Taşınabilir kit, oda sıcaklığında saklanan UV ile kürlenebilen fiberglas/vinil ester veya karbon fiber/epoksi prepreg ve pille çalışan kürleme ekipmanıyla onarılabilir.#içerideüretim #altyapı
UV ile kürlenebilen prepreg yama onarımı Custom Technologies LLC tarafından saha içi kompozit köprü için geliştirilen karbon fiber/epoksi prepreg onarımının basit ve hızlı olduğu kanıtlanmış olsa da, cam elyaf takviyeli UV ile kürlenebilen vinil ester reçine Prepreg'in kullanımı daha uygun bir sistem geliştirmiştir. .Resim kaynağı: Custom Technologies LLC
Modüler konuşlandırılabilir köprüler, askeri taktik operasyonlar ve lojistik için olduğu kadar doğal afetler sırasında ulaşım altyapısının restorasyonu için de kritik varlıklardır.Bu tür köprülerin ağırlığını azaltmak, böylece taşıma araçları ve fırlatma-kurtarma mekanizmaları üzerindeki yükü azaltmak için kompozit yapılar üzerinde çalışılıyor.Metal köprülerle karşılaştırıldığında kompozit malzemeler aynı zamanda yük taşıma kapasitesini artırma ve servis ömrünü uzatma potansiyeline de sahiptir.
Gelişmiş Modüler Kompozit Köprü (AMCB) bir örnektir.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, ABD) ve Materials Sciences LLC (Horsham, PA, ABD), karbon fiberle güçlendirilmiş epoksi laminatlar kullanıyor (Şekil 1).) Tasarım ve yapım).Ancak bu tür yapıların sahada tamir edilebilmesi, kompozit malzemelerin benimsenmesini engelleyen bir sorun olmuştur.
Şekil 1 Kompozit köprü, saha içi kilit varlık Gelişmiş Modüler Kompozit Köprü (AMCB), karbon fiberle güçlendirilmiş epoksi reçine kompozitler kullanılarak Seemann Composites LLC ve Materials Sciences LLC tarafından tasarlanmış ve inşa edilmiştir.Görüntü kaynağı: Seeman Composites LLC (solda) ve ABD Ordusu (sağda).
Custom Technologies LLC (Millersville, MD, ABD), 2016 yılında askerler tarafından yerinde başarıyla gerçekleştirilebilecek bir onarım yöntemi geliştirmek için ABD Ordusu tarafından finanse edilen Küçük İşletme Yenilik Araştırması (SBIR) Aşama 1 hibesini aldı.Bu yaklaşıma dayanarak, SBIR hibesinin ikinci aşaması, yeni malzemeleri ve pille çalışan ekipmanı sergilemek üzere 2018 yılında verildi; yama, önceden eğitim almamış bir acemi tarafından yapılsa bile, yapının %90 veya daha fazlası restore edilebilir Ham kuvvet.Teknolojinin fizibilitesi, bir dizi analiz, malzeme seçimi, numune üretimi ve mekanik test görevlerinin yanı sıra küçük ölçekli ve tam ölçekli onarımların gerçekleştirilmesiyle belirlenir.
İki SBIR aşamasındaki ana araştırmacı, Custom Technologies LLC'nin kurucusu ve başkanı Michael Bergen'dir.Bergen, Deniz Yüzey Harp Merkezi'nden (NSWC) Carderock'tan emekli oldu ve 27 yıl boyunca Yapı ve Malzeme Departmanında görev yaptı ve burada ABD Donanması filosundaki kompozit teknolojilerin geliştirilmesini ve uygulanmasını yönetti.Dr. Roger Crane, 2011 yılında ABD Donanması'ndan emekli olduktan sonra 2015 yılında Custom Technologies'e katıldı ve 32 yıl görev yaptı.Kompozit malzeme uzmanlığı, yeni kompozit malzemeler, prototip üretimi, bağlantı yöntemleri, çok işlevli kompozit malzemeler, yapısal sağlık izleme ve kompozit malzeme restorasyonu gibi konuları kapsayan teknik yayınları ve patentleri içermektedir.
İki uzman, Ticonderoga CG-47 sınıfı güdümlü füze kruvazörü 5456'nın alüminyum üst yapısındaki çatlakları onarmak için kompozit malzemeleri kullanan benzersiz bir süreç geliştirdi. "Süreç, çatlakların büyümesini azaltmak ve ekonomik bir alternatif olarak hizmet etmek için geliştirildi." Bergen, 2 ila 4 milyon dolarlık bir platform panosunun değiştirilmesini teklif etti."Böylece onarımları laboratuvar dışında ve gerçek bir servis ortamında nasıl yapacağımızı bildiğimizi kanıtladık.Ancak zorluk, mevcut askeri varlık yöntemlerinin pek başarılı olmamasıdır.Seçenek, gümrüklü dubleks onarımdır [temel olarak hasarlı alanlarda bir levhayı üste yapıştırın] veya depo düzeyinde (D düzeyi) onarımlar için varlığı hizmetten çıkarın.D düzeyinde onarımlar gerekli olduğundan birçok varlık bir kenara bırakılır.”
Kompozit malzeme konusunda tecrübesi olmayan askerlerin sadece kit ve bakım kılavuzları kullanarak yapabileceği bir yönteme ihtiyaç duyulduğunu söyledi.Amacımız süreci basitleştirmek: kılavuzu okuyun, hasarı değerlendirin ve onarımları gerçekleştirin.Tam kürlenmeyi sağlamak için hassas ölçüm gerektirdiğinden sıvı reçineleri karıştırmak istemiyoruz.Onarımlar tamamlandıktan sonra da tehlikeli atıkların olmadığı bir sisteme ihtiyacımız var.Ve mevcut ağ tarafından konuşlandırılabilecek bir kit olarak paketlenmesi gerekir.”
Custom Technologies'in başarıyla gösterdiği çözümlerden biri, yapışkan kompozit yamayı hasarın boyutuna göre (12 inç kareye kadar) özelleştirmek için sertleştirilmiş bir epoksi yapıştırıcı kullanan taşınabilir bir kittir.Gösterim, 3 inç kalınlığındaki AMCB döşemesini temsil eden kompozit malzeme üzerinde tamamlandı.Kompozit malzeme, 3 inç kalınlığında balsa ağacından bir çekirdeğe (fit küp yoğunluk başına 15 pound) ve iki kat Vectorply (Phoenix, Arizona, ABD) C-LT 1100 karbon fiber 0°/90° çift eksenli dikişli kumaşa, bir kat C-TLX 1900 karbon fiber 0°/+45°/-45° üç şaft ve iki katman C-LT 1100, toplam beş katman.Crane, "Kitin çok eksenliye benzer yarı izotropik bir laminatta prefabrik yamalar kullanmasına karar verdik, böylece kumaş yönü sorun olmayacak" dedi.
Bir sonraki konu laminat onarımında kullanılan reçine matrisidir.Sıvı reçinenin karışmasını önlemek için yamada prepreg kullanılacaktır.Bergen, "Ancak bu zorluklar depolamayla ilgili" diye açıkladı.Custom Technologies, depolanabilir bir yama çözümü geliştirmek amacıyla Sunrez Corp. (El Cajon, California, ABD) ile ortaklık kurarak altı dakika içinde ultraviyole ışık (UV) ışıkla sertleştirme yapabilen bir cam elyaf/vinil ester prepreg geliştirdi.Ayrıca yeni bir esnek epoksi filmin kullanılmasını öneren Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, ABD) ile de işbirliği yaptı.
İlk çalışmalar, epoksi reçinenin, karbon fiber prepregleri için en uygun reçine olduğunu, UV ile kürlenebilen vinil ester ve yarı saydam cam fiberin iyi çalıştığını ancak ışığı bloke eden karbon fiber altında kürlenmediğini göstermiştir.Gougeon Brothers'ın yeni filmine dayanan son epoksi ön emprenye maddesi, 210°F/99°C'de 1 saat kürlenir ve oda sıcaklığında uzun bir raf ömrüne sahiptir; düşük sıcaklıkta depolamaya gerek yoktur.Bergen, daha yüksek bir cam geçiş sıcaklığına (Tg) ihtiyaç duyulursa reçinenin 350°F/177°C gibi daha yüksek bir sıcaklıkta da kürleneceğini söyledi.Her iki prepreg de, plastik bir film zarfına kapatılmış bir prepreg yama yığını halinde taşınabilir bir tamir setinde sağlanır.
Tamir takımı uzun süre saklanabileceği için Custom Technologies'in raf ömrü araştırması yapması gerekmektedir.Bergen, "Nakliye ekipmanlarında kullanılan tipik bir askeri tip olan dört adet sert plastik mahfaza satın aldık ve her mahfazaya epoksi yapıştırıcı ve vinil ester prepreg numuneleri koyduk" dedi.Kutular daha sonra test için dört farklı yere yerleştirildi: Michigan'daki Gougeon Brothers fabrikasının çatısı, Maryland havaalanının çatısı, Yucca Vadisi'ndeki (Kaliforniya çölü) dış mekan tesisi ve güney Florida'daki dış mekan korozyon test laboratuvarı.Bergen, tüm vakalarda veri kaydedicilerin bulunduğunu belirtiyor: "Her üç ayda bir değerlendirme için veri ve malzeme örnekleri alıyoruz.Florida ve California'daki kutularda kaydedilen maksimum sıcaklık 140°F'dir ve bu çoğu restorasyon reçinesi için iyidir.Bu gerçek bir meydan okuma.”Ayrıca Gougeon Brothers yeni geliştirilen saf epoksi reçineyi dahili olarak test etti.Bergen, "Birkaç ay boyunca 120°F sıcaklıktaki bir fırına yerleştirilen numuneler polimerleşmeye başlıyor" dedi."Ancak 110°F'ta tutulan ilgili numuneler için reçine kimyası yalnızca küçük bir miktar gelişti."
Onarım, test panosunda ve Seemann Composites tarafından inşa edilen orijinal köprüyle aynı laminat ve çekirdek malzemenin kullanıldığı AMCB'nin bu ölçekli modelinde doğrulandı.Resim kaynağı: Custom Technologies LLC
Onarım tekniğini göstermek için temsili bir laminatın üretilmesi, hasar görmesi ve onarılması gerekir.Klein, "Projenin ilk aşamasında, onarım sürecimizin fizibilitesini değerlendirmek için başlangıçta küçük ölçekli 4 x 48 inçlik kirişler ve dört noktalı bükme testleri kullandık" dedi."Daha sonra projenin ikinci aşamasında 12 x 48 inç panellere geçtik, arızaya neden olacak iki eksenli bir gerilim durumu oluşturmak için yükler uyguladık ve ardından onarım performansını değerlendirdik.İkinci fazda ise bakımını yaptığımız AMCB modelinin bakımını da tamamladık.”
Bergen, onarım performansını kanıtlamak için kullanılan test panelinin, Seemann Composites tarafından üretilen AMCB ile aynı laminat ve çekirdek malzemeleri kullanılarak üretildiğini söyledi, "ancak paralel eksen teoremine dayanarak panel kalınlığını 0,375 inçten 0,175 inç'e düşürdük. .Bu durumda.Yöntem, kiriş teorisi ve klasik laminat teorisinin [CLT] ek unsurlarıyla birlikte, tam ölçekli AMCB'nin atalet momentini ve etkili sertliğini, kullanımı daha kolay ve daha fazlasına sahip daha küçük boyutlu bir demo ürünle ilişkilendirmek için kullanıldı. Uygun maliyetli.Daha sonra yapısal onarımların tasarımını geliştirmek için XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, ABD) tarafından geliştirilen sonlu elemanlar analizi [FEA] modeli kullanıldı.”Test panelleri ve AMCB modeli için kullanılan karbon fiber kumaş Vectorply'dan satın alındı ve balsa çekirdeği, sağlanan Core Composites (Bristol, RI, ABD) tarafından yapıldı.
Adım 1. Bu test paneli, merkezde işaretlenmiş hasarı simüle etmek ve çevreyi onarmak için 3 inçlik bir delik çapı görüntüler.Tüm adımlar için fotoğraf kaynağı: Custom Technologies LLC.
Adım 2. Hasarlı malzemeyi çıkarmak için pille çalışan manuel taşlama makinesi kullanın ve onarım yamasını 12:1 koniklikle kapatın.
Bergen, "Test panosunda, sahadaki köprü tabliyesinde görülebilecekten daha yüksek derecede bir hasarı simüle etmek istiyoruz" diye açıkladı."Yani bizim yöntemimiz 3 inç çapında bir delik açmak için delik testeresi kullanmaktır.Daha sonra hasarlı malzemenin fişini çekiyoruz ve 12:1 atkıyı işlemek için elde tutulan pnömatik taşlama makinesi kullanıyoruz.”
Crane, karbon fiber/epoksi onarımı için, "hasarlı" panel malzemesi çıkarıldıktan ve uygun bir eşarp uygulandıktan sonra, ön emprenyenin hasarlı alanın konikliğine uyacak genişlik ve uzunlukta kesileceğini açıkladı."Test panelimiz için, onarım malzemesini orijinal hasarsız karbon panelin üst kısmıyla tutarlı tutmak için dört kat önceden emprenye edilmesi gerekiyor.Bundan sonra, karbon/epoksi prepreg kaplamanın üç katmanı, onarılan parçanın üzerinde yoğunlaştırılır.Birbirini takip eden her katman, alt katmanın her tarafında 1 inç uzanır, bu da "iyi" çevre malzemeden onarılan alana kademeli bir yük aktarımı sağlar.Tamir alanının hazırlanması, restorasyon malzemesinin kesilip yerleştirilmesi ve kür işleminin uygulanması dahil bu tamirin toplam süresi yaklaşık 2,5 saattir.
Karbon fiber/epoksi ön emprenye için onarım alanı vakumla paketlenir ve pille çalışan bir termal bağlayıcı kullanılarak 210°F/99°C'de bir saat süreyle kürlenir.
Karbon/epoksi onarımı basit ve hızlı olmasına rağmen ekip, performansı yeniden sağlamak için daha uygun bir çözüme ihtiyaç duyulduğunu fark etti.Bu, ultraviyole (UV) kürleme prepreglerinin araştırılmasına yol açtı.Bergen, "Sunrez vinil ester reçinelerine olan ilgi, şirketin kurucusu Mark Livesay ile olan önceki denizcilik deneyimlerine dayanıyor" diye açıkladı.“İlk olarak Sunrez'e vinil ester prepregini kullanarak yarı izotropik bir cam kumaş sağladık ve farklı koşullar altında kürlenme eğrisini değerlendirdik.Ayrıca vinil ester reçinesinin, uygun ikincil yapışma performansı sağlayan epoksi reçine gibi olmadığını bildiğimizden, çeşitli yapışkan katman birleştirme maddelerini değerlendirmek ve hangisinin uygulama için uygun olduğunu belirlemek için ek çabalara ihtiyaç duyulmaktadır."
Bir diğer sorun ise cam elyafların karbon elyaflarla aynı mekanik özellikleri sağlayamamasıdır.Crane, "Karbon/epoksi yamayla karşılaştırıldığında bu sorun, ekstra bir cam/vinil ester katmanı kullanılarak çözülüyor" dedi.“Sadece bir ek katmana ihtiyaç duyulmasının sebebi 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 vermeden kürleme.Crane, bu onarım çalışmasının bir saat içinde tamamlanabileceğine dikkat çekti.
Her iki yama sistemi de gösterilmiş ve test edilmiştir.Her onarımda, hasar görecek alan işaretlenir (1. adım), bir delik testeresi ile oluşturulur ve ardından pille çalışan manuel taşlama makinesi kullanılarak çıkarılır (2. adım).Daha sonra onarılan alanı 12:1 oranında konik olarak kesin.Eşarpın yüzeyini alkollü bir bezle temizleyin (adım 3).Daha sonra tamir yamasını belirli bir boyuta kesin, temizlenmiş yüzeye yerleştirin (adım 4) ve hava kabarcıklarını gidermek için bir rulo ile sabitleyin.Cam elyafı/UV ile kürlenen vinil ester prepreg için, ayırma katmanını onarılan alana yerleştirin ve yamayı altı dakika boyunca kablosuz bir UV lambasıyla kürleyin (adım 5).Karbon fiber/epoksi ön emprenye için, önceden programlanmış, tek düğmeli, pille çalışan bir termal bağlayıcı kullanarak onarılan alanı vakumlayın ve bir saat boyunca 210°F/99°C'de kürleyin.
Adım 5. Peeling katmanını onarılan alana yerleştirdikten sonra, kablosuz bir UV lambası kullanarak yamayı 6 dakika boyunca kürleyin.
Bergen, "Daha sonra yamanın yapışkanlığını ve yapının yük taşıma kapasitesini eski haline getirme yeteneğini değerlendirmek için testler yaptık" dedi.“İlk aşamada uygulama kolaylığını ve mukavemetin en az %75’ini geri kazanma yeteneğini kanıtlamamız gerekiyor.Bu, simüle edilmiş hasarın onarılmasından sonra 4 x 48 inç karbon fiber/epoksi reçine ve balsa çekirdekli kiriş üzerinde dört noktadan bükülme ile yapılır.Evet.Projenin ikinci aşamasında 12 x 48 inçlik bir panel kullanıldı ve karmaşık gerinim yükleri altında %90'dan fazla dayanıklılık gereksinimi sergilemesi gerekiyor.Tüm bu gereksinimleri karşıladık ve ardından AMCB modeli üzerinde onarım yöntemlerini fotoğrafladık.Görsel bir referans sağlamak için saha içi teknoloji ve ekipman nasıl kullanılır?
Projenin önemli bir yönü acemilerin onarımı kolayca tamamlayabileceklerini kanıtlamaktır.Bu nedenle Bergen'in aklına bir fikir geldi: “Ordudaki iki teknik bağlantımız olan Dr. Bernard Sia ve Ashley Genna'ya gösteri yapacağıma söz verdim.Projenin ilk etabının son incelemesinde onarım yapılmasını istemedim.Onarımı deneyimli Ashley gerçekleştirdi.Verdiğimiz kit ve kullanım kılavuzunu kullanarak yamayı uyguladı ve onarımı sorunsuz bir şekilde tamamladı.”
Şekil 2 Pille çalışan kürleme önceden programlanmış, pille çalışan termal birleştirme makinesi, onarım bilgisine veya kürleme döngüsü programlamasına ihtiyaç duymadan, karbon fiber/epoksi onarım yamasını tek bir düğmeye basarak kürleyebilir.Resim kaynağı: Custom Technologies, LLC
Bir diğer önemli gelişme ise pille çalışan kürleme sistemidir (Şekil 2).Bergen, "Saha içi bakım sayesinde yalnızca pil gücüne sahip oluyorsunuz" dedi.“Geliştirdiğimiz tamir setindeki proses ekipmanlarının tamamı kablosuz.”Buna, Custom Technologies ve termal bağlama makinesi tedarikçisi WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, ABD) makinesi tarafından ortaklaşa geliştirilen pille çalışan termal bağlama dahildir.Crane, "Pille çalışan bu termal bağlayıcı, kürlemeyi tamamlamak üzere önceden programlanmıştır, bu nedenle acemilerin kürleme döngüsünü programlamasına gerek yoktur" dedi."Uygun rampayı tamamlamak ve ıslatmak için sadece bir düğmeye basmaları gerekiyor."Şu anda kullanımda olan piller, yeniden şarj edilmeleri gerekinceye kadar bir yıl dayanabilir.
Projenin ikinci aşamasının tamamlanmasıyla birlikte Özel Teknolojiler, takip iyileştirme önerileri hazırlıyor ve ilgi ve destek mektuplarını topluyor.Bergen, "Hedefimiz bu teknolojiyi 8 TL'ye olgunlaştırıp sahaya çıkarmak" dedi.“Ayrıca askeri olmayan uygulamaların potansiyelini de görüyoruz.”
Endüstrinin ilk fiber takviyesinin arkasındaki eski sanatı açıklıyor ve yeni fiber bilimi ve gelecekteki gelişmeler hakkında derinlemesine bir anlayışa sahip.
Yakında gelecek ve ilk kez uçacak olan 787, hedeflerine ulaşmak için kompozit malzeme ve süreçlerdeki yeniliklere güveniyor
Gönderim zamanı: Eylül-02-2021