Portatīvo komplektu var salabot ar UV izveides stiklplasta/vinila estera vai oglekļa šķiedras/epoksīda prepreg, kas uzglabāts istabas temperatūrā un ar akumulatoru darbināmu sacietēšanas iekārtām. #InsideManUfacture #infrastructure
UV izveides prepreg plākstera labošana Lai arī oglekļa šķiedras/epoksīda prepreg remonts, ko izstrādājusi LLC Custom Technologies LLC, izrādījās vienkāršs un ātrs, stikla šķiedras pastiprināta UV veidota vinila estera sveķu izmantošana ir izstrādājusi ērtāku sistēmas sistēmu Apvidū Attēla avots: Custom Technologies LLC
Modulāri izvietojami tilti ir kritiski aktīvi militārām taktiskām operācijām un loģistikai, kā arī transporta infrastruktūras atjaunošana dabas katastrofu laikā. Tiek pētītas saliktās struktūras, lai samazinātu šādu tiltu svaru, tādējādi samazinot transporta transportlīdzekļu slogu un palaišanas atjaunošanas mehānismus. Salīdzinot ar metāla tiltiem, kompozītmateriāliem ir arī potenciāls palielināt slodzes spēju un pagarināt kalpošanas laiku.
Piemērs ir uzlabots modulārais kompozītmateriāla tilts (AMCB). Seemann Composites LLC (Gulfport, Misisipi, ASV) un Materials Sciences LLC (Horsham, PA, ASV) izmanto oglekļa šķiedras pastiprinātus epoksīda laminātus (1. attēls). ) Projektēšana un konstrukcija). Tomēr spēja labot šādas struktūras šajā jomā ir bijusi problēma, kas kavē kompozītmateriālu pieņemšanu.
1. attēls Kompozītmateriāla tilts, galveno lauka aktīvu uzlabotais modulārais kompozītmateriāla tilts (AMCB) tika izstrādāts un konstruēts Seetann Composites LLC un Materials Sciences LLC, izmantojot oglekļa šķiedras pastiprinātu epoksīda sveķu kompozītus. Attēla avots: Seeman Composites LLC (pa kreisi) un ASV armija (labajā pusē).
2016. gadā Custom Technologies LLC (Millersville, MD, ASV) saņēma ASV armijas finansētu mazo uzņēmumu inovāciju pētījumu (SBIR) 1. fāzes dotāciju, lai izstrādātu remonta metodi, kuru karavīri var veiksmīgi veikt uz vietas. Balstoties uz šo pieeju, 2018. gadā tika piešķirts SBIR dotācijas otrais posms, lai parādītu jaunus materiālus un ar akumulatoru darbināmu aprīkojumu, pat ja plāksteri veic iesācējs bez iepriekšējas apmācības, 90% vai vairāk struktūras var atjaunot neapstrādātu spēks. Tehnoloģijas iespējamību nosaka, veicot virkni analīzes, materiālu izvēles, paraugu ražošanu un mehāniskās pārbaudes uzdevumus, kā arī maza mēroga un pilna mēroga remontu.
Galvenais pētnieks divās SBIR fāzēs ir Maikls Bergens, Mainta Technologies LLC dibinātājs un prezidents. Bergens aizgāja no Karderoka no Jūras spēku virsmas kara centra (NSWC) un 27 gadus kalpoja konstrukciju un materiālu departamentā, kur viņš pārvaldīja salikto tehnoloģiju izstrādi un pielietojumu ASV Jūras spēku flotē. Dr Rodžers Krāns pievienojās Custom Technologies 2015. gadā pēc aiziešanas no ASV Jūras spēkiem 2011. gadā un ir kalpojis 32 gadus. Viņa kompozītmateriālu kompetencē ietilpst tehniskās publikācijas un patenti, kas aptver tādas tēmas kā jauni kompozītmateriāli, prototipa ražošana, savienojuma metodes, daudzfunkcionāli kompozītmateriāli, strukturālā veselības uzraudzība un kompozītmateriālu atjaunošana.
Abi eksperti ir izstrādājuši unikālu procesu, kas izmanto kompozītmateriālus, lai labotu plaisas Ticonderoga CG-47 klases vadīta raķešu kreiseris 5456. “Tika izstrādāts, lai samazinātu plaisu izaugsmi un kalpotu par ekonomisku alternatīvu alternatīvu alternatīvu alternatīvu. par platformas padomes nomaiņu no 2 līdz 4 miljoniem dolāru, ”sacīja Bergens. “Tātad mēs pierādījām, ka mēs zinām, kā veikt remontu ārpus laboratorijas un reālā servisa vidē. Bet izaicinājums ir tāds, ka pašreizējās militāro aktīvu metodes nav īpaši veiksmīgas. Iespēja ir saistīta ar dupleksu remontu [pamatā bojātās vietās līmējiet dēli augšpusē] vai noņemiet aktīvu no apkalpošanas noliktavas līmeņa (D līmeņa) remonta. Tā kā ir nepieciešams D līmeņa remonts, daudzi aktīvi tiek atstāti malā. ”
Viņš turpināja teikt, ka tas, kas nepieciešams, ir metode, kuru var veikt karavīri, kuriem nav pieredzes kompozītmateriālu materiālos, izmantojot tikai komplektus un apkopes rokasgrāmatas. Mūsu mērķis ir padarīt procesu vienkāršu: izlasiet rokasgrāmatu, novērtēt bojājumus un veikt remontu. Mēs nevēlamies sajaukt šķidruma sveķus, jo tas prasa precīzu mērījumu, lai nodrošinātu pilnīgu izārstēšanu. Pēc remonta pabeigšanas mums ir nepieciešama arī sistēma, kurā nav bīstamu atkritumu. Un tas jāiesaiņo kā komplekts, kuru var izvietot esošajā tīklā. ”
Viens risinājums, ko veiksmīgi demonstrēja pielāgotas tehnoloģijas, ir pārnēsājams komplekts, kas izmanto rūdītu epoksīda līmi, lai pielāgotu līmējošo kompozītmateriāla plāksteri atbilstoši bojājuma lielumam (līdz 12 kvadrātcollām). Demonstrācija tika pabeigta uz kompozītmateriāla, kas attēlo 3 collu biezu AMCB klāju. The composite material has a 3-inch thick balsa wood core (15 pounds per cubic foot density) and two layers of Vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 carbon fiber 0°/90° biaxial stitched fabric, one layer of C-TLX 1900 oglekļa šķiedra 0 °/+45 °/-45 ° Trīs vārpstas un divi C-LT 1100 slāņi, kopumā pieci slāņi. "Mēs nolēmām, ka komplekts izmantos saliekamus plāksterus kvazi-izotropā lamināta lamināta, kas līdzīga vairākiem asiem, lai auduma virziens nebūtu jautājums," sacīja Krāns.
Nākamais jautājums ir sveķu matrica, ko izmanto lamināta remontam. Lai izvairītos no šķidruma sveķu sajaukšanas, plāksteris izmantos prepreg. "Tomēr šie izaicinājumi ir uzglabāšana," skaidroja Bergens. Lai izstrādātu nolikto plākstera risinājumu, Custom Technologies sadarbojas ar Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornija, ASV), lai izveidotu stikla šķiedru/vinila estera preprege, kas sešu minūšu ilgas sacietēšanas laikā var izmantot ultravioleto gaismu (UV). Tas arī sadarbojās ar brāļiem Gougeon (Bay City, Mičiganā, ASV), kas ieteica izmantot jaunu elastīgu epoksīda filmu.
Agrīnie pētījumi parādīja, ka epoksīda sveķi ir vispiemērotākie sveķi oglekļa šķiedras prepregiem-UV izdzīvojamam vinila esterim un caurspīdīgai stikla šķiedrai darbojas labi, bet neārstē ar gaiši bloķējošu oglekļa šķiedru. Balstoties uz brāļu Gougeon jauno filmu, pēdējais epoksīda prepreg tiek izārstēts 1 stundu 210 ° F/99 ° C temperatūrā, un tam ir ilgs glabāšanas laiks istabas temperatūrā, kas nav nepieciešams zemas temperatūras uzglabāšanai. Bergens sacīja, ka, ja nepieciešama augstāka stikla pārejas temperatūra (TG), sveķi tiks izārstēti arī augstākā temperatūrā, piemēram, 350 ° F/177 ° C. Abas prepreges ir nodrošinātas portatīvā remonta komplektā kā prepreg plāksteru kaudze, kas noslēgta plastmasas plēves aploksnē.
Tā kā remonta komplektu var uzglabāt ilgu laiku, glabāšanas laika pētījuma veikšanai ir vajadzīgas pielāgotas tehnoloģijas. "Mēs iegādājāmies četrus cietās plastmasas iežogojumus - tipisku militāru veidu, ko izmanto transporta aprīkojumā, un katrā iežogojumā ievietojām epoksīda līmes un vinila estera prepreg paraugus," sacīja Bergens. Pēc tam kastes tika novietotas četrās dažādās pārbaudes vietās: Mičiganas Gougeon Brothers rūpnīcas jumts, Merilendas lidostas jumts, āra iekārta Jučas ielejā (Kalifornijas tuksnesis) un āra korozijas testēšanas laboratorija Floridas dienvidos. Visos gadījumos ir datu reģistrētāji, Bergens norāda: “Mēs ik pēc trim mēnešiem ņemam datus un materiālus paraugus novērtēšanai. Maksimālā temperatūra, kas reģistrēta kastēs Floridā un Kalifornijā, ir 140 ° F, kas ir piemērota lielākajai daļai atjaunošanas sveķu. Tas ir īsts izaicinājums. ” Turklāt brāļi gougeon iekšēji pārbaudīja jaunizveidotos tīros epoksīda sveķus. "Paraugi, kas vairākus mēnešus ir ievietoti cepeškrāsnī 120 ° F, sāk polimerizēties," sacīja Bergens. "Tomēr attiecīgajiem paraugiem, kas tiek turēti 110 ° F, sveķu ķīmija uzlabojās tikai par nelielu daudzumu."
Remonts tika pārbaudīts uz testa paneļa un šī mēroga AMCB modeļa, kurā tika izmantots tāds pats lamināts un serdes materiāls kā sākotnējais tilts, kuru uzbūvējis Seatann Composites. Attēla avots: Custom Technologies LLC
Lai demonstrētu remonta paņēmienu, reprezentatīvs lamināts ir jānovieto, jāremontē un jāremontē. "Projekta pirmajā posmā mēs sākotnēji izmantojām maza mēroga 4 x 48 collu starus un četru punktu lieces testus, lai novērtētu mūsu remonta procesa iespējamību," sacīja Kleins. “Tad projekta otrajā posmā mēs pārgājām uz 12 x 48 collu paneļiem, pielietoja kravas, lai radītu biaksiālā sprieguma stāvokli, lai izraisītu kļūmi, un pēc tam novērtējām remonta rādītājus. Otrajā posmā mēs arī pabeidzām AMCB modeli, kuru mēs izveidojām. ”
Bergens sacīja, ka testa panelis, ko izmanto, lai pierādītu remonta veiktspēju, tika ražots, izmantojot to pašu laminātu un serdeņu materiālu līniju, ko ražo Seemann Composites, “bet mēs samazinājām paneļa biezumu no 0,375 collām līdz 0,175 collām, pamatojoties uz paralēlās ass teorēmu Apvidū Tas tā ir. Metode kopā ar staru teorijas un klasiskā laminātu teorijas papildu elementiem [CLT] tika izmantota, lai sasaistītu pilna mēroga AMCB inerces momentu un efektīvu stingrību ar mazāka izmēra demonstrācijas produktu, ar kuru ir vieglāk apstrādājams, un vairāk rentabls. Pēc tam mēs, Xcraft Inc. (Bostonas, Masačūsetsas štata, ASV) izstrādāto galīgo elementu analīzi, tika izmantots, lai uzlabotu konstrukcijas remonta projektēšanu. ” Oglekļa šķiedras audums, ko izmantoja testa paneļiem un AMCB modelim, tika iegādāts no Vecporly, un balss serdi izgatavoja ar galvenajiem kompozītiem (Bristole, RI, ASV).
1. solis. Šim testa panelim ir 3 collu cauruma diametrs, lai modelētu centrā iezīmētos bojājumus un salabotu apkārtmēru. Fotoattēlu avots visām darbībām: pielāgotas tehnoloģijas LLC.
2. solis. Izmantojiet ar akumulatoru darbināmu manuālo dzirnaviņu, lai noņemtu bojāto materiālu un ieslēgtu remonta plāksteri ar 12: 1 konusveida.
"Mēs vēlamies simulēt augstāku bojājumu pakāpi testa dēlī, nekā varētu redzēt uz tilta klāja laukā," skaidroja Bergens. “Tātad mūsu metode ir izmantot cauruma zāģi, lai izveidotu 3 collu diametra caurumu. Pēc tam mēs izvelkam bojātā materiāla spraudni un izmantojam rokas pneimatisko dzirnaviņu, lai apstrādātu šalli 12: 1. ”
Krāns paskaidroja, ka oglekļa šķiedras/epoksīda labošanai, tiklīdz tiek noņemts “bojāts” paneļa materiāls un tiek uzklāta atbilstoša šalle, prepreģija tiks sagriezta līdz platumam un garumam, lai tas atbilstu bojātās zonas sašaurināšanai. “Mūsu testa panelim ir nepieciešami četri prepreg slāņi, lai remonta materiāls būtu atbilstošs sākotnējā nebojātā oglekļa paneļa augšdaļai. Pēc tam trīs pārklājošie oglekļa/epoksīda prepreg slāņi ir koncentrēti uz to uz salaboto daļu. Katrs secīgais slānis sniedz 1 collu no visām apakšējā slāņa pusēm, kas nodrošina pakāpenisku slodzes pārnešanu no “labajiem” apkārtējiem materiāliem uz salaboto zonu. ” Kopējais laiks, lai veiktu šo remonta iekļaujošo remonta zonas sagatavošanu, atjaunošanas materiāla griešanu un novietošanu un sacietēšanas procedūras pielietošanu aptuveni 2,5 stundas.
Oglekļa šķiedras/epoksīda prepreģijai remonta platība ir iesaiņota vakuumā un vienu stundu izārstē 210 ° F/99 ° C temperatūrā, izmantojot ar akumulatoru darbināmu termisko bonderu.
Lai arī oglekļa/epoksīda remonts ir vienkāršs un ātrs, komanda atzina nepieciešamību pēc ērtāka risinājuma, lai atjaunotu veiktspēju. Tas noveda pie ultravioletā (UV) sacietēšanas prepregu izpētes. “Interese par Sunrez vinila estera sveķiem ir balstīta uz iepriekšējo jūras spēku pieredzi ar uzņēmuma dibinātāju Marku Livesay,” skaidroja Bergens. “Mēs vispirms nodrošinājām Sunrez ar kvazi-izotropisku stikla audumu, izmantojot to vinila estera prepreg, un novērtējām sacietēšanas līkni dažādos apstākļos. Turklāt tāpēc, ka mēs zinām, ka vinila estera sveķi nav kā epoksīda sveķi, kas nodrošina piemērotu sekundāro adhēzijas veiktspēju, tāpēc ir nepieciešami papildu centieni, lai novērtētu dažādus līmes slāņu savienojuma līdzekļus un noteiktu, kurš no tiem ir piemērots lietojumam. ”
Vēl viena problēma ir tā, ka stikla šķiedras nevar nodrošināt tādas pašas mehāniskās īpašības kā oglekļa šķiedras. "Salīdzinot ar oglekļa/epoksīda plāksteri, šī problēma tiek atrisināta, izmantojot papildu stikla/vinila estera slāni," sacīja Krāns. "Iemesls, kāpēc nepieciešams tikai viens papildu slānis, ir tas, ka stikla materiāls ir smagāks audums." Tas rada piemērotu plāksteri, kuru var uzklāt un apvienot sešu minūšu laikā pat ļoti aukstā/sasalšanas lauka temperatūrā. Sacietēšana, nesniedzot siltumu. Krāns norādīja, ka šo remonta darbu var pabeigt stundas laikā.
Abas plākstera sistēmas ir pierādītas un pārbaudītas. Katram remontam ir marķēts bojātais laukums (1. solis), izveidots ar cauruma zāģi un pēc tam noņemts, izmantojot ar akumulatoru darbināmu manuālo dzirnaviņu (2. solis). Pēc tam sagrieziet salaboto laukumu 12: 1 konusā. Notīriet šalles virsmu ar spirta spilventiņu (3. solis). Pēc tam sagrieziet remonta plāksteri līdz noteiktam izmēram, novietojiet to uz notīrītās virsmas (4. solis) un nostipriniet to ar veltni, lai noņemtu gaisa burbuļus. Stikla šķiedras/UV sacietēšanas vinila estera sagatavošanai pēc tam novietojiet atlaišanas slāni uz salabotās zonas un sešas minūtes izārstējiet plāksteri ar bezvada UV lampu (5. solis). Oglekļa šķiedras/epoksīda sagatavošanai izmantojiet iepriekš ieprogrammētu, vienas pogas, ar akumulatoru darbināmu termisko Bonder, lai vienu stundu un izārstētu salaboto laukumu 210 ° F/99 ° C temperatūrā.
5. solis. Pēc mizošanas slāņa novietošanas uz salabotās zonas izmantojiet bezvada UV lampu, lai izārstētu plāksteri 6 minūtes.
"Tad mēs veica testus, lai novērtētu plākstera līmi un tā spēju atjaunot struktūras slodzes spēju," sacīja Bergens. “Pirmajā posmā mums ir jāpierāda, ka ir ērti pielietojums un spēja atgūt vismaz 75% no spēka. To veic ar četrpunktu saliekšanu uz 4 x 48 collu oglekļa šķiedras/epoksīda sveķiem un balsa serdes staru pēc simulētā bojājuma labošanas. Jā. Projekta otrajā fāzē tika izmantots 12 x 48 collu panelis, un sarežģītās deformācijas slodzēs tai ir jāpierāda vairāk nekā 90% stiprības prasības. Mēs izpildījām visas šīs prasības un pēc tam nofotografējām remonta metodes AMCB modelī. Kā izmantot lauka tehnoloģiju un aprīkojumu, lai sniegtu vizuālu atsauci. ”
Galvenais projekta aspekts ir pierādīt, ka iesācēji var viegli pabeigt remontu. Šī iemesla dēļ Bergenam bija ideja: “Es esmu apsolījis parādīt mūsu diviem tehniskajiem kontaktiem armijā: Dr. Bernards Sia un Ešlija Genna. Galīgajā projekta pirmajā posmā es prasīju remontu. Pieredzējušā Ešlija veica remontu. Izmantojot komplektu un rokasgrāmatu, kuru mēs nodrošinājām, viņa uzklāja plāksteri un bez jebkādām problēmām pabeidza remontu. ”
2. attēls. Ar akumulatoru darbināma sacietēšanas iepriekš ieprogrammēta, ar akumulatoru darbināma termiskās savienošanas mašīna var izārstēt oglekļa šķiedras/epoksīda labošanas plāksteri pie pogas nospiešanas, bez nepieciešamības pēc remonta zināšanām vai konservēšanas cikla programmēšanu. Attēla avots: Custom Technologies, LLC
Vēl viena galvenā attīstība ir ar akumulatoru darbināma sacietēšanas sistēma (2. attēls). “Izmantojot lauka uzturēšanu, jums ir tikai akumulatora jauda,” norādīja Bergens. "Viss mūsu izstrādātā remonta komplekta procesa aprīkojums ir bezvadu." Tas ietver ar akumulatoru darbināmu termisko savienošanu, kas kopīgi izstrādāta pēc pielāgotajām tehnoloģijām un termiskās savienošanas mašīnu piegādātāja Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Merilendas, ASV) mašīna. "Šis ar akumulatoru darbināmais termiskais bonders ir iepriekš ieprogrammēts, lai pabeigtu sacietēšanu, tāpēc iesācējiem nav jāprogrammē sacietēšanas cikls," sacīja Krāns. "Viņiem vienkārši jānospiež poga, lai pabeigtu pareizo uzbrauktuvi un mērcēšanu." Pašlaik izmantotās baterijas var ilgt gadu, pirms tās ir jāuzlādē.
Pabeidzot projekta otro posmu, Custom Technologies sagatavo turpmāko uzlabošanas priekšlikumus un apkopo interešu un atbalsta vēstules. "Mūsu mērķis ir nobriest šo tehnoloģiju līdz TRL 8 un nogādāt to laukā," sacīja Bergens. "Mēs redzam arī nemilitāro pielietojumu potenciālu."
Izskaidro veco mākslu, kas atrodas aiz nozares pirmās šķiedras pastiprināšanas, un tai ir padziļināta izpratne par jauno šķiedru zinātni un turpmāko attīstību.
Drīzumā un lidojot pirmo reizi, 787 paļaujas uz jauninājumiem kompozītmateriālu un procesos, lai sasniegtu savus mērķus
Pasta laiks: SEP-02-2021