Om olika armeringsvävar
Latest updated Sunday, March 1, 2020, 47 comments
This page is currently available in Swedish only. I may find the time to translate it eventually, but in the meantime Google Translate may provide something intelligible.
Armeringsväven behövs av tre skäl:
- Den står för det mesta av tvärskeppsstyrkan och ersätter på så vis spanten i traditionellt båtbygge.
- Den bildar ett segt/starkt membran som skyddar träytan mot mekanisk åverkan genom att fördela lokala krafter över ett större område.
- Den bildar tillsammans med epoxyn ett luft- och vattentätt skikt som kapslar in och skyddar träet mot fukt och träförstörande organismer.
Kraven på armeringsväven är därför komplexa. Den måste vara elastisk nog att följa träets rörelser men så styv att den väsentligt stabliliserar konstruktionen och ”betalar för sin vikt”. Den måste uppnå hållbar och permanent bindning med epoxy - inte bara gjutas in. För ett lätt träskrov är bästa valet tunn glasfiberväv men jag får ofta frågor om inte aramid- eller kolfiber skulle vara bättre.
Grundprincipen för all laminering med fiber och epoxi är att varje enskild fiber i fiberknippena skall vara omsluten av epoxi. Varje fiberknippe i en glasfiberväv innehåller omkring 400 fibrer med en diameter på ca 10 µ (1 µ = 1/1000 mm). Epoxiplasten måste ha god vätförmåga och en god vidhäftning till fibrerna. Samtidigt måste all innesluten luft pressas ut ur fiberknippena genom mekanisk bearbetning – antingen med kraftiga tag med gummispackel eller lite mer avancerat, med vakuum bagging eller infusion, vilket innebär att rätt mängd epoxyn sugs in med hjälp av vacuum.
Med en mycket grov prisjämförelse (twillvävd, ca 165 gr/m2, snitt från tre leverantörer, mars 2016) ligger glasfiberväv på ca 280:-/kg, kolfiberväv på ca 2000:-/kg och aramidväv på ca 1450:-/kg – men det varierar stort över tid och med inköpsmängd, vävtyp och -format, leverantör etc.
Glasfiber
Glasfiber är den vanligaste fibern i kompositsammanhang, med fördelar som lågt pris, lätt tillgänglig i handeln, elektriskt isolerande (inga galvaniska problem tillsammans med metaller), förhållandevis hög draghållfasthet och mycket enkel att laminera eftersom det syns när väven är mättad. Nackdelar finns förstås också: relativt låg styvhet (låg E-modul), ganska hög densitet och ett besvärligt slipdamm (små vassa dammpartiklar).
Dragstyrkan för rena E-glasfibrer är relativt hög, ungefär som kolfiber i standardkvalitéer. Men eftersom E-glas har en hög töjbarhet blir E-modulen relativt låg.
| Dragstyrka |
3400 MPa |
| Töjbarhet |
ca 4,5% |
| E-modul |
75 GPa |
| Densitet |
2,6 |
| Laminatvikt (160 g/m2) |
290 g/m2 |
E eller S? E-glas (electrical grade) är standardglas, som vanligen används för kajakbyggen. S-glas (structural grade) är ett specialglas med bättre dragstyrka med större töjning. Det är också betydligt dyrare och svårare att väta ut och är därför knappast intressant för kajakbyggen. Därutöver finns olika specialglastyper (R, T, C, L, M, D, Q-glas) som är rätt ointressanta, eller till och med oanvändbara utanför sina respektive specialändamål (fast den som har sina favoritpaddelvatten i närheten av Tjernobyl eller Fukushima kanske kan vara intresserad av blyhaltigt L-glas med strålskyddsegenskaper ;-)
Volan eller Silan? Vid köp av glasfiberväv måste man vara observant på att väven är kompatibel med epoxy. Glasfiber är efterbehandlad med en ”primer” som dels stabiliserar väven medan den hanteras – nödvändigt eftersom ”ren” glasfiber (Greige) är fet i ytan för att fibrerna skall glida lätt under vävningen utan att brista) och dels binder kemiskt till både glasfibern och epoxyn. Det kan vara Volan (en kromförening) eller Silan (silikonbaserad). Båda är i de flesta fall användbara men det finns varianter av dem som är mindre lämpliga: kolla med leverantören. Volandopad väv är ofta mjukare och lättare att forma, men får en svagt grönaktig ton i tjocka lager, medan silandopad väv är starkare och ger en något mera hållbar förening med epoxyn. Silan anses också mera miljövänligt. Med "fel" väv blir det svårare att våta ut väven med epoxy, och hållfastheten blie lite sämre.
Tvill eller plain? Vävtekniken är vanligen plain/tuskaft (enkla fiberknippen i inslag och varp) eller tvill/satin (två eller fler knippen). Tvillväv är att föredra för kajaker och kanoter eftersom den dels är något mer formbar och därmed lättare att drapera över skrovet utan veck och dels har aningen lägre ”bygghöjd” och följaktligen minskar epoxiåtgång och vikt. Tvillväven kan också ge aningen bättre styrka eftersom fibrerna i väven har större böjradie.
Ett epoxy/glas-laminat med 160 gr twillvävd glasfiber kommer att väga ca 290 gram/m2, baserat på 35% armering, vilket är en normal siffra för handlaminering. Med vaccum-bagging eller infusion kan man nå 65% armering vilket sänker vikten och ökar styrkan väsentligt.
Aramidfiber
Aramidfiber (Aromatisk Polyamid; t ex Kevlar) är en gul syntetfiber med mycket god draghållfasthet, rivstyrka och värmetålighet. Den har en något lägre draghållfasthet än glas, men töjningen är mindre varför E-modulen för ett laminat med denna fiber blir högre än för glas.
| Dragstyrka |
3150 MPa |
| Töjbarhet |
ca 2,5% |
| E-modul |
115 GPa |
| Densitet |
1,45 |
| Laminatvikt (160 g/m2) |
410 g/m2 |
Aramidfiber har en bättre böjlighet än glasfiber och mycket hög slaghållfasthet – används därför bland annat till skottsäkra västar. Fibern är svår att skära, klippa och att häfta eller spika genom. Den går inte att slipa, blir luddigare ju mer man försöker och måste därför kläs med tunn glasfiberväv för att kunna ytbehandlas. Den är också svårt att väta ut och risken för delaminering vid påfrestning är stor – väven håller men släpper från underlaget. Den är ogenomskinligt gul och kan därför inte användas om man vill att träet skall synas, och har dålig UV-beständighet. Priset är ungefär 5-6 gånger högre än glasfiber och vikten ca 40 % högre än för ett glasafiberlaminat.
Ett epoxy/aramid-laminat med 160 gr twillvävd Kevlar kommer att väga ca 410 gram/m2, baserat på 35% armering, vilket är en normal siffra för handlaminering. Med vaccum-bagging eller infusion kan man nå 65% armering vilket sänker vikten och ökar styrkan. Men aramid saknar ändå den styvhet som går att få med både glas- och kolfiber och som är en viktig anledning att använda armeringsväv.
Kolfiber
Kolfiber har blivit populärt i laminat på grund av den mycket höga styvhet som kan uppnås. Kolfibern har ungefär samma dragstyrka som glasfiber, men mycket lägre töjning vilket ger hög E-modul.
| Dragstyrka |
3400 MPa |
| Töjbarhet |
0,6-2,1% |
| E-modul |
400 GPa |
| Densitet |
1,77 |
| Laminatvikt (160 g/m2) |
344 g/m2 |
Kolfiber används sällan som enda armering eftersom slagtåligheten vid handlaminering är låg och laminatet blir skört. Vanligt är en kombination med aramid och/eller glasfiber. Fibern är elektriskt ledande vilket kan vara en nackdel i vissa applikationer (risk för galvaniska strömmar i kontakt med t ex aluminium och stål). Kolfiber är ogenomskinligt svart och kan inte användas om man vill att träet skall synas. Priset är ca 5-10 gånger högre än glasfiber.
Den kajakbyggare som väntar sig lägre vikt med kolfiber kommer att bli besviken. Eftersom kolfiber har lägre densitet blir volymen färdigt laminat högre och därmed även epoxiåtgången. Ett handupplagt kolfiberlaminat väger därför omkring 20% mer än motsvarande glasfiberlaminat. För att nå den möjliga viktminskningen är krävs vacuumlaminering eller vacuum infusion – alternativt som man gör med lätta flygplan; suga upp överfödig epoxy med absorberande papper (fast då blir laminatet inte vattentätt).
Men i kajakbyggarsammanhang används kolfiber främst för sina estetiska kvalitéer – det är helt enkelt rätt snyggt med glänsande kolfiber i kontrast mot ljust trä: t ex i sarg, i de nerfällda skålarna för däcksluckor och i skädda, roder och beslag. För sådan användning är det viktigt att lägga en glasfiberväv över kolfibern – slipar man ner i kolfiber blir den sotsvart och utan struktur och då fungerar ett lager svart färg precis lika bra.
Ett epoxy/kolfiber-laminat med 160 gr twillvävd kolfiber kommer att väga ca 345 gram/m2, baserat på 35% armering, vilket är en normal siffra för handlaminering. Med vaccum-bagging eller infusion kan man nå 65% armering vilket sänker vikten och ökar styrka och styvhet väsentligt.
Dynel och polypropylen
Fördelarna här är att de är billiga, lätta och mycket elastiska. En viktig nackdel är att de bara bidrar marginellt till styvhet och styrka – en annan att den låga densiteten gör att de tenderar att flyta upp i epoxyn och ge ojämn yta om man inte är mycket försiktig vid appliceringen. Tillsammans med lätta distansmaterial med stor tjocklek (50-100 mm) kan dessa fibrer ge mycket starka och tåliga laminat (se tex Sven Yrvinds Brisbåtar).
Termoplastvävar är oftast svåra att väta ut – fibern är från början avsedd för linor och segel och därför behandlade för att inte suga upp vatten, vilket tyvärr gör det svårt att få in epoxy också.
Summering
Allt sammantaget är därför ett tunt skikt vävd glasfibermatta den bästa kompromissen för kajaker och kanoter med den här beskrivna byggmetoden.
En mycket bra svensk sida om hartser och armeringsmaterial är fiber.get.to. Där finns det mesta från allmän information om användande, säkerhet, formbygge, data, jämförelser etc.
.
