Přenosná souprava může být opravena pomocí UV s vylučovatelnou vlákno/vinylester nebo uhlíkovými vlákny/epoxidovým předplněným přípravkem uloženým při pokojové teplotě a vyléčeným zařízením na baterii. #InsideManufacturing #infrastructure
Oprava Pretreg Patch vylučovatelná UV ačkoli oprava prepreg z uhlíkových vláken/epoxidové epoxidy vyvinutá společností Custom Technologies LLC pro kompozitní most Infield je jednoduché a rychlé, použití vinylesterového pryskyřice vylučujícího skleněné vlákno se vyvinulo pohodlnější systém. . Zdroj obrázku: Custom Technologies LLC
Modulární nasazovatelné mosty jsou kritickými aktivy pro vojenské taktické operace a logistiku, jakož i obnovení dopravní infrastruktury během přírodních katastrof. Skládá se kompozitní struktury, aby se snížila hmotnost takových mostů, čímž se snížila zátěž na transportní vozidla a mechanismy pro opakování startu. Ve srovnání s kovovými mosty mají kompozitní materiály také potenciál zvýšit kapacitu nesoucí zátěž a prodloužit životnost.
Příkladem je pokročilý modulární kompozitní most (AMCB). Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) a Materials Sciences LLC (Horsham, PA, USA) používají epoxidové lamináty vyztužené z uhlíkových vláken (obrázek 1). ) Design a konstrukce). Schopnost opravit takové struktury v terénu však byla problémem, který brání přijetí složených materiálů.
Obrázek 1 Kompozitní most, klíčový infield aktivum Pokročilý modulární kompozitní most (AMCB) byl navržen a vyroben společností Seemann Composites LLC a materiálové vědy LLC pomocí kompozitů epoxidové pryskyřice vyztužené z uhlíkových vláken. Zdroj obrázku: Seeman Composites LLC (vlevo) a americká armáda (vpravo).
V roce 2016 obdržela společnost Custom Technologies LLC (Millersville, MD, USA) grantu Phase 1 Grant s malými podniky (SBIR) s malými podniky (SBIR) na vývoj metody opravy, kterou mohou vojáci úspěšně provádět na místě. Na základě tohoto přístupu byla v roce 2018 udělena druhá fáze grantu SBIR za předvedení nových materiálů a vybavení napájeného z baterií, i když náplast provádí nováček bez předchozího tréninku, 90% nebo více struktury může být obnoveno RAW pevnost. Proveditelnost technologie je stanovena prováděním řady analýz, výběru materiálu, výroby vzorků a mechanických testovacích úkolů, jakož i opravy malých a v plném měřítku.
Hlavním výzkumníkem ve dvou fázích SBIR je Michael Bergen, zakladatel a prezident společnosti Custom Technologies LLC. Bergen odešel z Carderock z námořního povrchového válečného centra (NSWC) a sloužil v oddělení struktur a materiálů po dobu 27 let, kde řídil vývoj a aplikaci kompozitních technologií ve flotile amerického námořnictva. Dr. Roger Crane nastoupil do vlastních technologií v roce 2015 po odchodu z amerického námořnictva v roce 2011 a působil 32 let. Jeho odborné znalosti kompozitních materiálů zahrnují technické publikace a patenty, pokrývající témata, jako jsou nové kompozitní materiály, výroba prototypů, metody připojení, multifunkční kompozitní materiály, monitorování strukturálního zdraví a obnova kompozitních materiálů.
Oba odborníci vyvinuli jedinečný proces, který používá kompozitní materiály k opravě trhlin v hliníkové nadstavbě Ticonderoga CG-47 řízené střely Cruiser 5456. „Proces byl vyvinut ke snížení růstu trhlin a sloužit jako ekonomickou alternativu na výměnu platformy ve výši 2 až 4 milionů dolarů, “řekl Bergen. "Dokázali jsme tedy, že víme, jak provádět opravy mimo laboratoř a ve skutečném prostředí služeb." Výzvou však je, že současné metody vojenských aktiv nejsou příliš úspěšné. Tato možnost je spojena s opravami duplexu [v podstatě v poškozených oblastech nalepte desku na vrchol] nebo odstraňte aktivum ze služeb pro opravy na úrovni skladu (úrovně D). Protože jsou vyžadovány opravy na úrovni D, mnoho aktiv je odloženo stranou. “
Pokračoval v tom, že to, co je potřeba, je metoda, kterou mohou provést vojáci bez zkušeností s kompozitními materiály, s použitím pouze souprav a příruček k údržbě. Naším cílem je usnadnit proces: přečtěte si manuál, vyhodnotit poškození a provést opravy. Nechceme míchat tekuté pryskyřice, protože to vyžaduje přesné měření, aby bylo zajištěno úplné vyléčení. Po dokončení oprav také potřebujeme systém bez nebezpečného odpadu. A musí být zabalena jako souprava, kterou může být nasazena stávající sítí. “
Jedním řešením, které vlastní technologie úspěšně prokázaly, je přenosná souprava, která používá tvrzené epoxidové lepidlo k přizpůsobení adhezivní kompozitní náplasti podle velikosti poškození (až 12 čtverečních palců). Demonstrace byla dokončena na kompozitním materiálu představujícím 3palcovou palubu AMCB. Kompozitní materiál má dřevěné jádro 3palcového balsa (15 liber na hustotu krychlové nohy) a dvě vrstvy vektoru (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 uhlíkových vláken 0 °/90 ° Biaxiální šití, jedna vrstva z C-TLX 1900 Uhlíkové vlákno 0 °/+45 °/-45 ° tři hřídele a dvě vrstvy C-LT 1100, celkem pět vrstev. "Rozhodli jsme se, že souprava použije prefabrikované záplaty v kvazi-isotropním laminátu podobném multi -é, aby směr textilie nebyl problém," řekl Crane.
Dalším problémem je pryskyřičná matice používaná pro opravu laminátu. Aby se zabránilo míchání kapalné pryskyřice, náplast použije prepreg. "Tyto výzvy jsou však skladování," vysvětlil Bergen. Pro vyvinutí řešení Storable Patch se Custom Technologies spojila s společností Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornie, USA), aby vyvinula prepreg skleněné vlákno/vinylester, která může používat ultrafialové světlo (UV) v šesti minutách. Spolupracoval také s Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), což navrhlo použití nového flexibilního epoxidového filmu.
Včasné studie ukázaly, že epoxidová pryskyřice je nejvhodnější pryskyřicí pro vinylester vinylesteru s prepregs-uv-uv-UV a průsvitné skleněné vlákno dobře fungují, ale nevyléčí se pod uhlíkovým vláknem blokujícím světlem. Na základě nového filmu Gougeon Brothers je konečný epoxidový prepreg vyléčen po dobu 1 hodiny při 210 ° F/99 ° C a má dlouhou životnost při pokojové teplotě--potřeba pro skladování s nízkou teplotou. Bergen uvedl, že pokud je vyžadována vyšší teplota přechodu skleněného přechodu (TG), bude pryskyřice také vyléčena při vyšší teplotě, jako je 350 ° F/177 ° C. Oba pregregů jsou poskytovány v přenosné opravné soupravě jako hromada předběžných záplat utěsněných v plastové obálce filmu.
Vzhledem k tomu, že sada opravy může být uložena po dlouhou dobu, je pro provádění studie životnosti životnosti zapotřebí vlastní technologie. "Koupili jsme čtyři tvrdé plastové kryty - typický vojenský typ používaný v přepravním vybavení - a do každého uzavřeného prostoru jsme vložili vzorky epoxidového lepidla a vinylesteru," řekl Bergen. Krabice byly poté umístěny na čtyřech různých místech pro testování: střecha továrny Gougeon Brothers v Michiganu, střecha letiště v Marylandu, venkovní zařízení v údolí Yucca (California Desert) a venkovní testovací laboratoř v jižní Floridě. Všechny případy mají protokoly dat, Bergen zdůrazňuje: „Bereme údaje a vzorky materiálů pro hodnocení každé tři měsíce. Maximální teplota zaznamenaná v krabicích na Floridě a Kalifornii je 140 ° F, což je dobré pro většinu restaurátorských pryskyřic. Je to skutečná výzva. “ Kromě toho Gougeon Brothers interně testovali nově vyvinutou čistě epoxidovou pryskyřici. "Vzorky, které byly umístěny do trouby při 120 ° F po několik měsíců, začínají polymerovat," řekl Bergen. "U odpovídajících vzorků udržovaných při 110 ° F se však chemie pryskyřice zlepšila pouze o malé množství."
Oprava byla ověřena na testovací desce a na tomto měřítku AMCB, který používal stejný laminátový a jádrový materiál jako původní můstek vytvořený Sheemann Composites. Zdroj obrázku: Custom Technologies LLC
Aby bylo možné prokázat techniku opravy, musí být reprezentativní laminát vyroben, poškozen a opraven. "V první fázi projektu jsme zpočátku použili paprsky 4 x 48 palců v malém měřítku a čtyřbodové ohybové testy k vyhodnocení proveditelnosti našeho procesu opravy," řekl Klein. „Poté jsme ve druhé fázi projektu přecházeli na 12 x 48 palcové panely, použili jsme zatížení, abychom vytvořili stav biaxiálního napětí, aby způsobil selhání, a poté jsme vyhodnotili výkon opravy. Ve druhé fázi jsme také dokončili model AMCB, který jsme vytvořili údržbu. “
Bergen uvedl, že zkušební panel použitý k prokázání výkonu opravy byl vyroben pomocí stejné linie laminátů a jádrových materiálů jako AMCB vyrobený společností Seemann Composites, „ale snížil jsme tloušťku panelu z 0,375 palce na 0,175 palce, na základě věty o paralelní osy, na základě věty o paralelní ose osy . To je případ. Metoda, spolu s dalšími prvky teorie paprsků a teorií klasických laminátů [CLT], byla použita k propojení okamžiku setrvačnosti a efektivní tuhosti AMCB v plném měřítku s demonstračním produktem menší velikosti, který je snadněji manipulován a další nákladově efektivní. Poté jsme byli použiti modelu analýzy konečných prvků [FEA] vyvinutý společností Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) ke zlepšení konstrukce strukturálních oprav. “ Tkanina z uhlíkových vláken používaných pro zkušební panely a model AMCB byla zakoupena od Vectorply a jádro Balsa bylo vyrobeno podle jádrových kompozitů (Bristol, RI, USA).
Krok 1.. Tento testovací panel zobrazuje průměr otvoru 3 palce pro simulaci poškození označeného ve středu a opravu obvodu. Zdroj fotografií pro všechny kroky: Custom Technologies LLC.
Krok 2.. Použijte manuální mlýnek napájenou baterií k odstranění poškozeného materiálu a uzavřete opravu opravnou náplastí zúžením 12: 1.
"Chceme simulovat vyšší stupeň poškození na zkušební desce, než by bylo vidět na palubě mostu v poli," vysvětlil Bergen. "Naše metoda je tedy použít díru pilu k vytvoření otvoru o průměru 3 palce." Poté vytáhneme zástrčku poškozeného materiálu a použijeme ruční pneumatickou mlýnku ke zpracování šátku 12: 1. “
Jeřáb vysvětlil, že pro opravu uhlíkových vláken/epoxidu, jakmile je odstraněn „poškozený“ materiál panelu a nanese se vhodný šátek, bude prepreg řez na šířku a délku, aby odpovídal zúžení poškozené oblasti. „Pro náš testovací panel to vyžaduje čtyři vrstvy prepreg, aby opravné materiály udržovaly v souladu s horní částí původního nepoškozeného uhlíkového panelu. Poté jsou na opravené části soustředěny tři krycí vrstvy uhlíkového/epoxidového preprega. Každá následující vrstva se rozprostírá 1 palec na všech stranách dolní vrstvy, která poskytuje postupný přenos zatížení z „dobrého“ okolního materiálu do opravené oblasti. “ Celkový čas na provedení této opravy přípravy oblasti oprav, řezání a umístění restaurátorského materiálu a nanesení procedury vytvrzování přibližně 2,5 hodiny.
U prepreg z uhlíkových vláken/epoxidu je opravná oblast zabalena a vyléčena při 210 ° F/99 ° C po dobu jedné hodiny pomocí baterie poháněného tepelného bonderu.
Přestože je oprava uhlíku/epoxidu jednoduchá a rychlá, tým uznal potřebu pohodlnějšího řešení k obnovení výkonu. To vedlo k průzkumu ultrafialových (UV) léčivých pregregů. "Zájem o pryskyřice Sunrez Vinylester je založen na předchozích námořních zkušenostech se zakladatelem společnosti Mark Livesay," vysvětlil Bergen. „Nejprve jsme Sunrez poskytli kvazi-izotropní skleněnou látku pomocí jejich vinylesterového prepreg a vyhodnotili křivku vytvrzování za různých podmínek. Kromě toho, protože víme, že pryskyřice vinylesteru není jako epoxidová pryskyřice, která poskytuje vhodný výkon sekundární adheze, takže k vyhodnocení různých spojovacích látek s adhezivní vrstvou a určení, která z nich je pro aplikaci vhodná. “
Dalším problémem je, že skleněná vlákna nemohou poskytnout stejné mechanické vlastnosti jako uhlíková vlákna. "Ve srovnání s uhlíkovou/epoxidovou náplastí je tento problém vyřešen pomocí další vrstvy skla/vinylesteru," řekl Crane. "Důvodem, proč je zapotřebí pouze jedna další vrstva, je to, že skleněný materiál je těžší tkanina." To vytváří vhodnou záplatu, kterou lze aplikovat a kombinovat do šesti minut i při velmi chladných/mrazivých teplotách. Vyléčení bez zajištění tepla. Crane poukázal na to, že tyto opravné práce lze dokončit do hodiny.
Byly prokázány a testovány oba systémy záplaty. Pro každou opravu je oblast, která má být poškozena, označena (krok 1), vytvořena s pilou díry a poté odstraněna pomocí manuálního brusky napájeného z baterie (krok 2). Poté nakrájejte opravenou oblast na zúžení 12: 1. Vyčistěte povrch šály alkoholovou podložkou (krok 3). Poté ořízněte opravu na určitou velikost, položte ji na vyčištěný povrch (krok 4) a konsolidujte ji válečkem, abyste odstranili vzduchové bubliny. U skleněných vláken/UV léčby vinylester prepreg, poté umístěte vrstvu uvolnění na opravenou oblast a vyléčte náplast pomocí bezdrátové UV lampy po dobu šesti minut (krok 5). U prepreg uhlíkových vláken/epoxidu použijte předprogramovaný tepelný bonder napájený z baterií s baterií a vyléčte opravenou plochu při 210 ° F/99 ° C po dobu jedné hodiny.
Krok 5. Po umístění peelingové vrstvy na opravenou oblast použijte bezdrátou UV lampu k vyléčení náplasti po dobu 6 minut.
"Pak jsme provedli testy, abychom vyhodnotili adhezivitu náplasti a její schopnost obnovit kapacitu struktury," řekl Bergen. „V první fázi musíme prokázat snadnost aplikace a schopnost obnovit alespoň 75% síly. To se provádí čtyřbodovým ohýbáním na 4 x 48 palcové uhlíkové vlákno/epoxidovou pryskyřici a paprsek Balsa po opravě simulovaného poškození. Ano. Druhá fáze projektu použila panel 12 x 48 palců a musí vykazovat více než 90% požadavků na pevnost při složitém zatížení napětí. Splnili jsme všechny tyto požadavky a poté jsme vyfotografovali metody opravy na modelu AMCB. Jak používat technologii a vybavení infield k poskytnutí vizuálního odkazu. “
Klíčovým aspektem projektu je prokázat, že nováčci mohou opravu snadno dokončit. Z tohoto důvodu měl Bergen představu: „Slíbil jsem, že předvedeme našim dvěma technickým kontaktům v armádě: Dr. Bernard Sia a Ashley Genna. V konečném přezkumu první fáze projektu jsem požádal o opravy. Zkušený Ashley provedl opravu. Pomocí soupravy a příručky, kterou jsme poskytli, nařídila opravu a opravu dokončila bez problémů. “
Obrázek 2 Programovaný tepelný spojovací stroj napájený baterií napájený baterií může vyléčit opravu uhlíkových vláken/epoxidové opravy stisknutím tlačítka, bez nutnosti znalostí o opravě nebo programování cyklu vyléčení baterie. Zdroj obrázku: Vlastní technologie, LLC
Dalším vývojem klíčů je systém vytvrzování poháněného baterií (obrázek 2). "Díky údržbě infield máte pouze baterii," zdůraznil Bergen. "Všechna procesní zařízení v opravovací sadě, kterou jsme vyvinuli, jsou bezdrátové." To zahrnuje tepelné vazby napájené na baterii vyvinuté společně vlastními technologiemi a dodavatelem tepelných spojovacích strojů Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) Machine. "Tento tepelný bonder napájený z baterií je předem programován pro dokončení vytvrzování, takže nováčci nemusí naprogramovat cyklus vytvrzování," řekl Crane. "Stačí stisknout tlačítko, aby dokončili správnou rampu a namočili." Batterie, které se v současné době používají, mohou trvat rok, než je potřebují nabití.
Po dokončení druhé fáze projektu připravuje vlastní technologie návrhy na zlepšení následného sledování a shromažďuje zájmové dopisy a podporu. "Naším cílem je vyzrálit tuto technologii TRL 8 a přivést ji na pole," řekl Bergen. "Vidíme také potenciál pro nevojenské aplikace."
Vysvětluje staré umění za první zesílení vlákniny v oboru a má hloubkové porozumění vědě o nové vlákny a budoucího vývoje.
787 přichází brzy a poprvé létání se spoléhá na inovace ve složených materiálech a procesech, aby se dosáhlo svých cílů
Čas příspěvku: sep-02-2021