Prenosivi komplet se može popraviti sa UV-očvrsnim stakloplastičnim/vinil esterom ili karbonskim vlaknima/epoksidnim prepregom koji se čuva na sobnoj temperaturi i opremom za sušenje na baterije.#insidemanufacturing #infrastructure
Popravka preprega koji se očvršćava UV Iako se popravak preprega od karbonskih vlakana/epoksida koji je razvio Custom Technologies LLC za kompozitni most u polju pokazao se jednostavnom i brzom, upotreba vinil ester smole Prepreg ojačane staklenim vlaknima, UV otvrdnuta, razvila je praktičniji sistem .Izvor slike: Custom Technologies LLC
Modularni pokretni mostovi su kritična sredstva za vojno-taktičke operacije i logistiku, kao i obnovu transportne infrastrukture tokom prirodnih katastrofa.Proučavaju se kompozitne konstrukcije kako bi se smanjila težina takvih mostova, čime bi se smanjilo opterećenje transportnih vozila i mehanizama za pokretanje i vraćanje.U poređenju sa metalnim mostovima, kompozitni materijali takođe imaju potencijal da povećaju nosivost i produže radni vek.
Napredni modularni kompozitni most (AMCB) je primjer.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, SAD) i Materials Sciences LLC (Horsham, PA, SAD) koriste epoksidne laminate ojačane karbonskim vlaknima (Slika 1).) Projektovanje i izgradnja).Međutim, mogućnost popravke takvih struktura na terenu predstavljala je problem koji otežava usvajanje kompozitnih materijala.
Slika 1 Kompozitni most, ključna infieldska prednost Napredni modularni kompozitni most (AMCB) je dizajnirao i konstruisao Seemann Composites LLC i Materials Sciences LLC koristeći kompozite epoksidne smole ojačane karbonskim vlaknima.Izvor slike: Seeman Composites LLC (lijevo) i američka vojska (desno).
U 2016. godini, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, SAD) je dobio grant za prvu fazu istraživanja inovacija u malom biznisu (SBIR), finansiran od strane američke vojske, za razvoj metode popravke koju vojnici mogu uspješno izvesti na licu mjesta.Na osnovu ovog pristupa, druga faza SBIR granta je dodijeljena 2018. godine kako bi se prikazali novi materijali i oprema na baterije, čak i ako zakrpu izvodi početnik bez prethodne obuke, 90% ili više strukture može se obnoviti sirovo snagu.Izvodljivost tehnologije utvrđuje se izvođenjem niza analiza, odabira materijala, proizvodnje uzoraka i mehaničkih ispitivanja, kao i malih i velikih popravki.
Glavni istraživač u dvije SBIR faze je Michael Bergen, osnivač i predsjednik Custom Technologies LLC.Bergen se povukao iz Carderock-a iz Centra za mornaričko površinsko ratovanje (NSWC) i služio je u Odjelu za strukture i materijale 27 godina, gdje je upravljao razvojem i primjenom kompozitnih tehnologija u floti američke mornarice.Dr. Roger Crane pridružio se Custom Technologies 2015. nakon povlačenja iz američke mornarice 2011. godine i služio je 32 godine.Njegova ekspertiza o kompozitnim materijalima uključuje tehničke publikacije i patente, koji pokrivaju teme kao što su novi kompozitni materijali, proizvodnja prototipa, metode povezivanja, multifunkcionalni kompozitni materijali, praćenje zdravlja konstrukcija i restauracija kompozitnih materijala.
Dvojica stručnjaka razvila su jedinstveni proces koji koristi kompozitne materijale za popravku pukotina u aluminijskoj nadgradnji vođene raketne krstarice 5456 klase Ticonderoga CG-47. „Proces je razvijen da smanji rast pukotina i da posluži kao ekonomična alternativa za zamjenu ploče platforme od 2 do 4 miliona dolara”, rekao je Bergen.„Tako smo dokazali da znamo kako izvršiti popravke van laboratorija iu stvarnom servisnom okruženju.Ali izazov je u tome što sadašnje metode vojne imovine nisu baš uspješne.Opcija je vezana dupleks popravka [u osnovi na oštećenim područjima Zalijepite ploču na vrh] ili uklonite sredstvo iz upotrebe za popravke na nivou skladišta (D-nivo).Budući da su potrebne popravke na nivou D, mnoga sredstva se ostavljaju po strani.”
Dalje je rekao da je potrebna metoda koju mogu izvoditi vojnici bez iskustva u kompozitnim materijalima, koristeći samo komplete i priručnike za održavanje.Naš cilj je da proces učinimo jednostavnim: pročitajte priručnik, procijenite štetu i izvršite popravke.Ne želimo miješati tečne smole, jer to zahtijeva precizno mjerenje kako bi se osiguralo potpuno stvrdnjavanje.Potreban nam je i sistem bez opasnog otpada nakon završetka popravke.I mora biti upakovano kao komplet koji se može postaviti na postojeću mrežu.”
Jedno rješenje koje je Custom Technologies uspješno demonstrirao je prijenosni komplet koji koristi ojačani epoksidni ljepilo za prilagođavanje ljepljivog kompozitnog zakrpa prema veličini oštećenja (do 12 kvadratnih inča).Demonstracija je završena na kompozitnom materijalu koji predstavlja AMCB špil od 3 inča.Kompozitni materijal ima jezgro od balsa drveta debljine 3 inča (15 funti po kubnoj stopi) i dva sloja Vectorply (Phoenix, Arizona, SAD) C -LT 1100 karbonskih vlakana 0°/90° biaksijalno prošivene tkanine, jedan sloj C-TLX 1900 karbonska vlakna 0°/+45°/-45° tri osovine i dva sloja C-LT 1100, ukupno pet slojeva.„Odlučili smo da će komplet koristiti prefabrikovane zakrpe u kvazi-izotropnom laminatu sličnom multi-osi tako da pravac tkanine neće biti problem,“ rekao je Crane.
Sljedeći problem je matrica smole koja se koristi za popravak laminata.Kako bi se izbjeglo miješanje tekuće smole, flaster će koristiti prepreg.„Međutim, ovi izazovi su skladištenje“, objasnio je Bergen.Kako bi razvili rješenje za pohranjivanje zakrpa, Custom Technologies se udružio sa Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornija, SAD) kako bi razvili prepreg od staklenih vlakana/vinil estera koji može koristiti ultraljubičasto svjetlo (UV) za šest minuta svjetlosne polimerizacije.Također je surađivao sa Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, SAD), koji je predložio korištenje novog fleksibilnog epoksidnog filma.
Rane studije su pokazale da je epoksidna smola najprikladnija smola za prepregove od karbonskih vlakana - UV-otvrdljivi vinil ester i prozirna staklena vlakna dobro funkcioniraju, ali se ne stvrdnjavaju pod karbonskim vlaknima koja blokiraju svjetlost.Zasnovano na novom filmu Gougeon Brothers, konačni epoksidni prepreg očvršćava se 1 sat na 210°F/99°C i ima dug vijek trajanja na sobnoj temperaturi – nema potrebe za skladištenjem na niskim temperaturama.Bergen je rekao da ako je potrebna viša temperatura prelaska stakla (Tg), smola će se također očvrsnuti na višoj temperaturi, kao što je 350°F/177°C.Oba preprega se isporučuju u prenosivom kompletu za popravku kao hrpa prepreg flastera zapečaćenih u omotu od plastične folije.
Budući da se komplet za popravku može čuvati dugo vremena, Custom Technologies je dužan da provede studiju roka trajanja."Kupili smo četiri kućišta od tvrde plastike - tipičan vojni tip koji se koristi u transportnoj opremi - i stavili smo uzorke epoksidnog ljepila i vinil ester preprega u svako kućište", rekao je Bergen.Kutije su zatim postavljene na četiri različite lokacije radi testiranja: krov fabrike Gougeon Brothers u Michiganu, krov aerodroma u Marylandu, vanjski objekt u dolini Yucca (kalifornijska pustinja) i vanjski laboratorij za ispitivanje korozije u južnoj Floridi.Svi slučajevi imaju registratore podataka, ističe Bergen, „Mi uzimamo podatke i uzorke materijala za evaluaciju svaka tri mjeseca.Maksimalna temperatura zabilježena u kutijama na Floridi i Kaliforniji je 140°F, što je dobro za većinu restauratorskih smola.To je pravi izazov.”Osim toga, Gougeon Brothers interno su testirali novorazvijenu čistu epoksidnu smolu.“Uzorci koji su nekoliko mjeseci stavljeni u pećnicu na 120°F počinju da se polimeriziraju”, rekao je Bergen.“Međutim, za odgovarajuće uzorke držane na 110°F, hemija smole se samo malo poboljšala.”
Popravka je potvrđena na testnoj ploči i ovoj smanjenoj maketi AMCB-a, koji je koristio isti laminat i materijal jezgre kao originalni most koji je izgradio Seemann Composites.Izvor slike: Custom Technologies LLC
Da bi se demonstrirala tehnika popravke, reprezentativni laminat mora biti proizveden, oštećen i popravljen.„U prvoj fazi projekta, prvobitno smo koristili male grede 4 x 48 inča i testove savijanja u četiri tačke kako bismo procenili izvodljivost našeg procesa popravke“, rekao je Klein.„Zatim smo prešli na panele od 12 x 48 inča u drugoj fazi projekta, primijenili smo opterećenja kako bismo generirali dvoosno stanje naprezanja koje bi izazvalo kvar, a zatim procijenili učinak popravke.U drugoj fazi smo također završili AMCB model koji smo izgradili Održavanje.”
Bergen je rekao da je testna ploča korištena za dokazivanje performansi popravke proizvedena korištenjem iste linije laminata i materijala jezgre kao AMCB proizvođača Seemann Composites, “ali smo smanjili debljinu panela sa 0,375 inča na 0,175 inča, na osnovu teoreme paralelne ose .Ovo je slučaj.Metoda, zajedno s dodatnim elementima teorije greda i klasične teorije laminata [CLT], korištena je za povezivanje momenta inercije i efektivne krutosti punog AMCB-a s demo proizvodom manje veličine kojim je lakše rukovati i više isplativo.Zatim smo model analize konačnih elemenata (FEA) koji je razvio XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, SAD) korišten za poboljšanje dizajna strukturalnih popravki.”Tkanina od karbonskih vlakana koja se koristi za testne panele i model AMCB kupljena je od Vectorply-a, a jezgro od balze napravljeno je od strane Core Composites (Bristol, RI, SAD).
Korak 1. Ova testna ploča prikazuje prečnik rupe od 3 inča da simulira oštećenje označeno u sredini i popravi obim.Izvor fotografija za sve korake: Custom Technologies LLC.
Korak 2. Koristite ručnu brusilicu na baterije da uklonite oštećeni materijal i pričvrstite zakrpu za popravku sa konusom 12:1.
„Želimo da simuliramo veći stepen oštećenja na probnoj ploči nego što se može videti na palubi mosta na terenu“, objasnio je Bergen.“Dakle, naš metod je da koristimo pilu za rupe da napravimo rupu prečnika 3 inča.Zatim izvlačimo čep oštećenog materijala i ručnom pneumatskom mlinom obrađujemo šal u omjeru 12:1.”
Crane je objasnio da će za popravak od karbonskih vlakana/epoksida, kada se ukloni „oštećeni“ materijal panela i nanese odgovarajući šal, prepreg će biti isječen na širinu i dužinu kako bi odgovarao suženju oštećenog područja.“Za našu testnu ploču, ovo zahtijeva četiri sloja preprega kako bi materijal za popravku bio u skladu s vrhom originalne neoštećene karbonske ploče.Nakon toga, tri pokrivna sloja ugljičnog/epoksidnog preprega se koncentrišu na ovaj na popravljenom dijelu.Svaki naredni sloj se proteže 1 inč na sve strane donjeg sloja, što omogućava postepeni prijenos opterećenja sa "dobrog" okolnog materijala na popravljeno područje."Ukupno vrijeme za izvođenje ove popravke – uključujući pripremu područja za popravku, rezanje i postavljanje restauracijskog materijala i primjenu postupka očvršćavanja – otprilike 2,5 sata.
Za prepreg od ugljičnih vlakana/epoksidnih vlakana, područje popravke je vakuumirano i očvršćeno na 210°F/99°C u trajanju od jednog sata korištenjem termalnog veziva na baterije.
Iako je popravak ugljika/epoksida jednostavan i brz, tim je prepoznao potrebu za praktičnijim rješenjem za vraćanje performansi.To je dovelo do istraživanja ultraljubičastih (UV) preprega.„Interesovanje za Sunrez vinil esterske smole zasnovano je na prethodnom pomorskom iskustvu sa osnivačem kompanije Markom Livesayem,“ objasnio je Bergen.„Prvo smo obezbedili Sunrezu kvazi-izotropnu staklenu tkaninu, koristeći njihov prepreg vinil ester, i procenili krivulju očvršćavanja pod različitim uslovima.Osim toga, budući da znamo da vinil esterska smola nije poput epoksidne smole koja pruža prikladne performanse sekundarne adhezije, pa su potrebni dodatni napori da se procijene različita sredstva za spajanje slojeva ljepila i odredi koja je pogodna za primjenu.”
Drugi problem je što staklena vlakna ne mogu pružiti ista mehanička svojstva kao karbonska vlakna.“U poređenju sa karbonskim/epoksidnim flasterom, ovaj problem je riješen korištenjem dodatnog sloja staklo/vinil estera,” rekao je Crane.“Razlog zašto je potreban samo jedan dodatni sloj je taj što je stakleni materijal teža tkanina.”Ovo proizvodi odgovarajući flaster koji se može staviti i kombinovati u roku od šest minuta čak i na veoma niskim/smrznutim temperaturama u polju.Stvrdnjavanje bez zagrijavanja.Crane je istakao da se ova sanacija može završiti u roku od sat vremena.
Oba sistema zakrpa su demonstrirana i testirana.Za svaki popravak, područje koje treba oštetiti je označeno (korak 1), napravljeno pilom za rupe, a zatim uklonjeno pomoću ručnog brusilice na baterije (korak 2).Zatim izrežite popravljeno područje na konus 12:1.Očistite površinu šala alkoholnom jastučićem (korak 3).Zatim izrežite zakrpu za popravku na određenu veličinu, stavite je na očišćenu površinu (korak 4) i učvrstite je valjkom kako biste uklonili mjehuriće zraka.Za prepreg od staklenih vlakana/UV-stvrdnjavajućih vinil esterskih preprega, zatim stavite sloj za otpuštanje na popravljeno područje i osušite flaster bežičnom UV lampom šest minuta (korak 5).Za prepreg od ugljičnih vlakana/epoksida, koristite unaprijed programirani termalni bonder s jednim dugmetom, napajan baterijom za vakumiranje i sušite popravljeno područje na 210°F/99°C jedan sat.
Korak 5. Nakon postavljanja piling sloja na popravljeno područje, koristite bežičnu UV lampu da osušite flaster 6 minuta.
“Potom smo sproveli testove kako bismo procijenili ljepljivost flastera i njegovu sposobnost da obnovi nosivost konstrukcije”, rekao je Bergen.“U prvoj fazi moramo dokazati lakoću primjene i sposobnost povrata najmanje 75% snage.Ovo se radi savijanjem u četiri tačke na 4 x 48 inča od karbonskih vlakana/epoksidne smole i grede jezgre od balze nakon popravke simulirane štete.Da.Druga faza projekta koristila je panel dimenzija 12 x 48 inča i mora imati više od 90% zahtjeva za čvrstoćom pod složenim opterećenjima.Ispunili smo sve ove zahtjeve, a zatim fotografirali metode popravke na AMCB modelu.Kako koristiti tehnologiju i opremu na terenu za pružanje vizualne reference.”
Ključni aspekt projekta je dokazati da početnici mogu lako završiti popravku.Iz tog razloga, Bergen je imao ideju: „Obećao sam da ću demonstrirati naša dva tehnička kontakta u vojsci: dr. Bernard Sia i Ashley Genna.U završnoj reviziji prve faze projekta tražio sam da se ne popravljaju.Iskusna Ashley je izvršila popravku.Koristeći komplet i priručnik koji smo mi dali, stavila je zakrpu i završila popravku bez ikakvih problema.”
Slika 2. Prethodno programirana mašina za termičko vezivanje na baterije na baterije može osušiti zakrpu za popravku od karbonskih vlakana/epoksida pritiskom na dugme, bez potrebe za znanjem popravke ili programiranjem ciklusa sušenja.Izvor slike: Custom Technologies, LLC
Drugi ključni razvoj je sistem očvršćavanja na baterije (slika 2).„Kroz održavanje na terenu, imate samo baterijsko napajanje“, istakao je Bergen.“Sva procesna oprema u kompletu za popravku koji smo razvili je bežična.”Ovo uključuje termičko vezivanje na baterije koje su zajednički razvili Custom Technologies i mašina za termalno vezivanje WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, SAD).“Ovaj termički bonder na baterije je unaprijed programiran da završi očvršćavanje, tako da početnici ne moraju programirati ciklus sušenja,” rekao je Crane.„Oni samo trebaju pritisnuti dugme da bi završili odgovarajuću rampu i natopili se.”Baterije koje se trenutno koriste mogu trajati godinu dana prije nego što ih je potrebno napuniti.
Završetkom druge faze projekta, Custom Technologies priprema naknadne prijedloge poboljšanja i prikuplja pisma o zainteresovanosti i podršci.“Naš cilj je da sazrijemo ovu tehnologiju do TRL 8 i donesemo je na teren”, rekao je Bergen.“Također vidimo potencijal za nevojne primjene.”
Objašnjava staru umjetnost koja stoji iza prvog ojačanja vlaknima u industriji i ima dubinsko razumijevanje nove nauke o vlaknima i budućeg razvoja.
Uskoro i leti po prvi put, 787 se oslanja na inovacije u kompozitnim materijalima i procesima kako bi postigao svoje ciljeve
Vrijeme objave: Sep-02-2021