % relatívnej vlhkosti. Vlhkosť ničí pryskyrku a spôsobuje straty potenciálnej pevnosti konečného výrobku. Vlhkosť aj oxidácia môžu spôsobiť degradáciu pryskyrkových systémov ešte pred ich použitím. Trojvrstvné fólie z hliníkovej fólie poskytujú dobrú bariéru proti vlhkosti a pomáhajú dosiahnuť tesné uzavretie proti vlhkosti. Fólie z hliníkovej fólie poskytujú dobrú bariéru proti vlhkosti. Je bežnou praxou, aby výrobcovia prepregov do svojich systémov pridávali prostriedky na zachytávanie kyslíka (tzv. oxygen scavengers), aby spomalili starnutie pryskyrkových systémov spôsobené oxidáciou. Spoločnosti, ktoré šetriac na baleniach, sa nakoniec stretávajú s nesprávne uchovávanými prepregmi kvôli vlhkosti, ktorá sa dostáva z atmosféry. Životnosť prepregov sa môže v dôsledku neprimeraného balenia znížiť až o 70 % za menej ako 30 dní. Kontrola kvality je dôležitým faktorom pri dosiahnutí správneho výsledku.

UV ochrana so statickými vlastnosťami a zabudovanými sekundárnymi bariérami

Epoxy pryskyrie prechádzajú rozkladným procesom známym ako fotodegradácia, keď sú vystavené UV žiareniu. Tento rozklad sa prejavuje štiepením reťazcov, žltnutím, trhlinami a odštiepovaním vrstiev. Testovanie podľa metódy ASTM D4329 pre zrýchlené počasie ukazuje, že fotodegradácia môže po 500 hodinách vystavenia UV žiaričom spôsobiť straty viac ako 40 % pevnosti materiálu. Pevnosť materiálu sa priamo prejavuje počtom mesiacov vystavenia pred oknom alebo prítomnosťou zdroja UV intenzity v bežnom kancelárskom prostredí. Je to samozrejme vážny problém, ktorý výrobcovia sa snažia vyriešiť začlenením prvkov blokujúcich UV žiarenie do vrchných vrstiev vonkajšieho materiálu. Vytvárajú tiež povlak, ktorý pomáha regulovať staticky disipatívny povrch. Na ochranu pred svetelným vplyvom môžu výrobcovia umiestniť výrobok aj do sekundárneho kontajnera blokujúceho svetlo, napríklad do tvrdého plastového polymerového kôša. Tieto uzavreté sekundárne kontajnery tiež pomáhajú filtrovať prach a podporujú stabilné sieťové prekríženie epoxy pryskyrie obmedzením dostupného kyslíka. Tým sa predĺži životnosť výrobku pred začiatkom degradácie.

Ukladanie uhlíkových vlákien a s tým súvisiace environmentálne riziká

Vplyv poveternostných vplyvov a UV žiarenia na pryskyrku a normu ASTM D4329

Pre výrobcov uhlíkových vlákien predstavuje UV žiarenie jedno z najväčších rizík. Naše skúšky balenia podľa normy ASTM D4329 ukázali, že poškodenie spôsobené UV žiarením je kumulatívne a trvalé. Už po niekoľkých mesiacoch sme pozorovali poškodenie spôsobené UV žiarením, ako je žltnutie, praskanie povrchu a oddeľovanie vrstiev. Keďže poškodenie spôsobené UV žiarením nie je možné odstrániť, jeho dôsledky sú úplné a trvalé. Je to jeden z dôvodov, prečo výrobcovia vynakladajú veľké úsilie na zabezpečenie vhodného balenia s ochranou pred UV žiarením a svetlootesných obalov pre každý výrobok z uhlíkových vlákien.

Minimalizácia mechanického namáhania: Cieľom je vyhnúť sa stlačeniu, ohybu a vystaveniu vibráciám

Uhlíkové vláknové materiály čelia vážnym rizikám pri mechanickom zaťažení. Malé trhliny sa môžu začať tvoriť v vrstvách predimpregnovaného materiálu (prepregu), ak statické zaťaženie presiahne približne 10 psi. Okrem toho sa počas fázy vibrácií môže prísť k odlepeniu pryskyriny od vlákien. Pri skladovaní sa odporúča ukladať kotúče zvislo na mäkkom, netieracom regáli. Vytvrdnuté lamináty je potrebné skladovať vodorovne, pričom medzi nimi je nutné použiť vyššie uvedené špeciálne vložky. Nikdy neskladujte žiadne komponenty pre sebou. Ohnutie komponentu môže zvýšiť riziko vzniku trhlín v pryskyrinových štruktúrach, čo potom vedie k únavovému poškodeniu už za dve tretiny ich životnosti. Ochranné okraje umiestnené po obvode a zvislé umiestnenie pomáhajú znížiť expozíciu a zaťaženie povrchov položiek počas bežnej manipulácie, čo je hlavným príčinou poškodenia pri manipulácii.

Pokyny na skladovanie podľa typu uhlíkového vláknového materiálu: tkanina, predimpregnovaný materiál (prepreg) a vytvrdnuté lamináty

Predtým, ako budete miešať funkcie skladovania, pochopte, že sa od seba zásadne líšia.

Aby sa zabránilo zníženiu kvality impregnácie pryskyrnicou a laminátu na suchom uhlíkovom vlákennom plátne, musí sa ukladať v vlhkosťou nepriepustnom, vakuovom balení s suchými prostriedkami. Toto je nevyhnutné, aby sa zabránilo tomu, aby sa plátno stalo hygroskopickým.

Prepregy je potrebné ukladať pri chladných teplotách [teplota mrazničky (–18 °C až –23 °C)], aby sa zabránilo predčasnému utvrdeniu pryskyrnice. To sa môže zdať nezvyčajné, keď sme predtým uviedli, že chladné skladovanie nie je potrebné, avšak v tomto prípade ide o výnimku. Dôvod spočíva v ich chémii. Samotné plátno nebolo ešte chemicky reagované, kým pryskyrnicový prepreg obsahuje čiastočne reagovanú pryskyrnicu. To znamená, že trvanlivosť pryskyrnicového prepregu závisí od chladných teplôt. Toto tvrdenie je správne a je uvedené v technických údajoch výrobcov (OEM) a v poskytnutých štúdiách stability vyhovujúcich norme ISO 10993.

Upečené lamináty nemusia byť pre chemickú stabilitu uchovávané v chladničke. Avšak potrebujú fyzickú ochranu pri skladovaní. To znamená, že sa musia ukladať vertikálne na vybavené regály s ochranou okrajov, nesmú sa skladovať v hromadách a medzi jednotlivými vrstvami musí byť vložený oddelovací materiál, aby nedošlo k poškodeniu povrchov.

Poskytnuté protokoly sa zaoberajú hlavným spôsobom degradácie každého materiálu. Suché predimpregnované materiály podliehajú chemickému rozkladu, suché tkaniny absorbuje vlhkosť a hotové lamináty sa degradujú mechanicky.

Často kladené otázky

Aké sú najvhodnejšie teploty a úrovne vlhkosti pre skladovanie uhlíkových vlákien?

Najvhodnejšie podmienky skladovania sú teplota 20–25 °C a relatívna vlhkosť 30–50 %. Tieto podmienky najlepšie zabraňujú degradácii štruktúry materiálu.

Prečo by sa materiály z uhlíkových vlákien nemali ukladať do mrazničky?

Vyskytnú sa tepelné šoky, kondenzácia vlhkosti a fázové oddelenie v zpevnených epoxidových systémoch. To predstavuje riziko pre odolnosť voči nárazu a komplikuje štrukturálne opravy. Aký je najlepší spôsob balenia uhlíkových vlákien na zabezpečenie ich celistvosti?

Na zabezpečenie celistvosti je najvhodnejšie vakuumom uzatvorené bariérové balenie s pridaným suchým prostriedkom (desikantom) pre suché tkaniny a predimpregnované materiály (prepregy), aby sa udržali nízke úrovne vlhkosti, ktorá by inak degradovala pryskyričné zložky.

Aký je vplyv UV žiarenia na uhlíkové vláknové materiály?

UV žiarenie spôsobuje tepelnú degradáciu epoxidových pryskýr, čo má za následok reťazcové štiepenie, zmeny farby a oslabenie štruktúry.

Aké sú pokyny na skladovanie jednotlivých typov uhlíkových vláknových materiálov?

Suché tkaniny je potrebné uchovávať v podtlakových, vlhkosťou odolných obaloch. Predimpregnované materiály je potrebné uchovávať v chladničke alebo mrazničke, aby sa zabezpečilo, že pryskúr zostane v predspracovanom, tekutom stave. Zatvrdnuté lamináty je potrebné uchovávať v fyzicky chránenom obale a nie je potrebné ich uchovávať v kontrolovanej klíme.