Портативний комплект можна відремонтувати за допомогою ультрафіолетового склопластику/вінілового ефіру або вуглецевого волокна/епоксидного препрегу, що зберігається при кімнатній температурі та обладнання для затвердіння акумулятора. #insidemanuforting #infrastructure
Ультрафіолетована препрег-ремонт Prepreg, хоча ремонт вуглецевого волокна/епоксидного препрегу, розроблений компанією Custom Technologies LLC для композитного мосту прилизу, виявилося простим і швидким, використання підсиленої уль-комплектуючими ультрафіолетовими вініловими ефірами Prepreg розробило більш зручну систему . Джерело зображення: ТОВ «Спеціальні технології»
Модульні розгортання мости є критичними активами для військових тактичних операцій та логістики, а також відновлення транспортної інфраструктури під час стихійних лих. Композитні конструкції вивчаються для зменшення ваги таких мостів, тим самим зменшуючи навантаження на транспортні засоби та механізми відновлення запуску. Порівняно з металевими мостами, композитні матеріали також мають потенціал для збільшення вантажопідйомності та продовження терміну експлуатації обслуговування.
Розширений модульний композитний міст (AMCB) - приклад. ТОВ «Seemann Composites» (Gulfport, Mississippi, США) та ТОВ «Матеріали наук» (Horsham, PA, США) використовують епоксидні ламінати, засвоєні вуглецевим волокном (мал. 1). ) Проектування та конструкція). Однак можливість ремонту таких споруд у цій галузі була проблемою, яка перешкоджає прийняттю композиційних матеріалів.
Рисунок 1 композитний міст, ключовий приріст Asset Advanced Modular Composite Mress (AMCB) був розроблений та побудований ТОВ «Субан Composites» та «Матеріали Sciences LLC» з використанням композитів, що підсилили епоксидну смолу, що підсилює вуглецеві волокна. Джерело зображення: ТОВ «Seeman Composites» (зліва) та армія США (праворуч).
У 2016 році компанія Custom Technologies LLC (Millersville, MD, США) отримала грант, що фінансується американською армією, інновації малого бізнесу (SBIR) для розробки методу ремонту, який може бути успішно виконаний на місці солдатами. На основі такого підходу, другий етап гранту SBIR був нагороджений у 2018 році для демонстрації нових матеріалів та обладнання, що працюють на батареї, навіть якщо патч виконується початківцем без попередніх тренувань, 90% або більше конструкції можуть бути відновлені RAW Сила. Доцільність технології визначається шляхом виконання серії аналізу, вибору матеріалів, виготовлення зразків та завдань механічних випробувань, а також дрібного та повномасштабного ремонту.
Основним дослідником на двох фазах SBIR є Майкл Берген, засновник та президент компанії Custom Technologies LLC. Берген пішов з кардерок з Військово -морського центру війни (NSWC) і 27 років служив у відділі конструкцій та матеріалів, де він керував розробкою та застосуванням композиційних технологій у флоті ВМС США. Доктор Роджер Крейн приєднався до Custom Technologies у 2015 році після виходу з ВМС США у 2011 році і прослужив 32 роки. Його композитний досвід матеріалів включає технічні публікації та патенти, що охоплюють такі теми, як нові композитні матеріали, виготовлення прототипу, методи з'єднання, багатофункціональні композитні матеріали, структурний моніторинг здоров'я та відновлення композитних матеріалів.
Два експерти розробили унікальний процес, який використовує композитні матеріали для ремонту тріщин в алюмінієвій надбудові ракетного крейсера Ticonderoga CG-47. на заміну платформи борту від 2 до 4 мільйонів доларів », - сказав Берген. «Тож ми довели, що знаємо, як виконувати ремонт поза лабораторією та в реальному сервісному середовищі. Але завдання полягає в тому, що нинішні методи військових активів не дуже успішні. Опція-це скріплений дуплексний ремонт [в основному в пошкоджених ділянках, приклеїти дошку до верху] або вийміть актив із служби для ремонту на рівні складу (D-рівні). Оскільки необхідний ремонт рівня D, багато активів відкладаються ».
Він продовжував говорити, що те, що потрібно, - це метод, який можуть виконувати солдати, які не мають досвіду композитних матеріалів, використовуючи лише набори та посібники з обслуговування. Наша мета - зробити процес простим: прочитати посібник, оцінити пошкодження та виконати ремонт. Ми не хочемо змішувати рідкі смоли, оскільки це вимагає точного вимірювання для забезпечення повного лікування. Нам також потрібна система без небезпечних відходів після завершення ремонту. І він повинен бути упакований як комплект, який може бути розгорнутий існуючою мережею. ”
Одне рішення, яке успішно продемонстрували спеціальні технології, - це портативний комплект, який використовує жорсткий епоксидний клей для налаштування клейового композитного пластиру відповідно до розміру пошкодження (до 12 квадратних дюймів). Демонстрація була завершена на складеному матеріалі, що представляє 3-дюймову колоду AMCB товщиною. Композитний матеріал має 3 -дюймову дерев’яну ядро бальзали (15 фунтів на кубічну щільність стопи) та два шари вектора (Phoenix, Arizona, US) C -lt 1100 вуглецева волокна 0 °/90 ° двоосьова тканина, один шар C-TLX 1900 Вуглецеве волокно 0 °/+45 °/-45 ° Три вали та два шари C-LT 1100, загалом п’ять шарів. "Ми вирішили, що комплект використовуватиме збірні патчі в квазіізотропному ламінату, подібному до багатосайки, щоб напрямок тканини не був проблемою",-сказав Крейн.
Наступним випуском є матриця смоли, що використовується для ремонту ламінату. Щоб уникнути змішування рідкої смоли, патч використовуватиме Prepreg. "Однак ці виклики є зберіганням", - пояснив Берген. Щоб розробити місцеве рішення патчів, Custom Technologies співпрацює з Sunrez Corp. (El Cajon, California, США), щоб розробити препрег скляного волокна/вінілового ефіру, який може використовувати ультрафіолетове світло (УФ) за шість хвилин світла. Він також співпрацював з братами Gougeon (Bay City, Michigan, США), який запропонував використовувати новий гнучкий епоксидний фільм.
Ранні дослідження показали, що епоксидна смола є найбільш підходящою смолою для вінілового ефіру з передпрегами вуглецевого волокна, а також напівпрозорих склоносних волокон працює добре, але не виліковується під світлом, що блокує вуглецеве волокно. На основі нового фільму братів Гугеона, остаточний епоксидний препрег вилікується протягом 1 години при 210 ° F/99 ° C і має тривалий термін зберігання при кімнатній температурі, що потребує низької температури. Берген сказав, що якщо потрібна більш висока температура скляного переходу (ТГ), смола також буде вилікована при більш високій температурі, наприклад, 350 ° F/177 ° C. Обидва препреги надаються в портативному комплекті для ремонту як стек Prepreg Patches, запечатаних у конверті пластикової плівки.
Оскільки комплект для ремонту може зберігатися тривалий час, для проведення дослідження терміну придатності потрібні спеціальні технології. "Ми придбали чотири жорсткі пластикові корпуси - типовий військовий тип, що використовується в транспортному обладнанні, - і вкладали зразки епоксидного клею та препрегу вінілового ефіру в кожен корпус", - сказав Берген. Потім коробки були розміщені в чотирьох різних місцях для тестування: дах фабрики братів Гугеона в Мічигані, дах аеропорту Меріленд, заклад на відкритому повітрі в долині Юкки (Каліфорнійська пустеля) та лабораторія тестування на відкритому повітрі на півдні Флориди. У всіх випадках є реєстратори даних, Берген вказує: «Ми беремо зразки даних та матеріалів для оцінки кожні три місяці. Максимальна температура, зафіксована у коробках у Флориді та Каліфорнії, становить 140 ° F, що добре для більшості реставраційних смол. Це справжній виклик ». Крім того, брати Gougeon внутрішньо перевіряли нещодавно розроблену чисту епоксидну смолу. "Зразки, які були розміщені в духовці при 120 ° F протягом декількох місяців, починають полімеризувати", - сказав Берген. "Однак для відповідних зразків, що зберігаються при 110 ° F, хімія смоли покращилася лише на невелику кількість".
Ремонт був перевірений на випробувальній дошці, і в цій масштабній моделі AMCB, яка використовувала той самий ламінат та основний матеріал, що і оригінальний міст, побудований композитами Seemann. Джерело зображення: ТОВ «Спеціальні технології»
Для того, щоб продемонструвати техніку ремонту, репрезентативний ламінат повинен бути виготовлений, пошкоджений та відремонтований. "На першому етапі проекту ми спочатку використовували невеликі 4 x 48-дюймові промені та чотириточкові тести на згинання для оцінки доцільності нашого процесу ремонту",-сказав Клейн. «Потім ми перейшли до 12 х 48 дюймових панелей на другій фазі проекту, застосовували навантаження для створення двоосьового стресового стану, щоб викликати збої, а потім оцінити ефективність ремонту. На другому етапі ми також завершили модель AMCB, яку ми створили технічне обслуговування ».
Берген зазначив, що випробувальна панель, яка використовується для підтвердження продуктивності ремонту, була виготовлена за допомогою тієї ж лінії ламінатів та основних матеріалів, як AMCB, виготовлений композитами Seemann, "але ми знизили товщину панелі з 0,375 дюйма до 0,175 дюймів, виходячи з теореми паралельної осі . Це так. Метод разом з додатковими елементами теорії променя та класичною теорією ламінату [CLT] був використаний для пов’язування моменту інерції та ефективної жорсткості повномасштабного AMCB з демонстраційним продуктом меншого розміру, який простіше в обробці та багато іншого економічно вигідний. Тоді ми модель аналізу кінцевих елементів [FEA], розроблена Xcraft Inc. (Бостон, штат Массачусетс, США), була використана для поліпшення проектування структурного ремонту ». Тканина з вуглецевого волокна, що використовується для випробувальних панелей, і модель AMCB була придбана з векторної сфери, а ядро Balsa виготовляли основними композитами (Bristol, RI, США).
Крок 1. На цій випробувальній панелі відображається діаметр 3 -дюймового отвору для імітації пошкоджень, позначених у центрі, і відремонтуйте окружність. Джерело фотографій для всіх кроків: ТОВ «Спеціальні технології».
Крок 2. Використовуйте ручну шліфувальну машину для акумулятора, щоб видалити пошкоджений матеріал і закрити ремонтний патч із конусом 12: 1.
"Ми хочемо імітувати більш високий ступінь пошкодження на тестової дошки, ніж це було видно на палубі мосту в полі", - пояснив Берген. «Отже, наш метод полягає в тому, щоб використовувати отвір для виготовлення отвору 3-дюймового діаметра. Потім ми витягуємо пробку пошкодженого матеріалу і використовуємо ручну пневматичну шліфувальну машину для обробки шарфа 12: 1 ».
Крейн пояснив, що для відновлення вуглецевого волокна/епоксиду, як тільки "пошкоджений" матеріал панелі буде видалено і наноситься відповідний шарф, попередня препрег буде вирізана на ширину і довжину, щоб відповідати конусу пошкодженої області. «Для нашої випробувальної панелі для цього потрібні чотири шари препрегу, щоб підтримувати ремонтний матеріал відповідним вершиною оригінальної непошкодженої вуглецевої панелі. Після цього три покриваючі шари вуглецю/епоксидного препрегу зосереджені на цьому на відновленій частині. Кожен послідовний шар простягається на 1 дюйм з усіх боків нижнього шару, що забезпечує поступове перенесення навантаження від «хорошого» навколишнього матеріалу до відремонтованої зони ». Загальний час для виконання цього ремонту, включаючи ремонт, підготовку, різання та розміщення матеріалу реставрації та застосування процедури затвердіння-2,5 години.
Для вуглецевого волокна/епоксидного препрегу область ремонту вакуумно упаковується і вилікують при 210 ° F/99 ° C протягом однієї години, використовуючи тепловий кісточок з акумулятором.
Хоча ремонт вуглецю/епоксиду просте та швидке, команда визнала необхідність більш зручного рішення для відновлення продуктивності. Це призвело до дослідження ультрафіолетових (УФ) вилікування попередніх препрегів. "Інтерес до вінілових ефірних смол Sunrez базується на попередньому військово -морському досвіді із засновником компанії Марком Ликсей", - пояснив Берген. «Ми вперше забезпечили Сунреесу квазіізотропну скляну тканину, використовуючи їх вініловий ефір, і оцінювали криву затвердіння в різних умовах. Крім того, оскільки ми знаємо, що вінілова ефірна смола не схожа на епоксидну смолу, яка забезпечує відповідні показники вторинної адгезії, тому необхідні додаткові зусилля для оцінки різних агентів зчеплення шарів клею та визначення того, який з них підходить для застосування. "
Ще одна проблема полягає в тому, що скляні волокна не можуть забезпечити ті самі механічні властивості, що і вуглецеві волокна. "У порівнянні з вуглецевим/епоксидним пластиром ця проблема вирішується за допомогою додаткового шару скляного/вінілового ефіру", - сказав Крейн. "Причина, чому потрібен лише один додатковий шар, полягає в тому, що скляний матеріал є більш важкою тканиною". Це створює відповідний патч, який можна наносити та поєднувати протягом шести хвилин навіть при дуже холодних/замерзаючих температурах. Вилікування без надання тепла. Крейн зазначив, що ця ремонтна робота може бути завершена протягом години.
Обидві системи патчів були продемонстровані та перевірені. Для кожного ремонту позначена область (крок 1), створена за допомогою отвору, а потім знімається за допомогою ручної шліфувальної машини, що працює на батареї (крок 2). Потім обріжте відремонтовану область на конус 12: 1. Очистіть поверхню шарфа алкогольною прокладкою (крок 3). Далі розріжте ремонтний пластир до певного розміру, покладіть його на очищену поверхню (крок 4) та консолідуйте його валиком, щоб видалити бульбашки повітря. Для скляного волокна/ультрафіолетового виводу вінілового ефіру препрегу, потім покладіть шар вивільнення на відремонтовану ділянку і вилікуйте пластир бездротовою УФ-лампою протягом шести хвилин (крок 5). Для вуглецевого волокна/епоксидного препрегу використовуйте заздалегідь запрограмований, одноногих, тепловий бондер, що працює на батареї, до вакуумного упаковки та вилікування відремонтованої ділянки при 210 ° F/99 ° C протягом однієї години.
Крок 5. Після розміщення шкірного шару на відремонтовану ділянку використовуйте бездротову УФ -лампу, щоб вилікувати патч протягом 6 хвилин.
"Тоді ми провели тести, щоб оцінити клейкість пластиру та його здатність відновити навантажувальну ємність структури",-сказав Берген. «На першому етапі нам потрібно довести простоту застосування та можливість відновити щонайменше 75% сили. Це робиться за допомогою чотириточкового згинання на вуглецевій волокні/епоксидній смолі 4 x 48 дюймів та пучка ядра бальза після відновлення імітованого пошкодження. Так. Друга фаза проекту використовувала панель 12 х 48 дюймів і повинна виявляти більше 90% вимог до міцності при складних навантаженнях деформації. Ми задовольнили всі ці вимоги, а потім сфотографували методи ремонту на моделі AMCB. Як використовувати технологію та обладнання для надання наявності для забезпечення візуальної довідки ».
Ключовим аспектом проекту є довести, що новачки можуть легко завершити ремонт. З цієї причини Берген мав ідею: «Я пообіцяв продемонструвати нашим двома технічними контактами в армії: доктором Бернардом Сіа та Ешлі Генна. У заключному огляді першого етапу проекту я попросив ремонту. Досвідчений Ешлі здійснив ремонт. Використовуючи комплект та посібник, який ми надали, вона застосувала патч і без проблем завершила ремонт ».
Малюнок 2 Попередньо запрограмована акумуляторна термічна машина для склеювання, що працює на батареї, може вилікувати патч з ремонту вуглецю/епоксидного ремонту при натисканні кнопки без необхідності ремонту знань або програмування циклу затвердіння. Джерело зображення: Custom Technologies, LLC
Ще одна ключова розробка-система затвердіння акумулятора (мал. 2). "Завдяки технічному обслуговуванню на місцях у вас є лише живлення акумулятора", - зазначив Берген. "Все технологічне обладнання в ремонтному комплекті, який ми розробили, є бездротовим". Сюди входить тепловий зв’язок, що працює на батареї, розроблене спільно за допомогою спеціальних технологій та постачальника теплової машини для скріплення Wichitech Industries Inc. (Randallstown, штат Меріленд, США). "Цей тепловий бондер, що працює на батареї, заздалегідь запрограмований для завершення затвердіння, тому новачкам не потрібно програмувати цикл затвердіння",-сказав Крейн. "Їм просто потрібно натиснути кнопку, щоб завершити належну рампу і замочити". Батареї, які зараз використовуються, можуть тривати рік, перш ніж їх потрібно зарядити.
З завершенням другого етапу проекту, Custom Technologies готує пропозиції щодо вдосконалення подальшого вдосконалення та збирає листи, що цікавлять та підтримку. "Наша мета - дозріти цю технологію до TRL 8 і вивести її на поле", - сказав Берген. "Ми також бачимо потенціал для невійськових застосувань".
Пояснює старе мистецтво, що стоїть за першим підкріпленням волокон, і глибоко розуміє нову науку про волокон та майбутній розвиток.
Незабаром і вперше літає, 787 покладається на інновації в композитних матеріалах та процесах для досягнення своїх цілей
Час посади: вересень-02-2021