HWQ.se Slutrapport Fjärrsynprojekt Relining med Strumpmetoden

HWQ.se Slutrapport Fjärrsynprojekt Relining med Strumpmetoden Stockholm 29/4-2013 Stefan Håkansson HWQ Relining systems AB E-post: info@hwq.se Näckrosvägen 15 Tel: 08-410 902 02 169 37 Solna

HWQ.se Sammanfattning Relining betyder att man skapar ett nytt rör inuti ett gammalt. Projektet har syftat till att undersöka om relining av fjärrvärmerör är en lämplig metod och om de valda materialen är väl anpassade för fjärrvärmenätets förhållande med 16 bars tryck och temperatur på 120 grader. Under projektets gång har materialet utvärderats i labb med resultat över förväntan. Resultaten visade att materialet ensamt tål det inre trycket och temperaturen i fjärrvärmenätet och att det istället för att vara en metod för att laga mindre hål kan bära hela det intre trycket utan hjälp av det gamla fjärrvärmeröret, ett resultat långt över förväntan. Under projektets gång har det byggs en testrigg som kan simulera verkliga förhållanden i fjärrvärmenätet och det har installerats ett antal relinade teströr som nu ligger i drift i en långtidsstudie. Projektet har lett till att de två reliningföretagen HWQ Relining Systems AB och Pollex AB som samarbetat i detta projekt har startat ett gemensamt bolag, Pressure Pipe relining (PPR) som kommer att erbjuda relining av fjärrvärmeledningar. HWQ Relining systems AB E-post: info@hwq.se Näckrosvägen 15 Tel: 08-410 902 02 169 37 Solna

HWQ.se Abstract The term relining is used to describe the process where a new pipe is created inside the old pipe. The project is aimed at investigating whether relining of district heating pipelines is possible and if the chosen materials (liner) are suited for the high temperatures and pressures in these pipelines, 120º Celsius and 16 bar. During the project, the materials have been evaluated in laboratories with a result exceeding the initial expectations. The laboratory testing showed that the liner withstands both the temperature and pressure. The testing also concluded that the liner resists the internal pressure by itself it does not need the additional support of the old pipe. This was a result far exceeding the expectations and it means that the liner not only can be used to rehabilitate leaking pipes, but can withstand the same load as a new pipe. A test facility has been built within the project to be able to simulate real world scenarios. A number of relined test pipes have been installed and are now evaluated in this facility. This project has resulted in a joint venture between the relining companies HWQ Relining Systems AB and Pollex AB. They have started a new company, Pressure Pipe Relining (PPR) that will offer relining of district heating pipelines to the market. HWQ Relining systems AB E-post: info@hwq.se Näckrosvägen 15 Tel: 08-410 902 02 169 37 Solna

Innehållsförteckning 1 INTRODUKTION... 1 1.1 BAKGRUND... 1 1.2 PROJEKTETS MÅL... 1 1.3 KUNSKAPSLÄGE FÖRE PROJEKTET... 1 1.4 HWQ... 1 1.5 POLLEX... 1 2 MATERIALDATA, TESTER OCH VETENSKAPLIGA STUDIER... 2 2.1 PROTOTYP 1.... 2 2.2 UTVÄRDERING LAMINAT, PROTOTYP 1.... 4 2.3 EXTRA FÖRBÄTTRINGSTEG... 4 2.4 LAMINAT, PROTOTYP 2.... 4 2.5 VIDHÄFTNINGSTEST... 5 3 DIMENSIONERING... 5 4 RENSNING... 5 5 ANPASSA UTRUSTNING... 7 6 BYGGA CONTAINER... 8 7 RELINA TESTRÖR... 9 7.1 RELINING... 9 7.2 LÅSRING... 11 8 DEMONSTRATION... 12 9 FRAMTID... 13 9.1 REKOMMENDERADE FORTSATTA STUDIER... 13 9.2 PRESSURE PIPE RELINING... 13 9.3 FÖRVÄNTAD PRISBILD (ENDAST RELINING)... 13 9.4 NÄSTA STEG... 14 10 SLUTSATS... 14

1 INTRODUKTION 1.1 Bakgrund Fallerande fjärrvärmeledningar är ett växande problem som medför stora kostnader i form av grävarbeten och avstängningar i tätbebyggda områden. Uppskattningvis är kostnaden i genomsnitt 15.000 sek/m och att det i tätbebyggda områden kan vara så högt som 100.000 sek/m. HWQ Relining Systems AB och Pollex AB har en teknik som kan laga och renovera utslitna rör med minimala grävarbeten med hjälp av så kallad relining. Det finns olika metoder för relining men i detta projekt används strumpmetoden, dvs att en armerad strumpa mättas med plast och skjuts in i röret och därefter härdas det på plats. Tekniken att relina rör under mark har funnits i ca: 40 år. Genom denna teknik minimeras dyra grävningar och återställningskostnader genom att helt enkelt bygga ett nytt rör i ett befintligt rör, exempelsvis via de brunnar som redan existerar i rörsystemen genom att lyfta på kammaren. Acces kan även ske genom en punktschakt vid exempelvis en kompensator. Tekniken används främst på avlopp, dagvatten och dricksvattenledningar och är en accepterad samt ekonomiskt och miljömässigt fördelaktig metod för dessa system. Många lovande försök har redan gjorts att använda relining för fjärrvärmesystem, men de har fallerat på att de ingående materialen inte har varit anpassade att tåla temperaturer som är högre än 80-90 grader Celcius. Som referens från tidigare försök kan nämnas Fjärrvärmeföreningens rapport FOU 1996:4 Epoxirelining av fjärrvärmerör. Ännu en viktig aspekt som ändrats sedan 1996 är den automatiserade nivån på installationen. Processäkerheten är avsevärt högre och kvalitetssäkring är inte upphängt på mänsklig faktor. Det är numera en mobil processindustri, fullt kontroller och mätbar. 1.2 Projektets mål Projektet syftar till att metoden blir teoretiskt utvärderad både vad gäller material och dimensionering för att avslutas med en relining av flera mindre rör i en testanläggning byggd i en container där olika förhållanden kan simuleras och materialet enkelt kan demonsteras och utvärderas. 1.3 Kunskapsläge före projektet Innan detta projektet har det inte funnits en reliningprodukt på marknaden som klarar av de förhållanden som råder i fjärrvärmenäten (16 bar, 120 grader). HWQ och Pollex har tagit fram en ny produkt som skall testas, utvärderas och installeras i en testrigg under projektet. 1.4 HWQ HWQ Relining Systems AB grundades 2007 i Solna med affärsiden att renovera trycksatta ledningar i fastighet med samma kvalitet som vid installation av nya rör. HWQ har sedan starten arbetat med metod- och materialutveckling, fått ett godkänt europapatent och arbetar nu dagligen med renovering av trycksatta ledningar i fastighet. 1.5 Pollex Pollex AB grundades 1979 i Göteborg som det första Pig-företaget i Sverige. Inriktningen var till en början enbart rensning av dricksvatten- samt fjärrvärmeledningar. Senare tillkom rensning av tryckavlopps- och gasledningar. Idag är Pollex verksamma i de flesta områden inom vatten- och avloppsteknik (VA-teknik) och jobbar med förnyelse, underhåll, renovering och utredningar av VAsystem.

2 MATERIALDATA, TESTER OCH VETENSKAPLIGA STUDIER Strumpan installeras och härdas på plats och blir till ett nytt rör som vidhäfts i ett rengjort fjärrvärmerör. Detta nya rör består av av olika lager av material som tillsammans bildar ett laminat. I början av projektet skulle endast ett laminat testas men under projektets gång upptäcktes flera förbättringsmöjligheter varför ett nytt laminat har tagits fram. Detta andra laminat var inte med i ursprungsplanen och har därför höjt innovationsnivån i projektet. De data som redovisas i rapporten bygger på prototyp 1 och mer data kommer att redovisas efter projektets slut. Vi uppfyller likväl projektets mål att redovisa materialtester som visar att materialen är väl anpassade för att verka i fjärrvärmenät. 2.1 Prototyp 1. Prototyplaminat 1 är upbyggt av tre olika material Aramidväv, mer känt under varumärket Kevlar. Detta är ett starkt material som blir lastbärare för det inre trycket. Detta kommer ligga ytterst i laminaten och närmast det gamla fjärrvärmeröret. Figur. 1 Aramidväv Glasfiber/polysterfilt, filten kommer vara en bärare för epoxi och beroende på filttjocklek styrs laminatets tjocklek Figur 2.Glasfiber/polysterfilt

Värmetålig epoxi. Aramidväv och filt dränks in i epoxin och härdas sedan till färdigt laminat. Figur 3. Stav av råplast (epoxi) Figur 4.Komplett laminat Det tillverkades 12 stycken provplattor för hand som sedan skickades till Swerea Kimab för undersökning och karaktärisering av material för relining av fjärrvärmeledningar. Se bifogad rapport, bilaga 1. Plattorna blev ca 5-6 mm tjocka.

2.2 Utvärdering laminat, prototyp 1. Hela rapporten från Swerea Kimab är bifogad. Det man kan utläsa är att materialet ensamt utan det gamla stålröret tål både tryck och temperatur i fjärrvärmenäten, 16 bar och 120 grader vilket är väldigt positivt. Tryck Ett 100 mm rör som utsätts för 16 bars tryck behöver en brotthållfasthet på 73 MPa. Vår uppmätta aramid tål ca 260-270 MPa. Då aramidskiktet, när det blir ett rör, ligger ytterst och är väldigt stumt får inte det inre filtskiktet någon chans att töja sig och spricka. Därför räknar man med aramidskitets brottgräns som begränsning i konstruktionen. Brotthållfastheten är linjär mot diametern, så ett 200 mm rör behöver den dubbla hållfastheten, dvs 146, och ett 300 mm den tredubbla, osv. Temperatur Uppmäta Tg-värden (glasförändringstemperaturen) ligger på ca 150 grader vilket är ca: 25 % över den maximala drifttemperaturen på 120 grader. Detta är en god säkerhetsmarginal för att laminatet skall kunna verka i fjärrvärmenätet. Rapporten visar också på förbättringsmöjligheter då det existerande materialet suger upp en viss del vatten, vilket ökar risken för delaminering på sikt. När material suger upp vatten minskar hållfastheten under materialets livstid och därför är det önskvärt med minimal absorbering. 2.3 Extra förbättringsteg Följande förbättringar gjordes innan prototyp 2 togs fram Starkare aramid: då vi inte hade tid att ta fram en väv med tjockare material användes det dubbla lager av aramid i prototyp 2. I framtiden är det inga problem att endast ha ett tjockare lager. Detta gjordes enbart pga den tid det skulle ta att väva nytt material. Anledningen till att vi utökar aramidens tjocklek mha dubbla lager är att klara av trycket även vid långtidsanvändning och eventuell nedbrytning av materialet. Livslängden bör avsevärt förbättras med tjockare väv. Glasfiber/polyesterfilten ersattes av en ren glasfiberfilt då polyestern absorberade vatten. Impregneringen och härdningen skedde under vakuum och under mer stabila tillverkningsförhållanden. Detta för att få bort alla microlufthål som kan fyllas med vatten. Bättre laminatuppbyggnad påverkas direkt av vakuumimpregnering och denna förbättring avvaktar vi med. 2.4 Laminat, prototyp 2. Det tillverkades nya provplattor, denna gången på ett vakuum-bord där både temperatur och vakuum kunde kontrolleras under hela härdningsprocessen. Detta laminatet kommer att testas ytterligare efter projektets avslutande och rapporteras vidare. Då detta materialet inte var med i projketet från början är inte dess mätvärden med i denna slutrapport, men de kommer att kompletteras till Svensk Fjärrvärme när de är klara. De nya provplattorna blev ca 3,5 mm vilket beror på den avsevärt bättre tillverkningsprocessen. Då är det också dubbla lager aramidväv som bör ge en total hållfasthet på ca 500 MPa, dvs fullt tillräckligt för ett 600 mm rör.

2.5 Vidhäftningstest Swerea Kimab har gjort tester på vidhäftningen av laminat 2 mot en stålplatta, se bilaga 2. Detta för att simulera hur hårt det nya röret kommer att sitta i det gamla rengjorda fjärrvärmeröret. Då vi har andvänt 2 lager aramid i laminatuppbyggnaden räknar vi med vidhäftningsvärdet mellan det yttre aramidskiktet och stålet. Detta för att det i en framtida slutprodukt kommer det att vara endast 1 lager aramid. Vidhäftningen ligger på 5,6 MPa eller N/mm2 vilket är ca det krav som finns på vidhäftning vid tillverkning av processutrustning med laminat. Då vi har en väldigt stor vidhäftningsarea bedömmer vi vidhäftningen som mer än tillräcklig för denna applikationen. 3 DIMENSIONERING När projektet startade var dimensionering en stor del för att se hur stora hål vi skulle klara av att laga och dimesionera efter det. Men då testerna på Swerea Kimab påvisar att strumpan tål > 16 bar och 120 grader behöver vi i användandet av metoden inte dimensionera för olika hålstorlekar då den färdighärdade strumpan ensamt tål hela belastningen från fjärrvärmemediet. Materialet lever med andra ord upp till de krav som ställs i applikationen med råge och på ett bättre sätt än beräknat vid projektets början när det var tänkt att kunna laga mindre hål. 4 RENSNING Innan själva reliningen kan genomföras behöver befintlig ledning rengöras. Främst handlar det om att avlägsna den magnetitbeläggning (svartrost) som bildats, men även säkerställa att ledningen är helt fri från annan påväxt eller föremål. Vi har under projketets gång tittat på både blästring och att mekaniskt slipa rören men kommit fram till att rensning med Polly-Pig-metoden (se figur 5) är effektivast. Polly-Pig-metoden är en väl utvecklad och effektiv metod som Pollex använt sedan 1979 både på fjärrvärmeledningar och andra tryckledningar. I bilderna nedan visas hur Polly-Pig-rensning går till. Förenklat så driver man en rensplugg (se figur 6 & 7)) flera gånger genom ledningen m.h.a. vattentryck. Polly-Pigs finns i många olika utföranden och de anpassas efter ledningens kondition. Efter rensning har man en stålren ledning redo att relinas. Ledningen kommer även att filmas innan relining för att säkerställa fullgod rensning och identifiera eventuella instickande delar eller andra hinder. Identifierade instick och hinder fräses bort med hjälp av robot.

Figur 5.Schematisk bild av Polly-Pig-rensning. Piggen förs in via en starthylsa och tar sig igenom 90- böjar, ventiler och T-stycken. Figur 6. Polly-Pig. Figur 7. Olika typer av Polly-Pig. Figur 8. Dricksvattenledning före rensning. Figur 9. Dricksvattenledning efter rensning.

5 ANPASSA UTRUSTNING Anpassning av utrustning krävdes för att kunna utföra testreliningen. De tre huvudelementen i utrustningen är: Det hyrdes in ett elekstriskt valsverk med vakuumpump för att kunna impregnera strumpan under vakuum. Trycktrumma som klarade installationstrycket på 3 bar köptes för just detta ändamål (se figur 10). Ångpanna för härdning av fodret hyrdes för härdningsprocessen (se figur 11). Ångprocessen är helt automatiserad och kontrollerad via datorprogram för att säkra att uthärdningsschemat efterföljs. Figur 10. Trycktrumma för invrängning av foder. Notera att detta är en liten trumma som användes vid vrängning av de provbitar som installerats i testcontainern. Figur 11. Ånggenerator installerad i enhet för relining.

6 BYGGA CONTAINER Vattenfall har varit till stor hjälp i projektet med att bygga en testrigg i en container som efter att konstruktionen blev färdig också placerades hos Vattenfall i Uppsala. Testriggen är uppkopplad mot fjärrvärmenätet där det finns tillgång till 130 gradigt fjärrvärmevatten året om. Testriggen har tre olika slingor som är uppdelade enligt följande, en på 120 grader, en på 70 grader och en som pendlar mellan 70-120 grader. Samtliga slingor utsätts för 16 bars tryck. Testanläggningen kommer att fortsätta vara i drift i Vattenfalls regi under planerat 5.000 timmar och evetuellt 10.000 timmar, dessa resultat ligger utanför detta projekt med kommer att kommuniceras till Fjärrsyn. Testriggen loggar både tryck och temperatur och data kan laddas ner via gsm-nätet så tekniker slipper vara på plats samt att säkerhetskopiering av data blir enkel. Figur 12. Testrigg under slutfasen av bygget. De relinade teströren kommer att placeras bakom det härdade glaset till vänster för att skydda besökare vid ett eventuellt läckage

7 RELINA TESTRÖR 7.1 Relining De rörbitar som installerats i testcontainern relinades i Pollex lokaler i Nödinge. Hela processen gick mycket bra och detta var en första indikation på att utförandeprocessen är fullt genomförbar. Det är värt att påpeka att installation av små dimensioner är avsevärt mer krävande än större, bl.a. krävs högre tryck och specialverktyg behöver skalas ner. Teströren var DN 100 mm. Figur. 13 Några av de rörbitar som relinats. Figur 14. Ihopsatta rörbitar under relining.

Figur 15. Närbild på uthärdat foder mellan två provbitar. Figur 15. Installerat och uthärdat foder avkapat vid ena ändan.

7.2 Låsring Vid varje början/avslut med strumpan installeras en låsring för extra säkerhets skull. Låsringens funktion är att säkra att strumpan verkligen sitter på plats och att inget vatten kan tränga bakom mellan det gamla röret och strumpan. Låsringen är tillverkad helt i rostfritt stål och specialanpassad för varje dimension. Den består av en rundvalsad plåt samt en passbit. Passbiten kilas fast med hjälp av ett specialverktyg. För att varje gång få ett högt och jämnt tryck på låsringen specialanpassas passbiten för varje installation. Passbiten låses även fast i låsringen mha specialverktyget. Figur 16. Låsring installerad.

8 DEMONSTRATION Demonstrationen gick ut på att relina teströren, installera dem i containern och sedan driftsätta den med 16 bars tryck och 120 gradigt vatten, vilket gjordes den 29 april 2013. Driftsättningen gick bra och då ett av de relinade teströren har ett flertal hål i sig ser man direkt hur funktionen är uppbyggd. Hålstorleken varierar från 3 mm i diamater till 80 x 100 mm. Figur 17. Relinat fjärrvärmerör med hål, observera att de mörkare zonerna inte är vatten utan gammal härdad plast från installationen, det förekommer inga som helst läckage genom strumpan

Figur 18. Här är testcontainern i full drift, man ser tydligt strumpan i hålen i teströret längst ner bakom glaset. 9 FRAMTID 9.1 Rekommenderade fortsatta studier Böjar, kompensatorer och avstick. Kan metoden utvecklas för att kunna renovera mer än raksträckor? Åtkomst till rör - genom brunnslock, lyfta kammare eller schakt? Avgränsning för relining, kapning och återställning av rören 9.2 Pressure Pipe Relining HWQ och Pollex har tack vare detta projekt tillsammans bildat ett nytt bolag, Pressure Pipe Relining (PPR) som kommer att marknadsföra och erbjuda reliningprodukter för fjärrvärmenät. PPR kommer att börja med en marknadsundersökning redan vår/sommar 2013 och om tillräckligt stort intresse finns bör det våren 2014 gå att handla upp relining av fjärrvärmerör. 9.3 Förväntad prisbild (endast relining) Prisbilden är svår att förutse i dagsläget och kommer att vara väldigt volymberoende. Det krävs en årlig volym på minimum ca. 5000 meter rör för att kunna motivera en investering i den maskinpark som krävs för att göra både kvalitativa och effektiva jobb. En enkel kalkyl med dagens kunskap är att ett introduktionspris (vid 5000 meter) för en DN300 mm ledning ligger på ca. 6000 kr/meter rör. Priset förväntas sjunka med volymer, samma kalkyl ger ett ca 20 % lägre pris vid 10 000 meter/år. Kapaciteten för en framtida maskinpark förväntas vara 400-600 meter rör i veckan beroende på detaljer såsom dimension, längder åtkomst mm.

9.4 Nästa steg För att ta nästa steg och bygga en komplett maskinpark för relining av fjärrvärmerör behöver det göras en marknadsundersökning för att bedöma intresset hos nätägare. Om det finns intresse att metoden skall vara tillgänglig behövs det förbindelser på minst ca 5000 m relining per år under fem år. Givetvis under förutsättningen att testerna faller väl ut och att produkten lever upp till de ställda kraven från fjärrvärmebranschen. 10 SLUTSATS I det gångna projektet har vi framgångsrikt visat att relining med strumpmetoden kan bli en fullgod metod för att laga och renovera fjärrvärmerör. Metoden kan på många sträckor genomföras till en avsevärt lägre kostnad än traditionella metoder för att ersätta fjärrvärmerör. Vi har också visat att metoden klarar att reparera rör oavsett storlek på brott och läckor. En tredje part (Swerea Kimab) har tagit fram materialdata som styrker materialets egenskaper. En testrelining i container där metoden enkelt kan visas upp och demonstreras för potentiella intressenter i branschen är byggd och driftsatt. Ett nytt företag har bildats tack vare Fjärrsynprojektet och en ny metod kommer att finnas tillgänglig för branschen.

UPPDRAGSRAPPORT KONFIDENTIELL Undersökning och karakterisering av material för relining av fjärrvärmeledningar Handläggare: Stefanie Römhild Sektion: 74 Telefon nr: 08-6741723 E-post: stefanie.romhild@swerea.se Datum: 2013-03-07 Er referens: Gerth Karlsson Vattenfall Research and Development AB SE-169 92 Stockholm Sverige Swerea KIMAB:s Ref nr: 744009 Ert Ref nr: - Godkänd av: Petter Bergsjö

2 Ref nr: 744009 Handläggare: Kund: Stefanie Römhild Datum: 2013-03-07 Vattenfall Research and Development AB SE-169 92 Stockholm Sverige Undersökning och karakterisering av material för relining av fjärrvärmeledningar 1. Sammanfattning Ett material bestående av en epoxiimpregenrad polyester/glasfilt i insidan och en aramidförstärkning på utsidan har testats med avseende på åldringsbeständighet i vatten vid 99-140ºC och karakteriserats med avseende på de mekaniska egenskaperna. Hartset uppnår nästan fullständig uthärdning med den av HWQ använda efter-härdningsproceduren. Vatten verkar dock har en viss mjukgörningseffekt på plasten. Vad gäller kemisk påverkan av hartset genom vatten har inom det studerade tidsintervallet (ca 2 månader) inga negativa effekter som sprickbildning, disc cracking, kraftigt ökad vattenabsorption eller viktnedgång av clear cast observerats som skulle kunna tyda på tex hydrolys- eller nedbrytningsreaktioner vid 120ºC. I laminatet absorberar aramidskiktet absorberar mellan 10 och 11% vatten vilket får anses som högt. Aramidfibern uppges påverkas av vatten vid 120ºC på lång sikt. Även filtskiktet uppvisar en kraftig vattenabsorption. Den syntetiska delen anges vara återvunnen PET. PET kan hydrolyseras i vatten och 120ºC förefaller som en hög temperatur för återvunnit material av denna typ. Vid mekanisk provning i drag sker brott först i det svagaste skiktet, dvs i skiktet förstärkt med glas- och polyesterfilt. Därefter sker, vid fortsatt dragbelastning, en delaminering mellan detta skikt och skiktet förstärkt med aramidfibrer. Aramidskiktet indikeras ha en brotthållfasthet av ca 260-270 MPa. I kompositen med filtskiktet får den belastas till en töjningsnivå som motsvarar maximalt filtskiktets brottöjning för att förhindra sprickbildning i filtskiktet. Det finns ett flertal parametrar som skulle kunna förbättras med det nuvarande materialsystem för att uppnå ett material med bättre egenskaper och längre livslängd, bland annat kan en mer hydrolysbeständig armering väljas och laminatuppbyggnaden optimeras. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

3 Ref nr: 744009 2. Bakgrund Swerea KIMAB har för materialverifikation erhållit ett epoximaterial med och utan armering från HWQ Relining Systems AB, som skall användas för relining av fjärrvärmeledningar. HWQ relining Systems AB har tagit fram och patenterat ett epoximaterial som ska klara de höga temperaturer och tryck som förekommer i en fjärrvärmeledning. De har utöver detta tagit fram ett armeringsmaterial baserat på aramidfibrer som ska kunna klara de förekommande trycken och temperaturerna utan att en stor väggtjocklek behöver byggas upp i reliningen. Teoretiska beräkningar har visat att materialet kan klara förekommande tryck och temperatur med en tjocklek av endast 6 mm. Vidare har HWQ relining tagit fram en lämplig process för att kunna utföra reliningen i praktiken. Målet är att kunna relina fjärrvärmeledningar med en maximal vattentemperatur av 120ºC och ett maximalt tryck av 16 bar. I ett första steg ska en raksträcka på ca 100 m kunna relinas som förekommer mellan två kammare med kompensatorer. Det befintliga systemet är stålrör med mineralull som isolering installerade i betongkulvertar. Stålrören kan vara korrosionsskadade från utsidan då betongkulvertarna läcker dagvatten eller har skadats genom rörelser i marken. Hålstorleken i stålrören kan variera från några mm in diameter till några centimenter och förväntas öka de kommande åren då korrosionsskadorna tilltar. HWQ har fått medel beviljat från Svensk Fjärrvärme för ett projekt som utförs i samarbete med Vattenfall Research and Development AB. Framförallt fjärrvärmenätet i Uppsala som ägs av Vattenfall anses vara i stort renoveringsbehov de kommande åren. Relining ses som en lämplig åtgärd för att kunna förlänga livslängden hos systemet som skulle vara ekonomiskt fördelaktigt i jämförelse med att byta ut ledningarna. Relining är också fördelaktig i starkt trafikerade områden där omfattande grävarbeten är svåra. Vattenfall har som önskemål att reliningen ska kunna leda till en förlängning av livslängden med 20 50 år. Projektet inom Svensk Fjärrvärme syftar till att i större skala kunna visa att relining med beskrivet material kan vara en lämplig åtgärd för att förlänga livslängden hos fjärrvärmeledningar genom provning i större skala än laboratoriemiljö (provstation i anslutning till befintligt nät) och eventuellt fältprovning (relining av befintlig ledning mellan två kammare) och att bedöma livslängden som ett sådant system skulle kunna ha. Innan dessa tester ska sättas igång önskar dock Vattenfall att verifiera både teoretiskt och praktiskt att det utvalda materialsystemet har förutsättning att kunna klara driftförhållandena. Syftet med denna utredning har således varit att utvärdera och verifiera att det valda epoxi- och armeringsmaterialet är lämpliga som reliningmaterial för fjärrvärmeledningar. Vidare ska utredningens resultat vara underlag om och hur materialet eventuellt bör förbättras och hur en eventuell fältprovning bör utföras. Den inledande utredningen för att verifiera materialegenskaperna utfördes under perioden november 2012 till februari 2013. Resultat presenterades och diskuterades kontinuerligt. Det följande avsnittet sammanfattar dessa möten. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

4 Ref nr: 744009 3. Projektmöten för avstämning Den 15e januari 2013 hölls ett möte med Gerth Karlsson (Vattenfall Research and Development AB), Stefan Håkansson (HWQ Relining) och Stefanie Römhild (Swerea KIMAB) där resultaten diskuterades. Det påpekades att en vattenabsorption på 10 % och mer i laminatet kan tyda på icke-önskvärda processer i materialet. Det bestämdes därför att det skulle utföras ytterligare tester för att fastställa vilken komponent som orsakar vattenabsorptionen och svällningen. Det diskuterades vidare att Kevlar är känt för hög vattenabsorption och att de mikroskopiska undersökningarna av laminatet tillverkat med filten indikerar en förändring av filtmaterialet, antagligen polyestern. Det bestämdes att Stefanie Römhild kontaktar Olof Sämgård för att få mer specificerad materialdata. Vidare diskuterades att laminatuppbyggnaden kan optimeras, dvs att filtskiktet kan göras tunnare. För att komplettera de befintliga mekaniska data och kunna göra en bättre hållfasthetsanalys bestämdes därför att tester ska utföras på endast Kevlar- och filtlaminat. Stefan Håkansson ska tillverka dessa laminat. Den 7e februari hölls ytterligare ett möte för att diskutera utredningens resultat och för att se över möjligheterna att förbättra materialet innan det sätts in i containern. Filten behöver bytas ut mot ett mer beständigt material. Möjligheten att byta aramidväven mot ett glas med hög hållfasthet diskuterades också. Det beslutades att Stefan Håkansson för vidare diskussioner med Olof Sämgård och en annan materialexpert för att välja bäst möjliga material inför testerna i containern. Utgångspunkt kommer vara aramidfiber medan möjligheten att använda glasfiber undersöks senare. 4. Undersökning Material Rent epoxi material (utan armering) samt material bestående av ett skikt med filtarmering och ett skikt med aramidarmering tillverkades av HWQ Relining och skickades till KIMAB för analys, Figurer 1 och 2. Epoximaterialet utan armering betecknas härefter som clear cast och hade en tjocklek av ca 4 mm. Epoximaterialet med en armering av både glas/polyesterfilt och en väv av aramidfiber (angavs som Kevlar) betecknas härefter som laminat och hade en tjocklek av ca 5 till 6 mm. På grund av inre spänningar var laminatplattorna mycket böjda och impregneringen av armeringen var inte optimal. I samråd med Vattenfall och HWQ bestämdes därför att utföra ett mindre antal experiment än tidigare planerat för att verifiera de grundläggande materialegenskaperna. Den mekaniska provningen utfördes med några mindre modifieringar av standarden för att kompensera för att materialet inte var plant. Provatantalet reducerades från 5 provstavar till 3. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

5 Ref nr: 744009 Figur 1 En av de erhållna laminatplattor (platta 3) där aramidskiktet visas. Figur 2 Aramidväven. Termisk analys Materialet karakteriserades med DSC (Differential Scanning Calorimetry) för att säkerställa att det hade den önskade uthärdningsgraden. Ett litet prov på ca 10 mg värmdes från 25 till 200ºC med en hastighet av 10 K/min, kyldes sedan till 25ºC och värmdes igen från 25 till 200ºC med en hastighet av 10 K/min. Åldringstester För att studera växelverkan mellan epoximaterial/armering och vatten utfördes exponeringar i vatten vid olika temperaturer för både clear cast och laminat. Provbitar med en storlek av ca 4 x 4 cm tillverkades och exponerades i avjoniserat vatten vid 99ºC, 120ºC och 140ºC. I de två sistnämnda fallen utfördes exponeringarna i en autoklav. Behållarna var alla placerade i ventilerade ugnar. Både vikts- och tjockleksförändring mättes som en funktion av exponeringstiden. Mikroskopiska undersökningar Mikroskopiska undersökningar utfördes på polerade tvärsnitt. Tvärsnitten polerades under vatten till en ytfinhet motsvarande P4000 och studerades sedan under ett ljusmikroskop. Därefter infärgades tvärsnitten med ett dispersionsfärgämne som kan synliggöra defekter i materialet. Mekanisk provning Mekanisk provning utfördes enligt ISO 527-4 med några modifikationer för att kompensera för att provstavarna inte var raka. E-modulen bestämdes på raka provstavar (bredd 10 mm, längd 150 mm, inspänningsländ 115 mm) med en extensiometer. Brotthållfastheten mättes på hundbenformade provstavar enligt form 1B i ISO 527-4. Dessa provstavar tillverkades manuellt genom slipning och var således inte helt perfekta. Anledningen var att maskinell tillverkning var svår pga den böjda formen. Provningen utfördes med en draghastighet av 2 mm/min vid rumstemperatur (22ºC) och 120ºC. Tabell 1 visar vilka material som testades. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

6 Ref nr: 744009 Tabell 1 Mekanisk provning. Material 22ºC 120ºC 0º, dvs i riktningen som markerats med pil av HWQ 3 provstavar E-modul, 3 provstavar brotthållfasthet 90º, dvs lodrätt till riktningen som markerats med pil av HWQ 3 provstavar E-modul, 3 provstavar brotthållfasthet 3 provstavar E-modul, 3 provstavar brotthållfasthet 5. Resultat Termisk karakterisering av det oexponerade materialet Resultaten från den termiska karakteriseringen visas i Tabell 2. Glastransitionen, Tg, är temperaturen där materialet börjar mjukna. Tg1 är ett mått på vilket uthärdningsgrad materialet nått och är beroende av materialets termiska historia. Tg2 är det maximala värdet som materialet kan uppnå och ett mått på om materialet kan uthärda till optimala värden. Förhållandet mellan Tg1 och Tg2 är således ett mått på hur pass bra materialet är uthärdat. Tg1 var i genomsnitt 148ºC och Tg2 152ºC. Materialet är således bra uthärdat och mjukningstemperaturen i det icke-exponerade materialet ligger väl över drifttemperaturen på 120ºC. Tg2 motsvarar värdet som angivits i databladet som lämnades till KIMAB av HWQ. Tabell 2 Resultat från den termiska analysen av oexponerat material. Tg1 (ºC) Tg2 (ºC) Mätning 1 147,7 152,1 Mätning 2 148,2 151,2 Vattenabsorption Vattenabsorptionen som funktion av tiden är ett bra mått för att enkelt kunna fastställa om ett material är lämpligt för vattenmiljöer vid viss temperatur. Hydrolysreaktioner kan medföra att vattenabsorptionen stiger kraftigt efter att en jämnvikt har nåtts pga att små sprickor bildas i materialet (disc cracks). En kraftig viktnedgång å andra sidan tyder på mycket snabba nedbrytningsreaktioner. För att kunna få en uppfattning om temperaturinverkan utfördes dessa experiment vid tre olika temperaturer (99, 120 och 140ºC), varav en temperatur, 140ºC, ligger över driftstemperaturen och nära materialets Tg. I dagsläget har exponeringen av rent harts, clear cast, pågått i 4 6 veckor. Figur 1 visar vattenabsorptionsvärden efter olika tidspunkter för de olika temperaturerna. Värdena har plottats mot kvadratroten ur tiden. En diffusionsstyrd process skall ge ett linjärt samband i början av absorptionsprocessen; viktuppgången är enligt Ficks lag proportionell till kvadratroten ur tiden. För att kunna direkt jämföra de olika provkurvorna har värdena normaliserats med avseende på provens tjocklek. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

7 Ref nr: 744009 Figuren och svällningsexperiment indikerar följande: Vattenabsorptionen i det rena hartset ligger på mellan 5 och 6 vikts% beroende av exponeringstemperaturen. Vattenabsorptionen stiger med ökande temperatur. Vid 120ºC ligger jämnviktsvärdet vid ca 5,6 vikts%. Absorptionsvärdet temperaturberoendet verkar följa någorlunda Arrhenius-sambandet. Vid 140ºC, kan på längre sikt möjligen en liten viktminskning observeras. I korttidsförsöket har inga indikationer i absorptionskurvan hittats som tyder på att hartset är känslig för hydrolys eller kraftig urlakning vid temperaturer upp till 120ºC. Inom det studerade tidsintervallet låg svällningen av hartset kring 1,5-2% vid 99ºC och 120ºC. Vattendiffusionen är relativt snabb. Vid 99ºC har en 4 mm tjock platta nått jämnvikt efter ca tre veckor. Vid 120ºC har jämnvikt nåtts redan efter ca 1,5 veckor. 6,00 Vattenabsorption vid olika temperaturer Weight change (%) 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 99C-1 99C-2 120C-1 120C-2 140C-1 140C-2 0,00 0 2 4 6 8 10 SQRT/thickness (h 0.5 /mm) Figur 3 Viktsförändring hos det rena hartset (clear cast) efter exponering för vatten som en funktion av kvadratroten ur tiden. Värdena är normaliserade med tjockleken (ca 4 mm). Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

8 Ref nr: 744009 1,74 Arrhenius diagramm 1,72 1,7 ln (S) 1,68 1,66 1,64 1,62 0,0024 0,00245 0,0025 0,00255 0,0026 0,00265 0,0027 0,00275 1/T (1/K) Figur 4 Arrhenius diagramm för korttids-sorptionskoefficienten S (g absorberat vatten/ 100 g harts). Vidare har vattenabsorptions- och svällningsexperiment utförts med laminat bestående av ett filt- och ett aramidskikt. Tabell 3 visar jämförande värden för både vattenabsorption och svällning efter en vecka exponering i vatten vid olika temperaturer. Tabell 3 Jämförelse vattenabsorption/svällning clear cast och laminat efter en vecka. 99ºC 120ºC 140ºC Clear Laminat Clear Laminat Clear Laminat cast cast cast Vattenabsorption 4,5 5,5 5,4 6,7 5,7 9,9 (%) Svällning (%) 1,5-2 Ca 4 1,5-2 Ca 5-6 Ca 10 Värdena visar att vattenabsorptionen är betydligt högre i laminatet än i det rena hartset. Detta beror antingen på att det samlas vatten kring armeringen eller att materialet i armeringen kan absorbera vatten i större utsträckning än hartset. Skulle armeringen vara av typen att den inte tar upp vatten borde vattenabsorptionen i laminatet istället sjunka relativt till absorptionen i det rena hartset. Kevlar är t.ex. känt för att absorbera större mängder vatten [1,2]. Även svällningen är betydligt högre i laminatet än i det rena hartset. För att studera vilken effekt filten och aramiden var för sig utfördes åldringstester i vatten vid 99, 120 och 140ºC med laminat bestående av endast filt och harts och av endast aramid och harts. Det i december erhållna materialet delades genom att försiktigt dra loss aramid-skiktet från filtskiktet. Dubbelprov testades. Resultaten för vattenabsorptionen och svällningen sammanfattas i Tabell 4. Svällningsvärden har viss spridning och får anses som en indikation. Värden kan direkt jämföras med dem i Tabell 3. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

9 Ref nr: 744009 Tabell 4 Jämförelse vattenabsorption/svällning laminat med endast filt eller laminat med endast aramid efter en vecka. 99ºC 120ºC 140ºC Filt Aramid Filt Aramid Filt Aramid Vattenabsorption 6,1 10,0 8,3 10,5 10,3 10,8 (%) Svällning (%) 1-1,5 Ca 15 1,2-1,9 Ca 20 Ca 2,5 Ca 20-25 Inverkan av vattenabsorption på mjukgörningstemperaturen Absorberat vatten kan ha en mjukgörande effekt på epoxi-harts. I den initiala försöksplaneringen skulle vattnets effekt på hartset/laminatet karakteriserats genom mätning av de mekaniska egenskaperna efter åldring i vatten i ca 4 veckor. Eftersom dessa försök sköts upp gjordes ett försök att karakterisera vattnets möjliga mjukgörningseffekt med en enkel DSC-mätning. Provkupongerna hade då varit exponerade för vatten i ca 60 dagar. Resultaten redovisas i Tabell 5. Mätintervallet för två mätningar redovisas. För materialet exponerat vid 99ºC var Tg mycket tydlig. För materialet exponerat vid 120 och 140ºC var Tg dock bredare och svårare att utvärdera. Det finns dock en tendens att mjukgörningseffekten ökar med ökande exponeringstemperatur, antagligen beroende på ökad vattenabsorption. En annan mätmetod borde tillämpas om noggrannare värden skulle behövas. Tabell 5 DSC mätning på fuktigt epoxiharts (efter ca 6 veckors exponering för vatten vid olika temperaturer). Exponeringstemperatur, vatten ºC Sorptionskoefficient (%, g H2O/100 g vatten) Tg1 (ºC) Tg2 (ºC) 99 5,1 120-121 155-156 120 5,4 112-113 154-156 140 5,65 109 153-155 Mikroskopiska undersökningar En mikroskopisk undersökning urfördes för få en djupare insikt i hur de olika exponeringstemperaturerna påverkar materialet. Figurerna 5 till 7 visar polerade och infärgade tvärsnitt av laminat som varit exponerat för 99, 120 och 140ºC vatten i en vecka. Vid alla tre temperaturer visade laminatdelen som består av polyester och glasfilten inga defekter i form av sprickor eller delamineringar. Det kan dock konstateras att infärgningsgraden av polyesterfibrerna ökade med ökande exponeringstemperatur. Detta indikerar att polyesterfilten påverkas mer vid högre temperatur. I laminatdelen som utgörs av aramidfibern så kan en viss infärgning av fibrerna längs med tvärsnittsytan observeras. Detta är dock antagligen relaterat till poleringsproceduren. Fina sprickor kan observeras i fiberknipparna. Dessa är dock troligen relaterade till materialtillverkningen då de även funnits i oexponerat material. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

10 Ref nr: 744009 Figur 5 Polerat och infärgat tvärsnitt av provet som exponerades för 99ºC vatten i en vecka. Figur 6 Polerat och infärgat tvärsnitt av provet som exponerades för 99ºC vatten i en vecka. Aramidfibern visas i större förstoring. Figur 7 Polerat och infärgat tvärsnitt av provet som exponerades för 120ºC vatten i en vecka. Figur 8 Polerat och infärgat tvärsnitt av provet som exponerades för 120ºC vatten i en vecka. Aramidfibern visas i större förstoring. Figur 9 Polerat och infärgat tvärsnitt av provet som exponerades för 140ºC vatten i en vecka. Figur 10 Polerat och infärgat tvärsnitt av provet som exponerades för 140ºC vatten i en vecka. Aramidfibern visas i större förstoring. Efter ytterligare två veckors exponering visade provkupongerna som varit exponerat vid 140ºC kraftiga delamineringsskador i filtskiktet nära aramidskiktet, Figur 11. Även för kupongerna exponerade vid 120ºC kunde tendenser till Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

11 Ref nr: 744009 delamineringar fastställas, Figur 12. På grund av att små kuponger användes kan vissa kanteffekter, dvs spänningskoncentrationer som bidrar till delamineringarna, inte uteslutas. Resultaten är dock en indikation att tex olika svällningar/temperaturutvidgningar kan skapa delamineringar i materialet vilket bör testas med större prover/i fältförsök i ett senare skede. Även i material bestående av endast filt utan aramidskikt kunde i ett senare experiment tendenser till delamineringar vid kanter och hörn efter exponering vid 140ºC fastställas. Figur 11 Delaminering i filtskiktet nära aramidskiktet för laminat exponerat vid 140ºC för 26 dagar. Figur 12 Tendens till delaminering i filtskiktet vid ett hörn i ett laminat exponerat vid 120ºC för 26 dagar. Mekaniska egenskaper Tabellerna 6 och 7 sammanfattar de mekaniska egenskaperna i 0 och 90º riktningen vid rumstemperatur och 120ºC. De raka provstavarna för mätning av E- modul kördes även i brott och värdena räknades då brottet inte skedde i infästningen. Brottvärdet avser i detta fall värdet då brottet i laminatskiktet bestående av harts och glas- och polyesterfilt skedde. Aramidskiktet visade inget brott vid dessa spänningar. Provstavarna som hade hundbensform kördes däremot till totalbrott, dvs till brott av aramidfibern, Figur 13. Efter brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet skedde en delaminering längs aramid-skiktet. När delamineringen hade nått en jämvikt skedde slutligen brott i aramidskiktet (ca 1mm tjockt). Vid 120ºC förändrades brottmekanismen något: Till skillnad från de hundbensproverna testade vid 22º så förlängdes proven mer. Utöver detta verkade skjuvhållfastheten mellan skiktet förstärkt med glas- och polyesterfilt och aramidskiktet lägre. Värdena för brotthållfastheten av aramid-skiktet är beräknade för den initiala tjockleken (5 6 mm). Mätningarna indikerar följande: E-modul och brottspänning skiljer något i 0 och 90º riktning. Vid 120ºC påverkas E-modulen som sjunker med ca 20 % jämfört med värdet vid rumstemperatur. Brotthållfastheten verkar inte påverkas nämnvärt. Brottet sker i det glas- och polyesterfilt-förstärkta skiktet vid en brottspänning av ca 30 40 MPa räknat på den totala godstjockleken. Korrigerar man värden med den aktuella tjockleken för aramidskiktet så ligger brottspänningen för aramidvägen på ca 260-270 MPa i 0 och 90º- Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

12 Ref nr: 744009 riktning. Temperaturen på 120ºC verkade inte påverka brottspänningen kraftigt. Dessa värden är dock tagna från provningen av laminat med både filt och Kevlar skikt, där man fortsatte dra Kevlar-skiktet till brott efter att filtskiktet hade gått sönder. Endast ett fåtal kuponger testades. De får därför endast anses som indikation och mätningen borde göras om med laminat tillverkat med endast filt eller Kevlar. Tabell 6 Sammanfattning av resultat för 0º laminat. Medelvärde ± halv standardavvikelse. Alla värden är beräknade för laminatets totaltjocklek, dvs tjocklek för både filt- och aramidskikt. E- modul 0º (MPa) 22ºC 5100 ± 94 120ºC 4128 ± 2 Brottspänning raka provstavar 0º, motsvarar brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet (MPa) Brottöjning raka provstavar, motsvarar brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet (%) Brottspänning hundben 0º, motsvarar brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet (MPa) Brottspänning hundben 0º, aramid-skikt (MPa) 30,1 ± 1,4 0,62 ± 0,02 36,2 ± 2,0 64,6 ± 4,3 31,8 ± 5,3 1,6 ± 0,35 45,2 ± 2,9 61,5 ± 2,9 Tabell 7 Sammanfattning av resultat för 90º laminat. Medelvärde ± halv standardavvikelse. Alla värden är beräknade för laminatets totaltjocklek, dvs tjocklek för både filt- och aramidskikt. E- modul 90º (MPa) 22ºC 5485 ± 146 Brottspänning raka provstavar 90º, motsvarar brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet (MPa) Brottöjning raka provstavar, motsvarar brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet (%) Brottspänning hundben 90º, motsvarar brottet i det glas- och polyesterförstärkta skiktet (MPa) Brottspänning hundben 90º, aramid-skikt (MPa) 40,2 ± 0,6 0,91 ± 0,07 34,9 ± 5,4 45,3 ± 1,3 Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

13 Ref nr: 744009 Figur 13 Spännings-töjnings-diagram för en hundbensformad provstav 90º testad vid rumstemperatur. Spänningsvärden har beräknats med laminatets totaltjocklek, dvs tjocklek hos både filtoch aramidskikt. Samtal med Olof Sämgård Olof Sämgård anger att filten är tillverkat med återvunnen PET från PET-flaskor. Han har vidarebefordrat information från fibertillverkare att den hittills använda fibern (Technora) kan på lång sikt skadas av vatten vid en temperatur av 120ºC [3,4]. 6. Slutsatser och diskussion Hartset uppnår nästan fullständig uthärdning med den av HWQ använda efterhärdningsproceduren. Det uppnådda Tg-värdet ligger ca 25 till 30ºC över den maximala drifttemperaturen av 120ºC vilket motsvarar de rekommendationer som tex finns för processutrustning av glasfiberarmerad esterplast. Vatten verkar dock har en viss mjukgörningseffekt på plasten, dvs mjukningstemperaturen sjunker till 120ºC och lägre när plasten tagit upp vatten. Detta medför att mjukningstemperaturen ligger nära användningstemperaturen vilket kan påverka de mekaniska egenskaperna. Inga tester har dock utförts på åldrat material inom ramen för denna studie. Det är möjligt att senare tester visar på att ett harts med ett högre Tg värde krävs. Enligt diskussion med Stefan Håkansson kan dock de termiska egenskaperna hos hartset förbättras genom att ändra efterhärdningstemperaturen, dvs genom att öka faktorerna som tid, temperatur och tryck kan en högre tvärbindningsgrad i materialet uppnås. Vad gäller kemisk påverkan av hartset genom vatten har inom det studerade tidsintervallet (ca 2 månader) inga negativa effekter som sprickbildning, disc cracking, kraftigt ökad vattenabsorption eller viktnedgång av clear cast observerats som skulle kunna tyda på tex hydrolys- eller nedbrytningsreaktioner vid 120ºC. Vid 140ºC indikerar sorptionskurvorna att möjligen en viss Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se

14 Ref nr: 744009 viktnedgång kan förväntas för långa exponeringstider. För att bekräfta detta krävs längre mätningar. I laminatet bestående av en glas- och polyesterfiberfilt och ett skikt med aramidfibrer är vattenabsorptionen högre än i det rena hartset vilket indikerar att vatten samlas kring fibrerna eller att fibrerna själva tar upp vatten. I samband med den högre vattenabsorptionen sker även en högre svällning. Aramidskiktet absorberar mellan 10 och 11% vatten vilket får anses som högt. Initiala mätningar indikerar att detta medför en påtaglig svällning vilket kan vara en av anledningarna till att delamineringar bildats i filtskiktet. Aramidfibern uppges påverkas av vatten vid 120ºC på lång sikt. Mätningarna anges vara utförda i 100% vatten, medan kocentrationen av vatten i laminatet är lägre och effekterna således kan vara mindre för ett laminat. Detta bör dock beaktas och undersökas. Fibertillverkaren beskriver detta med att fibern måste skyddas mycket bra av epoxin. Även filtskiktet uppvisar en kraftig vattenabsorption som ökar kraftigt med exponeringstemperaturen (mellan 6 och 10% mellan 99 och 140ºC). Svällningen här är betydligt lägre. Laminatet innehåller en stor del luftinneslutningar som delvis kan påverka vattenabsorptionen. Sannolikt bidrar även filten själv till vattenabsorptionen. Den syntetiska delen anges vara återvunnen PET. PET kan hydrolyseras i vatten och 120ºC förefaller som en hög temperatur för återvunnit material av denna typ. Vid mekanisk provning i drag sker brott först i det svagaste skiktet, dvs i skiktet förstärkt med glas- och polyesterfilt. Därefter sker, vid fortsatt dragbelastning, en delaminering mellan detta skikt och skiktet förstärkt med aramidfibrer. Brott i aramidskiktet sker vid betydligt högre spänningar. Det finns skillnader i de mekaniska egenskaperna i 0 och 90º riktning som dock är relativt små. Hög temperatur av 120ºC sänker E-modulen med ca 20 %, men verkar inte påverka nämnvärt brotthållfastheten jämfört med provning vid 22ºC. Den mekaniska provningen som utförts hittills får anses vara en förenklad provning då provmaterialet inte var optimalt. Aramidskiktet indikeras ha en brotthållfasthet av ca 260-270 MPa. I kompositen med filtskiktet får den belastas till en töjningsnivå som motsvarar maximalt filtskiktets brottöjning för att förhindra sprickbildning i filtskiktet. Räknar man endast med aramidskiktet och en tjocklek av ca 1,1 mm så utsätts ett DN100 rör i omkretsriktning för 105 MPa vid härdning (23 bar) och 73 MPa vid 16 bar drift om stålröret inte skulle ha egen bärkraft. Ett DN 400 rör däremot utsätts tangentialt för fyra gånger spänningen vid samma tjocklek, dvs spänningarna är för höga för ett laminat med en tjocklek av 1.1 mm. Det måste påpekas att analysen bör förfinas genom att ta fram data för de olika skikten separat. Vidare bör en åldringsbetingad nedgång i de mekaniska egenskaperna beaktas. Swerea KIMAB AB P O Box 7047 SE-164 07 Kista, Sweden Isafjordsgatan 28A SE-164 40 Kista, Sweden Phone +46 (0)8-440 48 00 Telefax +46 (0)8-440 45 35 2012-08-08 kimab@swerea.se www.swereakimab.se