Преносен комплет може да се санира со UV-чистак фиберглас/винил естер или јаглеродни влакна/епоксидна препара, складирана на собна температура и опрема за лекување на батерии. #insideman Производство #infrastructure
Поправка на лепенка со UV-препарати, Иако поправката на јаглеродни влакна/епоксид препараг, развиена од Custom Technologies LLC за инфилд композитниот мост се покажа како едноставна и брза, употребата на стаклени влакна засилени со UV-искривувачки винил естер смола Предег, разви посоодветен систем на систем . Извор на слика: Custom Technologies LLC
Модуларните распоредливи мостови се клучни средства за воени тактички операции и логистика, како и обновување на транспортната инфраструктура за време на природни непогоди. Композитни структури се изучуваат за да се намали тежината на ваквите мостови, а со тоа да се намали товарот на транспортните возила и механизмите за закрепнување на лансирањето. Во споредба со металните мостови, композитните материјали исто така имаат потенцијал да го зголемат капацитетот на оптоварување и да го прошират животниот век на услугата.
Напредниот модуларен композитен мост (AMCB) е пример. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) и Material Sciences LLC (Horsham, PA, US) користат епоксидни ламинати засилени со јаглеродни влакна (Слика 1). ) Дизајн и градба). Сепак, можноста за санирање на ваквите структури од областа е проблем што го попречува усвојувањето на композитни материјали.
Слика 1 Композитен мост, Key Infield Asset Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) беше дизајниран и конструиран од Seemann Composites LLC и Material Sciences LLC со употреба на композити засилени со јаглеродни влакна епоксидни смола. Извор на слика: Seeman Composites LLC (лево) и американската армија (десно).
Во 2016 година, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, САД) доби грант за истражување на иновации за мали деловни активности финансирани од американската армија (SBIR) за да се развие метод за поправка што може успешно да се изврши на лице место војници. Врз основа на овој пристап, втората фаза од грантот SBIR беше доделена во 2018 година за да се прикажат нови материјали и опрема за напојување на батерии, дури и ако лепенката ја изведува почетник без претходна обука, 90% или повеќе од структурата можат да бидат обновени суровини јачина. Изводливоста на технологијата се определува со извршување на серија анализи, избор на материјали, производство на примероци и задачи за механичко тестирање, како и поправки од мали и целосни размери.
Главниот истражувач во двете фази на SBIR е Мајкл Берген, основач и претседател на Custom Technologies LLC. Берген се повлече од Кардерок на Центарот за војување на поморската површина (NSWC) и служеше во одделот за структури и материјали 27 години, каде што управуваше со развојот и примената на композитни технологии во флотата на морнарицата на САД. Д -р Роџер Крејн се приклучи на сопствените технологии во 2015 година, откако се повлече од морнарицата на САД во 2011 година и служеше 32 години. Неговата експертиза за композитни материјали вклучува технички публикации и патенти, кои опфаќаат теми како што се нови композитни материјали, производство на прототипови, методи за поврзување, мултифункционални композитни материјали, мониторинг на структурно здравје и реставрација на композитни материјали.
Двајцата експерти развија уникатен процес кој користи композитни материјали за да ги поправи пукнатините во алуминиумската надградба на класата водени ракетни крстосувачи на Ticonderoga CG-47 5456. „Процесот беше развиен за да се намали растот на пукнатините и да се служи како економска алтернатива до замена на табла за платформа од 2 до 4 милиони долари “, рече Берген. „Значи, докажавме дека знаеме како да извршиме поправки надвор од лабораторијата и во вистинска услужна околина. Но, предизвикот е дека сегашните методи на воено средство не се многу успешни. Опцијата е поврзана со двојна поправка [во основа во оштетените области лепак табла на врвот] или извадете го средството од услугата за поправки на ниво на магацин (Д-ниво). Бидејќи се потребни поправки на Д-ниво, многу средства се ставаат настрана “.
Тој продолжи да рече дека она што е потребно е метод што може да го извршат војници без искуство во композитни материјали, користејќи само комплети и прирачници за одржување. Нашата цел е да го направиме процесот едноставен: прочитајте го прирачникот, да ја оцените штетата и да извршите поправки. Не сакаме да мешаме течни смоли, бидејќи ова бара прецизно мерење за да се обезбеди целосен лек. Исто така, потребен ни е систем без опасен отпад по завршувањето на поправките. И тоа мора да биде спакувано како комплет што може да го распореди постојната мрежа. “
Едно решение што успешно го демонстрираа сопствените технологии е преносен комплет кој користи затегнато епоксидно лепило за прилагодување на лепилото композитно лепенка според големината на штетата (до 12 квадратни инчи). Демонстрацијата беше завршена на композитен материјал што претставува 3-инчен дебел AMCB палуба. Композитниот материјал има 3 -инчен дебело дрво од балса дрво (15 фунти на кубна густина на стапалото) и два слоја векторски (Феникс, Аризона, САД) Ц -ЛТ 1100 јаглеродни влакна 0 °/90 ° Биаксијална зашиена ткаенина, еден слој на C-TLX 1900 јаглеродни влакна 0 °/+45 °/-45 ° три шахти и два слоја на C-LT 1100, вкупно пет слоја. „Решивме дека комплетот ќе користи префабрикувани закрпи во квази-изотопски ламинат сличен на мулти-оска, така што насоката на ткаенината нема да биде проблем“, рече Крејн.
Следниот број е матрицата на смола што се користи за поправка на ламинат. За да се избегне мешање на течна смола, лепенката ќе користи Prepreg. „Сепак, овие предизвици се складирање“, објасни Берген. За да се развие зачувано решение за лепенка, Custom Technologies се здружи со Sunrez Corp. (El Cajon, California, САД) за да се развие стаклено влакно/винил естер, кој може да користи ултравиолетова светлина (UV) во шест минути лекување на светло. Соработуваше и со браќата Гугеон (Беј Сити, Мичиген, САД), што сугерираше употреба на нов флексибилен епоксиден филм.
Раните студии покажаа дека епоксидната смола е најсоодветната смола за јаглеродни влакна препарати-UV-искривувачки винил естер и проucирни стаклени влакна работат добро, но не лекувајте под светло-блокирачки јаглеродни влакна. Врз основа на новиот филм на браќата Гугеон, конечниот епоксиден препарег се лекува 1 час на 210 ° F/99 ° C и има долг рок на траење на собна температура-нема потреба од складирање на ниска температура. Берген рече дека ако е потребна поголема температура на транзиција на стакло (TG), смолата исто така ќе се излечи на повисока температура, како што е 350 ° F/177 ° C. Двете препарати се обезбедени во преносен комплет за поправка како оџак на препреки запечатувања запечатени во пластичен филм плик.
Бидејќи комплетот за поправка може да се чува долго време, потребни се сопствени технологии за спроведување на студија за рок на траење. „Набавивме четири тврди пластични куќишта - типичен воен тип што се користи во опрема за транспорт - и ставивме примероци на епоксидно лепило и винил естер во секое куќиште“, рече Берген. Кутиите потоа беа поставени на четири различни локации за тестирање: покривот на фабриката „Браќа Гугон“ во Мичиген, покривот на аеродромот во Мериленд, надворешниот објект во долината Јука (пустината во Калифорнија) и лабораторијата за тестирање на корозија на отворено во јужна Флорида. Сите случаи имаат дрвосечачи, посочува Берген: „Ние земаме примероци од податоци и материјали за проценка на секои три месеци. Максималната температура снимена во кутиите во Флорида и Калифорнија е 140 ° F, што е добро за повеќето смоли за реставрација. Тоа е вистински предизвик “. Покрај тоа, браќата Гугеон внатрешно ја тестираа новоразвиената чиста епоксидна смола. „Примероците што се ставени во рерна на 120 ° F за неколку месеци почнуваат да се полимеризираат“, рече Берген. „Сепак, за соодветните примероци што се чуваат на 110 ° F, хемијата на смола се подобри само со мала количина“.
Поправката беше потврдена на тест таблата и овој модел на скала на AMCB, кој го користеше истиот ламинат и основен материјал како оригиналниот мост изграден од Seemann Composites. Извор на слика: Custom Technologies LLC
За да се демонстрира техниката за поправка, претставник на ламинат мора да биде произведен, оштетен и саниран. „Во првата фаза од проектот, првично користевме мали зраци од 4 x 48-инчи и тестови за свиткување со четири точки за да ја процениме изводливоста на нашиот процес на поправка“, рече Клајн. „Потоа, се префрливме на панели од 12 x 48 инчи во втората фаза од проектот, применивме товари за да генерираме биаксијална состојба на стрес за да предизвика неуспех, а потоа ги оценивме перформансите на поправката. Во втората фаза, го комплетиравме и моделот AMCB што го изградивме одржувањето. “
Берген рече дека тест -панелот што се користи за докажување на перформансите за поправка е произведена со употреба на истата лоза на ламинати и основни материјали како АМЦБ произведени од Семан композити, „Но, ние ја намаливме дебелината на панелот од 0,375 инчи на 0,175 инчи, врз основа на теоремата на паралелната оска на оската теорема . Ова е случај. Методот, заедно со дополнителните елементи на теоријата на зраците и класичната теорија на ламинат [CLT], се користеше за да се поврзе моментот на инерција и ефективна вкочанетост на целосниот AMCB со демо-со помала големина, кој е полесен за ракување и повеќе економично. Потоа, ние моделот за анализа на конечни елементи [FEA] развиен од XCRAFT Inc. (Бостон, Масачусетс, САД) се користеше за подобрување на дизајнот на структурни поправки. “ Ткаенината со јаглеродни влакна што се користи за тест -панелите и моделот AMCB беше купена од векторско, а јадрото на балса е направено од основни композити (Бристол, РИ, САД).
Чекор 1. Оваа тест -панел прикажува дијаметар од 3 инчи за да симулира оштетување обележана во центарот и да го поправи обемот. Извор на фотографии за сите чекори: Custom Technologies LLC.
Чекор 2. Користете рачна мелница за напојување на батеријата за да го отстраните оштетениот материјал и да ја затворите лепенката за поправка со затегнување од 12: 1.
„Ние сакаме да симулираме повисок степен на оштетување на тест -таблата отколку што може да се види на палубата на мостот во полето“, објасни Берген. „Значи, нашиот метод е да користиме дупка за да направиме дупка со дијаметар од 3 инчи. Потоа, го вадиме приклучокот на оштетениот материјал и користиме рачна пневматска мелница за обработка на шамија од 12: 1 “.
Крејн објасни дека за поправка на јаглеродни влакна/епоксид, откако ќе се отстрани „оштетениот“ панел материјал и ќе се нанесе соодветна шамија, препаратот ќе се сече на ширина и должина за да одговара на намалувањето на оштетената област. „За нашата тест -панел, ова бара четири слоја на Prepreg за да го задржи материјалот за поправка во согласност со горниот дел од оригиналниот непогоден јаглероден панел. После тоа, трите слоеви на покривање на јаглерод/епоксид препаре се концентрирани на ова на поправениот дел. Секој последователен слој се протега од 1 инч од сите страни на долниот слој, кој обезбедува постепено пренесување на оптоварување од „добар“ околен материјал до поправената област “. Вкупно време за извршување на оваа подготовка на подготовката на поправката за поправка, сечење и поставување на материјалот за реставрација и примена на постапката за лекување-приближно 2,5 часа.
За јаглеродни влакна/епоксид препараг, областа за поправка е вакуум спакувана и се излечи на 210 ° F/99 ° C за еден час со помош на термички напон на батерија.
Иако поправката на јаглерод/епоксид е едноставна и брза, тимот ја препозна потребата за попогодно решение за враќање на перформансите. Ова доведе до истражување на ултравиолетовите (УВ) лекување на препарати. „Интересот за смоли на Sunrez Vinyl Ester се заснова на претходното поморско искуство со основачот на компанијата Марк Ливис“, објасни Берген. „Прво му обезбедивме на Sunrez со квази-изотопна стаклена ткаенина, користејќи го нивниот винил естер препарег и ја оценивме кривата на лекување во различни услови. Покрај тоа, затоа што знаеме дека смолата на винил естер не е како епоксидна смола која обезбедува соодветни перформанси на секундарна адхезија, така што се потребни дополнителни напори за да се проценат разни агенси за спојување на лепило за лепило и да се утврди која е соодветна за апликацијата “.
Друг проблем е што стаклените влакна не можат да ги обезбедат истите механички својства како јаглеродните влакна. „Во споредба со јаглеродот/епоксидот, овој проблем се решава со употреба на дополнителен слој на стакло/винил естер“, рече Крејн. „Причината зошто е потребен само еден дополнителен слој е дека стаклениот материјал е потешка ткаенина“. Ова произведува соодветна лепенка што може да се примени и комбинира во рок од шест минути дури и при многу ладно/замрзнување на температурите на инфилд. Лекување без да се обезбеди топлина. Крејн истакна дека оваа поправка може да се заврши во рок од еден час.
И двата системи за лепенка се демонстрирани и тестирани. За секоја поправка, областа што треба да се оштети е обележана (Чекор 1), креирана со пила за дупка, а потоа се отстранува со помош на рачна мелница за напојување на батеријата (Чекор 2). Потоа, исечете ја поправената површина во затегнување од 12: 1. Исчистете ја површината на шал со рампа за алкохол (Чекор 3). Следно, исечете ја лепенката за поправка на одредена големина, ставете го на исчистената површина (чекор 4) и консолидирајте го со ролери за да ги отстраните воздушните меури. За стаклени влакна/УВ-лежење винил естер, а потоа ставете го слојот за ослободување на поправената област и излечете го лепенката со безжична UV ламба шест минути (чекор 5). За јаглеродни влакна/епоксид препараг, користете пред-програмиран, едно копче, термички напори со батерии до вакуумски пакет и излечете ја поправената област на 210 ° F/99 ° C за еден час.
Чекор 5. Откако ќе го поставите слојот за пилинг на поправената област, користете безжична УВ ламба за да ја излечите лепенката 6 минути.
„Тогаш спроведовме тестови за да ја процениме лепливоста на лепенката и неговата способност да го вратиме капацитетот што носи оптоварување на структурата“, рече Берген. „Во првата фаза, треба да ја докажеме леснотијата на примена и можноста да закрепнеме најмалку 75% од силата. Ова е направено со свиткување со четири точки на јаглеродни влакна од 4 x 48 инчи/епоксидна смола и јадрото на балса по поправката на симулираната штета. Да. Втората фаза од проектот користеше панел од 12 x 48 инчи и мора да покаже повеќе од 90% барања за јачина под комплексни оптоварувања. Ги исполнивме сите овие барања, а потоа ги фотографиравме методите за поправка на моделот AMCB. Како да користите технологија и опрема за инфекција за да обезбедите визуелна референца. “
Клучен аспект на проектот е да се докаже дека почетниците можат лесно да ја завршат поправката. Поради оваа причина, Берген имаше идеја: „Ветив дека ќе им покажам на нашите два технички контакти во Армијата: д -р Бернард Сиа и Ешли Гена. Во последниот преглед на првата фаза од проектот, не побарав поправки. Искусен Ешли ја изврши поправката. Користејќи го комплетот и прирачникот што ги обезбедивме, таа ја примени лепенката и ја заврши поправката без никакви проблеми “.
Слика 2 Пред-програмираната машина за термичко врзување на батеријата пред-програмирана батерија може да ја излечи лепенката за поправка на јаглеродни влакна/епоксид при притискање на копче, без потреба од знаење за поправка или програмирање на циклус на лекување. Извор на слика: Обични технологии, ДОО
Друг развој на клучот е системот за лекување на батеријата (Слика 2). „Преку одржување на инфилд, имате само моќност на батеријата“, истакна Берген. „Целата процесна опрема во комплетот за поправка што ја развивме е безжична“. Ова вклучува термичко сврзување со батерии, развиено заеднички од сопствени технологии и снабдувач на машини за термичко сврзување Wichitech Industries Inc. (Рандалстаун, Мериленд, САД) машина. „Овој термички напон на батеријата е пред-програмиран за да се заврши лекувањето, така што почетниците не треба да го програмираат циклусот на лекување“, рече Крејн. „Тие само треба да притиснат копче за да ја завршат соодветната рампа и впие“. Батериите што се користат во моментов можат да траат една година пред да треба да се наполнат.
Со завршувањето на втората фаза од проектот, Custom Technologies подготвува предлози за подобрување на следење и собира писма за интереси и поддршка. „Нашата цел е да ја созрееме оваа технологија до TRL 8 и да ја донесеме на терен“, рече Берген. „Ние, исто така, го гледаме потенцијалот за невоени апликации“.
Ја објаснува старата уметност зад првото засилување на влакната во индустријата и има длабинско разбирање на науката за нови влакна и идниот развој.
Наскоро и летање за прв пат, 787 се потпираат на иновации во композитни материјали и процеси за да ги постигнат своите цели
Време на објавување: Сеп-02-2021