Kaasaskantavat komplekti saab parandada ultraviolett-kõhistava klaaskiust/vinüülestri või süsinikkiu/epoksü ettevalmistamisega, mida hoitakse toatemperatuuril ja akutoitega kõvenemisseadmetel. #InInDenanu Tooting #infrastruktuur
UV-kõveneva Prepregi plaastri parandamine Kuigi süsinikkiu/epoksü Prepreg-parandus, mille on välja töötanud Custom Technologies LLC, osutus lihtsaks ja kiireks . Pildiallikas: Custom Technologies LLC
Modulaarsed kasutuselevõtavad sillad on kriitilised varad sõjaliste taktikaliste operatsioonide ja logistika jaoks, samuti transpordi infrastruktuuri taastamine loodusõnnetuste ajal. Selliste sildade kaalu vähendamiseks uuritakse komposiitkonstruktsioone, vähendades seeläbi transpordisõidukite koormust ja käivitusmehhanisme. Võrreldes metallsildadega on komposiitmaterjalidel ka suurendada koormuse kandmise mahtu ja pikendada kasutusaja.
Näide on täiustatud modulaarne komposiitsild (AMCB). SESANN Composiites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) ja Materials Sciences LLC (Horsham, PA, USA) kasutavad süsinikkiust tugevdatud epoksülaminaate (joonis 1). ) Disain ja ehitamine). Võimalus selliseid struktuure valdkonnas on olnud probleem, mis takistab komposiitmaterjalide kasutuselevõttu.
Joonis 1 Komposiitsild, võtmeinfieldi vara täiustatud modulaarne komposiitsild (AMCB) kavandati ja ehitasid Sisheann Composites LLC ja materjalide Sciences LLC, kasutades süsinikkiuduga tugevdatud epoksüvaigukomposiite. Kujutise allikas: Seeman Composites LLC (vasakul) ja USA armee (paremal).
2016. aastal sai Custom Technologies LLC (Millersville, MD, USA) USA armee rahastatud väikeettevõtete innovatsiooniuuringute (SBIR) 1. etapi toetuse remondimeetodi väljatöötamiseks, mida sõdurid saavad kohapeal edukalt läbi viia. Selle lähenemisviisi põhjal anti SBIR-toetuse teine etapp 2018. aastal välja uute materjalide ja akutoitega seadmete tutvustamiseks, isegi kui plaastrit teostab algaja ilma eelneva koolituseta, saab 90% või rohkem konstruktsiooni taastada toorest. tugevus. Tehnoloogia teostatavus määratakse läbi analüüsi, materjali valimise, proovide tootmise ja mehaaniliste testimisülesanded, samuti väikesemahulised ja täismõõdulised remondid.
Kahe SBIR -faasi peamine uurija on Custom Technologies LLC asutaja ja president Michael Bergen. Bergen läks pensionile Mereväe Surface Warfare Centeri Carderockist (NSWC) ning teenis 27 aastat ehitiste ja materjalide osakonnas, kus ta juhtis komposiittehnoloogiate väljatöötamist ja rakendamist USA mereväe laevastikus. Dr Roger Crane liitus Custom Technologiesiga 2015. aastal pärast USA mereväelt pensionile jäämist 2011. aastal ja on töötanud 32 aastat. Tema komposiitmaterjalide teadmised hõlmavad tehnilisi väljaandeid ja patente, hõlmates selliseid teemasid nagu uued komposiitmaterjalid, prototüüpide valmistamine, ühendusmeetodid, multifunktsionaalsed komposiitmaterjalid, struktuurilise tervise jälgimine ja komposiitmaterjalide taastamine.
Kaks eksperti on välja töötanud ainulaadse protsessi, mis kasutab komposiitmaterjale Ticonderoga CG-47 klassi alumiiniumist pealisehituse parandamiseks, klassijuhitud rakettide ristleja 5456. 2–4 miljoni dollari suuruse platvormi juhatuse asendamisele, ”ütles Bergen. „Nii et tõestasime, et teame, kuidas teha remonti väljaspool laboratoorset ja reaalses teeninduskeskkonnas. Kuid väljakutse on see, et praegused sõjaväe vara meetodid pole eriti edukad. Option on ühendatud dupleksparandus [põhimõtteliselt kahjustatud aladel liimib tahvel tippu] või eemaldage vara teenindusest laotaseme (D-taseme) remondiks. Kuna D-taseme remonti on vaja, pannakse palju vara kõrvale. ”
Ta jätkas, et vajalik on meetod, mida saavad teha komposiitmaterjalide kogemusteta sõdurid, kasutades ainult komplekte ja hooldusjuhendeid. Meie eesmärk on muuta protsess lihtsaks: lugege käsiraamatut, hinnake kahju ja tehke remonti. Me ei taha vedelaid vaiku segada, kuna see nõuab täieliku ravi tagamiseks täpset mõõtmist. Pärast remondi valmimist vajame ka süsteemi, millel pole ohtlikke jäätmeid. Ja see tuleb pakendada komplektina, mida olemasolev võrk saab kasutusele võtta. "
Üks lahendus, mida kohandatud tehnoloogiad edukalt näitasid, on kaasaskantav komplekt, mis kasutab karastatud epoksüliimi, et kohandada liimi komposiitplaastrit vastavalt kahjustuse suurusele (kuni 12 ruut tolli). Demonstratsioon viidi lõpule komposiitmaterjalil, mis tähistas 3-tollist paksust AMCB teki. Komposiitmaterjal on 3 -tolline paks balsa puit südamikku (15 naela kuupjala tiheduse kohta) ja kaks kihti vektorpulit (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 süsinikkiust 0 °/90 ° biaksiaalne õmmeldud kangas, üks kiht C-TLX 1900 süsinikkiud 0 °/+45 °/-45 ° kolm võlli ja kaks kihti C-LT 1100, kokku viis kihti. "Otsustasime, et komplekt kasutab multi-teljega sarnases kvaasi-isotroopses laminaadis kokkupandavaid plaastreid, nii et kanga suund ei oleks probleem," ütles Crane.
Järgmine väljaanne on vaigu maatriks, mida kasutatakse laminaadi remondiks. Vedela vaiku segamise vältimiseks kasutab plaaster Prepreg. "Need väljakutsed on siiski ladustajad," selgitas Bergen. Ladustatava plaastrilahenduse väljatöötamiseks on Custom Technologies teinud koostööd Sunrez Corp. -iga (El Cajon, California, USA), et arendada klaaskiudu/vinüülstri ettevalmistamist, mis võib kasutada ultraviolettvalgust (UV) kuueminutilise valguse kõvenemise ajal. See tegi koostööd ka Gougeon Brothersiga (Bay City, Michigan, USA), mis soovitas kasutada uut paindlikku epoksüfilmi.
Varased uuringud on näidanud, et epoksüvaik on kõige sobivam vaigu süsinikkiust prepregs-uv-kõverdatava vinüülist estri ja poolläbipaistva klaaskiuga toimivad hästi, kuid ärge ravige kergelt blokeeriva süsinikkiuga. Gougeon Brothersi uue filmi põhjal ravitakse lõplik epoksü ettevalmistamine 1 tund temperatuuril 210 ° F/99 ° C ja sellel on pikk säilivusaega toatemperatuuril-vaja on madala temperatuuriga ladustamist. Bergen ütles, et kui on vaja kõrgemat klaasist üleminekutemperatuuri (TG), kõvendatakse vaiku kõrgemal temperatuuril, näiteks 350 ° F/177 ° C. Mõlemad ettevalmistused on kaasaskantavas remondikomplektis kui virna Prepreg -plaastrid, mis on suletud plastkile ümbrikus.
Kuna remondikomplekti võib pikka aega säilitada, on säilivusaja elu uuringu läbiviimiseks vaja kohandatud tehnoloogiaid. "Ostsime neli kõvast plastist korpust - tüüpiline sõjaline tüüp, mida kasutatakse transpordivahendites - ja panime igasse korpusesse epoksüliimi ja vinüülterri ettevalmistamise proove," ütles Bergen. Seejärel paigutati kastid testimiseks nelja erinevasse kohta: Michiganis asuva Gougeon Brothersi tehase katus, Marylandi lennujaama katus, Yucca orus (California kõrbes) asuv välihoone ja Lõuna -Florida välistingimustes korrosiooni testimislabor. Kõigil juhtudel on andmelogijad, juhib Bergen: „Võtame iga kolme kuu tagant andmeid ja materiaalseid proove. Florida ja California kastides registreeritud maksimaalne temperatuur on 140 ° F, mis on hea enamiku restaureerimisvaikude jaoks. See on tõeline väljakutse. ” Lisaks katsetas Gougeon Brothers sisemiselt välja töötatud puhta epoksüvaiku. "Proovid, mis on mitu kuud ahju temperatuuril 120 ° F asetatud, hakkavad polümeriseerima," ütles Bergen. "Vastavate proovide puhul, mida hoiti temperatuuril 110 ° F, paranes vaigu keemia ainult väikese koguse võrra."
Remondit kontrolliti katsetahvlil ja seda AMCB skaalamudelit, milles kasutati sama laminaadi ja südamiku materjali nagu Sishenanni komposiitide ehitatud originaalsild. Pildiallikas: Custom Technologies LLC
Remonditehnika demonstreerimiseks tuleb esinduslik laminaat toota, kahjustada ja parandada. "Projekti esimeses etapis kasutasime oma remondiprotsessi teostatavuse hindamiseks algselt väikesemahulisi 4 x 48-tolliseid talasid ja neljapunktilist paindekatset," ütles Klein. “Seejärel liikusime projekti teises etapis 12 x 48 tollise paneeli juurde, rakendasime koormusi, et tekitada riket biaksiaalse stressiseisundi tekitamiseks, ja hindasime seejärel remonditulemusi. Teises etapis viisime läbi ka AMCB mudeli, mille ehitasime hoolduse. ”
Bergen ütles, et remondi jõudluse tõestamiseks kasutatud katsepaneeli, kasutades sama laminaatide ja tuumamaterjalide liini nagu AMCB, mida valmistas SESANN Composiites, “kuid me vähendasime paneeli paksust 0,375 tollilt 0,175 tolli, tuginedes paralleelse telje teoreemile . See on nii. Meetodit koos talateooria ja klassikalise laminaatiteooria täiendavate elementidega [CLT] kasutati inertsimomendi ja täismõõtmelise AMCB efektiivse jäikuse sidumiseks väiksema suurusega demotootega, mida on lihtsam käsitseda ja rohkem käsitseda ja rohkem kulutõhus. Seejärel kasutati Xcraft Inc. (Boston, Massachusettts, USA) välja töötatud lõplike elementide analüüsi [FEA] mudelit, et parandada konstruktsioonide remonditööd. ” Testpaneelide jaoks kasutatud süsinikkiust kangas ja AMCB mudel osteti ettevõttelt VectorPly ning BALSA südamikku valmistati tuumikomposiidid (Bristol, RI, USA).
1. samm. Sellel katsepaneelil on 3 -tollise augu läbimõõt, et simuleerida keskel tähistatud kahjustusi ja parandada ümbermõõtu. Kõigi sammude fotoallikas: Custom Technologies LLC.
2. samm. Kahjustatud materjali eemaldamiseks kasutage akutoitega manuaalset veski ja lisage remondiplaaster 12: 1 koonusega.
"Tahame simuleerida katselaua suuremat kahju, kui võiks näha põllul oleval silla tekil," selgitas Bergen. „Nii et meie meetod on kasutada augusaega 3-tollise läbimõõduga augu valmistamiseks. Seejärel tõmbame kahjustatud materjali pistiku välja ja kasutame salli 12: 1 töötlemiseks käeshoitavat pneumaatilist veski. ”
Kraana selgitas, et süsinikkiu/epoksü parandamise korral, kui kahjustatud paneeli materjal on eemaldatud ja sobiv sall, lõigatakse ettevalmistus laiuseks ja pikkuseks, et see vastaks kahjustatud ala koonusesse. „Meie katsepaneeli jaoks nõuab see neli kihti Prepregi jaoks, et hoida remondimaterjal kooskõlas originaalse kahjustamata süsinikpaneeli ülaosaga. Pärast seda koonduvad kolm süsiniku/epoksü ettevalmistamise kihti sellele parandatud osale. Iga järjestikune kiht ulatub alumise kihi kõigil külgedel 1 tolli, mis tagab järkjärgulise koormuse ülekande “heast” ümbritsevast materjalist parandatud alale. ” Kogu aeg selle remondiga remondiala ettevalmistamiseks, restaureerimismaterjali lõikamiseks ja paigutamiseks ning kõvenemisprotseduuri rakendamiseks-2,5 tundi.
Süsinikkiu/epoksü ettevalmistamiseks on remondiala pakitud ja kõvendatud tund aega temperatuuril 210 ° F/99 ° C, kasutades akutoitega termilist lõppu.
Ehkki süsiniku/epoksü parandamine on lihtne ja kiire, tunnistas meeskond vajadust jõudluse taastamiseks mugavama lahenduse järele. See viis ultraviolettkiirguse (UV) kõvenevate ettevalmistuste uurimiseni. "Huvi Sunrez Vinylestri vaikude vastu põhineb varasemal mereväe kogemusel ettevõtte asutaja Mark Livingyga," selgitas Bergen. „Esmalt varustasime Sunrezile kvaasi-isotroopse klaasise kanga, kasutades nende vinüülestri ettevalmistamist, ja hindasime kõvera kõverat erinevates tingimustes. Lisaks sellele, kuna me teame, et vinüülterivaik ei ole nagu epoksüvaik, mis tagab sobiva sekundaarse adhesiooni jõudluse, on vaja erinevate kleepuvate ühendusagentide hindamiseks ja määramiseks, milline neist sobib rakenduseks. ”
Teine probleem on see, et klaaskiud ei saa pakkuda samu mehaanilisi omadusi kui süsinikkiudu. "Võrreldes süsiniku/epoksülatvuga lahendatakse see probleem, kasutades täiendavat klaasi/vinüülterrit," ütles Crane. "Põhjus, miks on vaja ainult ühte täiendavat kihti, on see, et klaasmaterjal on raskem kangas." See annab sobiva plaastri, mida saab kuue minuti jooksul kanda ja kombineerida isegi väga külma/külmutava temperatuuri korral. Kõvenemine ilma soojust pakkumata. Crane tõi välja, et selle remonditöö saab lõpule viia tunni jooksul.
Mõlemad plaastrisüsteemid on demonstreeritud ja testitud. Iga remondi jaoks on kahjustatud ala märgitud (1. samm), luuakse augusaega ja eemaldatakse seejärel akutoitega manuaalveski abil (2. samm). Seejärel lõigake parandatud ala 12: 1 koonuseks. Puhastage salli pind alkoholipadjaga (3. samm). Järgmisena lõigake remondiplaaster teatud suurusega, asetage see puhastatud pinnale (4. samm) ja konsolideerige see rulliga, et õhumullid eemaldada. Klaaskiudude/ultraviolettkihi vinüülist estri ettevalmistamise jaoks asetage vabastamiskiht parandatud alale ja pange plaaster juhtmeta ultraviolettlambiga kuueks minutiks (5. samm). Süsinikkiu/epoksü ettevalmistamise jaoks kasutage eelprogrammeeritud, ühe nupuga, akutoitega termilist lõhustust tolmuimejaks ja raviks remonditud ala temperatuuril 210 ° F/99 ° C ühe tund.
5. samm. Pärast koorimiskihi asetamist parandatud alale kasutage plaastri raviks juhtmeta UV -lampi.
"Seejärel viisime läbi testid, et hinnata plaastri liimi ja selle võimet taastada konstruktsiooni koormusoskus," ütles Bergen. „Esimeses etapis peame tõestama rakenduse lihtsust ja võimalust vähemalt 75% tugevusest taastada. Seda tehakse neljapunktilise paindumisega 4 x 48-tollise süsinikkiu/epoksüvaigu ja balsa südamiku talaga pärast simuleeritud kahjustuste parandamist. Jah. Projekti teises etapis kasutati 12 x 48 -tollist paneeli ja keerukate tüvekoormuste korral peab olema rohkem kui 90% tugevusvajadus. Me vastasime kõigile neile nõuetele ja pildistasime seejärel AMCB mudeli remondimeetodeid. Kuidas kasutada visuaalse viite saamiseks infotehnoloogiat ja seadmeid. ”
Projekti põhiaspekt on tõestada, et algajad saavad remondi hõlpsalt lõpule viia. Sel põhjusel oli Bergenil idee: „Olen lubanud näidata meie kahte armee tehnilist kontakti: dr Bernard Sia ja Ashley Genna. Projekti esimese etapi viimases ülevaates palusin ma remonti. Kogenud Ashley tegi remondi. Kasutades meie pakutavat komplekti ja käsiraamatut, rakendas ta plaastri ja lõpetas remondi ilma probleemideta. ”
Joonis 2 Akutoitega kõvendatud eelprogrammeeritud, akutoitega termilise sidemega masin võib ravida ühe nupuvajutusega süsinikkiu/epoksü remondiplaastrit, ilma et oleks vaja parandada teadmisi või kõvenemistsükli programmeerimist. Pildiallikas: Custom Technologies, LLC
Veel üks põhiarendus on akutoitega kõvendamissüsteem (joonis 2). "Välja hoolduse kaudu on teil ainult aku võimsus," tõi Bergen välja. "Kõik meie välja töötatud remondikomplekti protsessiseadmed on traadita." See hõlmab kohandatud tehnoloogiate ja termiliste sidemete tarnija Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) masinaga ühiselt välja töötatud akutoitega termosidemeid. "See akutoitega termiline bonder on eelprogrammeeritud täieliku kõvenemiseni, nii et algajad ei pea kõvenemistsükli programmeerima," sõnas Crane. "Nõuetekohase kaldtee ja leotamiseks peavad nad lihtsalt nuppu vajutama." Praegu kasutatavad akud võivad kesta aasta enne laadimist.
Projekti teise etapi lõpuleviimisega valmistab Custom Technologies koostama järelmeetmete parendamise ettepanekuid ning kogub huvi ja tugiteenuseid. "Meie eesmärk on küpseks muuta see tehnoloogia TRL 8 -ks ja viia see väljakule," sõnas Bergen. "Näeme ka mitte sõjaliste rakenduste potentsiaali."
Selgitab vana kunsti tööstuse esimese kiudude tugevdamise taga ning tal on põhjalik arusaam uutest kiudainetest ja tulevasest arengust.
Varsti ja esimest korda lennates tugineb 787 oma eesmärkide saavutamiseks komposiitmaterjalide ja protsesside uuendustele
Postiaeg: september-02-2021