Amble: En kjernesak

Amble: En kjernesak

Av Sivilingeniør Eivind Amble

Det må være mer enn 16 år siden jeg sist skrev om temaet sandwichkonstruksjon i Båtmagasinet. Der understreket jeg som en betingelse for at sandwichprinsippet skal fungere er at limingen mellom de to yttersjiktene og selve kjernematerialet virker som den skal. Glipper taket her, er vi ille ute. I tillegg til at selve grunnlaget for sandwichpanelets stivhet og styrke forsvinner hvis kjerne og hudsjikt mangler kontakt, vil det med tiden kunne samles vann i hulrom som dannes mellom huden og kjernen. Det må ikke skje.
Se opp for delaminering
I Nr. 2/1990 fortalte jeg om dårlige erfaringer som var vunnet med tøft belastede bruksbåter - både passasjerfartøy og redningsskøyter. På den tiden red ”delaminering” enkelte prosjekter som en mare. Det var nok noen aktører som ikke helt så hvor viktig det er at de tre elementene hud-kjerne-hud får anledning til å samarbeide ordentlig når de skal gjøre jobben de er tiltenkt.
Det har også vært problemtilfeller i fritidsbåtsammenheng. Men konsekvensene har som regel vært mindre dramatiske. Og vel kvalifiserte reparasjonsverksteder har atskillig erfaring og rutine i å utbedre slike defekter.
Telefonkatalogen som eksempel
For enkelt å illustrere sandwichprinsippet, bruker jeg gjerne telefonkatalogen som eksempel. Den tykke boken som har myke permer lar seg bøye uten særlig motstand. Så lenge de mange sidene fritt kan gli mot hverandre. Men tar du bryet med å lime hvert eneste blad i boken til det neste, havner du med en stiv plate som ikke vil bøye seg, nesten uansett hvor hardt du forsøker. Da har vi fått et panel hvor yttersjiktene utsettes for trykk- og strekkbelastninger som avtar innover mot midten (nøytralplanet) der det er skjærkreftene som råder grunnen. De ytterste hudsjiktene blir utsatt for strekk- og trykk-krefter, mens midtsjiktene i kjernen må henge skikkelig sammen for å unngå at de skal gli i forhold til hverandre.
Nå er det klart at dersom selve kjernematerialet er en tykk plate av stivt, sterkt og tungt skum, vil den i seg selv kunne ha atskillig bøyefasthet. Men det er først når det kommer ”hud” på begge sider, at platen virkelig kan stå i mot store belastninger uten å bøye seg.
All den stund sandwichkonstruksjon gjerne velges for å holde vektene nede, er noe av vitsen at kjernen er så lett som mulig. Og da må samspillet mellom kjerne og ytterhud stemme.
Utsettes for strekk og trykk
Sjiktene mot bøyens ytterside utsettes altså for strekk, mens sjiktene innerst i svingen utsettes for trykk. Men mens yttersjiktene vil trekkes inn mot kjernen og klemmes stadig tettere inntil, vil sjiktene i innersving forsøke å bukle seg. Resultatet kan være at limingen svikter. Blir resultatet slik delaminering, betyr det at regnestykkene som ble lagt til grunn for dimensjoneringen, ikke er gyldige lenger.
Hudpaneler som utsettes for vekslende belastninger, som for eksempel båtens bunn i sjøgang, påkjennes av krefter som forsøker å løsne yttersjiktene fra kjernematerialet. Det gjør ikke situasjonen bedre at slagene som vannet uvegerlig kan rette mot bunnen nesten uansett båthastighet, under ugreie forhold kan være knallharde og konsentrerte. For å unngå trøbbel, må det ytterste hudsjiktet i sandwichbunnen da være understøttet av en kjerne som kan fordele kreftene uten at konstruksjonen går opp i limingen. Samtidig må kjernen være fast nok i seg selv til å motstå slagene uten å skades.
Eksempelvis har oppskriften til en ikke ukjent italiensk motor- og båtkonstruktør med atskillige seire i ”offshore racing” under beltet, vært å kombinere forholdsvis tykke yttersjikt og forholdsvis tynn kjerne av balsa endeved.
Siden de første båtene i sandwich så dagens lys, har det skjedd en kraftig utvikling. For det første er materialene blitt bedre i stand til å stå i mot påkjenninger. Og for det andre er det utviklet produksjonsmetoder som gjør at bindingen mellom de tre sjiktene blir langt mer pålitelig. Samtidig er bransjen blitt stadig mer bevisst, og produsentene av kjernematerialer fokuserer kraftig på hva som kan og må gjøres for å unngå problemer.
I et typisk informasjonshefte våren 2006 fokuseres det for eksempel på "never-bonds", altså områder som aldri fikk limkontakt da laminatet opprinnelig ble bygget. "Never-bonds" opptrer først og fremst i forbindelse med håndopplegg. Når det benyttes undertrykk (vakuum) for å sikre både at resin trekkes inn i alle hulrom, og at det blir skikkelig kontakt mellom kjerne og laminat, er risikoen for ”never-bonds” kraftig redusert. Men uansett metode, kreves det nøyaktighet og forståelse for hvorfor og hvordan.
Vannet finner veien….
Vann har en imponerende evne til å finne veien til områder hvor det absolutt må holdes unna. Det er en erfaring som mang en båtbruker har gjort seg. Og er det et hulrom - uansett hvor lite - inne i bunnlaminatet, eller i dekkslaminatet eller andre utsatte steder, kan vi være sikre på at det før eller senere vil samle seg vann i kaviteten. Herdet polyester er ikke 100 % diffusjonstett, og der laminatet er konstant utsatt for vann på den ene siden, vil det sakte men sikkert kunne trenge fuktighet gjennom. Også når det gjelder dekket og andre flater der det kan samle seg vann (som kommer ovenfra), er det om å gjøre at sårkanter etter utskjæringer og utboringer (også ved skruehull) blir ordentlig forseglet. Resepten er kort og godt å unngå hulrom og lekkasjemuligheter. Og dersom det oppdages en lomme som er full av tomt, så fyll den med tetningsmasse eller resin.
For at det skal bli mer lettvint å legge kjernemateriale mot krumme flater, skjæres flakene av balsa-endeved eller kjerneskum opp i ruter som heftes til en tynn vev. Det gjør håndteringen enklere. Å legge 5x5 centimeter ruter enkeltvis over noen kvadratmeter krum flate, er tidkrevende. Serveres rutene i fleksible ”flak” (som ikke gir spenn når de danderes), blir det mye å spare i arbeidstid. Problemet er bare at rutene som regel ligger tett-i-tett. Gjøres det ikke noen grep, kan det være umulig - eller i beste fall vanskelig - å få resin eller lim-masse inn mellom rutene. Hvis ikke gapet mellom rutene fylles med masse eller resin, uansett hvor liten avstand det måtte være, skapes det automatisk hulrom som vann kan lete seg frem til. Regelen om å fylle alle hulrom gjelder også her. Men hvordan klarer vi å få plassert polyester eller lim-masse mellom rutene?
Igjen kan vi ta vakuum til hjelp. Eller rettere sagt - vi kan suge (med undertrykk). Men skal vi få effekt av å bruke undertrykk, må det være en tilstrekkelig avstand mellom rutene til at det er en sprekk å fylle. Ofte kan balsa- eller skumrutene ligge for tett sammen.
Skal det for eksempel repareres en skade i et delaminert sandwichdekk, er det om å gjøre å finne praktiske løsninger som kan sikre både at gapet mellom kjernematerialets ruter fylles med resin, og at alle kjernerutene blir skikkelig klemt inntil massen som de legges i.
Første forutsetning må altså være at det er avstand nok mellom kjernerutene til at resinen eller lim-massen slipper inn. Dessuten må altså kjerneflakene trykkes godt nok inn mot resinet (eller massen) som de legges i. Bruk av et stort antall lodd, små sandsekker eller andre vekter har vært praktisert fra tidenes morgen. Men hvis flatene som saken dreier seg om, er under-opp eller nærmer seg vertikal, er ikke løsningen med vekter og lodder særlig praktisk. Da tvinger bruk av undertrykk seg frem, og så skal det rigges til med ”vakuumpumpe”, folier, tetningstape og slanger. En slik oppskrift kan nok ta motet fra noen hver, men saken er ikke så komplisert som det kan høres. Det er ikke nødvendig med store trykkforskjeller for å få den nødvendige effekten. Og det er gjerne gode råd å få fra materialleverandørene.
Gjør hjemmeleksen
Hjemmeleksen bør altså gjøres ordentlig før vi begir oss inn på byggeprosjekter eller reparasjonsoppgaver basert på sandwichkonstruksjon. Undersøk hva som skal til for å bruke vakuum-teknikk med suksess. Kanskje bør du ønske deg en presang til jul som kan være til hjelp for kjernesaken? Fremdeles kan en profesjonell vakuumpumpe erstattes av en utrangert støvsuger selv om den ikke lenger har kraft nok til å suge spikeren opp av gulvplankene. Hovedsaken er at forberedelsene gjøres etter boka og etter skikkelige fagråd.