Yo ka repare twous pòtab la avèk fib vè/vinil estè ki ka geri ak UV oubyen prepreg fib kabòn/epoksid ki estoke nan tanperati chanm nan epi avèk ekipman pou geri ki mache ak pil. #anndanfabrikasyon #enfrastrikti
Reparasyon plak prepreg ki ka geri ak UV Malgre ke reparasyon prepreg fib kabòn/epoksi ke Custom Technologies LLC te devlope pou pon konpoze infield la te pwouve li senp epi rapid, itilizasyon Prepreg an résine vinil estè ranfòse ak fib vè ki ka geri ak UV te devlope yon sistèm ki pi pratik. Sous imaj: Custom Technologies LLC
Pon modilè deplwayab yo se byen enpòtan pou operasyon taktik militè ak lojistik, osi byen ke pou restorasyon enfrastrikti transpò pandan katastwòf natirèl. Y ap etidye estrikti konpoze pou diminye pwa pon sa yo, kidonk diminye chay sou machin transpò yo ak mekanis lansman-rekiperasyon yo. Konpare ak pon metal yo, materyèl konpoze yo genyen tou potansyèl pou ogmante kapasite sipò chay epi pwolonje lavi sèvis yo.
Pon Konpoze Modilè Avanse a (AMCB) se yon egzanp. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, Etazini) ak Materials Sciences LLC (Horsham, PA, Etazini) itilize laminasyon epoksi ranfòse ak fib kabòn (Figi 1). ) Konsepsyon ak konstriksyon). Sepandan, kapasite pou repare estrikti sa yo sou teren an te yon pwoblèm ki anpeche adopsyon materyèl konpoze yo.
Figi 1 Pon konpozit, yon byen kle sou teren an. Seemann Composites LLC ak Materials Sciences LLC te desine epi konstwi Pon Konpozit Modilè Avanse a (AMCB) lè l sèvi avèk konpozit rezin epoksi ranfòse ak fib kabòn. Sous imaj la: Seeman Composites LLC (agoch) ak Lame Ameriken an (adwat).
An 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, Etazini) te resevwa yon sibvansyon Faz 1 Small Business Innovation Research (SBIR) finanse pa Lame Ameriken an pou devlope yon metòd reparasyon ke sòlda yo ka fè avèk siksè sou plas. Baze sou apwòch sa a, yo te akòde dezyèm faz sibvansyon SBIR la an 2018 pou montre nouvo materyèl ak ekipman ki mache ak pil, menm si se yon debutan ki pa gen fòmasyon anvan ki fè reparasyon an, yo ka retabli 90% oswa plis nan estrikti a kòm fòs brit. Yo detèmine posibilite teknoloji a lè yo fè yon seri analiz, seleksyon materyèl, fabrikasyon echantiyon ak travay tès mekanik, ansanm ak reparasyon sou ti echèl ak sou gwo echèl.
Chèchè prensipal la nan de faz SBIR yo se Michael Bergen, fondatè ak prezidan Custom Technologies LLC. Bergen te pran retrèt nan Carderock nan Naval Surface Warfare Center (NSWC) epi li te sèvi nan Depatman Estrikti ak Materyèl pandan 27 ane, kote li te jere devlopman ak aplikasyon teknoloji konpoze nan flòt Marin Ameriken an. Doktè Roger Crane te antre nan Custom Technologies an 2015 apre li te fin pran retrèt nan Marin Ameriken an an 2011 epi li te sèvi pandan 32 ane. Ekspètiz li nan materyèl konpoze gen ladan piblikasyon teknik ak patant, ki kouvri sijè tankou nouvo materyèl konpoze, fabrikasyon prototip, metòd koneksyon, materyèl konpoze miltifonksyonèl, siveyans sante estriktirèl, ak restorasyon materyèl konpoze.
De ekspè yo devlope yon pwosesis inik ki itilize materyèl konpoze pou repare fant ki nan sipèstrikti aliminyòm kwazyè misil gide klas Ticonderoga CG-47 5456 la. "Yo te devlope pwosesis la pou diminye kwasans fant yo epi pou sèvi kòm yon altènatif ekonomik pou ranplasman yon tablo platfòm ki koute 2 a 4 milyon dola," Bergen te di. "Kidonk, nou pwouve ke nou konnen kijan pou fè reparasyon deyò laboratwa a ak nan yon anviwònman sèvis reyèl. Men, defi a se ke metòd aktyèl yo pou byen militè yo pa gen anpil siksè. Opsyon an se reparasyon duplex kole [esansyèlman nan zòn ki domaje yo kole yon tablo sou tèt la] oswa retire byen an nan sèvis pou reparasyon nivo depo (nivo D). Piske reparasyon nivo D yo nesesè, yo mete anpil byen sou kote."
Li te kontinye pou l di sa nou bezwen an se yon metòd sòlda ki pa gen eksperyans nan materyèl konpoze ka aplike, sèlman avèk twous ak manyèl antretyen. Objektif nou se senplifye pwosesis la: li manyèl la, evalye domaj yo epi fè reparasyon yo. Nou pa vle melanje rezin likid, paske sa mande mezi presi pou asire yon gerizon konplè. Nou bezwen tou yon sistèm ki pa gen dechè danjere apre reparasyon yo fini. Epi li dwe pake kòm yon twous ke rezo ki deja egziste a ka deplwaye.
Yon solisyon Custom Technologies te demontre avèk siksè se yon twous pòtab ki itilize yon adezif epoksi ranfòse pou pèsonalize patch adezif konpoze a selon gwosè domaj la (jiska 12 pous kare). Demonstrasyon an te fèt sou yon materyèl konpoze ki reprezante yon platfòm AMCB 3 pous epesè. Materyèl konpoze a gen yon nwayo bwa balsa 3 pous epesè (15 liv pa dansite pye kib) ak de kouch twal Vectorply (Phoenix, Arizona, Etazini) C-LT 1100 fib kabòn 0°/90° koud biaxial, yon kouch C-TLX 1900 fib kabòn 0°/+45°/-45° twa aks ak de kouch C-LT 1100, yon total senk kouch. "Nou te deside ke twous la pral itilize patch prefabrike nan yon laminasyon kwazi-izotropik menm jan ak yon milti-aks pou direksyon twal la pa pral yon pwoblèm," Crane te di.
Pwochen pwoblèm nan se matris résine ki itilize pou reparasyon laminé a. Pou evite melanje résine likid, patch la pral itilize prepreg. "Sepandan, defi sa yo se depo," Bergen eksplike. Pou devlope yon solisyon patch ki ka estoke, Custom Technologies te asosye avèk Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifòni, Etazini) pou devlope yon prepreg fib vè/vinil estè ki ka itilize limyè iltravyolèt (UV) nan sis minit pou geri ak limyè. Li te kolabore tou avèk Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, Etazini), ki te sijere itilizasyon yon nouvo fim epoksi fleksib.
Premye etid yo montre ke résine epoksi se résine ki pi apwopriye pou prepreg fib kabòn - estè vinil ki ka geri ak UV ak fib vè translisid mache byen, men yo pa geri anba fib kabòn ki bloke limyè. Baze sou nouvo fim Gougeon Brothers la, prepreg epoksi final la geri pandan 1 èdtan nan 210°F/99°C epi li gen yon lavi etajè ki long nan tanperati chanm - pa gen bezwen pou depo nan ba tanperati. Bergen te di ke si yo bezwen yon tanperati tranzisyon vitrifikasyon (Tg) ki pi wo, résine a ap geri tou nan yon tanperati ki pi wo, tankou 350°F/177°C. Tou de prepreg yo vini nan yon twous reparasyon pòtab kòm yon pil plak prepreg sele nan yon anvlòp fim plastik.
Piske twous reparasyon an ka rete estoke pou yon bon bout tan, Custom Technologies oblije fè yon etid sou dire lavi li. "Nou te achte kat bwat plastik di—yon kalite militè tipik yo itilize nan ekipman transpò—epi nou te mete echantiyon adezif epoksi ak prepreg estè vinil nan chak bwat," Bergen te di. Apre sa, yo te mete bwat yo nan kat kote diferan pou fè tès: do kay faktori Gougeon Brothers nan Michigan, do kay ayewopò Maryland, enstalasyon deyò nan Yucca Valley (dezè Kalifòni), ak laboratwa tès korozyon deyò nan sid Florid. Tout bwat yo gen anrejistrè done, Bergen fè remake, "Nou pran echantiyon done ak materyèl pou evalyasyon chak twa mwa. Tanperati maksimòm ki anrejistre nan bwat yo nan Florid ak Kalifòni se 140°F, ki bon pou pifò résine restorasyon. Se yon vrè defi." Anplis de sa, Gougeon Brothers te teste résine epoksi pi ki fèk devlope a anndan konpayi an. "Echantiyon ki te mete nan yon fou a 120°F pandan plizyè mwa kòmanse polimerize," Bergen te di. "Sepandan, pou echantiyon korespondan yo ki te kenbe nan 110°F (43°C), chimi résine a te sèlman amelyore yon ti kras."
Yo te verifye reparasyon an sou tablo tès la ak sou modèl AMCB sa a ki te itilize menm materyèl laminasyon ak nwayo ak pon orijinal Seemann Composites te konstwi a. Sous imaj: Custom Technologies LLC
Pou nou ka demontre teknik reparasyon an, nou dwe fabrike, domaje epi repare yon laminate reprezantatif. “Nan premye faz pwojè a, okòmansman nou te itilize ti travès 4 x 48 pous ak tès koube kat pwen pou evalye posibilite pwosesis reparasyon nou an,” Klein te di. “Apre sa, nou te chanje pou nou itilize panno 12 x 48 pous nan dezyèm faz pwojè a, nou te aplike chaj pou jenere yon eta estrès biaxial pou lakòz echèk, epi answit nou te evalye pèfòmans reparasyon an. Nan dezyèm faz la, nou te konplete tou modèl AMCB nou te konstwi pou Antretyen an.”
Bergen te di ke panèl tès ki te itilize pou pwouve pèfòmans reparasyon an te fabrike lè l sèvi avèk menm liyaj laminates ak materyèl debaz ak AMCB ki Seemann Composites fabrike a, "men nou te redwi epesè panèl la soti nan 0.375 pous pou rive nan 0.175 pous, ki baze sou teyorèm aks paralèl la. Se ka sa a. Metòd la, ansanm ak eleman adisyonèl teyori gwo bout bwa ak teyori laminate klasik [CLT], te itilize pou lye moman inèsi ak rèd efektif AMCB konplè a ak yon pwodwi demonstrasyon ki pi piti ki pi fasil pou manyen e ki pi ekonomik. Apre sa, nou te itilize modèl analiz eleman fini [FEA] ki te devlope pa XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, Etazini) pou amelyore konsepsyon reparasyon estriktirèl yo." Twal fib kabòn ki te itilize pou panèl tès yo ak modèl AMCB a te achte nan men Vectorply, epi nwayo balsa a te fèt pa Core Composites (Bristol, RI, Etazini).
Etap 1. Panèl tès sa a montre yon twou 3 pous an dyamèt pou simile domaj ki make nan sant la epi repare sikonferans lan. Sous foto pou tout etap yo: 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 ak yon konik 12:1.
“Nou vle simile yon pi gwo degre domaj sou tablo tès la pase sa yo ta ka wè sou platfòm pon an sou teren an,” Bergen eksplike. “Kidonk metòd nou an se sèvi ak yon si twou pou fè yon twou ki gen 3 pous dyamèt. Apre sa, nou rale bouchon materyèl domaje a epi nou sèvi ak yon moulen pneumatik pòtab pou trete yon echap 12:1.”
Crane te eksplike ke pou reparasyon fib kabòn/epoksi, yon fwa yo retire materyèl panèl "domaje" a epi yo aplike yon echap apwopriye, yo pral koupe prepreg la nan lajè ak longè pou l matche ak konik zòn domaje a. "Pou panèl tès nou an, sa mande kat kouch prepreg pou kenbe materyèl reparasyon an konsistan ak tèt panèl kabòn orijinal ki pa domaje a. Apre sa, twa kouch prepreg kabòn/epoksi ki kouvri yo konsantre sou pati ki repare a. Chak kouch siksesif pwolonje 1 pous sou tout kote kouch ki pi ba a, sa ki bay yon transfè chaj gradyèl soti nan "bon" materyèl ki antoure a rive nan zòn ki repare a." Tan total pou fè reparasyon sa a—ki gen ladan preparasyon zòn reparasyon an, koupe ak mete materyèl restorasyon an epi aplike pwosedi geri a—apeprè 2.5 èdtan.
Pou prepreg fib kabòn/epoksi, zòn reparasyon an anbale anba yon vid epi li geri a 210°F/99°C pandan inèdtan lè l sèvi avèk yon machin adezif tèmik ki mache ak pil.
Malgre reparasyon kabòn/epoksi a senp epi rapid, ekip la te rekonèt nesesite pou yon solisyon ki pi pratik pou retabli pèfòmans lan. Sa te mennen nan eksplorasyon prepreg ki geri ak reyon iltravyolèt (UV). "Enterè nan rezin estè vinil Sunrez la baze sou eksperyans naval anvan yo ak fondatè konpayi an, Mark Livesay," Bergen te eksplike. "Nou te premye bay Sunrez yon twal vè kwazi-izotropik, lè l sèvi avèk prepreg estè vinil yo a, epi nou te evalye koub geri a anba diferan kondisyon. Anplis de sa, paske nou konnen ke rezin estè vinil la pa tankou rezin epoksi ki bay yon pèfòmans adezyon segondè ki apwopriye, kidonk plis efò nesesè pou evalye divès ajan kouplaj kouch adezif yo epi detèmine kilès ki apwopriye pou aplikasyon an."
Yon lòt pwoblèm se ke fib vè yo pa ka bay menm pwopriyete mekanik ak fib kabòn yo. "Konpare ak patch kabòn/epoksi, pwoblèm sa a rezoud lè yo itilize yon kouch siplemantè vè/vinil estè," Crane te di. "Rezon ki fè yo sèlman bezwen yon kouch siplemantè se paske materyèl vè a se yon twal ki pi lou." Sa pwodui yon patch apwopriye ki ka aplike epi konbine nan sis minit menm nan tanperati ki trè frèt/gwo fredi anndan teren an. Li geri san yo pa bay chalè. Crane te fè remake ke travay reparasyon sa a ka fini nan yon èdtan.
Yo demontre epi teste tou de sistèm plak yo. Pou chak reparasyon, yo make zòn ki dwe domaje a (etap 1), yo kreye l ak yon si twou, epi retire li lè l sèvi avèk yon moulen manyèl ki mache ak pil (etap 2). Apre sa, koupe zòn ki repare a nan yon konik 12:1. Netwaye sifas echap la ak yon kousinen alkòl (etap 3). Apre sa, koupe plak reparasyon an nan yon sèten gwosè, mete l sou sifas ki netwaye a (etap 4) epi konsolide l ak yon roulo pou retire bul lè yo. Pou prepreg fib vè/vinil estè ki geri ak UV, answit mete kouch detachman an sou zòn ki repare a epi geri plak la ak yon lanp UV san fil pandan sis minit (etap 5). Pou prepreg fib kabòn/epoksi, sèvi ak yon machin adezif tèmik pre-pwograme, ak yon sèl bouton, ki mache ak pil, pou anbale anba vakyòm epi geri zòn ki repare a nan 210°F/99°C pandan yon èdtan.
Etap 5. Apre ou fin mete kouch kale a sou zòn ki repare a, sèvi ak yon lanp UV san fil pou geri plak la pandan 6 minit.
“Apre sa, nou te fè tès pou evalye adezyon patch la ak kapasite li pou retabli kapasite estrikti a pou sipòte chay,” Bergen te di. “Nan premye etap la, nou bezwen pwouve fasilite aplikasyon an ak kapasite pou refè omwen 75% nan fòs la. Sa fèt pa koube kat pwen sou yon travès fib kabòn/rezin epoksi 4 x 48 pous ak nwayo balsa apre yo fin repare domaj simile a. Wi. Dezyèm faz pwojè a te itilize yon panèl 12 x 48 pous, epi li dwe montre plis pase 90% egzijans fòs anba chaj souch konplèks. Nou te satisfè tout egzijans sa yo, epi answit nou te foto metòd reparasyon yo sou modèl AMCB la. Kijan pou itilize teknoloji ak ekipman nan teren pou bay yon referans vizyèl.”
Yon aspè kle nan pwojè a se pou pwouve ke débutan yo ka fasilman fini reparasyon an. Pou rezon sa a, Bergen te gen yon lide: “Mwen te pwomèt pou m demontre bay de kontak teknik nou yo nan Lame a: Dr. Bernard Sia ak Ashley Genna. Nan dènye revizyon premye faz pwojè a, mwen pa t mande pou okenn reparasyon. Ashley ki gen eksperyans lan te fè reparasyon an. Lè l te itilize twous ak manyèl nou te ba li a, li te aplike patch la epi li te fini reparasyon an san okenn pwoblèm.”
Figi 2 Machin lyezon tèmik ki mache ak pil la, ki pre-pwograme pou geri, ka geri plak reparasyon fib kabòn/epoksi a avèk yon senp bouton, san yo pa bezwen konesans nan reparasyon oswa pwogramasyon sik geri. Sous imaj: Custom Technologies, LLC
Yon lòt devlopman kle se sistèm geri ki mache ak pil la (Figi 2). “Nan antretyen sou teren an, ou sèlman gen pouvwa pil,” Bergen te fè remake. “Tout ekipman pwosesis ki nan twous reparasyon nou te devlope a san fil.” Sa gen ladan lyezon tèmik ki mache ak pil ki devlope ansanm pa Custom Technologies ak founisè machin lyezon tèmik WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, Etazini). “Machin lyezon tèmik ki mache ak pil sa a pre-pwograme pou konplete geri a, kidonk débutan yo pa bezwen pwograme sik geri a,” Crane te di. “Yo jis bezwen peze yon bouton pou konplete ranp ak tranpe ki kòrèk la.” Pil ki an sèvis kounye a ka dire yon ane anvan yo bezwen rechaje.
Avèk fen dezyèm faz pwojè a, Custom Technologies ap prepare pwopozisyon amelyorasyon pou swivi epi kolekte lèt enterè ak sipò. "Objektif nou se pou nou fè teknoloji sa a rive nan TRL 8 epi pote l sou teren an," Bergen te di. "Nou wè tou potansyèl pou aplikasyon ki pa militè."
Eksplike ansyen teknik ki dèyè premye ranfòsman fib nan endistri a, epi li gen yon konpreyansyon apwofondi sou nouvo syans fib ak devlopman nan lavni.
Talè konsa, epi li pral vole pou premye fwa, 787 la apiye sou inovasyon nan materyèl ak pwosesis konpoze pou atenn objektif li yo.
Dat piblikasyon: 2 septanm 2021