Taşınabilir kit, oda sıcaklığında ve pille çalışan kürleme ekipmanlarında saklanan UV-Küreye bağlı fiberglas/vinil ester veya karbon fiber/epoksi prepreg ile onarılabilir. #insideman üretimi #InfrasTructure
UV-Koşullu Prepreg Yama Onarımı, Giriş Kompozit Köprü için Özel Technologies LLC tarafından geliştirilen karbon fiber/epoksi prepreg onarımı basit ve hızlı olduğu kanıtlanmış olsa da, cam elyaf takviyeli UV ile çalışan vinil ester reçine prepreginin kullanımı daha uygun bir sistem geliştirmiştir . Görüntü Kaynağı: Özel Teknolojiler LLC
Modüler dağıtılabilir köprüler, askeri taktik operasyonlar ve lojistik için kritik varlıkların yanı sıra doğal afetler sırasında ulaşım altyapısının restorasyonudur. Bu tür köprülerin ağırlığını azaltmak için kompozit yapılar incelenmekte, böylece ulaşım araçları ve fırlatma kurtarma mekanizmaları üzerindeki yükü azaltmak için incelenmektedir. Metal köprülerle karşılaştırıldığında, kompozit malzemeler de yük taşıma kapasitesini artırma ve servis ömrünü uzatma potansiyeline sahiptir.
Gelişmiş Modüler Kompozit Köprü (AMCB) bir örnektir. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, ABD) ve Malzeme Sciences LLC (Horsham, PA, ABD) karbon fiber takviyeli epoksi laminatları kullanır (Şekil 1). ) Tasarım ve inşaat). Bununla birlikte, bu tür yapıları alandaki onarma yeteneği, kompozit malzemelerin benimsenmesini engelleyen bir sorun olmuştur.
Şekil 1 Kompozit Köprü, Anahtar Saha Varlığı Gelişmiş Modüler Kompozit Köprü (AMCB), Seemann Composites LLC ve Malzeme Sciences LLC tarafından karbon fiber takviyeli epoksi reçine kompozitleri kullanılarak tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Görüntü kaynağı: Seeman Composites LLC (solda) ve ABD Ordusu (sağ).
2016 yılında, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, ABD), askerler tarafından yerinde başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilecek bir onarım yöntemi geliştirmek için ABD Ordusu tarafından finanse edilen küçük işletme yenilik araştırmaları (SBIR) Faz 1 hibesi aldı. Bu yaklaşıma dayanarak, SBIR hibesinin ikinci aşaması 2018'de yeni malzemeler ve pille çalışan ekipman sergilemek için verildi, yama önceden eğitim almadan bir acemi tarafından gerçekleştirilse bile, yapının% 90'ı veya daha fazlası ham olarak restore edilebilir. kuvvet. Teknolojinin fizibilitesi, bir dizi analiz, malzeme seçimi, örnek üretimi ve mekanik test görevleri ile küçük ölçekli ve tam ölçekli onarımlar yapılarak belirlenir.
İki SBIR aşamasındaki ana araştırmacı, Custom Technologies LLC'nin kurucusu ve başkanı Michael Bergen'dir. Bergen, Deniz Yüzey Savaş Merkezi'nden (NSWC) Carderock'tan emekli oldu ve 27 yıl boyunca yapılar ve malzeme departmanında görev yaptı ve burada ABD Donanması filosunda kompozit teknolojilerin geliştirilmesini ve uygulanmasını yönetti. Roger Crane, 2011 yılında ABD Donanması'ndan emekli olduktan sonra 2015 yılında özel teknolojilere katıldı ve 32 yıldır hizmet etti. Kompozit malzeme uzmanlığı, yeni kompozit malzemeler, prototip üretimi, bağlantı yöntemleri, çok fonksiyonlu kompozit malzemeler, yapısal sağlık izleme ve kompozit malzeme restorasyonu gibi konuları kapsayan teknik yayınları ve patentleri içerir.
İki uzman, Ticonderoga CG-47 sınıf güdümlü füze kruvazörünün alüminyum üst yapısındaki çatlakları onarmak için kompozit malzemeler kullanan benzersiz bir süreç geliştirdi. ”Süreç, çatlakların büyümesini azaltmak ve ekonomik bir alternatif olarak hizmet etmek için geliştirildi 2 ila 4 milyon dolarlık bir platform kurulunun yerine, ”dedi Bergen. “Bu yüzden laboratuvar dışında ve gerçek bir hizmet ortamında onarımları nasıl gerçekleştireceğimizi bildiğimizi kanıtladık. Ancak zorluk, mevcut askeri varlık yöntemlerinin çok başarılı olmamasıdır. Seçenek, bağlı dubleks onarım [temel olarak hasarlı alanlarda bir tahtayı üste yapıştırır] veya varlığı depo seviyesi (D-seviyesi) onarım hizmetinden çıkarır. D seviyesi onarımları gerektiğinden, birçok varlık bir kenara bırakılır. ”
İhtiyaç duyulan şeyin, sadece kitler ve bakım kılavuzları kullanarak kompozit malzemelerde deneyimi olmayan askerler tarafından gerçekleştirilebilecek bir yöntem olduğunu söylemeye devam etti. Amacımız süreci basitleştirmektir: kılavuzu okuyun, hasarı değerlendirin ve onarımlar yapın. Sıvı reçineleri karıştırmak istemiyoruz, çünkü bu tam tedavi sağlamak için kesin ölçüm gerektirir. Ayrıca onarımlar tamamlandıktan sonra tehlikeli atıkları olmayan bir sisteme ihtiyacımız var. Ve mevcut ağ tarafından dağıtılabilen bir kit olarak paketlenmelidir. "
Özel teknolojilerin başarıyla gösterdiği bir çözüm, yapışkan kompozit yamayı hasarın boyutuna (12 inç kareye kadar) özelleştirmek için sertleştirilmiş bir epoksi yapıştırıcı kullanan taşınabilir bir kittir. Gösteri, 3 inç kalınlığında bir AMCB güvertesini temsil eden kompozit bir malzeme üzerinde tamamlandı. Kompozit malzemede 3 inç kalınlığında bir balsa ahşap çekirdeği (kübik ayak yoğunluğu başına 15 pound) ve iki kat Vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 karbon fiber 0 °/90 ° biaxial dikişli kumaş, bir tabaka tabakası C-TLX 1900 Karbon fiber 0 °/+45 °/-45 ° Üç şaft ve iki kat C-LT 1100, toplam beş katman. Crane, “Kitin, çok eksenli bir laminatta prefabrik yamalar kullanacağına karar verdik, böylece kumaş yönünün bir sorun olmayacak” dedi.
Bir sonraki sorun, laminat onarım için kullanılan reçine matrisidir. Sıvı reçinesini karıştırmaktan kaçınmak için yama prepreg kullanacaktır. “Ancak, bu zorluklar depolar,” diye açıkladı Bergen. Storable bir yama çözümü geliştirmek için Custom Technologies, altı dakika ışık kürlenmesinde ultraviyole ışık (UV) kullanabilen bir cam fiber/vinil ester prepreg geliştirmek için Sunrez Corp. (El Cajon, California, ABD) ile ortaklık kurdu. Ayrıca, yeni bir esnek epoksi filminin kullanılmasını öneren Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, ABD) ile işbirliği yaptı.
İlk çalışmalar, epoksi reçinesinin karbon fiber prepregs-val ile çalışan vinil ester için en uygun reçine olduğunu ve yarı saydam cam fiberin iyi çalıştığını, ancak ışık bloke eden karbon fiber altında iyileşmediğini göstermiştir. Gougeon Brothers'ın yeni filmine dayanarak, son epoksi prepreg 1 saat 210 ° F/99 ° C'de iyileştirilir ve oda sıcaklığında uzun bir raf ömrüne sahiptir-düşük sıcaklık depolama ihtiyacı vardır. Bergen, daha yüksek bir cam geçiş sıcaklığı (TG) gerekliyse, reçinenin 350 ° F/177 ° C gibi daha yüksek bir sıcaklıkta kürleneceğini söyledi. Her iki ön hazırlık da plastik bir film zarfında mühürlenmiş prepreg yamaları yığını olarak taşınabilir bir onarım kitinde sağlanır.
Onarım kiti uzun süre saklanabildiğinden, bir raf ömrü çalışması yapmak için özel teknolojiler gereklidir. Bergen, “Taşımacılık ekipmanlarında kullanılan tipik bir askeri tip olan dört sert plastik muhafaza satın aldık ve her bir muhafazaya epoksi yapıştırıcı ve vinil ester prepreg numuneleri koyduk” dedi. Kutular daha sonra test için dört farklı yere yerleştirildi: Michigan'daki Gogeon Kardeşler Fabrikası Çatısı, Maryland Havalimanı Çatısı, Yucca Vadisi'ndeki (California Çölü) açık hava tesisi ve Güney Florida'daki açık korozyon test laboratuvarı. Tüm vakaların veri kaydedicileri var, Bergen, “Her üç ayda bir değerlendirme için veri ve malzeme örnekleri alıyoruz. Florida ve California'daki kutularda kaydedilen maksimum sıcaklık 140 ° F'dir, bu da çoğu restorasyon reçinesi için iyidir. Bu gerçek bir meydan okuma. ” Buna ek olarak, Gogeon Brothers yeni geliştirilen saf epoksi reçineyi dahili olarak test ettiler. Bergen, “Birkaç ay boyunca 120 ° F'de bir fırına yerleştirilen numuneler polimerleşmeye başlıyor” dedi. “Bununla birlikte, 110 ° F'de tutulan karşılık gelen numuneler için reçine kimyası sadece az miktarda iyileşti.”
Onarım, Seemann kompozitleri tarafından inşa edilen orijinal köprü ile aynı laminat ve çekirdek malzemeyi kullanan test kartında ve bu ölçekli AMCB modelinde doğrulandı. Görüntü Kaynağı: Özel Teknolojiler LLC
Onarım tekniğini göstermek için, temsili bir laminat üretilmeli, hasar görmeli ve onarılmalıdır. Klein, “Projenin ilk aşamasında, başlangıçta onarım sürecimizin fizibilitesini değerlendirmek için küçük ölçekli 4 x 48 inç ışınlar ve dört noktalı bükme testleri kullandık” dedi. “Daha sonra, projenin ikinci aşamasında 12 x 48 inç panellere geçtik, başarısızlığa neden olmak için iki eksenli bir stres durumu oluşturmak için yükler uyguladık ve daha sonra onarım performansını değerlendirdik. İkinci aşamada, bakım yaptığımız AMCB modelini de tamamladık. ”
Bergen, onarım performansını kanıtlamak için kullanılan test panelinin, Seemann kompozitleri tarafından üretilen AMCB ile aynı laminat ve çekirdek malzemeler kullanılarak üretildiğini söyledi, “ancak panel kalınlığını paralel eksen teoremine dayanarak 0.375 inçten 0.175 inç'e düşürdük. . Durum böyledir. Işın teorisinin ve klasik laminat teorisinin [CLT] ek unsurları ile birlikte yöntem, atalet momentini ve tam ölçekli AMCB'nin etkili sertliğini, kullanımı daha kolay ve daha fazla daha küçük boyutta bir demo ürünle ilişkilendirmek için kullanıldı. maliyet etkin. Daha sonra, yapısal onarım tasarımını iyileştirmek için Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, ABD) tarafından geliştirilen sonlu eleman analizi [FEA] modeli kullanıldı. ” Test panelleri ve AMCB modeli için kullanılan karbon fiber kumaş Vectorply'den satın alındı ve balsa çekirdeği, sağlanan çekirdek kompozitler (Bristol, RI, ABD) tarafından yapıldı.
Adım 1. Bu test paneli, merkezde işaretlenen hasarı simüle etmek ve çevreyi onarmak için 3 inç delik çapı görüntüler. Tüm adımlar için fotoğraf kaynağı: Custom Technologies LLC.
Adım 2. Hasarlı malzemeyi çıkarmak ve onarım yamasını 12: 1 konik ile kaplamak için pille çalışan manuel bir öğütücü kullanın.
Bergen, “Test tahtasında sahadaki köprü güvertesinde görülebileceğinden daha yüksek derecede hasar simüle etmek istiyoruz” dedi. “Yani yöntemimiz, 3 inç çapında bir delik yapmak için bir delik testere kullanmaktır. Ardından, hasarlı malzemenin fişini çıkarıyoruz ve 12: 1 fular işlemek için elle tutulan pnömatik bir öğütücü kullanıyoruz. ”
Crane, karbon fiber/epoksi onarımı için, “hasarlı” panel malzemesi çıkarıldıktan ve uygun bir eşarp uygulandığında, prepreg'in hasarlı alanın konikliğine uyacak şekilde genişliğe ve uzunluğa kesileceğini açıkladı. “Test panelimiz için bu, onarım malzemesini orijinal hasarsız karbon panelinin üst kısmı ile tutarlı tutmak için dört kat prepreg gerektirir. Bundan sonra, karbon/epoksi prepreginin üç kaplama katmanı, tamir edilen kısımda yoğunlaşır. Ardışık her katman, alt tabakanın her tarafında 1 inç uzar, bu da “iyi” çevredeki malzemeden onarılan alana kademeli bir yük transferi sağlar. ” Bu onarım dahil tamir alanı hazırlama, restorasyon malzemesinin kesilmesi ve yerleştirilmesi ve kürleme prosedürünün yaklaşık 2,5 saat uygulanması için toplam süre.
Karbon fiber/epoksi prepreg için, onarım alanı vakum paketlenir ve pille çalışan bir termal bonder kullanılarak bir saat boyunca 210 ° F/99 ° C'de iyileştirilir.
Karbon/epoksi onarımı basit ve hızlı olmasına rağmen, ekip performansı geri kazanmak için daha uygun bir çözüm ihtiyacını fark etti. Bu, ultraviyole (UV) kürleme prepreglerinin keşfine yol açtı. Bergen, “Sunrez vinil ester reçinelerine olan ilgi, şirketin kurucusu Mark Livesay ile önceki deniz deneyimine dayanıyor” dedi. “Sunrez'e ilk olarak vinil ester prepreglerini kullanarak yarı izotropik bir cam kumaş sağladık ve kürleme eğrisini farklı koşullar altında değerlendirdik. Ek olarak, vinil ester reçinesinin uygun ikincil yapışma performansı sağlayan epoksi reçine gibi olmadığını bildiğimiz için, çeşitli yapışkan tabaka kuplaj maddelerini değerlendirmek ve hangisinin uygulama için uygun olduğunu belirlemek için ek çabalar gereklidir. ”
Başka bir sorun, cam liflerin karbon lifleri ile aynı mekanik özellikleri sağlayamamasıdır. Crane, “Karbon/epoksi yaması ile karşılaştırıldığında, bu sorun ekstra bir cam/vinil ester tabakası kullanılarak çözüldü” dedi. “Sadece bir ek tabakaya ihtiyaç duyulmasının nedeni, cam malzemenin daha ağır bir kumaş olmasıdır.” Bu, çok soğuk/dondurucu saha sıcaklıklarında bile altı dakika içinde uygulanabilen ve birleştirilebilen uygun bir yama üretir. Isı sağlamadan kürleme. Crane, bu onarım çalışmasının bir saat içinde tamamlanabileceğine dikkat çekti.
Her iki yama sistemi de gösterilmiştir ve test edilmiştir. Her onarım için, hasar görecek alan işaretlenir (Adım 1), bir delik testere ile oluşturulur ve daha sonra pille çalışan manuel bir öğütücü (Adım 2) kullanılarak çıkarılır. Ardından onarılan alanı 12: 1 konik olarak kesin. Eşarp yüzeyini bir alkol pedi ile temizleyin (Adım 3). Ardından, onarım yamasını belirli bir boyuta kesin, temizlenmiş yüzeye yerleştirin (Adım 4) ve hava kabarcıklarını çıkarmak için bir silindir ile birleştirin. Cam fiber/UV-Turen vinil ester prepreg için, salım tabakasını onarılan alana yerleştirin ve yamayı altı dakika boyunca kablosuz bir UV lambası ile iyileştirin (Adım 5). Karbon fiber/epoksi prepreg için, vakum paketi için önceden programlanmış, tek düğmeli, pille çalışan bir termal bonder kullanın ve onarılan alanı bir saat boyunca 210 ° F/99 ° C'de iyileştirin.
Adım 5. Onarılan alana soyma tabakasını yerleştirdikten sonra, yamayı 6 dakika boyunca iyileştirmek için kablosuz bir UV lambası kullanın.
Bergen, “Sonra yamanın yapışkanlığını ve yapının yük taşıma kapasitesini geri yükleme yeteneğini değerlendirmek için testler yaptık” dedi. “İlk aşamada, uygulama kolaylığını ve gücün en az% 75'ini geri kazanma yeteneğini kanıtlamamız gerekiyor. Bu, simüle edilen hasarı onardıktan sonra 4 x 48 inç karbon fiber/epoksi reçine ve balsa çekirdek ışın üzerinde dört noktalı bükme ile yapılır. Evet. Projenin ikinci aşaması 12 x 48 inçlik bir panel kullandı ve karmaşık gerinim yükleri altında% 90'dan fazla güç gereksinimi göstermelidir. Tüm bu gereksinimleri karşıladık ve daha sonra AMCB modelindeki onarım yöntemlerini fotoğrafladık. Görsel bir referans sağlamak için saha teknolojisi ve ekipmanı nasıl kullanılır. ”
Projenin önemli bir yönü, acemilerin onarımı kolayca tamamlayabileceğini kanıtlamaktır. Bu nedenle Bergen'in bir fikri vardı: “Ordudaki iki teknik temasımıza gösterme sözü verdim: Dr. Bernard Sia ve Ashley Genna. Projenin ilk aşamasının son incelemesinde hiçbir onarım istemedim. Deneyimli Ashley onarımı yaptı. Sağladığımız kit ve el kitabını kullanarak yamayı uyguladı ve onarımı sorunsuz bir şekilde tamamladı. ”
Şekil 2 Önceden programlanmış, pille çalışan termal bağlanma makinesi, pille çalışan kürle önceden programlanmış, pille çalışan termal bağlanma makinesi, onarım bilgisi veya kürleme döngüsü programlamasına gerek kalmadan bir düğmenin itilmesinde karbon fiber/epoksi onarım yamasını iyileştirebilir. Resim Kaynağı: Özel Technologies, LLC
Bir başka önemli geliştirme, pille çalışan kürleme sistemidir (Şekil 2). Bergen, “Saha bakımı sayesinde sadece pil gücünüz var,” dedi. “Geliştirdiğimiz onarım kitindeki tüm işlem ekipmanı kablosuz.” Bu, özel teknolojiler ve termal bağlama makinesi tedarikçisi Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, ABD) makinesi tarafından ortaklaşa geliştirilen pille çalışan termal bağlanma içerir. Crane, “Bu pille çalışan termal bonder, tam olarak kürlenmeyi önceden programlanmıştır, bu nedenle acemilerin kürleme döngüsünü programlamasına gerek yoktur” dedi Crane. “Sadece uygun rampayı tamamlamak ve emmek için bir düğmeye basmaları gerekiyor.” Şu anda kullanımda olan piller şarj edilmeleri gerekmeden önce bir yıl sürebilir.
Projenin ikinci aşamasının tamamlanmasıyla, Custom Technologies takip iyileştirme teklifleri hazırlıyor ve ilgi mektupları ve destek toplama. Bergen, “Amacımız bu teknolojiyi TRL 8'e olgunlaştırmak ve sahaya getirmek” dedi. “Ayrıca askeri olmayan uygulamalar potansiyelini de görüyoruz.”
Endüstrinin ilk lif takviyesinin arkasındaki eski sanatı açıklar ve yeni lif bilimi ve gelecekteki gelişme hakkında derinlemesine bir anlayışa sahiptir.
Yakında ve ilk kez uçan 787, hedeflerine ulaşmak için kompozit malzemeler ve süreçlerdeki yeniliklere güveniyor
Post-Saat: Eylül-02-2021