TIFF nr 1 / 2024 8 och exponerats för åldringsmiljöer under forcerade förhållande. Delar av de prov som tagits ut från skrovet efter 17 respektive 20 års drift har exponerats för fortsatt åldring under forcerade förhållanden. Den forcerade åldringen har genomförts i klimatkammare och bygger på Arrheniussambandet. Åldringsmiljön proven exponerades för under olika tider var 70°C och luftfuktigheten 85% (85% RH). För att jämföra genomfördes också exponering i torr miljö i 70°C för vissa prov. Provtagningsmetoder Valet av provningsmetoder för att avgöra om eventuella åldringsdegraderingar uppstått är av central natur. Nedan beskrivs olika typer av provningsmetoder som använts och vilken typ av information respektive metod ger. Mekaniska provningsmetoder Dragprovning och provning av böjhållfasthet har genomförts för samtliga ovan beskrivna typer av prov. Dragprovning på kolfiberkompositer är normalt en så kal�- lad fiberdominerad metod och ger främst svar på om fibrernas hållfasthet har påverkats under åldringen. Detta gäller för proven som är framtagna från Visbyskrov och för kvasiisotropa laminat men också för prov i 0°-riktning då dragprovningen genomfördes i provens fiberriktning. Böjskjuvhållfastheten på kolfiberkompositer ger i större utsträckning svar på om plastmatrisen och fiber/ matris-vidhäftningen påverkats av åldringen. Detta gäller i högre grad för prov i 0°-riktning än för kvasiisotropa prov och prov från Visbyskroven. Termomekanisk provning Dynamisk mekanisk analys, DMA, är en termomekanisk provning som bland annat kan användas för att bestämma glasövergångstemperaturen, Tg. Tg utgör ett mått vid vilket temperaturområde som materialet övergår från att var styvt material till ett material med mer elastiska egenskaper. Vid temperaturer över Tg så är materialet mer känslig för åldring. Antalet kvarvarande dubbelbindningar i kompositens vinylesterplast förbrukas i takt med att uthärdningsgraden ökar och detta ger ökad tvärbindningsdensitet. Ju högre uthärdning desto fler tvärbindningar i vinylesterplasten och detta gör att materialets Tg ökar, med andra ord Tg ökar med ökad tvärbindning. Detta betyder att om åldringsproessen ger ökad Tg så kan det tolkas som att uthärdningsgraden och tvärbindningsdensiteten ökat. Detta kan leda till att materialet blir mer sprött. Kemiska provningsmetoder Åldringsstudierna har använts sig av följande metoder: • Soxhlets extraktion • FTIR • GC-MS Om exempelvis vinylesterplastens estergruppen reagerat med vatten (hydrolysreaktion) och dess bindningar släppt från kompositmaterialet så kan det laka ur från kompositen. Genom Soxhletextraktion kan man fånga upp åldrat material som släppt från kompositens plastmatris. Med hjälp av FTIR och GC-MS ges möjlighet att få information kring det molekylära innehållet på det som lakats ur. Via gravimetrisk analys kontrollerar man mängden åldrat material som lakats ur. Resultatet Resultaten visade att parallellt med tiden skedde både en efterhärdning och en kemisk åldring av plastmatrisen. DMA-analys visar att glasövergångstemperaturen, Tg, ökar med ökad åldringstid vilket tolkas som att laminaten efterhärdats i åldringsmiljön. Den interlaminära skjuvhållfastheten från ILSS-provningen av laminat i 0°-riktning reducerades något med ökad åldringstid. Resultat från analys med FTIR och GC-MS efter Soxhletextraktion antyder att denna reduktion i ILSS med ökad åldringstid kan kopplas till kemisk degradering av plastmatrisen. Inga påtagliga hållfasthetsreduktioner oavsett åldringstid kunde observeras från dragprovning och ILSS-provning av prov från Visbyskrov och kvasiisotropa laminat. Detta eftersom dessa provningar ger svar på fiberdominerande hållfasthetsegenskaper. Liknande observation gjordes efter dragprovning på prov från laminat med 0°-riktning. Den övergripande slutsatsen blir att laminatens funktion bedöms vara intakt efter 100-års simulerad åldring, trots att en viss åldring av plastmatrisen skett. Det finns ingen signifikant ökning av mängd åldrade plastfragment som lossnat från plastmatrisen när åldringstiden överstiger ca 20 år. Däremot visar studien att de fragment som redan släppt från plastmatrisen tidigare degraderas ännu mer med ökad åldringstid vilket tydligt kan observeras efter 100 års åldring. Det bör påpekas att de provstavar som togs ut från Visbyskroven har en annan dimension, sitter i tjocka strukturer när de exponeras för exempelvis vatten och fukt jämfört med vad provstavarna som är tillverkade på laboratoriet och exponeras för fukt i klimatkammare. Detta betyder att ”labprovstavarna” får en ”tuffare exponering” jämfört med själva skrovkompositen. Detta stämmer väl med åldringsstudierna då ”labprovstavarna” var något mer påverkade av den simulerade åldringen jämfört med de verkliga strukturerna efter motsvarande åldringstid för respektive provtyp. Effekterna från åldringen var dock snarlika. Slutsatser Sammanfattningsvis, inga åldringsdefekter av kolfibrer kunde observeras. Åldringsprocessen utgörs främst av att esterfunktionen i vinylplasten genomgår hydrolysreaktioner under driftsbetingelser och att vinylesterplasten genomgår en efterhärdning över tid. Dessa åldringsprocesser är dock så pass marginella att det inte påverkar skrovets lastbärande förmåga – inte ens efter hundra års simulerad åldring. Man kan med gott samvete säga att kolfiberkompositer i marin miljö fungerar som ett mycket starkt material i förhållande till sin vikt och att materialet är mycket tåligt under tuffa driftsbetingelser. n
RkJQdWJsaXNoZXIy NDg2ODU=