Vad är det korrekta sättet att lagra karbonfibermaterial på lång sikt?

Temperaturen och den relativa luftfuktigheten bör vara konstanta (20–25 °C, 30–50 % RF)

För att säkerställa att kolfibermaterialen inte genomgår molekylär nedbrytning är det avgörande att hålla miljöfaktorerna konstanta inom de angivna gränserna. Dessa faktorer bör verka för att bibehålla den kemiska strukturen hos harten samtidigt som de styr upptaget av harten i kolfibererna. Temperaturen bör ligga mellan 20 och 25 grader Celsius (68 till 77 grader Fahrenheit), och luftfuktigheten bör ligga mellan 30 och 50 procent. När det sker betydande och frekventa temperaturändringar på mer än 2 grader Celsius genomgår fiber och hart en kemorheologisk utvidgning och sammandragning, vilket ökar bildningen av mikrospaltar. Luftfuktighetsnivåerna påverkar också den kemiska sammansättningen av materialen. Canadian Springs är ett exempel på en klimatkammare, där luftfuktigheten cyklas inom ett driftområde av 40–70 % RF; där upptäcktes att draghållfastheten hos materialen minskade med nästan 18 %. På motsatt sida av luftfuktighetsintervallet är material som utsätts för en RF på <30 % benägna att bli kemiskt torra och spröda. Många av de storleksbestämmande medlen i hartsystemen är termhärdande polymerer, vilka också kan försämras kemiskt när de utsätts för en het och torr miljö.

För att upprätthålla optimala lagringsförhållanden hela året krävs ett välutformat klimatstyrningssystem för lagring med ett fullt integrerat, automatiserat uppvärmnings-, ventilations- och luftkonditioneringssystem, fullt kalibrerade och fullt automatiserade dataloggare samt regelbundna kontroller av klimatstyrningssystemet.

Varför frysnings- eller kylningsförhållanden skadar hartssystem och försämrar hållbarheten

Det finns en missuppfattning om att förvara kolfibermaterial i ett frysrum eller kylskåp bevarar kvaliteten. I de flesta fall skadas kolfibermaterial som förvaras i ett frysrum eller kylskåp, och detta inkluderar de kemiska komponenterna i materialet. När material förvaras i ett frysrum eller kylskåp kan i princip tre problem uppstå. Först är det termisk chock när materialet tas ut ur frysrummet eller kylskåpet. Sedan uppstår kondens av fukt när materialet tas ut ur kallförvaring. Slutligen börjar härdade epoxisystem separera faser när materialets temperatur sjunker under 10 °C. När harteringsmedel fryser i ett frysrum inställt på −18 °C kristalliseras de, vilket enligt laboratorietester minskar materialets slagtålighet med 40–60 procent. Att förvara material vid ca 4 °C i ett kylskåp är inte mycket bättre, eftersom det accelererar en process som kallas aminblush. Vid denna process migrerar härdningsmedlen till ytan och skapar svaga zoner i kompositmaterialen. Sammantaget förlorar material som förvaras i ett frysrum eller kylskåp cirka 50–75 procent av sin hållbarhet jämfört med material som förvaras vid rumstemperatur.

Det bästa sättet att bibehålla kolfibermaterialens egenskaper är att förvara dem vid rumstemperatur istället för att försöka gå emot naturen genom att använda kallförvaring.

Riktiga förpackningsmetoder för att bibehålla kolfibermaterialens integritet

Förpackning med vakuumförseglande barriärer och fuktavfuktare för okärnade tyger och prepreg

De flesta tillverkare använder en kombination av vakuumförpackning och ett fuktabsorberande medel för att hålla torra tyger och prepreg så bra som möjligt. Det är avgörande att hålla den inre luftfuktigheten i förpackningen under 30–50 % relativ fuktighet. Fukt är en förödande faktor för harpikssystem och leder till förlust av potentiell draghållfasthet hos det slutgiltiga produkten. Både fukt och oxidation kan försämra harpikssystem innan de används. Trefaldiga folier av aluminiumfolie ger en bra barriär mot fukt och bidrar till tät försegling mot fukt. Folier av aluminiumfolie ger en bra barriär mot fukt. Det är vanligt praxis bland tillverkare av prepreg att tillsätta syreavskiljare för att bromsa åldrandet av harpikssystemen på grund av oxidation. Företag som sparar på förpackningskostnader får ofta dåligt konditionerade prepreg på grund av fukt som tränger in från omgivande luft. Livslängden för prepreg kan minskas med upp till 70 % på mindre än 30 dagar på grund av otillräcklig förpackning. Kvalitetskontroll är en viktig faktor för att få detta rätt.

UV-skydd med statiskavledande egenskaper och inbyggda sekundära barriärer

Epoxihartser genomgår en nedbrytningsprocess som kallas fotodegradation när de utsätts for UV-strålning. Nedbrytningen visar sig som kedjebrytning, gulning, sprickbildning och avlossning av lager. Tester baserade på ASTM D4329-metoden för accelererad väderpåverkan visar att fotodegradation kan leda till en förlust av mer än 40 % av materialets draghållfasthet efter 500 timmars exponering för UV-lampor. Materialets hållfasthet motsvarar direkt antalet månader av exponering framför ett fönster eller närvaron av en källa till UV-intensitet i en normal kontomiljö. Detta är förstås ett allvarligt problem som tillverkare strävar efter att lösa genom att inkludera UV-blockerande komponenter i de yttre materialens yttersta lager. De skapar också en beläggning som hjälper till att reglera den statiskt avledande ytan. För att skydda mot ljusexponering kan tillverkare även placera produkten i en sekundär behållare som blockerar ljus, till exempel en hård plastpolymerlåda. Dessa förseglade sekundära behållare filtrerar även bort damm och främjar en stabil nätverkskorslänkning av epoxihartsen genom att begränsa tillgänglig sygen. Detta förlänger produktens livslängd innan nedbrytning sker.

Lagring av kolfiber och de följande miljöriskerna

Påverkan av väderpåverkan och UV-strålning på harpikser och ASTM D4329

För tillverkare av kolfiber utgör UV-strålning en av de största riskerna. Våra förpackningsprov enligt ASTM D4329 visade att UV-skador är ackumulerande och permanenta. Redan inom några månader observerade vi UV-skador såsom gulning, sprickbildning på ytan och avskiljning av lager. Eftersom det inte finns något sätt att återställa UV-skador är konsekvenserna fullständiga och permanenta. Detta är en av anledningarna till att tillverkare går långt för att säkerställa att förpackningar som blockerar UV-strålning och ljus-täta behållare används för varje kolfiberprodukt.

Minimering av mekanisk påverkan: Målet är att undvika kompression, böjning och exponering för vibration

Kolfibermaterial står inför allvarliga risker vid mekanisk påverkan. Små sprickor kan börja bildas i prepreg-lagren när statiska laster överskrider cirka 10 psi. Dessutom kan harpan och fibrerna lossna från varandra under vibrationsfasen vid rörelse. För förvaring rekommenderas det att placera rullar vertikalt på ett mjukt, icke-slipande stativ. Härdförda laminat bör förvaras liggande platt med de ovan nämnda speciella avståndshållarna mellan dem. Stapla aldrig några komponenter. En böjning i en komponent kan öka risken för sprickbildning i harpstrukturerna, vilket då blir utmattningstålighetsresistent inom två tredjedelar av tiden. Kanten skyddande insats och vertikal placering minskar exponeringen och spänningen på ytor under rutinmässig hantering, vilket är en huvudsaklig orsak till skador vid hantering.

Förvaringsanvisningar efter typ av kolfibermaterial: Tyg, prepreg och härdförda laminat

Innan du blandar ihop lagringsfunktioner bör du förstå att de skiljer sig åt på ett grundläggande sätt.

För att undvika att kvaliteten på harpiksinjektionen och laminatet på torrt kolfibermaterial försämras måste materialet förvaras i fuktsäkra, vakuumförseglade förpackningar med fuktabsorberande medel. Detta är nödvändigt för att förhindra att materialet blir hygroskopiskt.

Prepregs måste förvaras i kalla förhållanden [frystemperaturer (−18 °C till −23 °C)] för att förhindra att harpiksen härdar för tidigt. Detta kan verka ovanligt eftersom vi tidigare påstått att kallförvaring inte är nödvändig, men detta är ett undantag. Anledningen hänger samman med deras kemiska sammansättning. Själva tyget har inte reagerat, medan prepregen innehåller delvis reagerad harpiks. Det innebär att harpiksen i prepreg har en hållbarhet som är beroende av kalla temperaturer. Detta är sant och anges i deras OEM-tekniska data samt i de angivna stabilitetsstudier som är överensstämmande med ISO 10993.

Härdade laminat behöver inte förvaras i kyl för att vara kemiskt stabila. De måste dock förvaras med fysisk skydd. Det innebär att de ska förvaras vertikalt på fodrade ställningar med kantskydd, inte staplade, och med mellanlägg för att undvika skador på ytor.

De angivna protokollen behandlar varje materials främsta form av nedbrytning. Torra prepregmaterial undergår kemisk nedbrytning, torra tyger absorberar fukt och färdiga laminat försämras mekaniskt.

Vanliga frågor

Vilka är de bästa temperaturerna och luftfuktighetsnivåerna för förvaring av kolfibermaterial?

De bästa förvaringsförhållandena är 20–25 °C vid 30–50 % relativ luftfuktighet. Dessa förhållanden är mest effektiva för att förhindra nedbrytning av materialets struktur.

Varför bör kolfibermaterial inte förvaras i ett frysskåp?

Termisk chock, fuktighetskondensation och fas separation i förhårdade epoxisystem kommer att uppstå. Detta utgör en risk för slagfastheten och gör strukturella reparationer svårare. Vilket är det bästa sättet att förpacka kolfibermaterial för att säkerställa integriteten?

För att säkerställa integriteten är vakuumförsegling med fuktabsorberande barriärförpackning bäst för torra tyger och prepreg, för att bibehålla låg luftfuktighet och fuktnivåer, vilka annars skulle försämra harthar.

Vilken effekt har UV-strålning på kolfibermaterial?

UV-strålning orsakar termisk degradering av epoxiharthar, vilket leder till kedjebrytning, avfärgning och försvagning av strukturen.

Vilka är lagringsanvisningarna för olika typer av kolfibermaterial?

Torr väv måste förvaras i vakuumförseglat, fuktspärrande förpackning. Förimpregnerade material måste förvaras i kylskåp eller frysskåp för att säkerställa att harten bibehåller sitt förbearbetade, flytbara tillfälle. Härdnade laminat måste förvaras i en fysiskt skyddande behållare och behöver inte förvaras i en kontrollerad klimatmiljö.