Modellering og test af avancerede materialer til krævende og udfordrende anvendelser

Et projekt finansieret af Styrelsen for Forskning og Innovation - læs mere her

Formålet med projektet er at udvikle nye modellerings- og testmetoder, der kan indgå i funktions- og levetidsbedømmelse af avancerede materialer i krævende og udfordrende anvendelser som eksempelvis offshore eller vedvarende energiteknologier.

Ofte vil det være vanskeligt at introducere plastmaterialer i avancerede og krævende anvendelser, da man er nødt til at tage test set-up i brug, der kræver langvarige afprøvninger – op til flere år. Flere og flere virksomheder er begyndt at introducere modelleringer af eksempelvis fald- eller slagtest, men for at få valide resultater fra simuleringen kræver det, at man har et test set-up, hvor man kan teste under høje strain-rates, der ikke kan opnås med konven­tionelt testudstyr. Disse data kan så indgå i virksomhedernes simuleringer og dermed skabe grundlaget for at anvende plast mate­rialer i mere komplekse sammenhænge.

I andre sammenhænge er det kombination mellem forskellige miljøpå­virkninger og mekaniske belastninger, der er udfordringen. Et eksempel er de materialer, der indgår i solceller, men ligeledes materialer og overflader i for­bindelse med vind- og bølgekraft, vil være udsat for yderst krævende miljøer.

Medlemmer af PlastNet kan logge ind og se rapporten og bilagene i højre spalte.

Dette er det skriftlige udkomme af aktiviteten ”Brandtest” som blev udført i samarbejde mellem Plast Center Danmark og DBI under PlastNet projektet ”Modellering og test af avancerede materialer”

Der er og har gennem en længere årrække været stor interesse for at substituere stål med andre materialer, der er lettere og ikke korroderer i det krævende marine miljø. Årsagen hertil er dels et ønske om at begrænse energiforbrug og CO2 udledninger, dels at opnå besparelser ved at reducere vedligeholdelsesomkostninger og andre omkostninger på marine fartøjer og installationer.

I den forbindelse er der især set på muligheden for at substituere stål med enten kompositter eller aluminium.

Der er gennemført en del projekter, hvor der er foretaget adskillige analyser, beregninger og test der viser, at produkter af kompositter og aluminiumemner i mange tilfælde med succes kan anvendes til at supplere og erstatte stål.

Et af de områder, hvor der stadig mangler viden om materialernes formåen, er indenfor det brandtekniske område. Et problem i den sammenhæng er bl.a., at der er mange forskellige reglementer at forholde sig til, alt efter hvilket marint fartøj eller installation et givent produkt tænkes anvendt til.

I et tidligere projekt ”Substitution af materialer offshore” under ”Energi på havet” blev der udviklet en trappe til anvendelse på en platform tilhørende Mærsk Olie og Gas.

Hos Mærsk Olie og Gas forefindes der ikke specifikke brandtekniske krav til materialerne i komposittrapper, men risikoen skal nedbringes mest muligt inden for det rimelige afhængigt af placeringen på offshoreinstallationen. I tilfælde af brand må røgudviklingen ikke være af sådan en karakter, at flugt forhindres grundet nedsat sigtbarhed, og der må ikke udvikles giftige dampe i væsentlig grad.

Af disse grunde blev det valgt at fremstille trappen af glasfiberforstærket phenol, da phenol er den resin, der har de bedste brandtekniske egenskaber og formodes at kunne opfylde de nævnte ønsker.

For at få mere viden om, hvorvidt en glasfiberforstærket phenolkomposit eller en aluminiumskonstruktion ”er egnet til” at substituere stål på steder, hvor der er risiko for brand, blev det besluttet at teste dette i en sammenlignende test, så man derved også kunne opnå viden om, hvordan det traditionelle materiale, stål, performer. Der blev testet på 5 phenoltrin, 2 aluminiumstrin og 2 ståltrin. 

I samråd med Mærsk Olie og Gas blev det valgt, at testen så vist muligt skulle illustrere en udendørs hydrocarbon brand, fremover benævnt HC brand. Der blev taget udgangspunkt i test som beskrevet i USCG med visse modifikationer:

  • Temperaturbelastningen, brandkurven, blev valgt som den er beskrevet i DS EN 1363-2, hvilket illustrerer en udendørs HC brand.
  • Der blev testet i 15 minutter. Under varmepåvirkningen blev testes uden belastning. Herefter blev afkølet inden belastningstest.

Testen forløb i flere trin, så der efter varmepåvirkningen blev udført flere mekaniske test hhv. statisk og dynamisk belastningstest.

Den statiske belastningstest blev udført som beskrevet i USCG level 2, hvilket vil sige, at der efter afkøling forsigtigt blev påført 40 kg på midten af trinene, som var simpelt understøttede.

Herefter blev påført en stigende jævnt fordelt belastning på alle trinene, først til godkendelseskriteriet på 4,5 kPa, og efterfølgende til brud på 2 af phenoltrinene og til brud på 1 af hvert af de øvrige trin. Under testen blev der målt udbøjning.

Hvis trinene bestod denne test, skulle der fortsættes med en dynamisk test, som beskrevet i USCG level 1, hvilket vil sige, at emnerne bliver påført belastning i midten af emnerne, i form af 40 kg, der frigives fra 2 m’s højde.

Udover ovennævnte sammenlignende test blev der på phenolkompositterne udført test for flamme-spredning og for røgens toxicitet.

Flammespredningstesten blev udført som beskrevet i IMO FTPC part 5 - Flame of spread - meeting the requirements for bulkheads, linings or ceilings. 

Testen for røgens toxicitet blev udført som beskrevet i IMO FTPC - PART 2 - smoke and toxicity test meeting the requirements for bulkheads, linings or ceiling.

Der blev testet på det antal fremstillede testemner af phenol, som kræves i standarden.

For yderligere oplysninger kontakt:

Bente Nedergaard Christensen
Polymerspecialist - projektleder
B.Sc. Chem. Eng., B.Sc. in Lab. Tech.
T: 36 97 36 03
M: 60 35 19 93
E: bnc@dmn-net.com