Kannettava pakkaus voidaan korjata UV-Currable-lasikuitu/vinyyliesterillä tai hiilikuitu/epoksipregilla, joka on säilytetty huoneenlämpötilassa ja akkukäyttöisissä kovetuslaitteissa. *
UV-Currable Pregre -korjauskorjaus Vaikka Custom Technologies LLC: n kehittämä hiilikuitu/epoksi-pregreg-korjaus, joka on kehittänyt kenttäkomposiittisiltaan, osoittautui yksinkertaiseksi ja nopeaksi, lasikuituvahvistetun UV-Currable Vinyyliesterihartsin pregre-ohjelman käytön on kehitetty helpompaa järjestelmää . Kuvan lähde: Custom Technologies LLC
Modulaariset käyttöönotttavat sillat ovat kriittisiä varoja sotilaalliselle taktiselle toiminnalle ja logistiikalle sekä kuljetusinfrastruktuurin palauttaminen luonnonkatastrofien aikana. Komposiittirakenteita tutkitaan tällaisten siltojen painon vähentämiseksi, mikä vähentää kuljetusajoneuvojen ja laukaisunkorjausmekanismien taakkaa. Verrattuna metallisiltoihin, komposiittimateriaaleilla on myös potentiaali lisätä kuormituskykyä ja pidentää käyttöiän käyttöikää.
Edistynyt modulaarinen komposiittisillan (AMCB) on esimerkki. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) ja Materials Sciences LLC (Horsham, PA, Yhdysvallat) käyttävät hiilikuituvahvistettuja epoksilaminaatteja (kuva 1). ) Suunnittelu ja rakentaminen). Kyky korjata tällaiset rakenteet kentällä on kuitenkin ollut ongelma, joka estää komposiittimateriaalien käyttöönottoa.
Kuvio 1 Composite -silta, avainkentän omaisuuserä edistynyt modulaarinen komposiittisilta (AMCB) suunniteltiin ja rakensi Seemann Composites LLC ja Materials Sciences LLC käyttämällä hiilikuituvahvistettuja epoksihartsikomposiitteja. Kuvan lähde: Seeman Composites LLC (vasen) ja Yhdysvaltain armeija (oikealla).
Vuonna 2016 Custom Technologies LLC (Millersville, MD, USA) sai Yhdysvaltain armeijan rahoittaman pienyritysten innovaatiotutkimuksen (SBIR) vaiheen 1 apurahan korjausmenetelmän kehittämiseksi, jonka sotilaat voivat menestyksekkäästi suorittaa paikan päällä. Tämän lähestymistavan perusteella SBIR-apurahan toinen vaihe myönnettiin vuonna 2018 esittelemään uusia materiaaleja ja akkukäyttöisiä laitteita, vaikka laastari suoritettaisiin aloittelijalla ilman aikaisempaa koulutusta, vähintään 90% rakenteesta voidaan palauttaa RAW vahvuus. Teknologian toteutettavuus määritetään suorittamalla sarja analyysi-, materiaalivalinta-, näytteiden valmistus- ja mekaanisia testaustehtäviä sekä pienimuotoisia ja täysimittaisia korjauksia.
Kahden SBIR -vaiheen päätutkija on Custom Technologies LLC: n perustaja ja presidentti Michael Bergen. Bergen jäi eläkkeelle Naval Surface Warfare Centerin (NSWC) Carderockista ja palveli rakenteiden ja materiaaliosastolla 27 vuotta, missä hän hallitsi komposiittiteknologioiden kehittämistä ja soveltamista Yhdysvaltain merivoimien laivastossa. Dr. Roger Crane liittyi Custom Technologiesiin vuonna 2015 eläkkeelle siirtymisen jälkeen Yhdysvaltain merivoimista vuonna 2011 ja on toiminut 32 vuotta. Hänen komposiittimateriaalien asiantuntemuksensa sisältää teknisiä julkaisuja ja patentteja, jotka kattavat aiheet, kuten uudet komposiittimateriaalit, prototyypin valmistus, liitäntämenetelmät, monitoimiset komposiittimateriaalit, rakenteellisen terveyden seuranta ja komposiittimateriaalien palauttaminen.
Molemmat asiantuntijat ovat kehittäneet ainutlaatuisen prosessin, joka käyttää komposiittimateriaaleja ticonderoga CG-47 -luokan ohjattujen ohjusristeilijän 5456 alumiinirakenteen halkeamien korjaamiseen. ”Prosessi kehitettiin halkeamien kasvun vähentämiseksi ja toimimaan taloudellisena vaihtoehtona. 2–4 miljoonan dollarin alustan lautakunnan korvaamiseen ”, Bergen sanoi. ”Joten todistimme, että tiedämme kuinka korjata korjauksia laboratorion ulkopuolella ja todellisessa palveluympäristössä. Mutta haasteena on, että nykyiset sotilaalliset omaisuusmenetelmät eivät ole kovin menestyviä. Vaihtoehto on sidottu duplex-korjaus [pohjimmiltaan vaurioituneilla alueilla liimaa lauta ylhäälle] tai poista omaisuuserä käytöstä varastotason (D-tason) korjauksiin. Koska D-tason korjaukset vaaditaan, monet varat jätetään syrjään. "
Hän jatkoi, että tarvitaan menetelmä, jonka sotilaat voivat suorittaa ilman kokemusta komposiittimateriaaleista, käyttämällä vain sarjoja ja huolto -käsikirjoja. Tavoitteenamme on tehdä prosessista yksinkertainen: lue käsikirja, arvioida vaurioita ja suorittaa korjaukset. Emme halua sekoittaa nestemäisiä hartseja, koska tämä vaatii tarkkaa mittausta täydellisen parantamiseksi. Tarvitsemme myös järjestelmää, jolla ei ole vaarallisia jätteitä korjausten valmistumisen jälkeen. Ja se on pakattava sarjana, jonka nykyinen verkko voi ottaa käyttöön. "
Yksi ratkaisu, jonka mukautetut tekniikat osoittivat onnistuneesti, on kannettava pakkaus, joka käyttää karkattua epoksin liimaa liimakomposiittilaastarin mukauttamiseen vaurioiden koon mukaan (jopa 12 neliötuumaa). Esittely saatiin päätökseen komposiittimateriaalilla, joka edustaa 3 tuuman paksua AMCB-kannetta. Komposiittimateriaalissa on 3 tuuman paksu balsa -puuydin (15 kiloa kuutiometriä kohti tiheyttä) ja kaksi kerrosta vektoripeliä (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 Hiilikuitu 0 °/90 ° Biaksiaalinen ommeltu kangas, yksi kerros C-TLX 1900 hiilikuitu 0 °/+45 °/-45 ° Kolme akselia ja kaksi kerrosta C-LT 1100, yhteensä viisi kerrosta. "Päätimme, että pakkaus käyttää esivalmistettuja laastareita kvasi-isotrooppisessa laminaatissa, joka on samanlainen kuin moniakselissa, jotta kankaan suunta ei ole ongelma", Crane sanoi.
Seuraava numero on laminaattien korjaamiseen käytetty hartsimatriisi. Nestemäisen hartsin sekoittamisen välttämiseksi laastari käyttää prepreg. "Nämä haasteet ovat kuitenkin varastossa", Bergen selitti. Kallisteisen laastari ratkaisun kehittämiseksi Custom Technologies on tehnyt yhteistyötä Sunrez Corp .: n (El Cajon, Kalifornia, USA) kanssa lasikuitu/vinyyliesterin pregre -ohjelman kehittämiseksi, joka voi käyttää ultraviolettivaloa (UV) kuuden minuutin kevyessä kovetuksessa. Se teki yhteistyötä myös Gougeon Brothersin (Bay City, Michigan, USA) kanssa, mikä ehdotti uuden joustavan epoksielokuvan käyttöä.
Varhaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että epoksihartsi on sopivin hartsi hiilikuitujen pregregs-UV-Currable-vinyyliesterille ja läpikuultava lasikuitua, mutta eivät paranna kevyttä estävän hiilikuidun alla. Gougeon Brothersin uuteen elokuvaan perustuen lopullinen epoxy pregre parannetaan 1 tunnin ajan lämpötilassa 210 ° F/99 ° C ja sillä on pitkä säilyvyys huoneenlämpötilassa-ei matalan lämpötilan varastointia. Bergen kertoi, että jos vaaditaan korkeampaa lasimuutoslämpötilaa (TG), hartsi paranee myös korkeammassa lämpötilassa, kuten 350 ° F/177 ° C. Molemmat prepregit toimitetaan kannettavassa korjauspakkauksessa pino prepreg -laastarina, jotka on suljettu muovikalvon kirjekuoressa.
Koska korjauspakkaus voidaan tallentaa pitkään, säilytyskotkimuksen suorittamiseen tarvitaan räätälöityjä tekniikoita. "Ostimme neljä kovaa muovikoteloa - tyypillistä kuljetusvälineissä käytettyä sotilaallista tyyppiä - ja laitimme näytteitä epoksiliimasta ja vinyyliesterin pregregista jokaiseen koteloon", Bergen sanoi. Laatikot sijoitettiin sitten neljään eri paikkaan testattavaksi: Gougeon Brothers -tehtaan katto Michiganissa, Marylandin lentokentän katto, Yucca Valleyn ulkotilojen (Kalifornian autiomaa) ja Floridan eteläisen korroosiotestauslaboratorion ulkokorroosiotestauslaboratorio. Kaikissa tapauksissa Bergen huomauttaa tiedonkeruusta, ”Otamme tieto- ja materiaalinäytteitä arviointia varten kolmen kuukauden välein. Floridan ja Kalifornian laatikoihin kirjattu enimmäislämpötila on 140 ° F, mikä on hyvä useimmille restaurointihartseille. Se on todellinen haaste. " Lisäksi Gougeon -veljet testasivat vasta kehitettyä puhdasta epoksihartsia. "Näytteet, jotka on asetettu uuniin 120 ° F: n lämpötilassa useita kuukausia, alkavat polymerisoida", Bergen sanoi. "Vastaaville näytteille, joita pidetään 110 ° F: ssa, hartsikemia kuitenkin parani vain pienellä määrällä."
Korjaus varmistettiin testitaululla ja tämä AMCB: n mittakaavamalli, joka käytti samaa laminaattia ja ydinmateriaalia kuin SEGAMANN COMPOSITESSIITTIIVISET SIIRJA. Kuvan lähde: Custom Technologies LLC
Korjaustekniikan osoittamiseksi edustava laminaatti on valmistettava, vaurioitunut ja korjattava. "Projektin ensimmäisessä vaiheessa käytimme alun perin pienimuotoisia 4 x 48-tuumaisia palkkeja ja nelikulmaista taivutustestejä korjausprosessimme toteutettavuuden arvioimiseksi", Klein sanoi. ”Sitten siirryimme 12 x 48 tuuman paneeleiksi projektin toisessa vaiheessa, käytti kuormituksia biaksiaalisen stressitilan aiheuttamiseksi vikaantumisen aiheuttamiseksi ja arvioimme sitten korjaussuorituskyvyn. Toisessa vaiheessa suoritimme myös AMCB -mallin, jonka rakensimme kunnossapidon. ”
Bergen kertoi, että korjaustehokkuuden todistamiseen käytetty testipaneeli valmistettiin käyttämällä samaa laminaattien ja ydinmateriaalien kuin AMCB: n valmistama AMCB, jonka on valmistanut SEGANAN -komposiittien ”, mutta vähensi paneelin paksuutta 0,375 tuumaa 0,175 tuumaa, rinnakkaisakselin lauseen perusteella . Näin on. Menetelmää yhdessä palkkiteorian ja klassisen laminaattiteorian [CLT] lisäosien kanssa käytettiin yhdistämään hitausmomentti ja täysimittaisen AMCB: n tehokas jäykkyys pienemmän kokoisen demo-tuotteen kanssa, jota on helpompi käsitellä ja enemmän kustannustehokas. Sitten Xcraft Inc. -yrityksen (Boston, Massachusetts, USA) kehittämää äärellisen elementtianalyysiä [FEA] -malli käytettiin rakenteellisten korjausten suunnittelun parantamiseksi. " Testipaneeleille käytetty hiilikuitukangas ja AMCB -malli ostettiin VectorPlystä, ja Balsa -ytimen valmisti ydinkomposiitit (Bristol, RI, Yhdysvallat).
Vaihe 1. Tämä testipaneeli näyttää 3 tuuman reiän halkaisijan simuloimaan keskellä merkittyjä vaurioita ja korjata ympärysmitta. Valokuvalähde kaikille vaiheille: Custom Technologies LLC.
Vaihe 2. Poista vaurioitunut materiaali akkukäyttöisellä manuaalisella hiomakoneella ja sulje korjauslaastari 12: 1-kapeneella.
"Haluamme simuloida testitaulun suurempaa vauriota kuin kentän siltakansilla voidaan nähdä", Bergen selitti. Joten menetelmämme on käyttää reikäsahaa halkaisijaltaan 3 tuuman reiän tekemiseen. Sitten vedämme vaurioituneen materiaalin pistokkeen ja käytämme kädessä pidettävää pneumaattista hiomakonetta 12: 1 huiviin. "
Crane selitti, että hiilikuitu-/epoksikorjauksessa, kun ”vaurioitunut” paneelimateriaali on poistettu ja sovelletaan sopiva huivi, prepreg leikataan leveyteen ja pituuteen vaurioituneen alueen kapenevan vastaamiseksi. ”Testipaneelillemme tämä vaatii neljä Pregre -kerrosta, jotta korjausmateriaali pitää alkuperäisen vahingoittumattoman hiilipaneelin yläosan mukaisesti. Sen jälkeen kolme hiili-/epoksipreg -kerroksen peittämistä keskittyvät tähän korjattuun osaan. Jokainen peräkkäinen kerros ulottuu 1 tuumaa alemman kerroksen kaikilla puolilla, mikä tarjoaa asteittaisen kuorman siirron "hyvästä" ympäröivästä materiaalista korjattuun alueeseen ". Tämän korjausmateriaalin leikkaamisen ja sijoittamisen ja kovetusmenettelyn levittäminen-yleisesti 2,5 tuntia.
Hiilikuitu-/epoksipreg-alueella korjausalue on tyhjiö pakattu ja parannetaan lämpötilassa 210 ° F/99 ° C tunnin ajan käyttämällä akkukäyttöistä lämpöbonderia.
Vaikka hiili-/epoksikorjaus on yksinkertaista ja nopeaa, joukkue tunnusti tarpeen kätevämmälle ratkaisulle suorituskyvyn palauttamiseksi. Tämä johti ultravioletti (UV) kovettavien pregreiden tutkimiseen. "Kiinnostus Sunrez -vinyyliesterihartsiin perustuu aikaisempaan merivoimien kokemukseen yrityksen perustajan Mark Livesay -tapahtuman kanssa", Bergen selitti. ”Tarjoamme ensin Sunrezille kvasi-isotrooppisen lasikankaan, käyttämällä niiden vinyyliesteriä pregreg ja arvioimme kovetuskäyrää eri olosuhteissa. Lisäksi koska tiedämme, että vinyyliesterihartsi ei ole kuin epoksihartsi, joka tarjoaa sopivan sekundaarisen tarttumisen suorituskyvyn, joten tarvitaan lisäponnisteluja erilaisten liimakerroksen kytkentäaineiden arvioimiseksi ja määrittämään, mikä sopii sovellukselle. "
Toinen ongelma on, että lasikuidut eivät voi tarjota samoja mekaanisia ominaisuuksia kuin hiilikuidut. "Verrattuna hiili-/epoksilaastariin, tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä ylimääräistä lasi-/vinyyliesterikerrosta", Crane sanoi. "Syy siihen, miksi vain yksi lisäkerros tarvitaan, on se, että lasimateriaali on raskaampi kangas." Tämä tuottaa sopivan laastarin, jota voidaan levittää ja yhdistää kuuden minuutin sisällä jopa erittäin kylmissä/jäätyvien kenttälämpötiloissa. Paraneminen tarjoamatta lämpöä. Crane huomautti, että tämä korjaustyö voidaan suorittaa tunnin sisällä.
Molemmat laastarijärjestelmät on osoitettu ja testattu. Jokaista korjausta varten vaurioitunut alue on merkitty (vaihe 1), joka on luotu reunasahalla ja poistetaan sitten akkukäyttöisellä manuaalisella hiomakoneella (vaihe 2). Leikkaa sitten korjattu alue 12: 1 -kartioon. Puhdista huivin pinta alkoholin tyynyllä (vaihe 3). Leikkaa seuraavaksi korjauslaastari tiettyyn kokoon, aseta se puhdistetulle pinnalle (vaihe 4) ja yhdistä se rullalla ilmakuplien poistamiseksi. Lasikuitu/UV-kovettamiseksi vinyyliesterin pregregille aseta sitten vapautuskerros korjatulle alueelle ja paranna laastari langattomalla UV-lampulla kuuden minuutin ajan (vaihe 5). Hiilikuitu-/epoksipreg-pregraalissa käytä esiohjelmoitua, yhden painiketta, akkukäyttöistä lämpöpöytää tyhjiöpakkaukseen ja parantamaan korjattua aluetta lämpötilassa 210 ° F/99 ° C tunnin ajan.
Vaihe 5. Kun olet asettanut kuorintakerroksen korjatulle alueelle, kopioi laastarin langattoman UV -lampun avulla 6 minuutin ajan.
"Sitten suoritimme testit arvioidaksesi laastarin tarttuvuutta ja sen kykyä palauttaa rakenteen kuormituskyky", Bergen sanoi. ”Ensimmäisessä vaiheessa meidän on todistettava levityksen helppous ja kyky palauttaa vähintään 75% vahvuudesta. Tämä tehdään neljän pisteen taivutuksella 4 x 48 tuuman hiilikuitu/epoksihartsilla ja balsa-ydinpalkissa simuloitujen vaurioiden korjaamisen jälkeen. Kyllä. Projektin toisessa vaiheessa käytettiin 12 x 48 tuuman paneelia, ja sen on oltava yli 90% lujuusvaatimuksia monimutkaisissa venymäkuormissa. Tapasimme kaikki nämä vaatimukset ja valokuvasimme sitten AMCB -mallin korjausmenetelmät. Kuinka käyttää kenttäteknologiaa ja laitteita visuaalisen viitteen tarjoamiseksi. ”
Projektin keskeinen osa on todistaa, että aloittelijat voivat helposti suorittaa korjauksen. Tästä syystä Bergenillä oli idea: ”Olen luvannut osoittaa kahdelle armeijan tekniselle kontaktillemme: tohtori Bernard Sia ja Ashley Genna. Projektin ensimmäisen vaiheen lopullisessa tarkastelussa pyysin korjauksia. Kokenut Ashley suoritti korjauksen. Antamamme pakkauksen ja käsikirjan avulla hän levitti laastarin ja suoritti korjauksen ilman ongelmia. ”
Kuva 2 Akkukäyttöinen kovetus esiohjelmoitu, akkukäyttöinen lämpönauhakone voi parantaa hiilikuitu-/epoksinkorjauslaastaria painikkeen painikkeella ilman korjaustietoa tai kovetusjakson ohjelmointia. Kuvan lähde: Custom Technologies, LLC
Toinen keskeinen kehitys on akkukäyttöinen kovetusjärjestelmä (kuva 2). "Tietokentän kunnossapidon kautta sinulla on vain akun virtaa", Bergen huomautti. "Kaikki kehittämämme korjauspakkauksen prosessilaitteet ovat langattomia." Tähän sisältyy akkukäyttöinen lämpönauha, jotka ovat kehittäneet räätälöityjen tekniikoiden ja lämpönauhojen toimittajan Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) kone. "Tämä akkukäyttöinen lämpö Bonder on esiohjelmoitu täydentääkseen paranemista, joten aloittelijoiden ei tarvitse ohjelmoida kovetusjaksoa", Crane sanoi. "Heidän on vain painettava painiketta suorittaaksesi oikea ramppi ja liota." Tällä hetkellä käytössä olevat paristot voivat kestää vuoden ennen kuin ne on ladattava.
Projektin toisen vaiheen päätyttyä Custom Technologies valmistelee seurannan parannusehdotuksia ja kerätä kiinnostuksen kohteita ja tukea. "Tavoitteenamme on kytkeä tämä tekniikka TRL 8: lle ja tuoda se kentälle", Bergen sanoi. "Näemme myös potentiaalin ei-sotilaallisille sovelluksille."
Selittää alan ensimmäisen kuituvahvistuksen takana olevan vanhan taiteen, ja sillä on syvällinen käsitys uudesta kuitutieteestä ja tulevasta kehityksestä.
Pian tulossa ja lentämällä ensimmäistä kertaa, 787 luottaa komposiittimateriaalien ja prosessien innovaatioihin tavoitteiden saavuttamiseksi
Viestin aika: SEP-02-2021