Kaasaskantavat komplekti saab parandada UV-kiirgusega kõveneva klaaskiust/vinüülestri või süsinikkiust/epoksüprepregiga, mida hoitakse toatemperatuuril, ja patareitoitel töötava kõvendusseadmega.#insidetootmine #infrastruktuur
UV-kõvastuva prepreg-plaastri parandamine Kuigi Custom Technologies LLC poolt välja töötatud süsinikkiud/epoksüprepreg-parandus osutus lihtsaks ja kiireks, on klaaskiuga tugevdatud UV-kõvastuva vinüülestervaigu Prepreg kasutamine välja töötanud mugavama süsteemi. .Pildi allikas: Custom Technologies LLC
Modulaarsed kasutuselevõetavad sillad on sõjaliste taktikaliste operatsioonide ja logistika ning transpordiinfrastruktuuri taastamise kriitilised vahendid loodusõnnetuste ajal.Selliste sildade kaalu vähendamiseks uuritakse komposiitkonstruktsioone, vähendades seeläbi transpordivahendite ja stardi-tagastusmehhanismide koormust.Võrreldes metallsildadega on komposiitmaterjalidel ka potentsiaali suurendada kandevõimet ja pikendada kasutusiga.
Näiteks on täiustatud modulaarne komposiitsild (AMCB).Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) ja Materials Sciences LLC (Horsham, PA, USA) kasutavad süsinikkiuga tugevdatud epoksülaminaate (joonis 1).) Projekteerimine ja ehitamine).Selliste konstruktsioonide parandamise võimalus on aga olnud probleem, mis takistab komposiitmaterjalide kasutuselevõttu.
Joonis 1 Komposiitsild, põhiline sisemine vara Täiustatud modulaarse komposiitsilla (AMCB) projekteerisid ja ehitasid Seemann Composites LLC ja Materials Sciences LLC, kasutades süsinikkiuga tugevdatud epoksüvaigukomposiite.Pildi 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. faasi grandi, et töötada välja remondimeetod, mida sõdurid saavad kohapeal edukalt teostada.Sellest lähenemisest lähtuvalt anti 2018. aastal SBIR-i stipendiumi teine etapp, et esitleda uusi materjale ja akutoitel seadmeid, isegi kui plaastri teeb algaja ilma eelneva väljaõppeta, saab 90% või rohkem konstruktsioonist taastada töötlemata. tugevus.Tehnoloogia otstarbekus määratakse analüüside, materjalide valiku, näidiste valmistamise ja mehaaniliste testimiste ning väikesemahuliste ja täismahuliste remonditöödega.
SBIR-i kahe faasi peamine uurija on Michael Bergen, Custom Technologies LLC asutaja ja president.Bergen läks pensionile Carderockist Naval Surface Warfare Centerist (NSWC) ja teenis 27 aastat struktuuride ja materjalide osakonnas, kus ta juhtis komposiittehnoloogiate arendamist ja rakendamist USA mereväe laevastikus.Dr Roger Crane liitus Custom Technologiesiga 2015. aastal pärast USA mereväest pensionile jäämist 2011. aastal ja on teeninud 32 aastat.Tema komposiitmaterjalide ekspertteadmised hõlmavad tehnilisi väljaandeid ja patente, mis hõlmavad selliseid teemasid nagu uued komposiitmaterjalid, prototüüpide tootmine, ühendusmeetodid, multifunktsionaalsed komposiitmaterjalid, struktuuride tervise jälgimine ja komposiitmaterjalide taastamine.
Kaks eksperti on välja töötanud ainulaadse protsessi, mis kasutab komposiitmaterjale Ticonderoga CG-47 klassi juhitava raketiristleja 5456 alumiiniumist pealisehituse pragude parandamiseks. „Protsess töötati välja pragude tekke vähendamiseks ja ökonoomse alternatiivina. 2–4 miljoni dollari suuruse platvormiplaadi väljavahetamiseni, ”ütles Bergen.“Seega tõestasime, et oskame remonti teha väljaspool laborit ja reaalses teeninduskeskkonnas.Kuid väljakutse seisneb selles, et praegused sõjaliste varade meetodid ei ole kuigi edukad.Võimalus on liimitud dupleksremont [põhimõtteliselt kahjustatud piirkondades Liimige plaat ülaosale] või eemaldage vara kasutusest laotaseme (D-taseme) remondiks.Kuna D-taseme remont on vajalik, jäetakse paljud varad kõrvale.
Ta jätkas, et vaja on meetodit, mida saavad teostada komposiitmaterjalide alal kogemusteta sõdurid, kasutades ainult komplekte ja hooldusjuhendeid.Meie eesmärk on muuta protsess lihtsaks: lugeda läbi juhend, hinnata kahjustusi ja teha remont.Me ei soovi segada vedelaid vaiku, kuna see nõuab täpset mõõtmist, et tagada täielik kõvenemine.Vajame ka süsteemi, kus pärast remondi lõppu ei tekiks ohtlikke jäätmeid.Ja see peab olema pakendatud komplektina, mida saab olemasolevas võrgus kasutusele võtta.”
Üks lahendus, mida Custom Technologies edukalt demonstreeris, on kaasaskantav komplekt, mis kasutab karastatud epoksüliimi, et kohandada liimikomposiitplaastrit vastavalt kahjustuse suurusele (kuni 12 ruuttolli).Demonstratsioon viidi lõpule komposiitmaterjalil, mis esindas 3-tollist paksust AMCB tekki.Komposiitmaterjalil on 3-tolline paksune balsa puitsüdamik (15 naela kuupjalga kohta) ja kaks kihti Vectorply (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 süsinikkiust 0°/90° kaheteljelist õmmeldud kangast, üks kiht C-TLX 1900 süsinikkiud 0°/+45°/-45° kolm võlli ja kaks kihti C-LT 1100, kokku viis kihti."Otsustasime, et komplektis kasutatakse kokkupandavaid plaastreid kvaasiisotroopses laminaadis, mis sarnaneb mitmeteljelisega, nii et kanga suund ei ole probleem," ütles Crane.
Järgmine probleem on laminaadi parandamiseks kasutatav vaigumaatriks.Vedela vaigu segunemise vältimiseks kasutatakse plaastril prepregi."Need väljakutsed on siiski ladustamine, " selgitas Bergen.Salvestatava plaastri lahenduse väljatöötamiseks on Custom Technologies teinud koostööd Sunrez Corp.-ga (El Cajon, California, USA), et töötada välja klaaskiust/vinüülestri prepreg, mis suudab kasutada ultraviolettvalgust (UV) kuue minutiga Valguskõvastus.Samuti tehti koostööd ettevõttega Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), kes soovitas kasutada uut painduvat epoksiidkilet.
Varased uuringud on näidanud, et epoksüvaik on kõige sobivam vaik süsinikkiust prepregidele – UV-kiirgusega kõvenev vinüülester ja poolläbipaistev klaaskiud toimivad hästi, kuid ei kõvene valgust blokeeriva süsinikkiu all.Põhinedes Gougeon Brothersi uuel kilel, kõveneb lõplik epoksüprepreg 1 tund temperatuuril 210 °F/99 °C ja sellel on pikk säilivusaeg toatemperatuuril – ei ole vaja säilitada madalal temperatuuril.Bergen ütles, et kui on vaja kõrgemat klaasistumistemperatuuri (Tg), kõveneb vaik ka kõrgemal temperatuuril, näiteks 350 °F/177 °C.Mõlemad prepreg-plaastrid on kaasaskantavas paranduskomplektis, mis on kileümbrisesse suletud prepreg-plaastrite virna.
Kuna paranduskomplekti võib pikka aega säilitada, on Custom Technologies kohustatud läbi viima säilivusaja uuringu."Ostsime neli kõvast plastikust korpust – tüüpilist transpordivarustuses kasutatavat sõjaväetüüpi – ja panime igasse korpusesse epoksüliimi ja vinüülestri eelproovid," ütles Bergen.Seejärel paigutati kastid katsetamiseks nelja erinevasse kohta: Gougeon Brothersi tehase katus Michiganis, Marylandi lennujaama katus, välirajatis Yucca orus (California kõrbes) ja välikorrosioonikatselabor Lõuna-Floridas.Kõikidel juhtudel on andmesalvestajad, märgib Bergen: „Võtame iga kolme kuu tagant andmete ja materjalide proove hindamiseks.Floridas ja Californias on kastides registreeritud maksimaalne temperatuur 140 °F, mis sobib enamiku restaureerimisvaikude jaoks.See on tõeline väljakutse.”Lisaks katsetas Gougeon Brothers äsja väljatöötatud puhast epoksüvaiku sisemiselt."Proovid, mis on asetatud ahju temperatuuril 120 ° F mitu kuud, hakkavad polümeriseerima, " ütles Bergen."Kuid vastavate proovide puhul, mida hoiti temperatuuril 110 ° F, paranes vaigu keemia vaid vähesel määral."
Parandust kontrolliti katsetahvlil ja sellel AMCB mudelil, mis kasutas sama laminaati ja südamiku materjali kui Seemann Compositesi algsel sillal.Pildi allikas: Custom Technologies LLC
Remonditehnika demonstreerimiseks tuleb valmistada, vigastada ja parandada esinduslik laminaat."Projekti esimeses etapis kasutasime remondiprotsessi teostatavuse hindamiseks algselt väikesemahulisi 4 x 48-tollisi talasid ja nelja punkti painutusteste," ütles Klein."Seejärel läksime projekti teises etapis üle 12 x 48-tollistele paneelidele, rakendasime koormusi, et tekitada rikke tekitamiseks kaheteljeline pingeseisund, ja seejärel hindasime remonditulemusi.Teises etapis saime valmis ka AMCB mudeli, mille ehitasime Maintenance.
Bergen ütles, et parandusnäitajate tõestamiseks kasutatud testpaneel valmistati sama laminaatide ja südamikumaterjalide alusel kui Seemann Compositesi toodetud AMCB, "kuid vähendasime paralleeltelje teoreemi alusel paneeli paksust 0,375 tollilt 0,175 tollile. .See on nii.Meetodit koos talateooria ja klassikalise laminaaditeooria [CLT] lisaelementidega kasutati täismahus AMCB inertsmomendi ja efektiivse jäikuse sidumiseks väiksema suurusega demotootega, mida on lihtsam käsitseda ja palju muud. kuluefektiivne.Seejärel kasutasime XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) välja töötatud lõplike elementide analüüsi [FEA] mudelit, et täiustada konstruktsioonide remonditöid.Katsepaneelide ja AMCB mudeli jaoks kasutatud süsinikkiust kangas osteti Vectorplyst ning balsasüdamiku valmistas Core Composites (Bristol, RI, USA).
1. samm. Sellel testpaneelil kuvatakse 3-tollise ava läbimõõt, et simuleerida keskele märgitud kahjustusi ja parandada ümbermõõtu.Kõigi sammude fotoallikas: Custom Technologies LLC.
2. samm. Kasutage kahjustatud materjali eemaldamiseks akutoitega käsitsi veskit ja sulgege parandusplaaster 12:1 koonusega.
"Me tahame simuleerida katsetahvlil suuremat kahjustust, kui võib näha silla tekil põllul," selgitas Bergen."Nii et meie meetod on 3-tollise läbimõõduga augu tegemiseks augusaega.Seejärel tõmbame kahjustatud materjali pistiku välja ja kasutame 12:1 salli töötlemiseks käeshoitavat pneumaatilist veski.
Crane selgitas, et süsinikkiu/epoksiidi parandamiseks lõigatakse prepreg pärast kahjustatud paneeli materjal eemaldamist ja sobiva salli pealekandmist laiuseks ja pikkuseks, et see sobiks kahjustatud ala koonusega."Meie testpaneeli jaoks on selleks vaja nelja kihti eeltöödeldud materjali, et parandusmaterjal oleks kooskõlas originaalse kahjustamata süsinikpaneeli ülaosaga.Pärast seda koondatakse sellele parandatud osale kolm kattekihti süsinik/epoksüprepreg.Iga järgnev kiht ulatub 1 tolli võrra alumise kihi kõikidele külgedele, mis tagab koormuse järkjärgulise ülekandumise "healt" ümbritsevalt materjalilt remonditavale alale.Remondi läbiviimiseks kuluv koguaeg – sealhulgas paranduspinna ettevalmistamine, restaureerimismaterjali lõikamine ja paigaldamine ning kõvenemisprotseduur – ca 2,5 tundi.
Süsinikkiu/epoksüprepregi puhul pakitakse remondipiirkond vaakumpaki ja kõvendatakse temperatuuril 210°F/99°C ühe tunni jooksul, kasutades akutoitel termilist sideainet.
Kuigi süsiniku/epoksiidi parandamine on lihtne ja kiire, mõistis meeskond vajadust mugavama lahenduse järele jõudluse taastamiseks.See viis ultraviolettkiirgusega (UV) kõvenevate prepregide uurimiseni."Huvi Sunrezi vinüülestervaikude vastu põhineb varasemal mereväe kogemusel ettevõtte asutaja Mark Livesayga," selgitas Bergen.„Esmalt varustasime Sunreziga kvaasiisotroopse klaaskangaga, kasutades nende vinüülestri prepregi, ja hindasime kõvenemiskõverat erinevates tingimustes.Lisaks, kuna me teame, et vinüülestervaik ei ole nagu epoksüvaik, mis tagab sobiva sekundaarse adhesioonivõime, on vaja teha täiendavaid jõupingutusi, et hinnata erinevaid liimikihte siduvaid aineid ja määrata, milline neist on rakenduse jaoks sobiv.
Teine probleem on see, et klaaskiud ei suuda pakkuda samu mehaanilisi omadusi kui süsinikkiud."Võrreldes süsiniku / epoksüplaastriga lahendatakse see probleem täiendava klaasi / vinüülestri kihi kasutamisega, " ütles Crane."Põhjus, miks on vaja ainult ühte lisakihti, on see, et klaasmaterjal on raskem kangas."See annab sobiva plaastri, mida saab paigaldada ja kombineerida kuue minuti jooksul isegi väga külma/külma sisetemperatuuri korral.Kõvenemine ilma soojust andmata.Crane juhtis tähelepanu, et need remonditööd saavad tehtud tunniga.
Mõlemat plaastrisüsteemi on demonstreeritud ja testitud.Iga remondi puhul märgitakse kahjustatud piirkond (samm 1), luuakse augusaega ja eemaldatakse seejärel akutoitel käsitsi veski abil (samm 2).Seejärel lõigake parandatud ala 12:1 koonusekujuliseks.Puhastage salli pind alkoholipadjaga (3. samm).Järgmisena lõigake parandusplaaster teatud suuruseks, asetage see puhastatud pinnale (samm 4) ja kinnitage see õhumullide eemaldamiseks rulliga.Klaaskiu/UV-kõvastuva vinüülestri prepreg puhul asetage eemaldatav kiht parandatud alale ja kuivatage plaaster juhtmeta UV-lambiga kuus minutit (samm 5).Süsinikkiust/epoksiidprepreg-materjali puhul kasutage eelprogrammeeritud ühe nupuvajutusega akutoitega termilist sideainet vaakumpakendamiseks ja parandatud ala kuivatamiseks temperatuuril 210°F/99°C tund aega.
Samm 5. Pärast koorimiskihi paigaldamist parandatud alale kasutage plaastri 6 minutiks kõvendamiseks juhtmeta UV-lampi.
"Seejärel viisime läbi katsed, et hinnata plaastri kleepuvust ja selle võimet taastada konstruktsiooni kandevõimet," ütles Bergen.“Esimeses etapis peame tõestama pealekandmise lihtsust ja võimet taastada vähemalt 75% tugevusest.Seda tehakse 4 x 48-tollise süsinikkiust/epoksüvaigu ja balsa südamiku tala neljapunkti painutamise teel pärast simuleeritud kahjustuse parandamist.Jah.Projekti teises etapis kasutati 12x48-tollist paneeli ja see peab keerukate deformatsioonide korral vastama rohkem kui 90% tugevusnõuetele.Täitsime kõik need nõuded ja pildistasime seejärel AMCB mudelil remondimeetodid.Kuidas kasutada välitehnoloogiat ja seadmeid visuaalse viite saamiseks.
Projekti põhiaspektiks on tõestada, et algajad saavad remondi hõlpsalt lõpule viia.Sel põhjusel tekkis Bergenil idee: „Olen lubanud demonstreerida meie kahte armee tehnilist kontakti: dr Bernard Sia ja Ashley Genna.Projekti esimese etapi lõplikus ülevaates palusin ma remonti mitte teha.Remondi teostas kogenud Ashley.Kasutades meie pakutavat komplekti ja juhendit, pani ta plaastri ja lõpetas remondi probleemideta.
Joonis 2 Akutoitega kõvenemise eelprogrammeeritud akutoitega termilise sidumismasin suudab süsinikkiust/epoksiidist parandusplaastri töödelda ühe nupuvajutusega, ilma et oleks vaja remonditeadmisi või kõvenemistsükli programmeerimist.Pildi allikas: Custom Technologies, LLC
Teine oluline arendus on akutoitel töötav kõvendussüsteem (joonis 2)."Sisehoolde tõttu on teil ainult akutoide," märkis Bergen."Kõik meie väljatöötatud remondikomplektis olevad protsessiseadmed on juhtmevabad."See hõlmab akutoitel töötavat termilist sidumist, mille on ühiselt välja töötanud Custom Technologies ja termoliimimismasinate tarnija WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA)."See akutoitega termiline sideaine on eelprogrammeeritud täielikuks kõvenemiseks, nii et algajad ei pea kõvenemistsüklit programmeerima, " ütles Crane."Nad peavad õige kaldtee lõpuleviimiseks ja leotamiseks lihtsalt nuppu vajutama."Praegu kasutusel olevad akud võivad vastu pidada aasta, enne kui neid on vaja uuesti laadida.
Projekti teise etapi lõppedes koostab Custom Technologies järelmeetmete parendusettepanekuid ning kogub huvi- ja toetuskirju."Meie eesmärk on küpseda see tehnoloogia TRL 8-ks ja viia see välja," ütles Bergen."Näeme ka mittesõjaliste rakenduste potentsiaali."
Selgitab vana kunsti tööstuse esimese kiudude tugevdamise taga ning tunneb põhjalikult uut kiudude teadust ja edasist arengut.
Peagi ilmuv ja esimest korda lendav 787 tugineb oma eesmärkide saavutamiseks komposiitmaterjalide ja -protsesside uuendustele
Postitusaeg: 02.02.2021