Який правильний спосіб тривалого зберігання матеріалу з вуглецевого волокна?

Температура й відносна вологість мають залишатися сталими (20–25 °C, 30–50 % ВВ)

Щоб запобігти молекулярному розкладу вуглецевих волокон, критично важливо підтримувати зовнішні чинники в межах встановлених допусків. Ці чинники мають сприяти збереженню хімічної структури смоли та контролювати її поглинання вуглецевими волокнами. Температура повинна залишатися в межах від 20 до 25 °C (68–77 °F), а вологість — від 30 до 50 %. При значних і частих коливаннях температури понад 2 °C волокна й смола піддаються хімікореологічному розширенню та стисканню, що призводить до зростання утворення мікротріщин. Рівень вологості також впливає на хімічний склад матеріалів. Канадські пружини (Canadian Springs) є прикладом кліматичної камери, у якій рівень вологості циклічно змінюється в робочому діапазоні від 40 % до 70 % відносної вологості (RH); у цьому випадку було встановлено, що межа міцності на розтяг матеріалів зменшується майже на 18 %. З іншого боку діапазону вологості матеріали, які піддаються впливу RH <30 %, схильні до хімічного висихання та крихкості. Багато з розмірних агентів у системах смол є термореактивними полімерами, які також можуть хімічно виснажуватися в гарячому й сухому середовищі.

Щоб забезпечити оптимальні умови зберігання протягом усього року, потрібна добре спроєктована система клімат-контролю для приміщень зі зберігання, що повністю інтегрує автоматизовані системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, повністю відкалібровані й повністю автоматизовані реєстратори даних, а також регулярні перевірки системи клімат-контролю.

Чому заморожування або охолодження пошкоджує смолисті системи й скорочує термін придатності

Існує неправильне уявлення про те, що зберігання матеріалів із вуглецевого волокна в морозильній або холодильній камері зберігає їхню якість. У більшості випадків матеріали з вуглецевого волокна, збережені в морозильній або холодильній камері, пошкоджуються, і це стосується також хімічних компонентів матеріалу. Під час зберігання матеріалів у морозильній або холодильній камері можуть виникнути три основні проблеми. По-перше — тепловий удар під час вилучення матеріалу з морозильної або холодильної камери. По-друге — конденсація вологи під час вилучення матеріалу з холодного зберігання. І, по-третє, коли температура матеріалів опускається нижче 10 °C, затверділі епоксидні системи починають розшаровуватися. Коли смоли замерзають у морозильній камері з температурою −18 °C, вони кристалізуються, що, за даними лабораторних випробувань, знижує ударну міцність матеріалів на 40–60 %. Зберігання матеріалів при температурі близько 4 °C у холодильній камері також не є значно кращим варіантом, оскільки це прискорює процес, відомий як «амінове потемніння». У ході цього процесу отверджувачі мігрують до поверхні й утворюють слабкі зони в композитних матеріалах. Загалом, матеріали, збережені в морозильній або холодильній камері, втрачають приблизно 50–75 % свого терміну придатності порівняно з матеріалами, збереженими при кімнатній температурі.

Найкращий спосіб зберегти придатність вуглецевого волокна — це зберігати його при кімнатній температурі, а не намагатися перемогти природу за допомогою методів холодного зберігання.

Правильні методи упаковки для збереження цілісності матеріалів із вуглецевого волокна

Упаковка з вакуумними герметичними бар'єрами та сухими агентами для незатверділих тканин і препрегів

Більшість виробників використовують поєднання вакуумної упаковки та поглинача вологи, щоб зберігати сухі тканини й напівфабрикати (препреги) у найкращому можливому стані. Критично важливо підтримувати відносну вологість усередині упаковки на рівні нижче 30–50 %. Волога руйнує смоли й призводить до втрати потенційної міцності кінцевого виробу. Як волога, так і окиснення можуть призвести до деградації смолистих систем ще до їх використання. Тришарові плівки з алюмінієвої фольги забезпечують ефективний бар’єр проти вологи й сприяють надійному герметичному ущільненню. Фольговані плівки добре захищають від вологи. Поширеною практикою серед виробників препрегів є додавання поглиначів кисню для уповільнення старіння смолистих систем через окиснення. Компанії, які скорочують витрати на упаковку, отримують препреги неналежної якості через вологу, що проникає з навколишнього середовища. Термін придатності препрегів може скоротитися на 70 % через недостатню упаковку впродовж менше ніж 30 днів. Контроль якості є важливим чинником забезпечення правильного виконання цього процесу.

Захист від УФ-випромінювання з антистатичними властивостями та вбудованими вторинними бар'єрами

Епоксидні смоли піддаються розкладанню, відомому як фотодеградація, коли вони піддаються впливу УФ-випромінювання. Цей розклад проявляється у розриві полімерних ланцюгів, пожовтінні, утворенні тріщин та відшаруванні шарів. Випробування за методом ASTM D4329 щодо прискореного старіння під дією атмосферних умов показує, що фотодеградація може призвести до втрати понад 40 % міцності матеріалу після 500 годин його експозиції під УФ-лампами. Міцність матеріалу безпосередньо корелює з кількістю місяців його експозиції перед вікном або з наявністю джерела УФ-випромінювання в типовому офісному середовищі. Звичайно, це серйозна проблема, яку виробники намагаються вирішити шляхом введення УФ-захисних компонентів у верхні шари зовнішнього матеріалу. Вони також створюють покриття, що сприяє контролю статичної розрядки на поверхні. Для захисту від впливу світла виробники також можуть поміщати продукт у вторинну світлозахисну тару, наприклад, у жорсткий пластиковий полімерний контейнер. Такі герметичні вторинні контейнери також сприяють фільтрації пилу та забезпечують стабільне сіткове перехрестне зшивання епоксиду за рахунок обмеження доступного кисню. Це продовжить термін придатності продукту до початку його деградації.

Зберігання вуглецевого волокна та пов’язані з цим екологічні ризики

Вплив атмосферних впливів та ультрафіолетового випромінювання на смолу та стандарт ASTM D4329

Для виробників вуглецевого волокна ультрафіолетове випромінювання є одним із найбільших ризиків. Результати наших випробувань упаковки за стандартом ASTM D4329 показали, що пошкодження, спричинені УФ-випромінюванням, є кумулятивними й незворотними. Усього за кілька місяців ми спостерігали такі прояви УФ-пошкоджень, як пожовтіння, тріщини на поверхні та розшарування. Оскільки відновити матеріал після УФ-пошкодження неможливо, наслідки є повними й постійними. Саме тому виробники докладають значних зусиль, щоб забезпечити надійну упаковку, що блокує ультрафіолетове випромінювання, та світлонепроникні контейнери для всіх продуктів із вуглецевого волокна.

Мінімізація механічного навантаження: мета — уникнути стиснення, згинання та впливу вібрації

Матеріали з вуглецевого волокна піддаються серйозним ризикам при механічних навантаженнях. Маленькі тріщини можуть починати утворюватися в шарах препрегу, коли статичне навантаження перевищує приблизно 10 psi. Крім того, під час вібрації смола й волокна можуть відшаруватися при переміщенні. Для зберігання рекомендується тримати рулони у вертикальному положенні на м’якому стелажі без елементів тертя. Затверділі ламінати слід зберігати у горизонтальному положенні, розміщуючи між ними зазначені спеціальні прокладки. Ніколи не складайте компоненти один на одного. Вигин компонента може збільшити ризик утворення тріщин у структурі смоли, що згодом призводить до втомлення матеріалу за два третини строку його служби. Захисні кромкові екрани та вертикальне розташування допомагають зменшити експозицію та напруження на поверхнях виробів під час звичайного оброблення, що є однією з основних причин пошкоджень під час маніпуляцій.

Інструкції щодо зберігання за типами матеріалів із вуглецевого волокна: тканина, препрег та затверділі ламінати

Перш ніж плутати функції зберігання, слід усвідомити, що вони принципово відрізняються.

Щоб уникнути погіршення якості інфузії смоли та ламінату на сухій тканині з вуглецевого волокна, її слід зберігати в герметичній вакуумній упаковці, захищеній від вологи, із використанням сильних поглиначів вологи. Це необхідно для запобігання гігроскопічності тканини.

Препреги потрібно зберігати в холодних умовах [температура морозильної камери (–18 °C до –23 °C)], щоб запобігти передчасному затвердінню смоли. Це може здатися незвичним, оскільки раніше ми вказували, що холодне зберігання не є обов’язковим, але це виняток. Причина полягає в їхній хімічній природі. Сама тканина ще не прореагувала, тоді як у препрегах смола вже частково прореагувала. Це означає, що термін придатності смоли в препрегах залежить від низьких температур. Це підтверджено технічними даними виробників (OEM) та наведено в сумісних із стандартом ISO 10993 дослідженнях стабільності.

Затверділі ламінати не потребують холодного зберігання для забезпечення хімічної стабільності. Однак їх потрібно зберігати з фізичним захистом. Це означає, що їх слід розміщувати вертикально на амортизуючих стелажах із захисними елементами по краях, не укладати в штабелі й використовувати прокладки між шарами, щоб запобігти пошкодженню поверхонь.

Наведені протоколи стосуються основної форми деградації кожного матеріалу. Сухі напівфабрикати піддаються хімічній деградації, суха тканина поглинає вологу, а готові ламінати деградують механічно.

ЧаП

Які оптимальні температура й рівень вологості для зберігання вуглецевих волоконних матеріалів?

Оптимальні умови зберігання — це температура 20–25 °C та відносна вологість 30–50 %. Саме такі умови найкраще запобігають деградації структури матеріалу.

Чому вуглецеві волоконні матеріали не слід зберігати в морозильній камері?

Відбудеться термічний шок, конденсація вологи та розшарування фаз у зміцнених епоксидних системах. Це створює ризик для ударної міцності й ускладнює структурний ремонт. Який найкращий спосіб упаковки матеріалів із вуглецевого волокна для забезпечення їх цілісності?

Для забезпечення цілісності найкращим варіантом є вакуумна упаковка з бар’єрними матеріалами та використанням сухого агента (десиканта) для сухих тканин і напівфабрикатів (препрегів), що дозволяє підтримувати низький рівень вологості й запобігати поглинанню вологи, яка інакше призводить до деградації смол.

Який вплив має ультрафіолетове випромінювання на матеріали з вуглецевого волокна?

Ультрафіолетове випромінювання викликає термічну деградацію епоксидних смол, що призводить до розриву полімерних ланцюгів, зміни кольору та ослаблення структури.

Які інструкції щодо зберігання різних типів матеріалів із вуглецевого волокна?

Сухі тканини повинні зберігатися в вакуумних герметичних упаковках із вологозахисним бар’єром. Попередньо пропитані матеріали (препреги) повинні зберігатися в холодильнику або морозильнику, щоб забезпечити збереження смоли в попередньо обробленому, рідкотекучому стані. Затверділі шари (ламінати) повинні зберігатися в фізично захищеній тарі й не потребують зберігання в клімат-контрольованому середовищі.