Преносиви комплет се може поправити са УВ-очврсним фибергласом/винил естром или препрегом од угљеничних влакана/епоксида који се чува на собној температури и опремом за сушење на батерије. #инсидемануфацтуринг #инфраструцтуре
Поправка закрпа препрега који се очвршћава УВ Иако се поправка препрега од угљеничних влакана/епоксида који је развила компанија Цустом Тецхнологиес ЛЛЦ за композитни мост у пољу, показала као једноставна и брза, употреба винил естер смоле Препрег ојачане стакленим влакнима која се очвршћава на УВ зрачење је развила погоднији систем . Извор слике: Цустом Тецхнологиес ЛЛЦ
Модуларни покретни мостови су критична средства за војно-тактичке операције и логистику, као и за обнову транспортне инфраструктуре током природних катастрофа. Композитне конструкције се проучавају како би се смањила тежина таквих мостова, чиме се смањује оптерећење транспортних возила и механизама за лансирање-опоравак. У поређењу са металним мостовима, композитни материјали такође имају потенцијал да повећају носивост и продуже радни век.
Напредни модуларни композитни мост (АМЦБ) је пример. Сееманн Цомпоситес ЛЛЦ (Гулфпорт, Мисисипи, САД) и Материалс Сциенцес ЛЛЦ (Хорсхам, ПА, САД) користе епоксидне ламинате ојачане угљеничним влакнима (Слика 1). ) Пројектовање и изградња). Међутим, могућност да се такве структуре поправе на терену је проблем који омета усвајање композитних материјала.
Слика 1 Композитни мост, кључна инфиелдска предност Напредни модуларни композитни мост (АМЦБ) је дизајнирао и конструисао Сееманн Цомпоситес ЛЛЦ и Материалс Сциенцес ЛЛЦ користећи композите епоксидне смоле ојачане угљеничним влакнима. Извор слике: Сееман Цомпоситес ЛЛЦ (лево) и америчка војска (десно).
У 2016. години, Цустом Тецхнологиес ЛЛЦ (Миллерсвилле, МД, САД) је добио грант за прву фазу истраживања иновација у малом бизнису (СБИР), финансиран од стране америчке војске, за развој методе поправке коју војници могу успешно извршити на лицу места. На основу овог приступа, друга фаза СБИР гранта је додељена 2018. године како би се приказали нови материјали и опрема на батерије, чак и ако закрпу изводи почетник без претходне обуке, 90% или више структуре може се обновити сирово снагу. Изводљивост технологије утврђује се извођењем низа анализа, одабира материјала, производње узорака и механичких испитивања, као и малих и великих поправки.
Главни истраживач у две СБИР фазе је Мајкл Берген, оснивач и председник Цустом Тецхнологиес ЛЛЦ. Берген се повукао из Цардероцк-а из Центра за морнаричко површинско ратовање (НСВЦ) и служио је у Одељењу за структуре и материјале 27 година, где је руководио развојем и применом композитних технологија у флоти америчке морнарице. Др Роџер Крејн придружио се компанији Цустом Тецхнологиес 2015. након што се пензионисао из америчке морнарице 2011. године и служио је 32 године. Његова експертиза за композитне материјале укључује техничке публикације и патенте, који покривају теме као што су нови композитни материјали, производња прототипа, методе повезивања, мултифункционални композитни материјали, праћење здравља конструкција и рестаурација композитних материјала.
Два стручњака су развила јединствени процес који користи композитне материјале за поправку пукотина у алуминијумској надградњи вођене ракетне крстарице 5456 класе Тицондерога ЦГ-47. „Процес је развијен да смањи раст пукотина и да послужи као економична алтернатива за замену платформе од 2 до 4 милиона долара“, рекао је Берген. „Тако смо доказали да знамо како да извршимо поправке ван лабораторије иу стварном сервисном окружењу. Али изазов је у томе што садашње методе војне имовине нису баш успешне. Опција је везана дуплекс поправка [углавном у оштећеним областима Залепите плочу на врх] или уклоните средство из употребе за поправке на нивоу складишта (Д-ниво). Пошто су потребне поправке на нивоу Д, многа средства се остављају по страни."
Даље је рекао да је потребна метода коју могу да изводе војници без искуства у композитним материјалима, користећи само комплете и приручнике за одржавање. Наш циљ је да поједноставимо процес: прочитајте упутство, процените штету и извршите поправке. Не желимо да мешамо течне смоле, јер то захтева прецизно мерење да би се обезбедило потпуно очвршћавање. Такође нам је потребан систем без опасног отпада након завршетка поправке. И мора бити упаковано као комплет који може да се примени у постојећој мрежи. ”
Једно решење које је Цустом Тецхнологиес успешно демонстрирао је преносиви комплет који користи ојачани епоксидни лепак за прилагођавање композитног закрпа лепка према величини оштећења (до 12 квадратних инча). Демонстрација је завршена на композитном материјалу који представља АМЦБ шпил од 3 инча. Композитни материјал има језгро од балса дрвета дебљине 3 инча (15 фунти по кубној стопи густине) и два слоја Вецторпли (Феникс, Аризона, САД) Ц-ЛТ 1100 карбонских влакана 0°/90° биаксијално прошивене тканине, један слој Ц-ТЛКС 1900 карбонска влакна 0°/+45°/-45° три осовине и два слоја Ц-ЛТ 1100, укупно пет слојева. „Одлучили смо да ће комплет користити префабриковане закрпе у квази-изотропном ламинату сличном вишеосни, тако да правац тканине неће бити проблем“, рекао је Крејн.
Следеће питање је матрица смоле која се користи за поправку ламината. Да би се избегло мешање течне смоле, фластер ће користити препрег. „Међутим, ови изазови су складиштење“, објаснио је Берген. Да би развили решење за складиштење закрпа, Цустом Тецхнологиес се удружио са Сунрез Цорп. (Ел Цајон, Калифорнија, САД) како би развили препрег од стаклених влакана/винил естра који може да користи ултраљубичасто светло (УВ) за шест минута светлосне полимеризације. Такође је сарађивао са Гоугеон Бротхерс (Беј Сити, Мичиген, САД), који је предложио употребу новог флексибилног епоксидног филма.
Ране студије су показале да је епоксидна смола најпогоднија смола за препрегове од угљеничних влакана - винил естар који се очвршћава УВ и провидна стаклена влакна добро функционишу, али не очвршћавају под угљеничним влакнима која блокирају светлост. На основу новог филма Гоугеон Бротхерс-а, коначни епоксидни препрег се очвршћава 1 сат на 210°Ф/99°Ц и има дуг век трајања на собној температури – нема потребе за складиштењем на ниским температурама. Берген је рекао да ако је потребна виша температура преласка стакла (Тг), смола ће се такође очврснути на вишој температури, као што је 350°Ф/177°Ц. Оба препрега се испоручују у преносивом комплету за поправку као гомила препрег фластера запечаћених у коверти од пластичне фолије.
Пошто комплет за поправку може да се складишти дуго времена, Цустом Тецхнологиес је обавезна да спроведе студију рока трајања. „Купили смо четири кућишта од тврде пластике — типичан војни тип који се користи у транспортној опреми — и ставили смо узорке епоксидног лепка и винил естарског препрега у свако кућиште“, рекао је Берген. Кутије су затим постављене на четири различите локације за тестирање: кров фабрике Гоугеон Бротхерс у Мичигену, кров аеродрома Мериленд, објекат на отвореном у долини Јука (калифорнијска пустиња) и лабораторија за испитивање корозије на отвореном у јужној Флориди. Сви случајеви имају регистраторе података, истиче Берген, „Ми узимамо податке и узорке материјала за процену свака три месеца. Максимална температура забележена у кутијама на Флориди и Калифорнији је 140°Ф, што је добро за већину смола за рестаурацију. То је прави изазов.” Поред тога, Гоугеон Бротхерс интерно су тестирали новоразвијену чисту епоксидну смолу. „Узорци који су неколико месеци стављени у рерну на 120 ° Ф почињу да полимеризују“, рекао је Берген. „Међутим, за одговарајуће узорке држане на 110 ° Ф, хемија смоле се само мало побољшала.
Поправка је верификована на пробној плочи и овом моделу АМЦБ-а, који је користио исти ламинат и материјал језгре као оригинални мост који је изградио Сееманн Цомпоситес. Извор слике: Цустом Тецхнологиес ЛЛЦ
Да би се демонстрирала техника поправке, репрезентативни ламинат мора бити произведен, оштећен и поправљен. „У првој фази пројекта, првобитно смо користили мале греде 4 к 48 инча и тестове савијања у четири тачке да бисмо проценили изводљивост нашег процеса поправке“, рекао је Клајн. „Затим смо прешли на панеле од 12 к 48 инча у другој фази пројекта, применили оптерећења да генеришемо двоосно стање напрезања да изазове квар, а затим проценили перформансе поправке. У другој фази смо такође завршили АМЦБ модел који смо изградили за одржавање.”
Берген је рекао да је тест панел који се користи за доказивање перформанси поправке произведен коришћењем исте линије ламината и материјала језгра као АМЦБ произвођача Сееманн Цомпоситес, „али смо смањили дебљину панела са 0,375 инча на 0,175 инча, на основу теореме паралелне осе . Ово је случај. Метода, заједно са додатним елементима теорије снопа и класичне теорије ламината [ЦЛТ], коришћена је за повезивање момента инерције и ефективне крутости пуног АМЦБ-а са демо производом мање величине који је лакши за руковање и више. исплативо. Затим смо модел анализе коначних елемената (ФЕА) који је развио КСЦрафт Инц. (Бостон, Массацхусеттс, САД) коришћен за побољшање дизајна структуралних поправки.” Тканина од угљеничних влакана која се користи за тестне панеле и модел АМЦБ купљена је од Вецторпли-а, а језгро од балзе је произвела компанија Цоре Цомпоситес (Бристол, РИ, САД).
Корак 1. Овај тест панел приказује пречник рупе од 3 инча да би симулирао оштећење означено у средини и поправио обим. Извор фотографија за све кораке: Цустом Тецхнологиес ЛЛЦ.
Корак 2. Користите ручну брусилицу на батерије да уклоните оштећени материјал и причврстите закрпу за поправку са конусом 12:1.
„Желимо да симулирамо већи степен оштећења на тестној табли него што се може видети на палуби моста на терену“, објаснио је Берген. „Дакле, наш метод је да користимо тестеру за рупе да направимо рупу пречника 3 инча. Затим извлачимо чеп оштећеног материјала и користимо ручну пнеуматску брусилицу за обраду шала 12:1.
Крејн је објаснио да за поправку од угљеничних влакана/епоксида, када се „оштећени” материјал панела уклони и нанесе одговарајући шал, препрег ће бити исечен на ширину и дужину како би одговарао конусности оштећеног подручја. „За наш тест панел, ово захтева четири слоја препрега да би материјал за поправку био у складу са врхом оригиналне неоштећене карбонске плоче. Након тога, три покривна слоја угљеник/епоксидног препрега се концентришу на овај на поправљеном делу. Сваки следећи слој се протеже 1 инч на све стране доњег слоја, што обезбеђује постепени пренос оптерећења са „доброг” околног материјала на поправљено подручје. Укупно време за извођење ове поправке – укључујући припрему подручја за поправку, сечење и постављање материјала за рестаурацију и примену поступка очвршћавања – приближно 2,5 сата.
За препрег од угљеничних влакана/епоксида, подручје за поправку је упаковано у вакууму и очвршћено на 210°Ф/99°Ц у трајању од једног сата коришћењем термалног везива на батерије.
Иако је поправка угљеника/епоксида једноставна и брза, тим је препознао потребу за погоднијим решењем за враћање перформанси. Ово је довело до истраживања ултраљубичастих (УВ) препрега. „Интересовање за Сунрез винил естарске смоле засновано је на претходном поморском искуству са оснивачем компаније Марком Ливесаием“, објаснио је Берген. „Прво смо обезбедили Сунрез-у квази-изотропну стаклену тканину, користећи њихов препрег винил естра, и проценили криву очвршћавања под различитим условима. Поред тога, пошто знамо да винил естарска смола није попут епоксидне смоле која обезбеђује одговарајуће перформансе секундарне адхезије, тако да су потребни додатни напори да се процене различита средства за спајање слојева лепка и одреди који је погодан за примену.
Други проблем је што стаклена влакна не могу пружити иста механичка својства као угљенична влакна. „У поређењу са карбонским/епоксидним фластером, овај проблем се решава коришћењем додатног слоја стакло/винил естра“, рекао је Крејн. "Разлог зашто је потребан само један додатни слој је тај што је стаклени материјал тежа тканина." Ово производи одговарајући фластер који се може нанети и комбиновати у року од шест минута чак и на веома ниским/замрзнутим температурама у пољу. Очвршћавање без давања топлоте. Крејн је истакао да се ови радови на поправци могу завршити за сат времена.
Оба система закрпа су демонстрирана и тестирана. За сваку поправку, подручје које треба оштетити је означено (корак 1), направљено тестером за рупе, а затим уклоњено помоћу ручне брусилице на батерије (корак 2). Затим исеците поправљено подручје на конус 12:1. Очистите површину шала алкохолном јастучићем (корак 3). Затим исеците закрпу за поправку на одређену величину, ставите је на очишћену површину (корак 4) и консолидујте је ваљком да бисте уклонили мехуриће ваздуха. За препрег од стаклених влакана/УВ-стврдњавања винил естра, затим ставите слој за отпуштање на поправљено подручје и осушите фластер бежичном УВ лампом шест минута (корак 5). За препрег од угљеничних влакана/епоксида, користите унапред програмиран термални бондер са једним дугметом који се напаја на батерије да бисте вакуумирали и очврслили поправљено подручје на 210°Ф/99°Ц током једног сата.
Корак 5. Након постављања пилинг слоја на поправљено подручје, користите бежичну УВ лампу да осушите фластер 6 минута.
„Онда смо спровели тестове да проценимо приоњивост фластера и његову способност да обнови носивост конструкције“, рекао је Берген. „У првој фази, морамо да докажемо лакоћу примене и способност да повратимо најмање 75% снаге. Ово се ради савијањем у четири тачке на 4 к 48 инча од угљеничних влакана/епоксидне смоле и језгре од балсе након поправке симулираног оштећења. Да. Друга фаза пројекта користила је панел од 12 к 48 инча и мора да има више од 90% захтева за чврстоћом под сложеним оптерећењима. Испунили смо све ове захтеве, а затим фотографисали методе поправке на моделу АМЦБ. Како користити технологију и опрему на терену за визуелну референцу."
Кључни аспект пројекта је да докаже да почетници могу лако да заврше поправку. Из тог разлога, Берген је имао идеју: „Обећао сам да ћу демонстрирати наша два техничка контакта у војсци: др Бернард Сиа и Асхлеи Генна. У завршној ревизији прве фазе пројекта, тражио сам да се не поправљају. Искусна Ешли је извршила поправку. Користећи комплет и упутство које смо обезбедили, поставила је закрпу и завршила поправку без икаквих проблема.”
Слика 2. Претходно програмирана машина за термичко везивање на батерије на батерије може да осуши закрпу за поправку од угљеничних влакана/епоксида притиском на дугме, без потребе за знањем поправке или програмирањем циклуса очвршћавања. Извор слике: Цустом Тецхнологиес, ЛЛЦ
Други кључни развој је систем очвршћавања на батерије (слика 2). „Кроз одржавање у пољу, имате само батерију“, истакао је Берген. „Сва процесна опрема у комплету за поправку који смо развили је бежична.“ Ово укључује термичко везивање на батерије које су заједнички развили Цустом Тецхнологиес и машина за термичко везивање ВицхиТецх Индустриес Инц. (Рандаллстовн, Мериленд, САД). „Овај термички бондер на батерије је унапред програмиран да заврши очвршћавање, тако да почетници не морају да програмирају циклус сушења“, рекао је Крејн. „Само треба да притисну дугме да би завршили одговарајућу рампу и потопили се. Батерије које се тренутно користе могу трајати годину дана пре него што их треба поново напунити.
Са завршетком друге фазе пројекта, Цустом Тецхнологиес припрема предлоге за унапређење и прикупља писма о заинтересованости и подршци. „Наш циљ је да сазремо ову технологију до ТРЛ 8 и донесемо је на терен“, рекао је Берген. „Такође видимо потенцијал за невојне апликације.
Објашњава стару уметност која стоји иза првог ојачања влакнима у индустрији и има дубоко разумевање нове науке о влакнима и будућег развоја.
Ускоро и лети по први пут, 787 се ослања на иновације у композитним материјалима и процесима да би постигао своје циљеве
Време поста: Сеп-02-2021