Kannettava sarja voidaan korjata UV-kovettuvalla lasikuitu/vinyyliesteri- tai hiilikuitu/epoksiesivalmisteella, jota säilytetään huoneenlämmössä ja paristokäyttöisellä kovetuslaitteella. #sisävalmistus #infrastruktuuri
UV-kovettuvan prepreg-laastarin korjaus Vaikka Custom Technologies LLC:n kehittämä hiilikuitu/epoksiprepreg-korjaus sisäkenttäkomposiittisillalle osoittautui yksinkertaiseksi ja nopeaksi, lasikuituvahvisteisen UV-kovettuvan vinyyliesterihartsin Prepreg käyttö on kehittänyt kätevämmän järjestelmän. Kuvan lähde: Custom Technologies LLC
Modulaariset käyttöönotettavat sillat ovat kriittisiä resursseja sotilaallisissa taktisissa operaatioissa ja logistiikassa sekä kuljetusinfrastruktuurin ennallistamisessa luonnonkatastrofien aikana. Komposiittirakenteita tutkitaan tällaisten siltojen painon vähentämiseksi, mikä vähentää kuljetusajoneuvojen ja laukaisu-palautusmekanismien taakkaa. Metallisiltoihin verrattuna komposiittimateriaalit voivat myös lisätä kantavuutta ja pidentää käyttöikää.
Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) on esimerkki. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) ja Materials Sciences LLC (Horsham, PA, USA) käyttävät hiilikuituvahvisteisia epoksilaminaatteja (kuva 1). ) Suunnittelu ja rakentaminen). Kuitenkin kyky korjata tällaisia rakenteita kentällä on ollut ongelma, joka estää komposiittimateriaalien käyttöönoton.
Kuva 1 Komposiittisilta, keskeinen sisäinen ominaisuus Seemann Composites LLC ja Materials Sciences LLC suunnitteli ja rakensi Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) käyttämällä hiilikuituvahvisteisia epoksihartsikomposiitteja. Kuvan lähde: Seeman Composites LLC (vasemmalla) ja US Army (oikealla).
Vuonna 2016 Custom Technologies LLC (Millersville, MD, USA) sai Yhdysvaltain armeijan rahoittaman Small Business Innovation Researchin (SBIR) vaiheen 1 apurahan kehittääkseen korjausmenetelmän, jonka sotilaat voivat suorittaa menestyksekkäästi paikan päällä. Tämän lähestymistavan pohjalta myönnettiin SBIR-apuraha toinen vaihe vuonna 2018 uusien materiaalien ja akkukäyttöisten laitteiden esittelyyn, vaikka korjauksen tekisi aloittelija ilman aiempaa koulutusta, rakenteesta voidaan palauttaa 90 % tai enemmän raakalujuus. Teknologian toteutettavuus selvitetään suorittamalla sarja analyysi-, materiaalivalinta-, näytevalmistus- ja mekaanisia testaustehtäviä sekä pienimuotoisia ja täysimittaisia korjauksia.
Päätutkija kahdessa SBIR-vaiheessa on Michael Bergen, Custom Technologies LLC:n perustaja ja toimitusjohtaja. Bergen jäi eläkkeelle Carderockista Naval Surface Warfare Centeristä (NSWC) ja palveli rakenne- ja materiaaliosastolla 27 vuotta, missä hän johti komposiittiteknologioiden kehittämistä ja soveltamista Yhdysvaltain laivaston laivastossa. Tohtori Roger Crane liittyi Custom Technologiesille vuonna 2015 jäätyään eläkkeelle Yhdysvaltain laivastosta vuonna 2011 ja on palvellut 32 vuotta. Hänen komposiittimateriaalien asiantuntemukseen kuuluu teknisiä julkaisuja ja patentteja, jotka kattavat muun muassa uudet komposiittimateriaalit, prototyyppien valmistuksen, liitosmenetelmät, monitoimiset komposiittimateriaalit, rakenteiden kuntoseuranta ja komposiittimateriaalien restaurointi.
Kaksi asiantuntijaa ovat kehittäneet ainutlaatuisen prosessin, joka käyttää komposiittimateriaaleja Ticonderoga CG-47 -luokan ohjatun ohjusristeilijän 5456:n alumiinirungon halkeamien korjaamiseen. "Prosessi kehitettiin vähentämään halkeamien kasvua ja toimimaan taloudellisena vaihtoehtona 2-4 miljoonan dollarin alustalevyn vaihdolle", Bergen sanoi. "Niinpä todistimme, että osaamme tehdä korjauksia laboratorion ulkopuolella ja todellisessa palveluympäristössä. Haasteena on kuitenkin se, että nykyiset armeijan omaisuusmenetelmät eivät ole kovin menestyviä. Vaihtoehtona on sidottu duplex-korjaus [periaatteessa vaurioituneiden alueiden liimaaminen lautaselle] tai hyödykkeen poistaminen käytöstä varastotason (D-tason) korjauksia varten. Koska D-tason korjauksia tarvitaan paljon.
Hän jatkoi, että tarvitaan menetelmä, jonka sotilaat, joilla ei ole kokemusta komposiittimateriaaleista, voivat suorittaa käyttämällä vain sarjoja ja huolto-oppaita. Tavoitteemme on tehdä prosessista yksinkertainen: lue käsikirja, arvioi vauriot ja suorita korjaukset. Emme halua sekoittaa nestemäisiä hartseja, koska se vaatii tarkan mittauksen täydellisen kovettumisen varmistamiseksi. Tarvitsemme myös järjestelmän, jossa ei ole vaarallisia jätteitä korjausten jälkeen. Ja se on pakattava paketiksi, joka voidaan ottaa käyttöön olemassa olevassa verkossa. ”
Yksi ratkaisu, jonka Custom Technologies onnistui osoittamaan, on kannettava sarja, joka käyttää karkaistua epoksiliimaa liimakomposiittilaastarin mukauttamiseen vaurion koon mukaan (enintään 12 neliötuumaa). Esittely valmistui komposiittimateriaalille, joka edustaa 3 tuuman paksuista AMCB-kannetta. Komposiittimateriaalissa on 3 tuuman paksuinen balsa-puuydin (15 paunaa kuutiojalkaa kohti) ja kaksi kerrosta Vectorply (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 hiilikuitua 0°/90° biaksiaalista ommeltu kangasta, yksi kerros C-TLX 1900 hiilikuitua 3 akselia ja 5°/5° 5 0/4 s. C-LT 1100, yhteensä viisi kerrosta. "Päätimme, että sarja käyttää esivalmistettuja laastareita lähes isotrooppisessa laminaatissa, joka on samanlainen kuin moniakselinen, jotta kankaan suunta ei ole ongelma", Crane sanoi.
Seuraava ongelma on laminaatin korjaukseen käytettävä hartsimatriisi. Nestemäisen hartsin sekoittumisen välttämiseksi laastari käyttää prepregiä. "Nämä haasteet ovat kuitenkin varastointi", Bergen selitti. Säilytettävän laastariratkaisun kehittämiseksi Custom Technologies on tehnyt yhteistyötä Sunrez Corp.:n kanssa (El Cajon, Kalifornia, USA) kehittääkseen lasikuitu/vinyyliesteriprepregin, joka voi käyttää ultraviolettivaloa (UV) kuudessa minuutissa Valokovetukseen. Se teki myös yhteistyötä Gougeon Brothersin (Bay City, Michigan, USA) kanssa, joka ehdotti uuden joustavan epoksikalvon käyttöä.
Varhaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että epoksihartsi on sopivin hartsi hiilikuituprepregeille - UV-kovettuva vinyyliesteri ja läpikuultava lasikuitu toimivat hyvin, mutta eivät kovettu valoa estävän hiilikuidun alla. Gougeon Brothersin uuteen kalvoon perustuva lopullinen epoksiesivalmiste kovettuu 1 tunnin ajan 210 °F/99 °C:ssa ja sillä on pitkä säilyvyys huoneenlämmössä – ei tarvetta varastointiin alhaisessa lämpötilassa. Bergen sanoi, että jos korkeampaa lasittumislämpötilaa (Tg) vaaditaan, hartsi kovetetaan myös korkeammassa lämpötilassa, kuten 350 °F/177 °C. Molemmat prepregit toimitetaan kannettavassa korjaussarjassa pinona prepreg-laastareita, jotka on suljettu muovikalvokuoreen.
Koska korjaussarjaa voidaan säilyttää pitkään, Custom Technologiesin on suoritettava säilyvyystutkimus. "Ostimme neljä kovaa muovikoteloa - tyypillistä sotilastyyppiä, jota käytetään kuljetusvälineissä - ja laitoimme näytteitä epoksiliimasta ja vinyyliesteriprepregistä jokaiseen koteloon", Bergen sanoi. Laatikot sijoitettiin sitten neljään eri paikkaan testausta varten: Gougeon Brothersin tehtaan katolle Michiganissa, Marylandin lentokentän katolle, ulkotiloihin Yucca Valleyssa (Kalifornian autiomaassa) ja ulkona sijaitsevaan korroosiotestilaboratorioon Etelä-Floridassa. Kaikissa tapauksissa on dataloggerit, Bergen huomauttaa: "Otamme data- ja materiaalinäytteitä arvioitavaksi kolmen kuukauden välein. Floridan ja Kalifornian laatikoiden enimmäislämpötila on 140 °F, mikä on hyvä useimmille restaurointihartseille. Se on todellinen haaste." Lisäksi Gougeon Brothers testasi sisäisesti hiljattain kehitettyä puhdasta epoksihartsia. "Näytteet, jotka on asetettu uuniin 120 °F:seen useiden kuukausien ajan, alkavat polymeroitua", Bergen sanoi. "Kuitenkin vastaavilla näytteillä, joita pidettiin 110 °F:ssa, hartsin kemia parani vain vähän."
Korjaus todettiin testilevylle ja tälle AMCB:n pienoismallille, jossa käytettiin samaa laminaattia ja ydinmateriaalia kuin alkuperäisessä Seemann Compositesin rakentamassa sillassa. Kuvan lähde: Custom Technologies LLC
Korjaustekniikan osoittamiseksi edustava laminaatti on valmistettava, vaurioitettava ja korjattava. "Projektin ensimmäisessä vaiheessa käytimme aluksi pienimuotoisia 4 x 48 tuuman palkkeja ja neljän pisteen taivutustestejä korjausprosessimme toteutettavuuden arvioimiseksi", Klein sanoi. "Sitten siirryimme 12 x 48 tuuman paneeleihin projektin toisessa vaiheessa, käytimme kuormia biaksiaalisen jännitystilan luomiseksi vian aiheuttamiseksi ja arvioimme sitten korjauksen suorituskykyä. Toisessa vaiheessa saimme myös valmiiksi rakentamamme AMCB-mallin Maintenance."
Bergen sanoi, että korjaussuorituskyvyn todistamiseen käytetty testipaneeli valmistettiin käyttämällä samaa laminaattia ja ydinmateriaaleja kuin Seemann Compositesin valmistama AMCB, "mutta pienensimme paneelin paksuutta 0,375 tuumasta 0,175 tuumaan yhdensuuntaisen akselin lauseen perusteella. Näin on. Menetelmää yhdessä lisäelementtien kanssa käytettiin laminaattiteorian, palkkien teorian ja [C]:n laminaattiteoriaan]. Täysimittaisen AMCB:n hitaus ja tehokas jäykkyys pienemmällä demotuotteella, joka on helpompi käsitellä ja kustannustehokkaampi. Sitten me XCraft Inc:n (Boston, Massachusetts, USA) kehittämää elementtianalyysimallia (Boston, Massachusetts, USA) käytettiin parantamaan rakennekorjausten suunnittelua. Testipaneeleissa ja AMCB-mallissa käytetty hiilikuitukangas ostettiin Vectorplyltä, ja balsaytimen valmisti Core Composites (Bristol, RI, US), jonka toimitti.
Vaihe 1. Tämä testipaneeli näyttää 3 tuuman reiän halkaisijan, joka simuloi keskelle merkittyjä vaurioita ja korjaa kehän. Kaikkien vaiheiden valokuvalähde: Custom Technologies LLC.
Vaihe 2. Käytä akkukäyttöistä käsikäyttöistä hiomakonetta vaurioituneen materiaalin poistamiseen ja kiinnitä korjauspaikka 12:1 kartiolla.
"Haluamme simuloida testilaudalla suurempia vaurioita kuin mitä voidaan nähdä sillan kannella kentällä", Bergen selitti. "Meidän tapamme on siis tehdä reikäsahalla halkaisijaltaan 3 tuuman reikä. Vedämme sitten vaurioituneen materiaalin tulpan irti ja käsittelemme 12:1 huivin kädessä pidettävällä pneumaattisella hiomakoneella."
Crane selitti, että hiilikuitu-/epoksikorjauksessa, kun "vaurioitunut" paneelimateriaali on poistettu ja asianmukainen huivi on kiinnitetty, prepreg leikataan leveyteen ja pituuteen vastaamaan vaurioituneen alueen kartiomaisuutta. "Testipaneelissamme tämä vaatii neljä kerrosta prepregiä, jotta korjausmateriaali pysyy yhteneväisenä alkuperäisen vahingoittumattoman hiilipaneelin yläosan kanssa. Sen jälkeen kolme peittävää hiili/epoksiprepreg-kerrosta keskitetään tähän Korjattavaan osaan. Jokainen peräkkäinen kerros ulottuu 1 tuuman alemman kerroksen joka puolelle, mikä mahdollistaa asteittaisen kuormituksen siirtymisen "hyvältä" ympäröivältä materiaalilta." Tämän korjauksen tekemiseen kuluva kokonaisaika - mukaan lukien korjausalueen valmistelu, restaurointimateriaalin leikkaaminen ja sijoittaminen sekä kovetustoimenpiteet - noin 2,5 tuntia.
Hiilikuitu-/epoksiesivalmisteille korjausalue tyhjiöpakataan ja kovetetaan 210°F/99°C:ssa tunnin ajan akkukäyttöisellä lämpösidoksella.
Vaikka hiili-/epoksikorjaus on yksinkertaista ja nopeaa, tiimi ymmärsi, että suorituskyvyn palauttamiseksi tarvitaan kätevämpi ratkaisu. Tämä johti ultravioletti (UV) -kovettuvien prepregien tutkimiseen. "Kiinnostus Sunrez-vinyyliesterihartseja kohtaan perustuu aiempaan merikokemukseen yrityksen perustajan Mark Livesayn kanssa", Bergen selitti. "Annoimme Sunrezille ensin näennäisisotrooppisen lasikankaan käyttämällä vinyyliesteriprepregiä ja arvioimme kovettumiskäyrän erilaisissa olosuhteissa. Lisäksi koska tiedämme, että vinyyliesterihartsi ei ole kuin epoksihartsi, joka tarjoaa sopivan toissijaisen tarttuvuuden, joten lisäponnisteluja tarvitaan erilaisten liimakerroksen kytkentäaineiden arvioimiseksi ja sovelluksen määrittämiseksi."
Toinen ongelma on, että lasikuidut eivät voi tarjota samoja mekaanisia ominaisuuksia kuin hiilikuidut. "Verrattuna hiili/epoksilappuun, tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä ylimääräistä lasi-/vinyyliesterikerrosta", Crane sanoi. "Syy siihen, miksi tarvitaan vain yksi lisäkerros, on se, että lasimateriaali on raskaampaa kangasta." Tämä tuottaa sopivan laastarin, joka voidaan kiinnittää ja yhdistää kuudessa minuutissa jopa erittäin kylmissä / pakkasen sisälämpötiloissa. Kovettuu ilman lämpöä. Crane huomautti, että tämä korjaustyö voidaan suorittaa tunnissa.
Molemmat patch-järjestelmät on esitelty ja testattu. Jokaista korjausta varten vaurioituva alue merkitään (vaihe 1), luodaan reikäsahalla ja poistetaan sitten akkukäyttöisellä käsihiomakoneella (vaihe 2). Leikkaa sitten korjattu alue 12:1 kartiomaiseksi. Puhdista huivin pinta alkoholityynyllä (vaihe 3). Leikkaa seuraavaksi korjauslappu tietyn kokoiseksi, aseta se puhdistetulle pinnalle (vaihe 4) ja kiinnitä se telalla ilmakuplien poistamiseksi. Lasikuitu/UV-kovettuva vinyyliesteriprepreg-valmistetta varten aseta irrokekerros korjatulle alueelle ja koveta laastari langattomalla UV-lampulla kuuden minuutin ajan (vaihe 5). Käytä esiohjelmoitua, yhden painikkeen, akkukäyttöistä lämpösidontaa tyhjiöpakkauksessa ja koveta korjattu alue 99 °C:ssa tunnin ajan.
Vaihe 5. Kun olet asettanut kuorivan kerroksen korjatulle alueelle, koveta laastari langattomalla UV-lampulla 6 minuutin ajan.
"Sitten teimme testejä arvioidaksemme laastarin tarttuvuutta ja sen kykyä palauttaa rakenteen kantokyky", Bergen sanoi. "Ensimmäisessä vaiheessa meidän on todistettava käytön helppous ja kyky palauttaa vähintään 75 % lujuudesta. Tämä tehdään neljän pisteen taivutuksella 4 x 48 tuuman hiilikuitu/epoksihartsilla ja balsa-ydinpalkilla simuloidun vaurion korjaamisen jälkeen. Kyllä. Projektin toisessa vaiheessa käytettiin 12 x 48 tuuman vahvuista paneelia, ja meidän on täytettävä 9 %:n vahvuiset vaatimukset. kaikki nämä vaatimukset ja kuvasin sitten AMCB-mallin korjausmenetelmiä Kuinka käyttää kenttätekniikkaa ja laitteita visuaalisen referenssin saamiseksi.
Projektin tärkein osa on todistaa, että aloittelijat voivat helposti suorittaa korjauksen. Tästä syystä Bergenillä oli idea: "Olen luvannut esitellä kahdelle tekniselle kontaktillemme armeijassa: tohtori Bernard Sialle ja Ashley Gennalle. Projektin ensimmäisen vaiheen loppuarvioinnissa en pyytänyt korjauksia. Kokenut Ashley suoritti korjauksen. Hän kiinnitti paikan ja suoritti korjauksen ilman ongelmia."
Kuva 2 Akkukäyttöinen kovettuva esiohjelmoitu, akkukäyttöinen lämpösidontakone voi kovettaa hiilikuitu/epoksikorjauspaikan napin painalluksella ilman korjaustietoa tai kovetussyklien ohjelmointia. Kuvan lähde: Custom Technologies, LLC
Toinen keskeinen kehityskohde on akkukäyttöinen kovetusjärjestelmä (kuva 2). "Peltohuollon ansiosta sinulla on vain akkuvirtaa", Bergen huomautti. "Kaikki kehittämämme korjaussarjan prosessilaitteet ovat langattomia." Tämä sisältää Custom Technologiesin ja lämpösidontakonetoimittajan WichiTech Industries Inc.:n (Randallstown, Maryland, USA) yhdessä kehittämän akkukäyttöisen lämpösidoksen. "Tämä akkukäyttöinen lämpöside on esiohjelmoitu kovettumisen loppuun saattamiseksi, joten aloittelijoiden ei tarvitse ohjelmoida kovettumisjaksoa", Crane sanoi. "Heidän tarvitsee vain painaa nappia suorittaakseen oikean rampin ja liotuksen." Tällä hetkellä käytössä olevat akut voivat kestää vuoden ennen kuin ne on ladattava.
Projektin toisen vaiheen valmistuttua Custom Technologies valmistelee jatkoparannusehdotuksia sekä kerää kiinnostus- ja tukikirjeitä. "Tavoitteenamme on kypsyä tämä teknologia TRL 8:aan ja tuoda se kentälle", Bergen sanoi. "Näemme myös mahdollisuudet ei-sotilaallisiin sovelluksiin."
Selittää vanhan taiteen alan ensimmäisen kuitulujitteen takana ja ymmärtää syvällisesti uuden kuitutieteen ja tulevan kehityksen.
Pian saapuva ja ensimmäistä kertaa lentävä 787 luottaa komposiittimateriaalien ja -prosessien innovaatioihin saavuttaakseen tavoitteensa
Postitusaika: 02.09.2021