Twous la pòtab ka repare ak UV-ki ka òganize vè/vinil ester oswa fib kabòn/epoksidik prepreg ki estoke nan tanperati chanm ak batri ki mache ak ekipman geri. #insidemantufacturing #infrastructure
UV-curable prepreg patch reparasyon Malgre ke fib kabòn/epoksidik prepreg reparasyon an devlope pa Custom Technologies LLC pou infield pon an konpoze te pwouve yo dwe senp ak rapid, itilize nan vè fib ranfòse UV-kibèl estè résine prepreg te devlope yon sistèm pi bon . Sous Imaj: Custom Technologies LLC
Pon deplwaye modilè yo se byen kritik pou operasyon taktik militè ak lojistik, osi byen ke restorasyon nan enfrastrikti transpò pandan dezas natirèl. Estrikti konpoze yo te etidye diminye pwa nan pon sa yo, kidonk diminye chay la sou machin transpò ak lanse-rekiperasyon mekanism. Konpare ak pon metal, materyèl konpoze tou gen potansyèl la ogmante kapasite chaj-pote ak pwolonje lavi sèvis yo.
Avanse modilè pon an konpoze (AMCB) se yon egzanp. Seeann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) ak Materyèl Syans LLC (Horsham, PA, US) sèvi ak kabòn fibre-ranfòse epoksidik laminates (Figi 1). ) Konsepsyon ak konstriksyon). Sepandan, kapasite pou fè reparasyon pou estrikti sa yo nan jaden an te yon pwoblèm ki anpeche adopsyon an nan materyèl konpoze.
Figi 1 Bridge konpoze, kle infield Byen avanse Modular Bridge konpoze (AMCB) te fèt ak konstwi pa Seemann Composites LLC ak Materyèl Syans LLC lè l sèvi avèk kabòn fib ranfòse epoksidik résine konpoze. Sous Imaj: konpoze Seeman LLC (agòch) ak lame ameriken an (adwat).
Nan 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) te resevwa yon US lame-finanse ti biznis inovasyon rechèch (SBIR) Faz 1 sibvansyon yo devlope yon metòd reparasyon ki ka avèk siksè fè sou-sit pa sòlda yo. Baze sou apwòch sa a, yo te dezyèm faz la nan sibvansyon an SBIR nan 2018 montre nouvo materyèl ak ekipman ki mache ak batri, menm si se plak la fèt pa yon inisyasyon san yo pa fòmasyon anvan, 90% oswa plis nan estrikti a ka retabli anvan tout koreksyon. fòs. Se posibilite a nan teknoloji a detèmine pa fè yon seri de analiz, seleksyon materyèl, fabrikasyon echantiyon ak travay tès mekanik, osi byen ke ti-echèl ak plen-echèl reparasyon.
Chèchè prensipal la nan de faz yo SBIR se Michael Bergen, fondatè a ak prezidan nan Custom Technologies LLC. Bergen pran retrèt nan Carderock nan Naval Sifas Gè Sant lan (NSWC) ak te sèvi nan estrikti yo ak Depatman Materyèl pou 27 ane, kote li te jere devlopman an ak aplikasyon nan teknoloji konpoze nan flòt US la. Dr Roger Crane ansanm teknoloji koutim nan 2015 apre retiran soti nan US la Marin nan 2011 e li te sèvi pou 32 ane. Ekspètiz materyèl konpoze li gen ladan piblikasyon teknik ak rive, ki kouvri sijè tankou nouvo materyèl konpoze, manifakti pwototip, metòd koneksyon, materyèl multi konpoze, siveyans sante estriktirèl, ak restorasyon materyèl konpoze.
De ekspè yo te devlope yon pwosesis inik ki sèvi ak materyèl konpoze pou fè reparasyon pou fant yo nan supèrstruktur la aliminyòm nan Ticonderoga CG-47 klas la gide kwazyè 5456. "Pwosesis la te devlope diminye kwasans lan nan fant ak sèvi kòm yon altènatif ekonomik. Bergen te di ke nan yon tablo platfòm nan 2 a 4 milyon dola, ”Bergen te di. "Se konsa, nou te pwouve ke nou konnen ki jan fè reparasyon deyò laboratwa a ak nan yon anviwònman sèvis reyèl. Men, defi a se ke aktyèl metòd avantaj militè yo pa gen anpil siksè. Opsyon an se reparasyon duplex estokaj [fondamantalman nan zòn ki domaje lakòl yon tablo nan tèt la] oswa retire avantaj la nan sèvis pou depo-nivo (D-nivo) reparasyon. Paske reparasyon D-nivo yo gen obligasyon, anpil byen yo mete sou kote. "
Li te ale nan yo di ke sa ki nesesè se yon metòd ki ka fèt pa sòlda ki pa gen okenn eksperyans nan materyèl konpoze, lè l sèvi avèk sèlman twous ak manyèl antretyen. Objektif nou se fè pwosesis la senp: li manyèl la, evalye domaj la ak fè reparasyon. Nou pa vle melanje rezin likid, tankou sa a egzije pou mezi egzak asire geri konplè. Nou bezwen tou yon sistèm ki pa gen okenn dechè ki gen danje ladan apre reparasyon yo fini. Epi li dwe pake kòm yon twous ki ka deplwaye pa rezo a ki deja egziste. ”
Yon solisyon ke teknoloji koutim avèk siksè demontre se yon twous pòtab ki sèvi ak yon adezif epoksidik sere yo Customize adezif patch la konpoze dapre gwosè a nan domaj la (jiska 12 pous kare). Demonstrasyon an te konplete sou yon materyèl konpoze ki reprezante yon 3-pous epè pil AMCB. Materyèl la konpoze gen yon 3 -pous epè nwayo bwa (15 liv pou chak dansite pye kib) ak de kouch nan vektè (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 fib kabòn 0 °/90 ° BIAXIAL twal koud, yon sèl kouch nan C-TLX 1900 fib kabòn 0 °/+45 °/-45 ° twa rasin ak de kouch C-LT 1100, yon total de senk kouch. "Nou te deside ke twous la pral itilize plak prefabrike nan yon Plastifye kazi-izotropik menm jan ak yon aks milti-pou ke direksyon an twal pa pral yon pwoblèm," Crane te di.
Pwoblèm nan pwochen se matris la résine itilize pou reparasyon Plastifye. Yo nan lòd pou fè pou evite melanje résine likid, patch la pral sèvi ak prepreg. "Sepandan, defi sa yo se depo," Bergen eksplike. Pou devlope yon solisyon patch estokaj, teknoloji koutim te asosye avèk Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifòni, USA) yo devlope yon vè fib/vinil estè prepreg ki ka itilize limyè iltravyolèt (UV) nan sis minit geri limyè. Li te tou kolabore ak Gougeon Frè (Bay City, Michigan, USA), ki sijere pou yo sèvi ak yon nouvo fim epoksidik fleksib.
Etid bonè yo montre ke résine epoksidik se résine ki pi apwopriye pou fib kabòn prepregs-UV-curable ester vinil ak translusid fib vè travay byen, men se pa geri anba limyè-bloke fib kabòn. Baze sou nouvo fim Gougeon Frè m 'yo, se final la epoksidik prepreg geri pou 1 èdtan nan 210 ° F/99 ° C epi li gen yon lavi etajè long nan tanperati chanm-pa bezwen pou depo ki ba-tanperati. Bergen te di ke si yon tanperati tranzisyon vè ki pi wo (TG) obligatwa, résine a pral tou geri nan yon tanperati ki pi wo, tankou 350 ° F/177 ° C. Tou de prepregs yo bay nan yon twous reparasyon pòtab kòm yon pil nan plak prepreg sele nan yon anvlòp fim plastik.
Depi twous reparasyon an ka estoke pou yon tan long, teknoloji koutim oblije fè yon etid lavi etajè. "Nou achte kat kloti plastik difisil -yon tipik tipik militè yo itilize nan ekipman transpò -yo ak mete echantiyon nan epoksidik adezif ak vinil estè prepreg nan chak patiraj," Bergen te di. Bwat yo te Lè sa a, mete yo nan kat kote diferan pou fè tès: do kay la nan faktori a Frè Gougeon nan Michigan, do kay la nan ayewopò a Maryland, etablisman an deyò nan Yucca Valley (Kalifòni dezè), ak laboratwa a tès deyò korozyon nan sid Florid. Tout ka yo gen Loggers done, Bergen pwen soti, "Nou pran done ak echantiyon materyèl pou evalyasyon chak twa mwa. Tanperati a maksimòm anrejistre nan bwat yo nan Florid ak Kalifòni se 140 ° F, ki se bon pou pifò rezin restorasyon. Li se yon defi reyèl. " Anplis de sa, frè gougeon intern teste ki fèk devlope pi rezin la epoksidik. "Echantiyon ki te mete yo nan yon fou nan 120 ° F pou plizyè mwa kòmanse polimerize," Bergen te di. "Sepandan, pou echantiyon ki koresponn lan kenbe nan 110 ° F, chimi nan résine sèlman amelyore pa yon ti kantite lajan."
Reparasyon an te verifye sou tablo tès la ak modèl echèl sa a nan AMCB, ki te itilize menm materyèl la Plastifye ak debaz kòm pon orijinal la bati pa konpoze Seemann. Sous Imaj: Custom Technologies LLC
Yo nan lòd yo demontre teknik la reparasyon, yo dwe yon Plastifye reprezantan dwe manifaktire, domaje ak repare. "Nan premye faz nan pwojè a, nou okòmansman itilize ti-echèl 4 x 48-pous travès ak kat-pwen tès koube evalye posibilite a nan pwosesis reparasyon nou an," Klein te di. "Lè sa a, nou fè tranzisyon a 12 x 48 pous panno nan dezyèm faz nan pwojè a, aplike charj yo jenere yon eta estrès biaxial lakòz echèk, ak Lè sa a, evalye pèfòmans nan reparasyon. Nan dezyèm faz la, nou te konplete tou modèl AMCB nou te bati antretyen. ”
Bergen te di ke panèl tès la te itilize pou pwouve pèfòmans reparasyon an te fabrike lè l sèvi avèk menm filiation nan laminates ak materyèl debaz kòm AMCB manifaktire pa konpoze Seemann, "men nou redwi epesè nan panèl soti nan 0.375 pous a 0.175 pous, ki baze sou teyorèm nan aks paralèl. . Sa a se ka a. Metòd la, ansanm ak eleman yo adisyonèl nan teyori gwo bout bwa ak klasik teyori Plastifye [CLT], yo te itilize konekte moman sa a nan inèsi ak rèd efikas nan AMCB a plen-echèl ak yon pwodwi ki pi piti-gwosè Demo ki se pi fasil okipe ak plis ankò pri-efikas. Lè sa a, nou te analiz la eleman fini [FEA] modèl devlope pa Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) te itilize amelyore desen an nan reparasyon estriktirèl. " Twal la fib kabòn yo itilize pou panno yo tès ak modèl la AMCB te achte nan men vektè, ak nwayo a balsa te fèt pa konpoze debaz (Bristol, RI, US) bay.
Etap 1. Panèl tès sa a montre yon dyamèt twou 3 pous simulation domaj ki make nan sant la ak repare sikonferans la. Sous foto pou tout etap: Custom Technologies LLC.
Etap 2. Sèvi ak yon moulen manyèl ki mache ak pil pou retire materyèl ki domaje a epi fèmen plak reparasyon an avèk yon flan 12: 1.
"Nou vle simulation yon degre ki pi wo nan domaj sou tablo tès la pase ta ka wè sou pil la pon nan jaden an," Bergen eksplike. "Se konsa, metòd nou an se sèvi ak yon twou wè fè yon twou dyamèt 3-pous. Lè sa a, nou rale ploge nan materyèl la domaje epi sèvi ak yon men ki te kenbe moulen konpwesyon pou yo travay sou yon echap 12: 1. "
Crane eksplike ke pou kabòn fib/reparasyon epoksidik, yon fwa se "domaje" materyèl la panèl retire ak se yon echap ki apwopriye aplike, yo pral prepreg a dwe koupe nan lajè ak longè matche ak flanbo a nan zòn nan domaje. "Pou panèl tès nou an, sa a egzije pou kat kouch nan prepreg kenbe materyèl la reparasyon ki konsistan avèk tèt la nan orijinal panèl la kabòn andomaje. Apre sa, twa kouch ki kouvri nan kabòn/epoksidik prepreg yo konsantre sou sa a sou pati a repare. Chak kouch siksesif pwolonje 1 pous sou tout kote nan kouch ki pi ba a, ki bay yon transfè chaj gradyèl soti nan "bon" materyèl la ki antoure nan zòn nan repare. " Tan an total fè sa a reparasyon-ki gen ladan reparasyon zòn preparasyon, koupe ak mete materyèl la restorasyon ak aplike geri pwosedi a-apwoksimativman 2.5 èdtan.
Pou fib kabòn/epoksidik prepreg, se zòn nan reparasyon vakyòm chaje ak geri nan 210 ° F/99 ° C pou yon èdtan lè l sèvi avèk yon batri ki mache ak pil tèmik.
Malgre ke reparasyon kabòn/epoksidik se senp epi rapid, ekip la rekonèt bezwen pou yon solisyon pi bon retabli pèfòmans. Sa a te mennen nan eksplorasyon nan iltravyolèt (UV) geri prepregs. "Enterè a nan rezin Sunrez vinil Ester ki baze sou eksperyans anvan naval ak fondatè konpayi an Mak Livesay," Bergen eksplike. "Nou premye bay Sunrez ak yon twal vè kazi-izotropik, lè l sèvi avèk vinil estè prepreg yo, ak evalye koub la geri anba kondisyon diferan. Anplis de sa, paske nou konnen ke vinil estè résine se pa tankou résine epoksidik ki bay apwopriye pèfòmans segondè adezyon, se konsa efò adisyonèl yo oblije evalye divès kalite ajan kouch adezif kouch ak detèmine ki youn ki apwopriye pou aplikasyon an. "
Yon lòt pwoblèm se ke fib vè pa ka bay menm pwopriyete yo mekanik kòm fib kabòn. "Konpare ak kabòn/epoksidik patch, se pwoblèm sa a rezoud lè l sèvi avèk yon kouch siplemantè nan vè/ester vinil," Crane te di. "Rezon ki fè yo se sèlman yon sèl kouch adisyonèl ki nesesè se ke materyèl la vè se yon twal pi lou." Sa a pwodui yon plak apwopriye ki ka aplike ak konbine nan lespas de sis minit menm nan trè frèt/konjelasyon tanperati infield. Geri san yo pa bay chalè. Crane fè remake ke travay reparasyon sa a ka ranpli nan yon èdtan.
Tou de sistèm patch yo te demontre ak teste. Pou chak reparasyon, se zòn nan yo dwe domaje make (etap 1), ki te kreye ak yon twou wè, ak Lè sa a, retire lè l sèvi avèk yon moulen ki mache ak pil moulen (etap 2). Lè sa a, koupe zòn nan repare nan yon flan 12: 1. Netwaye sifas echap la ak yon pad alkòl (etap 3). Apre sa, koupe plak la reparasyon nan yon gwosè sèten, mete l 'sou sifas la netwaye (etap 4) ak konsolide li ak yon roulo yo retire bul lè. Pou fib vè/UV-geri vinil estè prepreg, Lè sa a, mete kouch nan lage sou zòn nan repare ak geri plak la ak yon lanp UV san fil pou sis minit (etap 5). Pou fib kabòn/epoksidik prepreg, sèvi ak yon pre-pwograme, yon sèl-bouton, batri ki mache ak bonm tèmik nan pake vakyòm ak geri zòn nan repare nan 210 ° F/99 ° C pou yon èdtan.
Etap 5. Apre mete kouch nan penti kap dekale sou zòn nan repare, sèvi ak yon lanp UV san fil geri plak la pou 6 minit.
"Lè sa a, nou fè tès yo evalye adhéseness a nan plak la ak kapasite li nan retabli kapasite a chaj-pote nan estrikti a," Bergen te di. "Nan premye etap la, nou bezwen pwouve fasilite nan aplikasyon an ak kapasite nan refè omwen 75% nan fòs la. Sa a se fè pa kat-pwen koube sou yon 4 x 48 pous kabòn fib/résine epoksidik ak balsa gwo bout bwa nwayo apre repare domaj la fo. Wi. Dezyèm faz pwojè a te itilize yon panèl 12 x 48 pous, epi yo dwe montre plis pase 90% kondisyon fòs anba charj souch konplèks. Nou te satisfè tout kondisyon sa yo, ak Lè sa a, foto metòd yo reparasyon sou modèl la AMCB. Ki jan yo sèvi ak infield teknoloji ak ekipman yo bay yon referans vizyèl. "
Yon aspè kle nan pwojè a se pwouve ke débutan ka fasilman ranpli reparasyon an. Pou rezon sa a, Bergen te gen yon lide: "Mwen te pwomèt yo demontre nan de kontak teknik nou yo nan lame a: Dr Bernard Sia ak Ashley Genna. Nan revizyon final la nan premye faz nan pwojè a, mwen te mande pou pa gen okenn reparasyon. Ki gen eksperyans Ashley fè reparasyon an. Sèvi ak twous la ak manyèl nou bay, li aplike patch la epi li te konplete reparasyon an san okenn pwoblèm. "
Figi 2 Batri ki mache ak pil la pre-pwograme, ki mache ak pil machin lyezon tèmik ka geri kabòn fib/epoksidik reparasyon plak la nan pouse a nan yon bouton, san yo pa bezwen an pou konesans reparasyon oswa geri pwogram sik. Sous Imaj: Custom Technologies, LLC
Yon lòt devlopman kle se sistèm nan geri batri ki mache ak pil (Figi 2). "Atravè antretyen infield, ou gen sèlman pouvwa batri," Bergen vize deyò. "Tout ekipman pwosesis la nan twous reparasyon an nou devlope se san fil." Sa gen ladan lyen tèmik ki mache ak batri devlope ansanm ak teknoloji koutim ak founisè machin lyezon tèmik Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) machin. Crane te di: "Sa a se yon batri ki mache ak pilder tèmik pre-pwograme ranpli geri, se konsa débutan pa bezwen pwogram sik la geri," Crane te di. "Yo jis bezwen peze yon bouton pou konplete ranp apwopriye a ak tranpe." Pil yo kounye a nan itilize ka dire pou yon ane anvan yo bezwen yo dwe recharge.
Avèk fini nan dezyèm faz nan pwojè a, teknoloji koutim ap prepare swivi pwopozisyon amelyorasyon ak kolekte lèt nan enterè ak sipò. "Objektif nou se matirite teknoloji sa a nan TRL 8 epi pote li nan jaden an," Bergen te di. "Nou wè tou potansyèl pou aplikasyon ki pa militè yo."
Eksplike atizay la fin vye granmoun dèyè ranfòsman premye fib endistri a, e li gen yon konpreyansyon an pwofondè nan syans fib nouvo ak devlopman nan lavni.
Vini byento ak vole la pou premye fwa, 787 la depann sou innovations nan materyèl konpoze ak pwosesis reyalize objektif li yo
Post tan: SEP-02-2021