Партатыўны камплект можна адрамантаваць з дапамогай шкловалакна/вінілавага эфіру або вугляроднага валакна/эпаксіднага прэпрэга, якія адмацоўваюцца УФ-прамянямі, якія захоўваюцца пры пакаёвай тэмпературы, і абсталявання для отвержденія, якое працуе ад батарэі.#insidemanufacturing #інфраструктура
Рамонт пластыраў з прэпрэга, які адмацоўваецца ўльтрафіялетам. Нягледзячы на тое, што рамонт з вугляроднага валакна/эпаксіднага прэпрэга, распрацаваны кампаніяй Custom Technologies LLC для кампазітнага моста на прысядзібным участку, аказаўся простым і хуткім, выкарыстанне прэпрэга з вінілаэфірнай смалы, армаванага шкловалакном, які адмацоўваецца ўльтрафіялетам, дазволіла распрацаваць больш зручную сістэму .Крыніца выявы: Custom Technologies LLC
Модульныя разгортваемыя масты з'яўляюцца найважнейшым сродкам для ваенна-тактычных аперацый і матэрыяльна-тэхнічнага забеспячэння, а таксама для аднаўлення транспартнай інфраструктуры падчас стыхійных бедстваў.Вывучаюцца кампазітныя канструкцыі для зніжэння вагі такіх мастоў, тым самым зніжаючы нагрузку на транспартныя сродкі і механізмы запуску і падняцця.У параўнанні з металічнымі мастамі кампазітныя матэрыялы таксама валодаюць патэнцыялам для павышэння апорнай здольнасці і падаўжэння тэрміну службы.
Прыкладам з'яўляецца пашыраны модульны кампазітны мост (AMCB).Seemann Composites LLC (Галфпорт, Місісіпі, ЗША) і Materials Sciences LLC (Хоршам, Пенсільванія, ЗША) выкарыстоўваюць эпаксідныя ламінаты, армаваныя вугляродным валакном (малюнак 1).) Праектаванне і будаўніцтва).Аднак магчымасць рамонту такіх канструкцый у палявых умовах была праблемай, якая перашкаджала прыняццю кампазітных матэрыялаў.
Малюнак 1 Кампазітны мост, ключавы актыв унутранай гаспадаркі. Удасканалены модульны кампазітны мост (AMCB) быў распрацаваны і пабудаваны кампаніямі Seemann Composites LLC і Materials Sciences LLC з выкарыстаннем кампазітаў з эпаксіднай смалы, армаваных вугляродным валакном.Крыніца выявы: Seeman Composites LLC (злева) і армія ЗША (справа).
У 2016 годзе кампанія Custom Technologies LLC (Мілерсвіл, штат Мэрыленд, ЗША) атрымала грант Фазы 1 Інавацыйнага даследавання малога бізнесу (SBIR), які фінансуецца арміяй ЗША, на распрацоўку метаду рамонту, які салдаты могуць паспяхова выконваць на месцы.Зыходзячы з гэтага падыходу, у 2018 годзе быў прысуджаны другі этап гранта SBIR для дэманстрацыі новых матэрыялаў і абсталявання з батарэйным харчаваннем, нават калі патч выконвае пачатковец без папярэдняй падрыхтоўкі, можна аднавіць 90% і больш структуры. сіла.Прыдатнасць тэхналогіі вызначаецца шляхам выканання серыі аналізаў, выбару матэрыялаў, вырабу ўзораў і механічных выпрабаванняў, а таксама дробнага і поўнамаштабнага рамонту.
Галоўным даследчыкам на двух этапах SBIR з'яўляецца Майкл Берген, заснавальнік і прэзідэнт Custom Technologies LLC.Берген сышоў у адстаўку з Кардэрока Цэнтра ваенна-марской надводнай вайны (NSWC) і 27 гадоў служыў у аддзеле канструкцый і матэрыялаў, дзе кіраваў распрацоўкай і прымяненнем кампазітных тэхналогій на флоце ВМС ЗША.Доктар Роджэр Крэйн далучыўся да Custom Technologies у 2015 годзе пасля сыходу з ВМС ЗША ў 2011 годзе і праслужыў 32 гады.Яго экспертыза ў галіне кампазітных матэрыялаў уключае тэхнічныя публікацыі і патэнты, якія ахопліваюць такія тэмы, як новыя кампазітныя матэрыялы, вытворчасць прататыпаў, метады злучэнняў, шматфункцыянальныя кампазітныя матэрыялы, маніторынг стану канструкцый і аднаўленне кампазітных матэрыялаў.
Два эксперты распрацавалі унікальны працэс, які выкарыстоўвае кампазітныя матэрыялы для рамонту расколін у алюмініевай надбудове ракетнага крэйсера 5456 класа Ticonderoga CG-47. «Працэс быў распрацаваны, каб паменшыць рост расколін і служыць эканамічнай альтэрнатывай. на замену дошкі платформы ад 2 да 4 мільёнаў долараў», — сказаў Берген.«Такім чынам, мы даказалі, што ведаем, як выконваць рамонт па-за лабараторыяй і ў рэальным асяроддзі абслугоўвання.Але праблема ў тым, што сучасныя метады выкарыстання ваенных сродкаў не вельмі паспяховыя.Варыянтам з'яўляецца звязаны дуплексны рамонт [у асноўным у пашкоджаных месцах, прыляпіце дошку да верху] або выключыце аб'ект з эксплуатацыі для рамонту на ўзроўні склада (узровень D).Паколькі патрабуецца рамонт на ўзроўні D, многія актывы адкладаюцца ў бок».
Далей ён сказаў, што неабходны метад, які маглі б выконваць салдаты без вопыту працы з кампазітнымі матэрыяламі, выкарыстоўваючы толькі наборы і інструкцыі па тэхнічным абслугоўванні.Наша мэта - зрабіць працэс простым: прачытайце інструкцыю, ацаніце пашкоджанні і выканайце рамонт.Мы не жадаем змешваць вадкія смалы, бо гэта патрабуе дакладных вымярэнняў для поўнага зацвярдзення.Нам таксама патрэбна сістэма без небяспечных адходаў пасля завяршэння рамонту.І ён павінен быць упакаваны як камплект, які можа быць разгорнуты ў існуючай сетцы.»
Адным з рашэнняў, якое Custom Technologies паспяхова прадэманстравала, з'яўляецца партатыўны набор, у якім выкарыстоўваецца ўмацаваны эпаксідны клей для наладжвання пластыру з кампазітнага клею ў адпаведнасці з памерам пашкоджання (да 12 квадратных цаляў).Дэманстрацыя была завершана на кампазітным матэрыяле, які прадстаўляе дэку AMCB таўшчынёй 3 цалі.Кампазітны матэрыял мае асяродак з бальзавага дрэва таўшчынёй 3 цалі (шчыльнасць 15 фунтаў на кубічны фут) і два пласта двухвосевай прашытай тканіны Vectorply (Фенікс, Арызона, ЗША) C -LT 1100 з вугляроднага валакна 0°/90°, адзін пласт Вугляроднае валакно C-TLX 1900 0°/+45°/-45° тры вала і два пласта C-LT 1100, усяго пяць слаёў.«Мы вырашылі, што ў камплекце будуць выкарыстоўвацца зборныя ўчасткі ў квазіізатропным ламінаце, падобным да шматвосевага, так што кірунак тканіны не будзе праблемай», — сказаў Крэйн.
Наступная праблема - смаляная матрыца, якая выкарыстоўваецца для рамонту ламінату.Каб пазбегнуць змешвання вадкай смалы, пластыр будзе выкарыстоўваць препрег.«Аднак гэтыя праблемы - захоўванне», - растлумачыў Берген.Каб распрацаваць рашэнне пластыру, якое можна захоўваць, Custom Technologies супрацоўнічае з Sunrez Corp. (Эль-Кахон, Каліфорнія, ЗША) для распрацоўкі прэпрэга са шкловалакна/вінілавага эфіру, які можа выкарыстоўваць ультрафіялетавае святло (УФ) за шэсць хвілін святлацвярдзення.Ён таксама супрацоўнічаў з Gougeon Brothers (Бэй-Сіці, штат Мічыган, ЗША), які прапанаваў выкарыстоўваць новую гнуткую эпаксідную плёнку.
Раннія даследаванні паказалі, што эпаксідная смала з'яўляецца найбольш прыдатнай смалой для прэпрэгаў вугляроднага валакна. Вінілавы эфір, які адмацоўваецца ультрафіялетам, і напаўпразрыстае шкловалакно працуюць добра, але не цвярдзеюць пад вугляродным валакном, якое блакуе святло.Заснаваны на новай плёнцы Gougeon Brothers, канчатковы эпаксідны прэпрэг отверждается на працягу 1 гадзіны пры 210°F/99°C і мае працяглы тэрмін захоўвання пры пакаёвай тэмпературы - няма неабходнасці захоўвання пры нізкай тэмпературы.Берген сказаў, што калі патрабуецца больш высокая тэмпература стеклования (Tg), смала таксама будзе отверждаться пры больш высокай тэмпературы, напрыклад, 350°F/177°C.Абодва прэпрэгі пастаўляюцца ў партатыўным камплекце для рамонту ў выглядзе стоса прэпрэгаў, запячатаных у канверт з пластыкавай плёнкі.
Паколькі ремкомплект можа захоўвацца працяглы час, Custom Technologies неабходна правесці даследаванне тэрміну прыдатнасці.«Мы купілі чатыры цвёрдыя пластыкавыя карпусы — тыповы ваенны тып, які выкарыстоўваецца ў транспартным абсталяванні — і змясцілі ўзоры эпаксіднага клею і прэпрэга з вінілавага эфіру ў кожны корпус, — сказаў Берген.Затым скрыні былі размешчаны ў чатырох розных месцах для выпрабаванняў: на даху фабрыкі Gougeon Brothers у Мічыгане, на даху аэрапорта штата Мэрыленд, адкрытым аб'екце ў даліне Юка (каліфарнійская пустыня) і адкрытай лабараторыі для выпрабаванняў карозіі ў паўднёвай Фларыдзе.Ва ўсіх выпадках ёсць рэгістратары даных, Берген падкрэслівае: «Мы бярэм даныя і ўзоры матэрыялаў для ацэнкі кожныя тры месяцы.Максімальная тэмпература, зарэгістраваная ў скрынях у Фларыдзе і Каліфорніі, складае 140°F, што добра для большасці рэстаўрацыйных смол.Гэта сапраўдны выклік».Акрамя таго, Gougeon Brothers правялі ўнутраныя выпрабаванні нядаўна распрацаванай чыстай эпаксіднай смалы.«Узоры, якія былі змешчаны ў духоўку пры 120°F на працягу некалькіх месяцаў, пачынаюць полімерызавацца», - сказаў Берген.«Аднак для адпаведных узораў, якія захоўваліся пры 110°F, хімічны склад смалы палепшыўся толькі нязначна».
Рамонт быў правераны на выпрабавальнай дошцы і гэтай маштабнай мадэлі AMCB, у якой выкарыстоўваўся той жа ламінат і асноўны матэрыял, што і арыгінальны мост, пабудаваны кампаніяй Seemann Composites.Крыніца выявы: Custom Technologies LLC
Каб прадэманстраваць тэхніку рамонту, рэпрэзентатыўны ламінат павінен быць выраблены, пашкоджаны і адрамантаваны.«На першым этапе праекта мы першапачаткова выкарыстоўвалі невялікія бэлькі памерам 4 х 48 цаляў і выпрабаванні на выгіб у чатырох кропках, каб ацаніць мэтазгоднасць нашага працэсу рамонту», — сказаў Кляйн.«Затым на другім этапе праекта мы перайшлі да панэляў памерам 12 x 48 цаляў, прыклалі нагрузкі для стварэння двухвосевага напружанага стану, каб выклікаць паломку, а затым ацанілі эфектыўнасць рамонту.На другім этапе мы таксама завяршылі тэхнічнае абслугоўванне мадэлі AMCB, якую мы пабудавалі».
Берген сказаў, што тэставая панэль, якая выкарыстоўвалася для пацверджання прадукцыйнасці рамонту, была выраблена з выкарыстаннем той жа лініі ламінатаў і асноўных матэрыялаў, што і AMCB вытворчасці Seemann Composites, «але мы паменшылі таўшчыню панэлі з 0,375 цалі да 0,175 цалі, грунтуючыся на тэарэме аб паралельнай восі .Гэта той выпадак.Метад разам з дадатковымі элементамі тэорыі бэлек і класічнай тэорыі ламінату [CLT] быў выкарыстаны, каб звязаць момант інэрцыі і эфектыўную калянасць поўнамаштабнага AMCB з дэманстрацыйным прадуктам меншага памеру, якім прасцей кіраваць і больш. эканамічна эфектыўны.Затым мы выкарыстоўвалі мадэль аналізу канечных элементаў [FEA], распрацаваную XCraft Inc. (Бостан, штат Масачусэтс, ЗША), каб палепшыць праект рамонту канструкцый».Тканіна з вугляроднага валакна, якая выкарыстоўвалася для тэставых панэляў і мадэлі AMCB, была набыта ў Vectorply, а бальзавы стрыжань быў выраблены кампаніяй Core Composites (Брысталь, Арыяд, ЗША).
Крок 1. Гэтая тэставая панэль адлюстроўвае адтуліну дыяметрам 3 цалі для імітацыі пашкоджанняў, адзначаных у цэнтры, і рамонту па акружнасці.Крыніца фота для ўсіх этапаў: Custom Technologies LLC.
Крок 2. Выкарыстайце ручную шліфавальную машынку з батарэйным харчаваннем, каб выдаліць пашкоджаны матэрыял і абкласці рамонтны пластыр канічным 12:1.
«Мы хочам змадэляваць больш высокую ступень пашкоджанняў на дошцы для выпрабаванняў, чым можна ўбачыць на палубе моста ў палявых умовах», — растлумачыў Берген.«Такім чынам, наш метад заключаецца ў выкарыстанні дзірачнай пілы, каб зрабіць адтуліну дыяметрам 3 цалі.Затым мы вырываем корак з пашкоджанага матэрыялу і з дапамогай ручной пнеўматычнай шліфавальнай машынкі апрацоўваем шалік 12:1».
Крэйн растлумачыў, што пры рамонце з вугляроднага валакна/эпаксіднай смалы пасля выдалення «пашкоджанага» матэрыялу панэлі і накладання адпаведнай хусткі прэпрэг будзе разрэзаны па шырыні і даўжыні ў адпаведнасці з канусам пашкоджанай вобласці.«Для нашай тэставай панэлі гэта патрабуе чатырох слаёў прэпрэга, каб захаваць рамонтны матэрыял у адпаведнасці з верхняй часткай арыгінальнай непашкоджанай карбонавай панэлі.Пасля гэтага на адрамантаваную частку наносяцца тры пакрываючыя пласты вугляроднага/эпаксіднага прэпрэга.Кожны наступны пласт пашыраецца на 1 цалю з усіх бакоў ніжняга пласта, што забяспечвае паступовую перадачу нагрузкі ад «добрага» навакольнага матэрыялу да рамантаванай вобласці».Агульны час выканання гэтага рамонту, уключаючы падрыхтоўку зоны рамонту, рэзку і размяшчэнне рэстаўрацыйнага матэрыялу і прымяненне працэдуры зацвярдзення, складае прыкладна 2,5 гадзіны.
Для прэпрэга з вугляроднага валакна/эпаксіднай смалы зона рамонту запакоўваецца ў вакуум і вытрымліваецца пры тэмпературы 210°F/99°C на працягу адной гадзіны з выкарыстаннем тэрмічнага бондара з батарэйным харчаваннем.
Нягледзячы на тое, што вугляродны/эпаксідны рамонт просты і хуткі, каманда прызнала неабходнасць больш зручнага рашэння для аднаўлення прадукцыйнасці.Гэта прывяло да вывучэння ультрафіялетавага (УФ) отвержденія препрегов.«Цікавасць да вінілаэфірных смол Sunrez заснавана на папярэднім ваенна-марскім вопыце працы з заснавальнікам кампаніі Маркам Ліўсі», - растлумачыў Берген.«Спачатку мы паставілі Sunrez квазіізатропную шкляную тканіну, выкарыстоўваючы прэпрэг вінілавага эфіру, і ацанілі крывую отвержденія ў розных умовах.Акрамя таго, паколькі мы ведаем, што вінілаэфірная смала не падобная на эпаксідную смалу, якая забяспечвае прыдатную другасную адгезію, таму неабходныя дадатковыя намаганні для ацэнкі розных сродкаў злучэння клеючага пласта і вызначэння таго, які з іх падыходзіць для прымянення».
Іншая праблема заключаецца ў тым, што шкловалакно не можа забяспечыць тыя ж механічныя ўласцівасці, што і вугляродныя валакна.«У параўнанні з пластырам з вугляроду/эпаксіднай смалы, гэтая праблема вырашаецца выкарыстаннем дадатковага пласта шкла/вінілавага эфіру», — сказаў Крэйн.«Прычына, па якой неабходны толькі адзін дадатковы пласт, заключаецца ў тым, што шкляны матэрыял з'яўляецца больш цяжкім матэрыялам».Гэта дае адпаведны пластыр, які можна нанесці і злучыць на працягу шасці хвілін нават пры вельмі нізкіх/марозных тэмпературах на тэрыторыі.Зацвярдзенне без падачы цяпла.Крэйн адзначыў, што гэтыя рамонтныя работы могуць быць завершаны на працягу гадзіны.
Абедзве сістэмы выпраўленняў былі прадэманстраваны і пратэставаны.Для кожнага рамонту вобласць, якую трэба пашкодзіць, пазначаецца (крок 1), ствараецца кольцавай пілой, а затым выдаляецца з дапамогай ручной шліфавальнай машынкі з батарэйным харчаваннем (крок 2).Затым адрэжце адрамантаваны ўчастак на канус 12:1.Ачысціце паверхню шаліка спіртавым тампонам (этап 3).Затым адрэжце рамонтны пластык патрэбнага памеру, пакладзеце яго на вычышчаную паверхню (крок 4) і замацуеце валікам, каб выдаліць бурбалкі паветра.Для прэпрэга з вінілавага эфіру шкловалакна/ўльтрафіялетавага выпраменьвання, затым змесціце аддзяляльны пласт на адрамантаваны ўчастак і высушыце пластыр бесправадной УФ-лямпай на працягу шасці хвілін (крок 5).Для прэпрэга з вугляроднага валакна/эпаксіднай смалы выкарыстоўвайце папярэдне запраграмаваны тэрмічны склейвальнік з батарэйным харчаваннем, які націскаецца адной кнопкай, каб упакаваць у вакуум і высушыць адрамантаваны ўчастак пры 210°F/99°C на працягу адной гадзіны.
Крок 5. Пасля нанясення пласта адслойвання на адрамантаваны ўчастак выкарыстоўвайце бесправадную УФ-лямпу, каб зацвярдзець пластыр на працягу 6 хвілін.
«Затым мы правялі выпрабаванні, каб ацаніць клейкую здольнасць пластыру і яго здольнасць аднаўляць апорную здольнасць канструкцыі», - сказаў Берген.«На першым этапе трэба даказаць прастату нанясення і здольнасць аднаўляць не менш за 75% трываласці.Гэта робіцца шляхам чатырохкропкавага згінання 4 х 48 цаляў з вугляроднага валакна/эпаксіднай смалы і бальзавага апорнага бэлькі пасля рамонту імітаваных пашкоджанняў.так.На другім этапе праекта выкарыстоўвалася панэль памерам 12 х 48 цаляў, і яна павінна адпавядаць больш чым 90% патрабаванням трываласці пры складаных дэфармацыйных нагрузках.Мы выканалі ўсе гэтыя патрабаванні, а потым сфатаграфавалі спосабы рамонту на мадэлі AMCB.Як выкарыстоўваць унутраныя тэхналогіі і абсталяванне для забеспячэння візуальнай даведкі».
Ключавы аспект праекта - даказаць, што пачаткоўцы могуць лёгка завяршыць рамонт.Па гэтай прычыне ў Бергена ўзнікла ідэя: «Я паабяцаў прадэманстраваць двум нашым тэхнічным кантактам у арміі: доктару Бернарду Сіа і Эшлі Гена.У канчатковым аглядзе першага этапу праекта я прасіў не рабіць рамонт.Рамонтам займаўся вопытны Эшлі.Выкарыстоўваючы камплект і інструкцыю, якую мы прадаставілі, яна наклала патч і завяршыла рамонт без праблем».
Малюнак 2 Запраграмаваная машына для тэрмічнага склейвання з харчаваннем ад батарэі можа адмацоўваць рамонтны пластыр з вугляроднага валакна/эпаксіднай смалы адным націскам кнопкі, без неабходнасці валодання ведамі па рамонце або праграмавання цыкла отвержденія.Крыніца выявы: Custom Technologies, LLC
Яшчэ адной важнай распрацоўкай з'яўляецца сістэма отвержденія з батарэйным харчаваннем (малюнак 2).«Дзякуючы тэхнічнаму абслугоўванню ўчастка, у вас ёсць толькі батарэя», - адзначыў Берген.«Усё тэхналагічнае абсталяванне ў рамонце, якое мы распрацавалі, з'яўляецца бесправадным».Гэта ўключае ў сябе машыну для тэрмічнага склейвання з батарэйным харчаваннем, распрацаваную сумесна кампаніяй Custom Technologies і пастаўшчыком машын для тэрмічнага склейвання WichiTech Industries Inc. (Рэндалстаўн, штат Мэрыленд, ЗША).«Гэты тэрмічны бондер з батарэйным харчаваннем папярэдне запраграмаваны на поўнае отвержденія, таму пачаткоўцам не трэба праграмаваць цыкл отвержденія», - сказаў Крэйн.«Ім проста трэба націснуць кнопку, каб завяршыць належны пандус і замачыць».Батарэі, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час, могуць праслужыць год, перш чым іх трэба будзе зарадзіць.
Пасля завяршэння другой фазы праекта Custom Technologies рыхтуе наступныя прапановы па паляпшэнні і збірае лісты аб зацікаўленасці і падтрымцы.«Наша мэта складаецца ў тым, каб давесці гэтую тэхналогію да TRL 8 і вывесці яе на поле», - сказаў Берген.«Мы таксама бачым патэнцыял для неваеннага прымянення».
Тлумачыць старое мастацтва, якое ляжыць у аснове першага ў галіны армавання валокнамі, і мае глыбокае разуменне новай навукі аб валокнах і будучага развіцця.
У хуткім часе і ў першы палёт, 787 абапіраецца на інавацыі ў кампазітных матэрыялах і працэсах для дасягнення сваіх мэтаў
Час публікацыі: 2 верасня 2021 г