Ang portable kit ay maaaring ayusin gamit ang UV-curable fiberglass/vinyl ester o carbon fiber/epoxy prepreg na nakaimbak sa temperatura ng silid at kagamitan na pinapagana ng baterya. #insidemanufacturing #infrastructure
UV-Curable Prepreg Patch Repair Kahit na ang pag-aayos ng carbon fiber/epoxy prepreg na binuo ng Custom Technologies LLC para sa Infield Composite Bridge ay napatunayan na simple at mabilis, ang paggamit ng glass fiber reinforced uv-curable vinyl ester resin prepreg ay nakabuo ng isang mas maginhawang system . Pinagmulan ng Larawan: Custom Technologies LLC
Ang mga modular na naka -deploy na tulay ay mga kritikal na pag -aari para sa mga taktikal na operasyon at logistik ng militar, pati na rin ang pagpapanumbalik ng mga imprastraktura ng transportasyon sa panahon ng mga natural na sakuna. Ang mga pinagsama-samang istruktura ay pinag-aaralan upang mabawasan ang bigat ng naturang mga tulay, sa gayon binabawasan ang pasanin sa mga sasakyan ng transportasyon at mga mekanismo ng paglulunsad-pagbabalik. Kung ikukumpara sa mga tulay ng metal, ang mga pinagsama-samang materyales ay mayroon ding potensyal na madagdagan ang kapasidad ng pag-load at palawakin ang buhay ng serbisyo.
Ang Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) ay isang halimbawa. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) at Material Sciences LLC (Horsham, PA, US) Gumamit ng carbon fiber-reinforced epoxy laminates (Larawan 1). ) Disenyo at konstruksyon). Gayunpaman, ang kakayahang ayusin ang naturang mga istraktura sa larangan ay isang isyu na pumipigil sa pag -ampon ng mga pinagsama -samang materyales.
Figure 1 Composite Bridge, Key Infield Asset Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) ay dinisenyo at itinayo ng SeemanN Composites LLC at Materials Sciences LLC gamit ang carbon fiber reinforced epoxy resin composite. Pinagmulan ng Imahe: Seeman Composites LLC (kaliwa) at ang US Army (kanan).
Noong 2016, ang Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) ay nakatanggap ng isang US Army na pinondohan ng Maliit na Negosyo ng Innovation Research (SBIR) Phase 1 Grant upang makabuo ng isang paraan ng pag-aayos na maaaring matagumpay na maisagawa sa site ng mga sundalo. Batay sa pamamaraang ito, ang pangalawang yugto ng SBIR Grant ay iginawad noong 2018 upang ipakita ang mga bagong materyales at kagamitan na pinapagana ng baterya, kahit na ang patch ay isinasagawa ng isang baguhan nang walang paunang pagsasanay, 90% o higit pa sa istraktura ay maaaring maibalik RAW lakas. Ang pagiging posible ng teknolohiya ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsasagawa ng isang serye ng pagsusuri, pagpili ng materyal, paggawa ng ispesimen at mga gawain sa pagsubok sa mekanikal, pati na rin ang maliit na scale at buong pag-aayos.
Ang pangunahing mananaliksik sa dalawang phase ng SBIR ay si Michael Bergen, ang tagapagtatag at pangulo ng Custom Technologies LLC. Nagretiro si Bergen mula sa Carderock ng Naval Surface Warfare Center (NSWC) at nagsilbi sa departamento ng mga istruktura at materyales sa loob ng 27 taon, kung saan pinamamahalaan niya ang pag -unlad at aplikasyon ng mga pinagsama -samang teknolohiya sa armada ng US Navy. Roger Crane ay sumali sa mga pasadyang teknolohiya noong 2015 matapos magretiro mula sa US Navy noong 2011 at nagsilbi sa loob ng 32 taon. Ang kanyang mga composite na kadalubhasaan sa materyales ay nagsasama ng mga teknikal na publikasyon at mga patent, na sumasaklaw sa mga paksa tulad ng mga bagong composite na materyales, paggawa ng prototype, mga pamamaraan ng koneksyon, mga multifunctional composite na materyales, pagsubaybay sa istruktura ng kalusugan, at pinagsama -samang materyal na pagpapanumbalik.
Ang dalawang eksperto ay nakabuo ng isang natatanging proseso na gumagamit ng mga composite na materyales upang ayusin ang mga bitak sa aluminyo superstructure ng ticonderoga CG-47 na gabay na misayl cruiser 5456. "Ang proseso ay binuo upang mabawasan ang paglaki ng mga bitak at upang maglingkod bilang isang pang-ekonomikong alternatibo. sa kapalit ng isang platform board na 2 hanggang 4 milyong dolyar, ”sabi ni Bergen. "Kaya napatunayan namin na alam namin kung paano magsagawa ng pag -aayos sa labas ng laboratoryo at sa isang tunay na kapaligiran sa serbisyo. Ngunit ang hamon ay ang kasalukuyang mga pamamaraan ng pag -aari ng militar ay hindi masyadong matagumpay. Ang pagpipilian ay naka-bonding na pag-aayos ng duplex [talaga sa mga nasirang lugar na pandikit sa isang board sa tuktok] o alisin ang pag-aayos ng pag-aari mula sa pag-aayos ng bodega para sa bodega (D-Level). Dahil kinakailangan ang pag-aayos ng D-Level, maraming mga pag-aari ang isantabi. "
Sinabi niya na ang kinakailangan ay isang pamamaraan na maaaring isagawa ng mga sundalo na walang karanasan sa mga pinagsama -samang materyales, gamit lamang ang mga kit at manual manual. Ang aming layunin ay gawing simple ang proseso: Basahin ang manu -manong, suriin ang pinsala at magsagawa ng pag -aayos. Hindi namin nais na ihalo ang mga likidong resins, dahil nangangailangan ito ng tumpak na pagsukat upang matiyak ang kumpletong lunas. Kailangan din namin ng isang sistema na walang mapanganib na basura pagkatapos makumpleto ang pag -aayos. At dapat itong nakabalot bilang isang kit na maaaring ma -deploy ng umiiral na network. Dala
Ang isang solusyon na matagumpay na ipinakita ng mga pasadyang teknolohiya ay isang portable kit na gumagamit ng isang toughened epoxy adhesive upang ipasadya ang malagkit na composite patch ayon sa laki ng pinsala (hanggang sa 12 square square). Ang demonstrasyon ay nakumpleto sa isang pinagsama-samang materyal na kumakatawan sa isang 3-pulgada na makapal na AMCB deck. Ang pinagsama -samang materyal ay may isang 3 -pulgada na makapal na balsa na kahoy na core (15 pounds bawat cubic foot density) at dalawang layer ng vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -lt 1100 carbon fiber 0 °/90 ° biaxial stitched tela, isang layer ng C-TLX 1900 Carbon Fiber 0 °/+45 °/-45 ° Tatlong shaft at dalawang layer ng C-LT 1100, isang kabuuan ng limang layer. "Napagpasyahan namin na ang kit ay gagamit ng prefabricated patch sa isang quasi-isotropic laminate na katulad ng isang multi-axis upang ang direksyon ng tela ay hindi magiging isang isyu," sabi ni Crane.
Ang susunod na isyu ay ang resin matrix na ginamit para sa pag -aayos ng nakalamina. Upang maiwasan ang paghahalo ng likidong dagta, ang patch ay gagamit ng prepreg. "Gayunpaman, ang mga hamong ito ay imbakan," paliwanag ni Bergen. Upang makabuo ng isang storable na solusyon sa patch, ang mga pasadyang teknolohiya ay nakipagtulungan sa Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA) upang makabuo ng isang salamin na hibla/vinyl ester prepreg na maaaring gumamit ng ultraviolet light (UV) sa anim na minuto na light curing. Nakipagtulungan din ito sa Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), na iminungkahi ang paggamit ng isang bagong nababaluktot na epoxy film.
Ipinakita ng mga maagang pag-aaral na ang epoxy resin ay ang pinaka-angkop na dagta para sa carbon fiber prepregs-UV-curable vinyl ester at translucent glass fiber na gumana nang maayos, ngunit hindi gumagaling sa ilalim ng light-blocking carbon fiber. Batay sa bagong pelikula ng Gougeon Brothers, ang pangwakas na prepreg ng epoxy ay gumaling sa loob ng 1 oras sa 210 ° F/99 ° C at may mahabang istante ng buhay sa temperatura ng silid-walang kailangan para sa pag-iimbak ng mababang temperatura. Sinabi ni Bergen na kung kinakailangan ang isang mas mataas na temperatura ng paglipat ng salamin (TG), ang dagta ay gagaling din sa isang mas mataas na temperatura, tulad ng 350 ° F/177 ° C. Ang parehong mga prepreg ay ibinibigay sa isang portable na pag -aayos ng kit bilang isang stack ng mga prepreg patch na na -seal sa isang plastic film sobre.
Dahil ang pag -aayos ng kit ay maaaring maiimbak nang mahabang panahon, ang mga pasadyang teknolohiya ay kinakailangan upang magsagawa ng pag -aaral sa buhay ng istante. "Bumili kami ng apat na matigas na plastik na enclosure - isang tipikal na uri ng militar na ginagamit sa kagamitan sa transportasyon - at naglalagay ng mga halimbawa ng malagkit na epoxy at vinyl ester prepreg sa bawat enclosure," sabi ni Bergen. Ang mga kahon ay inilagay sa apat na magkakaibang lokasyon para sa pagsubok: ang bubong ng pabrika ng Gougeon Brothers sa Michigan, ang bubong ng Maryland Airport, ang panlabas na pasilidad sa Yucca Valley (California Desert), at ang panlabas na kaagnasan ng pagsubok sa laboratoryo sa southern Florida. Ang lahat ng mga kaso ay may mga logger ng data, itinuturo ni Bergen, "Kumuha kami ng mga data at materyal na mga sample para sa pagsusuri tuwing tatlong buwan. Ang maximum na temperatura na naitala sa mga kahon sa Florida at California ay 140 ° F, na mabuti para sa karamihan sa mga resin ng pagpapanumbalik. Ito ay isang tunay na hamon. " Bilang karagdagan, sinubukan ng Gougeon Brothers ang bagong binuo purong epoxy resin. "Ang mga halimbawang inilagay sa isang oven sa 120 ° F sa loob ng ilang buwan ay nagsisimula sa polymerize," sabi ni Bergen. "Gayunpaman, para sa kaukulang mga sample na itinago sa 110 ° F, ang kimika ng dagta ay napabuti lamang ng isang maliit na halaga."
Ang pag -aayos ay napatunayan sa test board at ang scale model na ito ng AMCB, na ginamit ang parehong nakalamina at pangunahing materyal bilang ang orihinal na tulay na itinayo ng mga composite ng Seightann. Pinagmulan ng Larawan: Custom Technologies LLC
Upang maipakita ang pamamaraan ng pag -aayos, ang isang kinatawan na nakalamina ay dapat na gawa, masira at ayusin. "Sa unang yugto ng proyekto, una naming ginamit ang maliit na sukat na 4 x 48-pulgada na mga beam at apat na puntos na mga pagsubok na baluktot upang masuri ang pagiging posible ng aming proseso ng pag-aayos," sabi ni Klein. "Pagkatapos, lumipat kami sa 12 x 48 pulgada na mga panel sa ikalawang yugto ng proyekto, inilapat ang mga naglo -load upang makabuo ng isang estado ng stress ng biaxial upang maging sanhi ng pagkabigo, at pagkatapos ay sinuri ang pagganap ng pag -aayos. Sa ikalawang yugto, nakumpleto rin namin ang modelo ng AMCB na binuo namin ang pagpapanatili. "
Sinabi ni Bergen na ang test panel na ginamit upang patunayan ang pagganap ng pag -aayos ay ginawa gamit ang parehong linya ng mga laminates at mga pangunahing materyales bilang AMCB na ginawa ng mga composite ng SeemanN, "ngunit binawasan namin ang kapal ng panel mula sa 0.375 pulgada hanggang 0.175 pulgada, batay sa kahanay na axis theorem . Ito ang kaso. Ang pamamaraan, kasama ang mga karagdagang elemento ng teorya ng beam at klasikal na teorya ng laminate [CLT], ay ginamit upang maiugnay ang sandali ng pagkawalang-kilos at epektibong higpit ng buong-scale na AMCB na may isang mas maliit na laki ng produkto ng demo na mas madaling hawakan at higit pa epektibo ang gastos. Pagkatapos, kami ang may hangganan na modelo ng pagsusuri ng elemento [FEA] na binuo ng Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) ay ginamit upang mapagbuti ang disenyo ng pag -aayos ng istruktura. " Ang tela ng carbon fiber na ginamit para sa mga panel ng pagsubok at ang modelo ng AMCB ay binili mula sa vectorply, at ang balsa core ay ginawa ng mga pangunahing komposisyon (Bristol, RI, US) na ibinigay.
Hakbang 1. Ang panel ng pagsubok na ito ay nagpapakita ng isang 3 pulgada na diameter ng butas upang gayahin ang pinsala na minarkahan sa gitna at ayusin ang circumference. Pinagmulan ng larawan para sa lahat ng mga hakbang: Custom Technologies LLC.
Hakbang 2. Gumamit ng isang manu-manong pinapagana ng baterya na gilingan upang alisin ang nasira na materyal at isama ang pag-aayos ng patch na may 12: 1 taper.
"Nais naming gayahin ang isang mas mataas na antas ng pinsala sa test board kaysa sa makikita sa deck ng tulay sa bukid," paliwanag ni Bergen. "Kaya ang aming pamamaraan ay ang paggamit ng isang butas na nakita upang makagawa ng isang 3-pulgada na butas ng diameter. Pagkatapos, hinila namin ang plug ng nasira na materyal at gumamit ng isang gaganapin na pneumatic gilingan upang maproseso ang isang 12: 1 scarf. "
Ipinaliwanag ni Crane na para sa pag -aayos ng carbon fiber/epoxy, sa sandaling tinanggal ang "nasira" na materyal na panel at isang naaangkop na scarf ay inilalapat, ang prepreg ay puputulin sa lapad at haba upang tumugma sa taper ng nasirang lugar. "Para sa aming panel ng pagsubok, nangangailangan ito ng apat na layer ng prepreg upang mapanatili ang materyal na pag -aayos na naaayon sa tuktok ng orihinal na hindi nasira na carbon panel. Pagkatapos nito, ang tatlong sumasaklaw na mga layer ng carbon/epoxy prepreg ay puro sa ito sa naayos na bahagi. Ang bawat sunud -sunod na layer ay umaabot ng 1 pulgada sa lahat ng panig ng mas mababang layer, na nagbibigay ng isang unti -unting paglipat ng pag -load mula sa "mabuting" nakapalibot na materyal sa lugar na naayos. " Ang kabuuang oras upang maisagawa ang paghahanda ng pag-aayos na ito sa pag-aayos ng lugar, pagputol at paglalagay ng materyal na pagpapanumbalik at paglalapat ng pamamaraan ng pagpapagaling-higit sa 2.5 na oras.
Para sa carbon fiber/epoxy prepreg, ang lugar ng pag-aayos ay vacuum na nakaimpake at gumaling sa 210 ° F/99 ° C para sa isang oras gamit ang isang thermal bonder na pinapagana ng baterya.
Bagaman ang pag -aayos ng carbon/epoxy ay simple at mabilis, kinilala ng koponan ang pangangailangan para sa isang mas maginhawang solusyon upang maibalik ang pagganap. Ito ay humantong sa paggalugad ng Ultraviolet (UV) na nagpapagaling sa mga prepregs. "Ang interes sa Sunrez Vinyl Ester Resins ay batay sa nakaraang karanasan sa naval sa tagapagtatag ng kumpanya na si Mark Livesay," paliwanag ni Bergen. "Nagbigay muna kami ng Sunrez ng isang quasi-isotropic glass na tela, gamit ang kanilang vinyl ester prepreg, at sinuri ang curing curve sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon. Bilang karagdagan, dahil alam namin na ang vinyl ester resin ay hindi tulad ng epoxy resin na nagbibigay ng angkop na pangalawang pagganap ng pagdirikit, kaya ang mga karagdagang pagsisikap ay kinakailangan upang masuri ang iba't ibang mga ahente ng pagkabit ng layer at matukoy kung alin ang angkop para sa application. "
Ang isa pang problema ay ang mga glass fibers ay hindi maaaring magbigay ng parehong mga mekanikal na katangian tulad ng mga carbon fibers. "Kumpara sa carbon/epoxy patch, ang problemang ito ay nalulutas sa pamamagitan ng paggamit ng isang dagdag na layer ng baso/vinyl ester," sabi ni Crane. "Ang dahilan kung bakit kailangan lamang ng isang karagdagang layer na ang materyal na salamin ay isang mas mabibigat na tela." Gumagawa ito ng isang angkop na patch na maaaring mailapat at pinagsama sa loob ng anim na minuto kahit na sa sobrang malamig/nagyeyelo na temperatura ng infield. Paggamot nang hindi nagbibigay ng init. Itinuro ni Crane na ang gawaing ito sa pag -aayos ay maaaring makumpleto sa loob ng isang oras.
Ang parehong mga patch system ay ipinakita at nasubok. Para sa bawat pag-aayos, ang lugar na masisira ay minarkahan (Hakbang 1), nilikha gamit ang isang hole saw, at pagkatapos ay tinanggal gamit ang isang manu-manong pinapagana ng baterya (Hakbang 2). Pagkatapos ay gupitin ang naayos na lugar sa isang 12: 1 taper. Linisin ang ibabaw ng scarf na may isang pad ng alkohol (hakbang 3). Susunod, gupitin ang pag -aayos ng patch sa isang tiyak na sukat, ilagay ito sa nalinis na ibabaw (hakbang 4) at pagsamahin ito ng isang roller upang alisin ang mga bula ng hangin. Para sa glass fiber/UV-curing vinyl ester prepreg, pagkatapos ay ilagay ang layer ng paglabas sa naayos na lugar at pagalingin ang patch na may isang cordless UV lamp sa loob ng anim na minuto (hakbang 5). Para sa carbon fiber/epoxy prepreg, gumamit ng isang pre-program, one-button, thermal bonder na pinapagana ng baterya upang vacuum pack at pagalingin ang naayos na lugar sa 210 ° F/99 ° C sa loob ng isang oras.
Hakbang 5. Matapos ilagay ang layer ng pagbabalat sa naayos na lugar, gumamit ng isang cordless UV lamp upang pagalingin ang patch sa loob ng 6 minuto.
"Pagkatapos ay nagsagawa kami ng mga pagsubok upang masuri ang adhesiveness ng patch at ang kakayahang maibalik ang kapasidad ng pag-load ng istraktura," sabi ni Bergen. "Sa unang yugto, kailangan nating patunayan ang kadalian ng aplikasyon at ang kakayahang mabawi ng hindi bababa sa 75% ng lakas. Ginagawa ito ng apat na punto na baluktot sa isang 4 x 48 pulgada na carbon fiber/epoxy resin at balsa core beam matapos ayusin ang simulated pinsala. Oo. Ang pangalawang yugto ng proyekto ay gumamit ng isang 12 x 48 pulgada na panel, at dapat magpakita ng higit sa 90% na mga kinakailangan sa lakas sa ilalim ng mga kumplikadong pag -load ng pilay. Natugunan namin ang lahat ng mga kinakailangang ito, at pagkatapos ay kinuhanan ng litrato ang mga pamamaraan ng pag -aayos sa modelo ng AMCB. Kung paano gamitin ang infield na teknolohiya at kagamitan upang magbigay ng isang visual na sanggunian. "
Ang isang pangunahing aspeto ng proyekto ay upang patunayan na ang mga baguhan ay madaling makumpleto ang pag -aayos. Para sa kadahilanang ito, may ideya si Bergen: "Nangako akong ipakita sa aming dalawang mga teknikal na contact sa Army: Dr. Bernard Sia at Ashley Genna. Sa pangwakas na pagsusuri ng unang yugto ng proyekto, humiling ako ng walang pag -aayos. Ang nakaranas na si Ashley ay gumanap sa pag -aayos. Gamit ang kit at manu -manong ibinigay namin, inilapat niya ang patch at nakumpleto ang pag -aayos nang walang anumang mga problema. "
Larawan 2 Ang pag-curing na pinapagana ng baterya na pre-program, baterya na pinapagana ng thermal bonding machine ay maaaring pagalingin ang carbon fiber/epoxy na pag-aayos ng patch sa pagtulak ng isang pindutan, nang walang pangangailangan para sa pag-aayos ng kaalaman o pagalingin ang pag-programming ng siklo. Pinagmulan ng Larawan: Custom Technologies, LLC
Ang isa pang pangunahing pag-unlad ay ang sistema ng pagpapagaling na pinapagana ng baterya (Larawan 2). "Sa pamamagitan ng pagpapanatili ng infield, mayroon ka lamang lakas ng baterya," sabi ni Bergen. "Ang lahat ng mga kagamitan sa proseso sa pag -aayos ng kit na binuo namin ay wireless." Kasama dito ang baterya na pinapagana ng thermal bonding na binuo nang magkasama ng mga pasadyang teknolohiya at thermal bonding machine supplier na Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) machine. "Ang thermal bonder na pinapagana ng baterya na ito ay na-pre-program upang makumpleto ang pagpapagaling, kaya hindi na kailangang i-program ng mga baguhan ang pag-ikot ng pag-ikot," sabi ni Crane. "Kailangan lang nilang pindutin ang isang pindutan upang makumpleto ang tamang rampa at magbabad." Ang mga baterya na kasalukuyang ginagamit ay maaaring tumagal ng isang taon bago nila kailangang ma -recharged.
Sa pagkumpleto ng ikalawang yugto ng proyekto, ang mga pasadyang teknolohiya ay naghahanda ng mga panukalang pagpapabuti ng pag-follow-up at pagkolekta ng mga titik ng interes at suporta. "Ang aming layunin ay upang mature ang teknolohiyang ito sa TRL 8 at dalhin ito sa bukid," sabi ni Bergen. "Nakikita rin namin ang potensyal para sa mga aplikasyon na hindi militar."
Ipinapaliwanag ang matandang sining sa likod ng unang pampalakas ng hibla ng industriya, at may malalim na pag-unawa sa bagong agham ng hibla at pag-unlad sa hinaharap.
Malapit na at lumilipad sa kauna -unahang pagkakataon, ang 787 ay nakasalalay sa mga makabagong ideya sa mga pinagsama -samang materyales at proseso upang makamit ang mga layunin nito
Oras ng Mag-post: Sep-02-2021