The kit portabel bisa repaired kalawan orat UV-curable / vinyl éster atawa serat karbon / epoxy prepreg disimpen dina suhu kamar jeung alat curing batré-Powered.#insidemanufacturing #infrastruktur
Perbaikan patch prepreg UV-curable Sanajan perbaikan prepreg serat karbon / epoxy dikembangkeun ku Custom Technologies LLC pikeun sasak komposit infield kabukti basajan tur gancang, pamakéan serat gelas bertulang résin éster vinyl UV-curable Prepreg geus ngembangkeun hiji sistem leuwih merenah. .Sumber gambar: Custom Technologies LLC
Sasak deployable modular mangrupakeun aset kritis pikeun operasi taktis militér sarta logistik, kitu ogé restorasi infrastruktur transportasi salila bencana alam.Struktur komposit keur ditalungtik pikeun ngurangan beurat sasak misalna, kukituna ngurangan beungbeurat kandaraan angkutan jeung mékanisme peluncuran-recovery.Dibandingkeun sareng sasak logam, bahan komposit ogé berpotensi ningkatkeun kapasitas nanggung beban sareng manjangkeun umur jasa.
The Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) mangrupa conto.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, AS) jeung Bahan Élmu LLC (Horsham, Pa, AS) ngagunakeun serat karbon laminates epoxy bertulang (gambar 1).) Desain jeung konstruksi).Nanging, kamampuan pikeun ngalereskeun struktur sapertos kitu di lapangan mangrupikeun masalah anu ngahalangan nyoko bahan komposit.
angka 1 sasak komposit, asset infield konci Advanced Modular komposit Sasak (AMCB) ieu dirancang jeung diwangun ku Seemann Composites LLC sarta Bahan Élmu LLC ngagunakeun serat karbon bertulang résin epoxy composites.Sumber gambar: Seeman Composites LLC (kénca) sareng Angkatan Darat AS (katuhu).
Dina 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, AS) nampi hibah Fase 1 Usaha Inovasi Usaha Leutik (SBIR) anu dibiayaan Angkatan Darat AS pikeun ngembangkeun metode perbaikan anu tiasa suksés dilakukeun dina situs ku prajurit.Dumasar kana pendekatan ieu, fase kadua hibah SBIR dileler di 2018 pikeun nampilkeun bahan anyar sareng alat-alat anu dikuatkeun batré, sanaos patch dilaksanakeun ku novice tanpa pelatihan sateuacana, 90% atanapi langkung tina strukturna tiasa dibalikeun Raw. kakuatan.Kamungkinan téknologi ditangtukeun ku ngalaksanakeun séri analisis, pilihan bahan, manufaktur spésimén sareng tugas tés mékanis, ogé perbaikan skala leutik sareng skala pinuh.
Panaliti utama dina dua fase SBIR nyaéta Michael Bergen, pangadeg sareng presiden Custom Technologies LLC.Bergen pensiunan ti Carderock tina Naval Surface Warfare Center (NSWC) sareng ngalayanan di Departemen Struktur sareng Bahan salami 27 taun, dimana anjeunna ngatur pamekaran sareng aplikasi téknologi komposit dina armada Angkatan Laut AS.Dr Roger Crane ngagabung Custom Technologies di 2015 sanggeus pensiunan ti Angkatan Laut AS di 2011 sarta geus dilayanan pikeun 32 taun.Kaahlian bahan komposit na kalebet publikasi téknis sareng patén-patén, kalebet topik sapertos bahan komposit énggal, manufaktur prototipe, metode sambungan, bahan komposit multifungsi, ngawaskeun kaséhatan struktural, sareng restorasi bahan komposit.
Dua ahli geus ngembangkeun hiji prosés unik anu ngagunakeun bahan komposit pikeun ngalereskeun retakan dina superstructure aluminium ti Ticonderoga CG-47 kelas dipandu rudal cruiser 5456. "Prosés ieu dikembangkeun pikeun ngurangan tumuwuhna retakan sarta ngawula ka salaku alternatif ekonomis. pikeun ngagantian dewan platform 2 ka 4 juta dollar, "saur Bergen."Jadi kami ngabuktikeun yén kami terang kumaha ngalakukeun perbaikan di luar laboratorium sareng di lingkungan jasa nyata.Tapi tangtanganna nyaéta metode aset militér ayeuna henteu suksés pisan.Pilihan ieu kabeungkeut perbaikan duplex [dasarna di wewengkon ruksak Lem papan ka luhur] atawa cabut asset ti layanan pikeun gudang-tingkat (D-tingkat) perbaikan.Kusabab perbaikan tingkat D diperyogikeun, seueur aset anu disingkirkeun.
Anjeunna neraskeun nyarios yén anu diperyogikeun nyaéta metode anu tiasa dilakukeun ku prajurit anu henteu gaduh pangalaman dina bahan komposit, ngan ukur nganggo kit sareng manual pangropéa.Tujuan kami nyaéta pikeun ngajantenkeun prosésna saderhana: baca manual, évaluasi karusakan sareng ngalaksanakeun perbaikan.Kami henteu hoyong nyampur résin cair, sabab ieu peryogi pangukuran anu tepat pikeun mastikeun penyembuhan lengkep.Urang ogé peryogi sistem tanpa runtah picilakaeun saatos perbaikan réngsé.Sareng kedah dibungkus salaku kit anu tiasa disebarkeun ku jaringan anu tos aya.”
Salah sahiji solusi anu suksés ditingalikeun ku Custom Technologies nyaéta kit portabel anu ngagunakeun napel époksi anu kuat pikeun nyaluyukeun patch komposit napel dumasar kana ukuran karusakan (dugi ka 12 inci kuadrat).Démo ieu réngsé dina bahan komposit ngagambarkeun dek AMCB kandel 3 inci.Bahan komposit gaduh inti kai balsa kandel 3 inci (15 pon per kapadetan suku kubik) sareng dua lapisan Vectorply (Phoenix, Arizona, AS) C -LT 1100 serat karbon 0°/90° lawon dijahit biaxial, hiji lapisan C-TLX 1900 serat karbon 0 ° / + 45 ° / -45 ° tilu shafts sareng dua lapisan C-LT 1100, jumlahna aya lima lapisan."Urang mutuskeun yén kit bakal ngagunakeun patches prefabricated dina laminate kuasi-isotropik sarupa multi-sumbu jadi arah lawon moal jadi masalah," ceuk Crane.
Masalah salajengna nyaéta matriks résin anu dianggo pikeun perbaikan laminate.Dina raraga ngahindarkeun Pergaulan résin cair, patch bakal ngagunakeun prepreg."Najan kitu, tantangan ieu gudang," jelas Bergen.Pikeun ngembangkeun solusi patch anu tiasa disimpen, Custom Technologies damel sareng Sunrez Corp. (El Cajon, California, AS) pikeun ngembangkeun prepreg serat kaca/vinil éster anu tiasa nganggo sinar ultraviolét (UV) dina genep menit Curing Cahaya.Éta ogé gawé bareng jeung Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, AS), nu nyarankeun pamakéan film epoxy fléksibel anyar.
Panaliti awal nunjukkeun yén résin epoksi mangrupikeun résin anu paling cocog pikeun serat karbon prepregs-UV-curable vinyl éster sareng serat gelas tembus tiasa dianggo, tapi henteu cageur dina serat karbon anu ngahalangan lampu.Dumasar kana pilem anyar Gougeon Brothers, prepreg epoksi ahir diubaran salami 1 jam dina 210 ° F / 99 ° C sareng gaduh umur rak anu panjang dina suhu kamar-teu kedah disimpen dina suhu rendah.Bergen nyarios yén upami suhu transisi kaca (Tg) langkung luhur diperyogikeun, résin ogé bakal diubaran dina suhu anu langkung luhur, sapertos 350 ° F / 177 ° C.Kadua prepreg disayogikeun dina kit perbaikan portabel salaku tumpukan patches prepreg disegel dina amplop pilem plastik.
Kusabab kit perbaikan tiasa disimpen kanggo waktos anu lami, Custom Technologies diperyogikeun pikeun ngalaksanakeun studi umur rak."Urang dibeuli opat enclosures palastik teuas-tipe militér has dipaké dina alat-alat transportasi-sarta nempatkeun sampel epoxy napel na vinyl éster prepreg kana unggal dipager," ceuk Bergen.Kotak-kotak éta teras disimpen di opat lokasi anu béda pikeun diuji: hateup pabrik Gougeon Brothers di Michigan, hateup bandara Maryland, fasilitas luar di Lembah Yucca (gurun California), sareng laboratorium uji korosi luar di Florida kidul.Sadaya kasus gaduh data logger, Bergen nunjukkeun, "Kami nyandak data sareng conto bahan pikeun évaluasi unggal tilu bulan.Suhu maksimum anu kacatet dina kotak di Florida sareng California nyaéta 140 ° F, anu saé pikeun kalolobaan résin restorasi.Ieu tantangan nyata.Salaku tambahan, Gougeon Brothers nguji internal résin époksi murni anu nembé dikembangkeun."Sampel anu disimpen dina oven dina 120 ° F pikeun sababaraha bulan mimiti polimérisasi," saur Bergen."Najan kitu, pikeun sampel pakait diteundeun dina 110 ° F, kimia résin ngan ningkat ku jumlah leutik".
Perbaikan ieu diverifikasi dina dewan test na model skala AMCB ieu, nu dipaké laminate sarua jeung bahan inti salaku sasak aslina diwangun ku Seemann Composites.Sumber gambar: Custom Technologies LLC
Dina raraga nunjukkeun téknik perbaikan, hiji laminate wawakil kudu dijieun, ruksak jeung repaired."Dina fase mimiti proyek, urang mimitina dipaké skala leutik 4 x 48 inci balok jeung opat-titik tés bending pikeun evaluate feasibility tina prosés perbaikan urang," ceuk Klein."Lajeng, urang transisi ka 12 x 48 panels inci dina fase kadua proyék, dilarapkeun beban keur ngahasilkeun kaayaan stress biaxial ngabalukarkeun gagalna, lajeng dievaluasi kinerja perbaikan.Dina fase kadua, kami ogé réngsé modél AMCB anu kami ngawangun Pangropéa.
Bergen ngungkabkeun yén panel uji anu dipaké pikeun ngabuktikeun kinerja perbaikan dijieun maké garis laminasi anu sarua jeung bahan inti sakumaha AMCB dijieun ku Seemann Composites, "tapi kami ngurangan ketebalan panel tina 0,375 inci nepi ka 0,175 inci, dumasar kana teorema sumbu paralel. .Ieu kasus.Metoda, bareng jeung elemen tambahan tina téori beam jeung téori laminate klasik [CLT], ieu dipaké pikeun ngaitkeun momen inersia jeung stiffness éféktif AMCB skala pinuh ku produk demo ukuran leutik nu leuwih gampang pikeun nanganan jeung leuwih. ongkos-éféktif.Teras, kami Model analisis unsur terhingga [FEA] anu dikembangkeun ku XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, AS) dianggo pikeun ningkatkeun desain perbaikan struktural.lawon serat karbon dipaké pikeun panels test na model AMCB ieu dibeuli ti Vectorply, sarta inti balsa dijieun ku Core Composites (Bristol, RI, AS) disadiakeun.
lengkah 1. panel test Ieu mintonkeun 3 diaméterna liang inci pikeun simulate karuksakan ditandaan di tengah jeung ngalereskeun kuriling.Sumber poto pikeun sakabéh hambalan: Custom Technologies LLC.
Lengkah 2. Paké coét manual batré-Powered pikeun nyoplokkeun bahan ruksak jeung ngalampirkeun patch perbaikan ku 12: 1 taper.
"Kami hoyong simulate tingkat karusakan anu langkung luhur dina papan uji tibatan anu tiasa ditingali dina dek sasak di lapangan," jelas Bergen."Jadi cara urang ngagunakeun gergaji liang pikeun nyieun liang diaméterna 3 inci.Teras, urang cabut colokan bahan anu ruksak sareng nganggo coét pneumatik anu dicekel ku leungeun pikeun ngolah sal 12: 1.
Crane ngécéskeun yén pikeun perbaikan serat karbon / epoxy, sakali bahan panel "karuksakan" dihapus sarta sal luyu diterapkeun, prepreg bakal motong kana lebar tur panjangna pikeun cocog taper wewengkon ruksak."Kanggo panel test kami, ieu merlukeun opat lapisan prepreg pikeun ngajaga bahan perbaikan konsisten jeung luhureun panel karbon undamaged aslina.Sanggeus éta, tilu lapisan panutup karbon / epoxy prepreg konsentrasi dina ieu Dina bagian repaired.Unggal lapisan berturut-turut ngalegaan 1 inci dina sadaya sisi lapisan handap, anu nyayogikeun transfer beban bertahap tina bahan sakurilingna "alus" ka daérah anu dilereskeun.Total waktu pikeun ngalakukeun perbaikan ieu-kaasup persiapan wewengkon perbaikan, Motong jeung nempatkeun bahan restorasi sarta nerapkeun prosedur curing-kira 2,5 jam.
Pikeun serat karbon / epoxy prepreg, wewengkon perbaikan geus vakum dipak sarta kapok dina 210 ° F / 99 ° C salila sajam maké bonder termal-Powered batré.
Sanajan karbon / perbaikan epoxy basajan tur gancang, tim dipikawanoh butuh solusi leuwih merenah pikeun balikkeun kinerja.Ieu ngarah ka éksplorasi ultraviolét (UV) curing prepregs."Kapentingan dina résin éster vinyl Sunrez dumasar kana pangalaman angkatan laut saméméhna kalawan pangadeg parusahaan Mark Livesay," Bergen dipedar."Kami mimiti nyayogikeun Sunrez kalayan lawon kaca kuasi-isotropik, nganggo prepreg éster vinyl na, sareng ngaevaluasi kurva curing dina kaayaan anu béda.Salaku tambahan, sabab urang terang yén résin éster vinyl henteu sapertos résin epoksi Anu nyayogikeun kinerja adhesion sekundér anu cocog, janten usaha tambahan diperyogikeun pikeun ngevaluasi rupa-rupa agén gandeng lapisan napel sareng nangtukeun mana anu cocog pikeun aplikasina.
Masalah anu sanés nyaéta serat gelas henteu tiasa nyayogikeun sipat mékanis anu sami sareng serat karbon."Dibandingkeun jeung karbon / epoxy patch, masalah ieu direngsekeun ku ngagunakeun lapisan tambahan kaca / vinyl éster," ceuk Crane."Alesan naha ngan ukur hiji lapisan tambahan anu diperyogikeun nyaéta bahan kaca mangrupikeun lawon anu langkung beurat."Ieu ngahasilkeun patch anu cocog anu tiasa diterapkeun sareng digabungkeun dina genep menit sanajan dina hawa infield anu tiis pisan / katirisan.Curing tanpa nyadiakeun panas.Crane nunjuk kaluar yén karya perbaikan ieu bisa réngsé dina sajam.
Kadua sistem patch parantos nunjukkeun sareng diuji.Pikeun unggal perbaikan, wewengkon ruksak ditandaan (lengkah 1), dijieun ku ragaji liang, lajeng dipiceun maké coét manual batré-Powered (lengkah 2).Lajeng motong wewengkon repaired kana 12: 1 taper.Ngabersihan permukaan sal nganggo pad alkohol (lengkah 3).Salajengna, potong patch perbaikan kana ukuran nu tangtu, nempatkeun eta dina beungeut cleaned (lengkah 4) jeung konsolidasi eta kalawan roller pikeun nyoplokkeun gelembung hawa.Pikeun serat kaca / UV-curing vinyl éster prepreg, lajeng nempatkeun lapisan release on wewengkon repaired tur cageur patch ku lampu UV tanpa kabel salila genep menit (lengkah 5).Pikeun prepreg serat karbon / epoksi, paké bonder termal anu diprogram, hiji-tombol, didamel batre pikeun ngakosongkeun pak sareng ngubaran daérah anu dilereskeun dina 210 ° F / 99 ° C salami sajam.
Lengkah 5. Saatos nempatkeun lapisan peeling dina wewengkon repaired, make lampu UV tanpa kabel pikeun ngubaran patch pikeun 6 menit.
"Lajeng urang ngalaksanakeun tés pikeun evaluate adhesiveness tina patch jeung kamampuhna mulangkeun kapasitas beban-bearing struktur," ceuk Bergen."Dina tahap kahiji, urang kedah ngabuktikeun betah aplikasi sareng kamampuan pikeun pulih sahenteuna 75% tina kakuatan.Hal ieu dilakukeun ku opat-titik bending dina 4 x 48 serat karbon inci / résin epoxy jeung balsa core beam sanggeus repairing karuksakan simulated.Sumuhun.Fase kadua proyék dipaké panel 12 x 48 inci, sarta kudu némbongkeun leuwih ti 90% syarat kakuatan dina beban galur kompléks.Urang patepung sagala sarat ieu, lajeng difoto métode perbaikan dina model AMCB.Kumaha ngagunakeun téknologi infield sareng alat pikeun nyayogikeun rujukan visual.
A aspék konci proyék nyaéta ngabuktikeun yén novices bisa kalayan gampang ngalengkepan perbaikan.Ku sabab kitu, Bergen ngagaduhan ide: "Kuring parantos janji bakal nunjukkeun ka dua kontak téknis kami di Angkatan Darat: Dr. Bernard Sia sareng Ashley Genna.Dina review ahir fase kahiji proyek, abdi nanya euweuh perbaikan.Ashley ngalaman dipigawé perbaikan.Nganggo kit sareng manual anu kami nyayogikeun, anjeunna ngalarapkeun patch sareng réngsé perbaikan tanpa aya masalah.
angka 2 The curing batré-Powered pre-diprogram, batré-Powered mesin beungkeutan termal bisa cageur serat karbon / patch perbaikan epoxy di push hiji tombol, tanpa merlukeun pangaweruh perbaikan atawa program siklus curing.Sumber gambar: Custom Technologies, LLC
Pangwangunan konci anu sanés nyaéta sistem curing anu nganggo batré (Gambar 2)."Ngaliwatan pangropéa infield, anjeun ngan boga kakuatan batré," Bergen nunjuk kaluar."Sadaya alat prosés dina kit perbaikan anu kami kembangkeun nyaéta nirkabel."Ieu kalebet beungkeutan termal anu didamel batré anu dikembangkeun babarengan ku Custom Technologies sareng supplier mesin beungkeut termal WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, AS)."Bonder termal anu didamel ku batré ieu tos diprogram pikeun ngarengsekeun panyawat, janten para pemula henteu kedah ngaprogram siklus curing," saur Crane."Éta ngan ukur kedah mencét tombol pikeun ngarengsekeun tanjakan anu leres sareng soak."Batré anu ayeuna dianggo tiasa salami sataun sateuacan kedah dicas deui.
Kalayan parantosan fase kadua proyék éta, Custom Technologies nyiapkeun usulan perbaikan susulan sareng ngumpulkeun surat minat sareng dukungan."Tujuan kami nyaéta pikeun ngadewasakeun téknologi ieu ka TRL 8 sareng dibawa ka lapangan," saur Bergen."Kami ogé ningali poténsi pikeun aplikasi non-militer."
Ngajelaskeun seni heubeul balik tulangan serat munggaran industri urang, sarta boga pamahaman teleb élmu serat anyar jeung ngembangkeun hareup.
Datang pas sareng ngalayang pikeun kahiji kalina, 787 ngandelkeun inovasi dina bahan komposit sareng prosés pikeun ngahontal tujuanana
waktos pos: Sep-02-2021