Die draagbare stel kan herstel word met UV-geneesbare veselglas/vinielester of koolstofvesel/epoksie prepreg wat by kamertemperatuur gestoor word en battery-aangedrewe uithardingstoerusting.#binnevervaardiging #infrastruktuur
UV-geneesbare prepreg pleisterherstel Alhoewel die koolstofvesel/epoksie prepreg herstel wat ontwikkel is deur Custom Technologies LLC vir die infield saamgestelde brug eenvoudig en vinnig geblyk het te wees, het die gebruik van glasvesel versterkte UV-geneesbare viniel ester hars Prepreg 'n geriefliker stelsel ontwikkel .Beeldbron: Custom Technologies LLC
Modulêre ontplooibare brûe is kritieke bates vir militêre taktiese operasies en logistiek, sowel as die herstel van vervoerinfrastruktuur tydens natuurrampe.Saamgestelde strukture word bestudeer om die gewig van sulke brûe te verminder en sodoende die las op vervoervoertuie en lanseer-herwinningsmeganismes te verminder.In vergelyking met metaalbrûe, het saamgestelde materiale ook die potensiaal om drakrag te verhoog en dienslewe te verleng.
Die Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) is 'n voorbeeld.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, VSA) en Materials Sciences LLC (Horsham, PA, VSA) gebruik koolstofveselversterkte epoksielaminate (Figuur 1).) Ontwerp en konstruksie).Die vermoë om sulke strukture in die veld te herstel, was egter 'n probleem wat die aanvaarding van saamgestelde materiale belemmer.
Figuur 1 Saamgestelde brug, sleutel binneland-bate Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) is ontwerp en gebou deur Seemann Composites LLC en Materials Sciences LLC met behulp van koolstofveselversterkte epoksiehars-komposiete.Beeldbron: Seeman Composites LLC (links) en die Amerikaanse weermag (regs).
In 2016 het Custom Technologies LLC (Millersville, MD, VSA) 'n Fase 1-toekenning vir kleinsake-innovasienavorsing (SBIR) van die Amerikaanse weermag ontvang om 'n herstelmetode te ontwikkel wat suksesvol deur soldate ter plaatse uitgevoer kan word.Op grond van hierdie benadering is die tweede fase van die SBIR-toekenning in 2018 toegeken om nuwe materiale en battery-aangedrewe toerusting ten toon te stel, selfs al word die pleister uitgevoer deur 'n beginner sonder vooraf opleiding, kan 90% of meer van die struktuur rou herstel word sterkte.Die haalbaarheid van die tegnologie word bepaal deur 'n reeks analise-, materiaalseleksie-, monstervervaardigings- en meganiese toetstake uit te voer, sowel as kleinskaalse en volskaalse herstelwerk.
Die hoofnavorser in die twee SBIR-fases is Michael Bergen, die stigter en president van Custom Technologies LLC.Bergen het afgetree by Carderock van die Naval Surface Warfare Centre (NSWC) en het vir 27 jaar in die Strukture en Materiale Departement gedien, waar hy die ontwikkeling en toepassing van saamgestelde tegnologieë in die Amerikaanse vloot se vloot bestuur het.Dr. Roger Crane het in 2015 by Custom Technologies aangesluit nadat hy in 2011 uit die Amerikaanse vloot getree het en het al 32 jaar diens gedoen.Sy saamgestelde materiaal kundigheid sluit tegniese publikasies en patente in, wat onderwerpe dek soos nuwe saamgestelde materiale, prototipe vervaardiging, verbindingsmetodes, multifunksionele saamgestelde materiale, strukturele gesondheidsmonitering, en saamgestelde materiaal herstel.
Die twee kenners het 'n unieke proses ontwikkel wat saamgestelde materiale gebruik om die krake in die aluminium bobou van die Ticonderoga CG-47 klas geleide missielkruiser 5456 te herstel. “Die proses is ontwikkel om die groei van krake te verminder en om as 'n ekonomiese alternatief te dien tot die vervanging van 'n platformbord van 2 tot 4 miljoen dollar,” het Bergen gesê.“Ons het dus bewys dat ons weet hoe om herstelwerk buite die laboratorium en in 'n werklike diensomgewing uit te voer.Maar die uitdaging is dat huidige militêre batemetodes nie baie suksesvol is nie.Die opsie is gebonde dupleks herstel [basies in beskadigde gebiede Plak 'n bord aan die bokant] of verwyder die bate uit diens vir pakhuis-vlak (D-vlak) herstelwerk.Omdat herstelwerk op D-vlak vereis word, word baie bates opsy gesit.”
Hy het voortgegaan om te sê dat wat nodig is 'n metode is wat uitgevoer kan word deur soldate met geen ervaring in saamgestelde materiale, met slegs kits en onderhoudshandleidings.Ons doel is om die proses eenvoudig te maak: lees die handleiding, evalueer die skade en voer herstelwerk uit.Ons wil nie vloeibare harse meng nie, aangesien dit presiese meting vereis om volledige genesing te verseker.Ons benodig ook 'n stelsel sonder gevaarlike afval nadat herstelwerk voltooi is.En dit moet verpak word as 'n stel wat deur die bestaande netwerk ontplooi kan word.”
Een oplossing wat Custom Technologies suksesvol gedemonstreer het, is 'n draagbare stel wat 'n geharde epoksie gom gebruik om die gom saamgestelde pleister aan te pas volgens die grootte van die skade (tot 12 vierkante duim).Die demonstrasie is voltooi op 'n saamgestelde materiaal wat 'n 3-duim dik AMCB-dek verteenwoordig.Die saamgestelde materiaal het 'n 3-duim dik balsa-houtkern (15 pond per kubieke voetdigtheid) en twee lae Vectorply (Phoenix, Arizona, VSA) C -LT 1100 koolstofvesel 0°/90° tweeassige stikstof, een laag van C-TLX 1900 koolstofvesel 0°/+45°/-45° drie skagte en twee lae C-LT 1100, altesaam vyf lae."Ons het besluit dat die stel voorafvervaardigde kolle in 'n kwasi-isotropiese laminaat soortgelyk aan 'n multi-as sal gebruik, sodat die stofrigting nie 'n probleem sal wees nie," het Crane gesê.
Die volgende uitgawe is die harsmatriks wat vir laminaatherstel gebruik word.Om te verhoed dat vloeibare hars vermeng word, sal die pleister prepreg gebruik."Hierdie uitdagings is egter berging," het Bergen verduidelik.Om 'n stoorbare pleisteroplossing te ontwikkel, het Custom Technologies 'n vennootskap met Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornië, VSA) aangegaan om 'n glasvesel/vinielester-prepreg te ontwikkel wat ultraviolet lig (UV) in ses minute lig kan gebruik.Dit het ook saamgewerk met Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, VSA), wat die gebruik van 'n nuwe buigsame epoksiefilm voorgestel het.
Vroeë studies het getoon dat epoksiehars die mees geskikte hars is vir koolstofvesel prepregs-UV-geneesbare vinielester en deurskynende glasvesel werk goed, maar genees nie onder ligblokkerende koolstofvesel nie.Gebaseer op Gougeon Brothers se nuwe film, word die finale epoksie-prepreg vir 1 uur by 210°F/99°C gehard en het 'n lang raklewe by kamertemperatuur - geen behoefte aan lae-temperatuurberging nie.Bergen het gesê dat as 'n hoër glasoorgangstemperatuur (Tg) vereis word, die hars ook teen 'n hoër temperatuur, soos 350°F/177°C, genees sal word.Albei prepregs word in 'n draagbare herstelstel voorsien as 'n stapel prepreg-kolle wat in 'n plastiekfilmkoevert verseël is.
Aangesien die herstelstel vir 'n lang tyd gestoor kan word, moet Custom Technologies 'n rakleeftydstudie doen."Ons het vier harde plastiek-omhulsels gekoop - 'n tipiese militêre tipe wat in vervoertoerusting gebruik word - en het monsters van epoksie-kleefmiddel en vinielester-prepreg in elke omhulsel gesit," het Bergen gesê.Die bokse is toe op vier verskillende plekke geplaas vir toetsing: die dak van die Gougeon Brothers-fabriek in Michigan, die dak van die Maryland-lughawe, die buitelugfasiliteit in Yucca Valley (Kaliforniese woestyn) en die buitelug-korrosietoetslaboratorium in die suide van Florida.Alle gevalle het dataloggers, sê Bergen, "Ons neem data en materiaalmonsters vir evaluering elke drie maande.Die maksimum temperatuur wat in die bokse in Florida en Kalifornië aangeteken is, is 140 ° F, wat goed is vir die meeste herstelharse.Dit is 'n ware uitdaging.”Boonop het Gougeon Brothers die nuut ontwikkelde suiwer epoksiehars intern getoets."Monsters wat vir 'n paar maande in 'n oond by 120 ° F geplaas is, begin polimeriseer," het Bergen gesê."Vir die ooreenstemmende monsters wat by 110 ° F gehou is, het die harskemie egter net met 'n klein hoeveelheid verbeter."
Die herstel is geverifieer op die toetsbord en hierdie skaalmodel van AMCB, wat dieselfde laminaat- en kernmateriaal gebruik het as die oorspronklike brug wat deur Seemann Composites gebou is.Beeldbron: Custom Technologies LLC
Om die hersteltegniek te demonstreer, moet 'n verteenwoordigende laminaat vervaardig, beskadig en herstel word."In die eerste fase van die projek het ons aanvanklik kleinskaalse 4 x 48-duim-balke en vierpunt-buigtoetse gebruik om die haalbaarheid van ons herstelproses te evalueer," het Klein gesê."Toe het ons oorgeskakel na 12 x 48 duim panele in die tweede fase van die projek, vragte toegepas om 'n tweeassige spanningstoestand te genereer om mislukking te veroorsaak, en dan die herstelwerkverrigting geëvalueer.In die tweede fase het ons ook die AMCB-model voltooi wat ons instandhouding gebou het.”
Bergen het gesê dat die toetspaneel wat gebruik is om die herstelwerkverrigting te bewys, vervaardig is met dieselfde lyn van laminate en kernmateriale as AMCB vervaardig deur Seemann Composites, "maar ons het die paneeldikte van 0,375 duim tot 0,175 duim verminder, gebaseer op die parallelle-as-stelling .Dit is die geval.Die metode, tesame met die bykomende elemente van balkteorie en klassieke laminaatteorie [CLT], is gebruik om die traagheidsmoment en effektiewe styfheid van die volskaalse AMCB te koppel met 'n kleiner-grootte demo-produk wat makliker is om te hanteer en meer. koste-effektief.Die eindige element-analise [FEA]-model wat deur XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, VSA) ontwikkel is, is gebruik om die ontwerp van strukturele herstelwerk te verbeter.”Die koolstofveselstof wat vir die toetspanele en die AMCB-model gebruik is, is by Vectorply gekoop, en die balsakern is gemaak deur Core Composites (Bristol, RI, VSA) verskaf.
Stap 1. Hierdie toetspaneel vertoon 'n 3 duim gat deursnee om skade wat in die middel gemerk is te simuleer en die omtrek te herstel.Fotobron vir alle stappe: Custom Technologies LLC.
Stap 2. Gebruik 'n battery-aangedrewe handslyper om die beskadigde materiaal te verwyder en omsluit die herstelpleister met 'n 12:1 taps.
"Ons wil 'n hoër mate van skade op die toetsbord simuleer as wat op die brugdek in die veld gesien kan word," het Bergen verduidelik."Ons metode is dus om 'n gatsaag te gebruik om 'n gat van 3 duim deursnee te maak.Dan trek ons die prop van die beskadigde materiaal uit en gebruik 'n pneumatiese slypmasjien om 'n 12:1 serp te verwerk.”
Crane het verduidelik dat vir herstel van koolstofvesel/epoksie, sodra die "beskadigde" paneelmateriaal verwyder is en 'n toepaslike serp aangebring is, die prepreg in breedte en lengte gesny sal word om by die taps van die beskadigde area te pas."Vir ons toetspaneel vereis dit vier lae prepreg om die herstelmateriaal in ooreenstemming te hou met die bokant van die oorspronklike onbeskadigde koolstofpaneel.Daarna word die drie deklae koolstof/epoksie prepreg op hierdie Op die herstelde deel gekonsentreer.Elke opeenvolgende laag strek 1 duim aan alle kante van die onderste laag, wat 'n geleidelike lasoordrag van die "goeie" omliggende materiaal na die herstelde area bied.Die totale tyd om hierdie herstelwerk uit te voer, insluitend herstelareavoorbereiding, Sny en plaas van die herstelmateriaal en die toepassing van die uithardingsprosedure - ongeveer 2,5 uur.
Vir koolstofvesel/epoksie-prepreg word die herstelarea vakuumverpak en vir een uur lank teen 210°F/99°C gehard met 'n battery-aangedrewe termiese bindmiddel.
Alhoewel die herstel van koolstof/epoksie eenvoudig en vinnig is, het die span die behoefte aan 'n geriefliker oplossing erken om werkverrigting te herstel.Dit het gelei tot die verkenning van ultraviolet (UV) genesende prepregs."Die belangstelling in Sunrez viniel ester harse is gebaseer op vorige vloot ervaring met die maatskappy se stigter Mark Livesay," het Bergen verduidelik.“Ons het eers 'n kwasi-isotropiese glasstof aan Sunrez verskaf deur hul vinielester-prepreg te gebruik en die uithardingskurwe onder verskillende toestande geëvalueer.Daarbenewens, omdat ons weet dat vinielesterhars nie soos epoksiehars is nie, wat geskikte sekondêre adhesieprestasie bied, is bykomende pogings nodig om verskeie kleeflaagkoppelmiddels te evalueer en te bepaal watter een geskik is vir die toepassing.
Nog 'n probleem is dat glasvesels nie dieselfde meganiese eienskappe as koolstofvesels kan bied nie."In vergelyking met koolstof / epoksie pleister, word hierdie probleem opgelos deur 'n ekstra laag glas / viniel ester te gebruik," het Crane gesê."Die rede waarom net een bykomende laag nodig is, is dat die glasmateriaal 'n swaarder materiaal is."Dit lewer 'n geskikte pleister wat binne ses minute aangebring en gekombineer kan word, selfs by baie koue/vries binneland temperature.Uitharding sonder om hitte te verskaf.Crane het daarop gewys dat dié herstelwerk binne ’n uur afgehandel kan word.
Beide pleisterstelsels is gedemonstreer en getoets.Vir elke herstel word die area wat beskadig moet word gemerk (stap 1), geskep met 'n gatsaag, en dan verwyder met 'n battery-aangedrewe handslyper (stap 2).Sny dan die herstelde area in 'n 12:1 taps.Maak die oppervlak van die serp skoon met 'n alkoholblokkie (stap 3).Sny dan die herstelpleister tot 'n sekere grootte, plaas dit op die skoongemaakte oppervlak (stap 4) en konsolideer dit met 'n roller om lugborrels te verwyder.Vir glasvesel/UV-hardende vinielester-prepreg, plaas dan die vrylatingslaag op die herstelde area en genees die pleister met 'n koordlose UV-lamp vir ses minute (stap 5).Vir koolstofvesel/epoksie prepreg, gebruik 'n vooraf geprogrammeerde, een-knoppie, battery-aangedrewe termiese binder om die herstelde area vir een uur by 210°F/99°C te stofsuig en te genees.
Stap 5. Nadat jy die afskillaag op die herstelde area geplaas het, gebruik 'n koordlose UV-lamp om die pleister vir 6 minute te genees.
"Toe het ons toetse gedoen om die kleefvermoë van die pleister en sy vermoë om die dravermoë van die struktuur te herstel te evalueer," het Bergen gesê.“In die eerste fase moet ons die gemak van toepassing en die vermoë om ten minste 75% van die sterkte te herwin bewys.Dit word gedoen deur vierpuntbuiging op 'n 4 x 48 duim koolstofvesel/epoksiehars en balsakernbalk nadat die gesimuleerde skade herstel is.Ja.Die tweede fase van die projek het 'n paneel van 12 x 48 duim gebruik en moet meer as 90% sterktevereistes toon onder komplekse vervormingsbelasting.Ons het aan al hierdie vereistes voldoen en toe die herstelmetodes op die AMCB-model gefotografeer.Hoe om binnelandse tegnologie en toerusting te gebruik om 'n visuele verwysing te verskaf."
'n Belangrike aspek van die projek is om te bewys dat beginners die herstel maklik kan voltooi.Om hierdie rede het Bergen 'n idee gehad: “Ek het belowe om aan ons twee tegniese kontakte in die weermag te demonstreer: Dr. Bernard Sia en Ashley Genna.In die finale hersiening van die eerste fase van die projek het ek vir geen herstelwerk gevra nie.Ervare Ashley het die herstelwerk gedoen.Met die kit en handleiding wat ons verskaf het, het sy die pleister aangebring en die herstelwerk sonder enige probleme voltooi.”
Figuur 2 Die battery-aangedrewe uithardings-voorgeprogrammeerde, battery-aangedrewe termiese bindingsmasjien kan die koolstofvesel/epoksie-herstelpleister genees met die druk van 'n knoppie, sonder die behoefte aan herstelkennis of genesingsiklusprogrammering.Beeldbron: Custom Technologies, LLC
Nog 'n sleutelontwikkeling is die battery-aangedrewe genesingstelsel (Figuur 2)."Deur instandhouding van die veld het jy net batterykrag," het Bergen daarop gewys."Al die prosestoerusting in die herstelstel wat ons ontwikkel het, is draadloos."Dit sluit battery-aangedrewe termiese binding in wat gesamentlik ontwikkel is deur Custom Technologies en verskaffer van termiese bindingsmasjien WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, VSA) masjien."Hierdie battery-aangedrewe termiese binder is vooraf geprogrammeer om uitharding te voltooi, so beginners hoef nie die uithardingsiklus te programmeer nie," het Crane gesê."Hulle hoef net 'n knoppie te druk om die regte oprit te voltooi en te week."Die batterye wat tans gebruik word, kan vir 'n jaar hou voordat dit herlaai moet word.
Met die voltooiing van die tweede fase van die projek, is Custom Technologies besig om opvolgverbeteringsvoorstelle voor te berei en briewe van belangstelling en ondersteuning in te samel."Ons doel is om hierdie tegnologie tot TRL 8 volwasse te maak en dit na die veld te bring," het Bergen gesê."Ons sien ook die potensiaal vir nie-militêre toepassings."
Verduidelik die ou kuns agter die bedryf se eerste veselversterking, en het 'n diepgaande begrip van nuwe veselwetenskap en toekomstige ontwikkeling.
Die 787, wat binnekort kom en vir die eerste keer vlieg, maak staat op innovasies in saamgestelde materiale en prosesse om sy doelwitte te bereik
Postyd: Sep-02-2021