Преносливиот комплет може да се поправа со фиберглас/винил естер што може да се излечи со УВ или јаглеродни влакна/епоксидна препрегумација складирана на собна температура и опрема за стврднување на батерии.#внатрешнопроизводство #инфраструктура
Поправка на лепенка за препрег што може да се излечи со ултравиолетови зраци Иако поправката на јаглеродни влакна/епоксидна препрегумација развиена од Custom Technologies LLC за композитниот мост внатре во полето се покажа како едноставна и брза, употребата на винилестерска смола засилена со стаклени влакна, која може да се лекува со УВ, разви поудобен систем .Извор на слика: Custom Technologies LLC
Модуларните распоредливи мостови се критични средства за воени тактички операции и логистика, како и за обновување на транспортната инфраструктура за време на природни катастрофи.Се изучуваат композитни структури за да се намали тежината на таквите мостови, а со тоа да се намали товарот на транспортните возила и механизмите за лансирање-обновување.Во споредба со металните мостови, композитните материјали исто така имаат потенцијал да ја зголемат носивоста и да го продолжат работниот век.
Напредниот модуларен композитен мост (AMCB) е пример.Seemann Composites LLC (Gulfport, Мисисипи, САД) и Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) користат епоксидни ламинати засилени со јаглеродни влакна (Слика 1).) Проектирање и конструкција).Сепак, способноста да се поправат таквите структури на терен е проблем што го попречува усвојувањето на композитни материјали.
Слика 1 Композитен мост, клучно внатрешно средство Напредниот модуларен композитен мост (AMCB) е дизајниран и конструиран од Seemann Composites LLC и Materials Sciences LLC со користење на композити од епоксидна смола засилени со јаглеродни влакна.Извор на слика: Seeman Composites LLC (лево) и Армијата на САД (десно).
Во 2016 година, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) доби грант од фаза 1 за истражување на иновации за мали бизниси (SBIR) финансиран од американската армија за развој на метод за поправка што може успешно да се изврши на лице место од војници.Врз основа на овој пристап, втората фаза од грантот SBIR беше доделена во 2018 година за да се прикажат нови материјали и опрема на батерии, дури и ако лепенката е изведена од почетник без претходна обука, 90% или повеќе од структурата може да се обнови суров силата.Изводливоста на технологијата се определува со извршување на серија анализи, избор на материјал, задачи за производство на примероци и механичко тестирање, како и поправки од мал и целосен обем.
Главниот истражувач во двете фази на SBIR е Мајкл Берген, основач и претседател на Custom Technologies LLC.Берген се пензионираше од Кардерок од Центарот за поморска површинска војна (NSWC) и служеше во Одделот за структури и материјали 27 години, каде што раководеше со развојот и примената на композитни технологии во флотата на американската морнарица.Д-р Роџер Крејн се приклучи на Custom Technologies во 2015 година, откако се повлече од американската морнарица 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 на поврзување, мултифункционални композитни материјали, следење на структурното здравје и реставрација на композитни материјали.
Двајцата експерти развија уникатен процес кој користи композитни материјали за поправка на пукнатините во алуминиумската надградба на крстосувачот 5456 со наведувана ракета Ticonderoga CG-47. „Процесот е развиен за да се намали растот на пукнатините и да служи како економична алтернатива до замена на табла на платформата од 2 до 4 милиони долари“, рече Берген.„Значи, докажавме дека знаеме да вршиме поправки надвор од лабораторијата и во реално опкружување за сервисирање.Но, предизвикот е што сегашните методи на воени средства не се многу успешни.Опцијата е залепена двострана поправка [во основа во оштетените области Залепете табла на врвот] или отстранете го средството од услуга за поправки на ниво на магацин (ниво Д).Бидејќи се потребни поправки на ниво Д, многу средства се ставени настрана“.
Тој понатаму рече дека она што е потребно е метод што може да го изведат војници без искуство во композитни материјали, користејќи само комплети и прирачници за одржување.Нашата цел е да го направиме процесот едноставен: прочитајте го прирачникот, проценете ја штетата и извршете поправки.Не сакаме да мешаме течни смоли, бидејќи тоа бара прецизно мерење за да се обезбеди целосно лекување.Потребен ни е и систем без опасен отпад по завршувањето на поправките.И мора да биде спакуван како комплет што може да се распореди од постоечката мрежа.”
Едно решение што Custom Technologies успешно го демонстрираше е пренослив комплет кој користи зацврстено епоксидно лепило за да ја прилагоди композитната лепенка за лепило според големината на оштетувањето (до 12 квадратни инчи).Демонстрацијата беше завршена на композитен материјал што претставува дебел AMCB палуба од 3 инчи.Композитниот материјал има јадро од дрво балса со дебелина од 3 инчи (15 фунти по густина на кубна нога) и два слоја Vectorply (Феникс, Аризона, САД) C -LT 1100 јаглеродни влакна 0°/90° биаксијално зашиени ткаенина, еден слој од C-TLX 1900 карбонски влакна 0°/+45°/-45° три шахти и два слоја C-LT 1100, вкупно пет слоеви.„Одлучивме дека комплетот ќе користи префабрикувани закрпи во квази-изотропен ламинат сличен на повеќеоски, така што насоката на ткаенината нема да биде проблем“, рече Крејн.
Следното прашање е матрицата на смолата што се користи за поправка на ламинатот.Со цел да се избегне мешање на течна смола, фластерот ќе користи препрег.„Сепак, овие предизвици се складирање“, објасни Берген.За да развие решение за закрпи што може да се складира, Custom Technologies соработува со Sunrez Corp. (El Cajon, Калифорнија, САД) за да развие препрег од стаклени влакна/винил естер кој може да користи ултравиолетова светлина (УВ) за шест минути Лекување со светлина.Исто така, соработуваше со Gougeon Brothers (Беј Сити, Мичиген, САД), кои предложија употреба на нов флексибилен епоксиден филм.
Раните студии покажаа дека епоксидната смола е најсоодветната смола за препреги со јаглеродни влакна - винил естер што се лекува со УВ и проѕирните стаклени влакна добро функционираат, но не се лечат под јаглеродни влакна што блокираат светлина.Врз основа на новиот филм на Gougeon Brothers, конечниот епоксиден препрег се стврднува 1 час на 210°F/99°C и има долг рок на траење на собна температура - нема потреба од складирање на ниски температури.Берген рече дека ако е потребна повисока температура на стаклена транзиција (Tg), смолата ќе се стврдне и на повисока температура, како што е 350°F/177°C.Двете предпрегризани се обезбедени во пренослив комплет за поправка како куп лепенки за препрегумирање затворени во пластична фолија.
Бидејќи комплетот за поправка може да се чува долго време, од Custom Technologies се бара да спроведе студија за рокот на траење.„Купивме четири тврди пластични куќишта - типичен воен тип што се користи во транспортната опрема - и ставивме примероци од епоксидно лепило и винил естер препрег во секое куќиште“, рече Берген.Кутиите потоа беа поставени на четири различни локации за тестирање: покривот на фабриката Gougeon Brothers во Мичиген, покривот на аеродромот во Мериленд, отворениот објект во долината Јука (пустина Калифорнија) и надворешната лабораторија за тестирање на корозија во јужна Флорида.Сите случаи имаат дневници на податоци, истакнува Берген, „Ние земаме примероци од податоци и материјали за евалуација на секои три месеци.Максималната температура забележана во кутиите во Флорида и Калифорнија е 140°F, што е добро за повеќето смоли за реставрација.Тоа е вистински предизвик“.Дополнително, Gougeon Brothers внатрешно ја тестираше новоразвиената чиста епоксидна смола.„Примероците што се ставени во рерна на 120 °F неколку месеци почнуваат да се полимеризираат“, рече Берген.„Сепак, за соодветните примероци чувани на 110 ° F, хемијата на смолата се подобри само за мала количина“.
Поправката беше потврдена на тест таблата и овој модел на AMCB во скала, кој го користеше истиот ламинат и материјал од јадрото како и оригиналниот мост изграден од Seemann Composites.Извор на слика: Custom Technologies LLC
За да се демонстрира техниката на поправка, мора да се произведе репрезентативен ламинат, да се оштети и поправа.„Во првата фаза од проектот, првично користевме мали греди од 4 x 48 инчи и тестови за виткање во четири точки за да ја оцениме изводливоста на нашиот процес на поправка“, рече Клајн.„Потоа, преминавме на панели со димензии 12 x 48 инчи во втората фаза од проектот, применивме оптоварувања за да генерираме биаксијална напонска состојба за да предизвикаме дефект, а потоа ги оценивме перформансите на поправката.Во втората фаза, го комплетиравме и моделот AMCB што го изградивме Одржување“.
Берген рече дека тест панелот што се користи за докажување на перформансите на поправката е произведен со користење на истата лоза на ламинати и основни материјали како AMCB произведена од Seemann Composites, „но ја намаливме дебелината на панелот од 0,375 инчи на 0,175 инчи, врз основа на теоремата за паралелна оска .Ова е случај.Методот, заедно со дополнителните елементи на теоријата на зрак и класичната теорија на ламинат [CLT], беше искористен за поврзување на моментот на инерција и ефективната вкочанетост на AMCB со целосен размер со демо-производ со помала големина што е полесен за ракување и повеќе рентабилно.Потоа, ние.Ткаенината од јаглеродни влакна што се користеше за тест панелите и моделот AMCB беше купена од Vectorply, а јадрото на балса беше направено од Core Composites (Бристол, РИ, САД).
Чекор 1. Овој тест панел прикажува дијаметар на дупка од 3 инчи за да се симулира оштетувањето означено во центарот и да се поправи обемот.Извор на фотографија за сите чекори: Custom Technologies LLC.
Чекор 2. Користете рачна мелница на батерии за да го отстраните оштетениот материјал и заградете ја фластерот за поправка со конус 12:1.
„Сакаме да симулираме поголем степен на оштетување на таблата за тестирање отколку што може да се види на палубата на мостот на теренот“, објасни Берген.„Значи, нашиот метод е да користиме пила со дупки за да направиме дупка со дијаметар од 3 инчи.Потоа, го вадиме приклучокот од оштетениот материјал и користиме рачна пневматска мелница за да обработиме шамија 12:1.
Крејн објасни дека за поправка на јаглеродни влакна/епоксидна обвивка, штом ќе се отстрани „оштетениот“ материјал на панелот и ќе се нанесе соодветна марама, препрегот ќе се исече во ширина и должина за да одговара на стеснувањето на оштетената површина.„За нашиот тест панел, ова бара четири слоеви на препрегум за да се одржи материјалот за поправка конзистентен со горниот дел од оригиналниот неоштетен јаглероден панел.После тоа, трите покривни слоја на јаглерод/епоксидна препрегумација се концентрирани на овој На поправениот дел.Секој последователен слој се протега 1 инч на сите страни на долниот слој, што обезбедува постепено пренесување на товарот од „добриот“ околен материјал до поправената област.Вкупното време за извршување на оваа поправка-вклучувајќи ја подготовката на површината за поправка, сечење и поставување на материјалот за реставрација и примена на процедурата за стврднување-приближно 2,5 часа.
За јаглеродни влакна/епоксидна препрегумација, областа за поправка е спакувана во вакуум и се стврднува на 210°F/99°C за еден час со помош на термичка врска на батерии.
Иако поправката со јаглерод/епоксид е едноставна и брза, тимот ја препозна потребата од попогодно решение за враќање на перформансите.Ова доведе до истражување на ултравиолетови (УВ) лекување препреги.„Интересот за винил естер смоли на Sunrez се заснова на претходното поморско искуство со основачот на компанијата Марк Лајвсеј“, објасни Берген.„Прво му дадовме на Sunrez квази-изотропна стаклена ткаенина, користејќи го нивниот винил естер препрег, и ја оценивме кривата на стврднување под различни услови.Дополнително, бидејќи знаеме дека смолата од винил естер не е како епоксидна смола која обезбедува соодветни перформанси на секундарна адхезија, па затоа се потребни дополнителни напори за да се проценат различните средства за спојување на лепливи слоеви и да се одреди кој е погоден за примена.
Друг проблем е што стаклените влакна не можат да ги обезбедат истите механички својства како јаглеродните влакна.„Во споредба со јаглерод/епоксидна фластера, овој проблем е решен со користење на дополнителен слој од стакло/винил естер“, рече Крејн.„Причината зошто е потребен само еден дополнителен слој е тоа што стаклениот материјал е потешка ткаенина“.Ова произведува соодветен фластер што може да се нанесе и комбинира во рок од шест минути дури и при многу ладни/ниски температури на теренот.Лечење без обезбедување на топлина.Крејн истакна дека оваа поправка може да се заврши во рок од еден час.
И двата системи за закрпи се демонстрирани и тестирани.За секоја поправка, областа што треба да се оштети е означена (чекор 1), креирана со пила за дупчење, а потоа отстранета со помош на рачна мелница на батерии (чекор 2).Потоа пресечете ја поправената површина на конус 12:1.Исчистете ја површината на шалот со влошка со алкохол (чекор 3).Следно, исечете ја фластерот за поправка на одредена големина, ставете го на исчистената површина (чекор 4) и консолидирајте го со валјак за да ги отстраните воздушните меури.За препрег на стаклени влакна/винилен естер кој се стврднува со ултравиолетово, потоа ставете го ослободениот слој на поправената површина и излечете го фластерот со безжична УВ ламба шест минути (чекор 5).За јаглеродни влакна/епоксидна препрегумација, користете претходно програмирана термичка врска со едно копче, напојувана од батерии за да се вакумира и да се залепи поправената површина на 210°F/99°C еден час.
Чекор 5. Откако ќе го поставите слојот за лупење на поправената површина, користете безжична УВ ламба за да го излечите фластерот 6 минути.
„Потоа спроведовме тестови за да ја процениме лепливоста на фластерот и неговата способност да ја врати носивоста на структурата“, рече Берген.„Во првата фаза, треба да ја докажеме леснотијата на примена и способноста да вратиме најмалку 75% од силата.Ова се прави со виткање во четири точки на јаглеродни влакна/епоксидна смола од 4 x 48 инчи и јадро на балса по санирање 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 при сложени оптоварувања на напрегање.Ги исполнивме сите овие барања, а потоа ги фотографиравме методите за поправка на моделот AMCB.Како да се користи инфилд технологијата и опремата за да се обезбеди визуелна референца“.
Клучен аспект на проектот е да се докаже дека почетниците лесно можат да ја завршат поправката.Поради оваа причина, Берген имаше идеја: „Ветив дека ќе им покажам на нашите двајца технички контакти во Армијата: д-р Бернард Сиа и Ешли Џена.Во последниот преглед на првата фаза од проектот, побарав да нема поправки.Искусната Ешли ја изврши поправката.Користејќи го комплетот и прирачникот што ги обезбедивме, таа го нанесе лепенката и ја заврши поправката без никакви проблеми“.
Слика 2 Машината за термичко сврзување на батерии, однапред програмирана, напојувана од батерии, може да ја излечи фластерот за поправка на јаглеродни влакна/епоксидни влакна со притискање на копче, без потреба од знаење за поправка или програмирање на циклусот на стврднување.Извор на слика: Custom Technologies, LLC
Друг клучен развој е системот за стврднување на батерии (Слика 2).„Преку одржување на теренот, имате само енергија од батеријата“, истакна Берген.„Целата процесна опрема во комплетот за поправка што го развивме е безжична“.Ова вклучува термичко поврзување на батерии развиено заеднички од Custom Technologies и добавувачот на машини за термички сврзувачки машини WichiTech Industries Inc. (Рандалстаун, Мериленд, САД).„Овој термички спој кој работи на батерии е претходно програмиран за целосно стврднување, така што почетниците не треба да го програмираат циклусот на стврднување“, рече Крејн.„Тие само треба да притиснат копче за да ја завршат соодветната рампа и да се впијат“.Батериите кои моментално се користат може да траат една година пред да треба да се наполнат.
Со завршувањето на втората фаза од проектот, Custom Technologies подготвува дополнителни предлози за подобрување и собира писма за интерес и поддршка.„Нашата цел е да ја созрееме оваа технологија до TRL 8 и да ја донесеме на терен“, рече Берген.„Го гледаме и потенцијалот за невоени апликации“.
Ја објаснува старата уметност зад првото засилување со влакна во индустријата и има длабинско разбирање за новата наука за влакна и идниот развој.
Наскоро и летајќи за прв пат, 787 се потпира на иновации во композитни материјали и процеси за да ги постигне своите цели
Време на објавување: Сеп-02-2021 година