Twous pòtab la ka repare ak UV-geri fib vèr / vinil ester oswa fib kabòn / epoksidik prepreg ki estoke nan tanperati chanm ak ekipman geri ki mache ak pil.#insidemanufacturing #enfrastrikti
Reparasyon patch prepreg ki ka geri UV Malgre ke reparasyon an fib kabòn / epoksidik prepreg devlope pa Custom Technologies LLC pou pon an konpoze infield te pwouve yo dwe senp epi rapid, itilize nan fib vè ranfòse UV-geri vinil ester résine Prepreg te devlope yon sistèm ki pi pratik. .Sous imaj: Custom Technologies LLC
Pon modilè deplwaye yo se byen enpòtan pou operasyon taktik militè ak lojistik, ansanm ak restorasyon enfrastrikti transpò pandan katastwòf natirèl yo.Yo etidye estrikti konpoze yo pou diminye pwa pon sa yo, kidonk diminye fado sou veyikil transpò yo ak mekanis lansman-rekiperasyon yo.Konpare ak pon an metal, materyèl konpoze tou gen potansyèl pou ogmante kapasite chaj-pote ak pwolonje lavi sèvis.
Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) se yon egzanp.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) ak Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) itilize laminated epoksidik ranfòse ak fib kabòn (Figi 1).) Konsepsyon ak konstriksyon).Sepandan, kapasite pou fè reparasyon pou estrikti sa yo nan jaden an te yon pwoblèm ki anpeche adopsyon materyèl konpoze.
Figi 1 Pon konpoze, avantaj kle nan jaden Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) te fèt ak konstwi pa Seemann Composites LLC ak Materials Sciences LLC lè l sèvi avèk fib kabòn ranfòse résine epoksidik konpoze.Sous imaj: Seeman Composites LLC (agòch) ak Lame Ameriken an (adwat).
An 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) te resevwa yon sibvansyon Faz 1 Rechèch Inovasyon Ti Biznis (SBIR) Lame Etazini ki te finanse pou devlope yon metòd reparasyon sòlda yo kapab fè sou plas avèk siksè.Dapre apwòch sa a, yo te bay dezyèm faz sibvansyon SBIR an 2018 pou montre nouvo materyèl ak ekipman ki mache ak pil, menm si patch la fèt pa yon inisyasyon san fòmasyon anvan, 90% oswa plis nan estrikti a ka retabli anvan tout koreksyon. fòs.Yo detèmine posibilite teknoloji a lè yo fè yon seri analiz, seleksyon materyèl, fabrikasyon echantiyon ak travay tès mekanik, osi byen ke reparasyon ti-echèl ak konplè.
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 pou 27 ane, kote li te jere devlopman ak aplikasyon teknoloji konpoze nan flòt US Navy la.Doktè Roger Crane te rantre nan Custom Technologies nan 2015 apre li te pran retrèt nan US Navy an 2011 e li te sèvi pou 32 ane.Ekspètiz materyèl konpoze li gen ladan piblikasyon teknik ak patant, ki kouvri sijè tankou nouvo materyèl konpoze, fabrikasyon pwototip, metòd koneksyon, materyèl konpoze multifonksyonèl, siveyans sante estriktirèl, ak restorasyon materyèl konpoze.
De ekspè yo te devlope yon pwosesis inik ki sèvi ak materyèl konpoze pou repare fant yo nan sipèstrikti aliminyòm nan kwazyè misil gide klas Ticonderoga CG-47 5456 la. pou ranplasman yon tablo platfòm 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 metòd avantaj militè aktyèl yo pa gen anpil siksè.Opsyon an se reparasyon duplex estokaj [fondamantalman nan zòn ki domaje Kole yon tablo sou tèt la] oswa retire avantaj la nan sèvis pou reparasyon nan nivo depo (nivo D).Paske reparasyon nivo D nesesè, anpil byen yo mete sou kote."
Li te kontinye 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 epi fè reparasyon.Nou pa vle melanje rezin likid, paske sa mande pou mezi egzak pou asire gerizon konplè.Nou bezwen tou yon sistèm ki pa gen okenn fatra danjere apre reparasyon yo fini.Epi li dwe pake kòm yon twous ki ka deplwaye pa rezo a ki deja egziste.”
Yon solisyon ke Custom Technologies te demontre avèk siksè se yon twous pòtab ki sèvi ak yon adezif epoksidik solid pou Customize patch adezif konpoze an selon gwosè domaj la (jiska 12 pous kare).Demonstrasyon an te konplete sou yon materyèl konpoze ki reprezante yon pil AMCB 3-pous epè.Materyèl konpoze an gen yon nwayo bwa balsa 3-pous epè (15 liv pou chak pye kib dansite) ak de kouch Vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 fib kabòn 0°/90° biaxial koud twal, yon kouch C-TLX 1900 fib kabòn 0°/+45°/-45° twa aks ak de kouch C-LT 1100, yon total de senk kouch."Nou deside ke twous la pral sèvi ak plak prefabrike nan yon Plastifye kazi-isotropik ki sanble 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.Pou evite melanje likid résine, patch la pral sèvi ak prepreg."Sepandan, defi sa yo se depo," Bergen eksplike.Pou devlope yon solisyon patch ki ka estoke, Custom Technologies te fè patenarya ak Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifòni, USA) pou devlope yon prepreg fib vè/vinil ester ki ka itilize limyè iltravyolèt (UV) nan sis minit Limyè geri.Li te kolabore tou ak Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), ki te sijere itilizasyon yon nouvo fim epoksidik fleksib.
Syans bonè yo te montre ke résine epoksidik se résine ki pi apwopriye pou fib kabòn prepregs-UV-geri vinil ester ak translusid fib vè travay byen, men pa geri anba fib kabòn limyè bloke.Ki baze sou nouvo fim Gougeon Brothers la, final epoksidik prepreg la geri pou 1 èdtan nan 210 ° F/99 ° C epi li gen yon lavi etajè long nan tanperati chanm-pa bezwen pou depo ba-tanperati.Bergen te di ke si yon tanperati tranzisyon vè pi wo (Tg) yo mande, résine a pral geri tou nan yon tanperati ki pi wo, tankou 350 ° F / 177 ° C.Tou de prepreg yo bay nan yon twous reparasyon pòtab kòm yon pil plak prepreg sele nan yon anvlòp fim plastik.
Depi twous reparasyon an ka estoke pou yon tan long, Custom Technologies oblije fè yon etid lavi etajè."Nou te achte kat patiraj plastik difisil - yon kalite militè tipik yo itilize nan ekipman transpò - epi nou mete echantiyon adezif epoksidik ak prepreg vinyl ester nan chak patiraj," Bergen te di.Lè sa a, yo te mete bwat yo nan kat diferan kote pou fè tès yo: do kay la nan faktori Gougeon Brothers nan Michigan, do kay la nan ayewopò Maryland la, etablisman an deyò nan Yucca Valley (dezè Kalifòni), ak laboratwa a deyò korozyon tès nan sid Florid.Tout ka yo gen anrejistreman done, Bergen fè remake, "Nou pran done ak echantiyon materyèl pou evalyasyon chak twa mwa.Tanperati maksimòm anrejistre nan bwat yo nan Florid ak Kalifòni se 140 ° F, ki bon pou pifò rezin restorasyon.Se yon defi reyèl.”Anplis de sa, Gougeon Brothers teste entènman ki fèk devlope pi bon kalite résine epoksidik la."Echantiyon ki te mete nan yon fou nan 120 ° F pou plizyè mwa kòmanse polymerize," Bergen te di."Sepandan, pou echantiyon korespondan yo kenbe nan 110 ° F, chimi nan résine sèlman amelyore pa yon ti kantite."
Reparasyon an te verifye sou tablo tès la ak modèl echèl AMCB sa a, ki te itilize menm plastifye ak materyèl debaz kòm pon orijinal la ki te konstwi pa Seemann Composites.Sous imaj: Custom Technologies LLC
Yo nan lòd yo demontre teknik reparasyon an, yon Plastifye reprezantan dwe manifaktire, domaje ak repare."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."Lè sa a, nou te fè tranzisyon nan panno 12 x 48 pous nan dezyèm faz pwojè a, te aplike chay pou jenere yon eta estrès biaxial pou lakòz echèk, ak Lè sa a, evalye pèfòmans reparasyon an.Nan dezyèm faz la, nou te konplete tou modèl AMCB nou te konstwi antretyen an.”
Bergen te di ke panèl tès la te itilize pou pwouve pèfòmans reparasyon an te fabrike lè l sèvi avèk menm liy laminated ak materyèl debaz kòm AMCB manifaktire pa Seemann Composites, "men nou redwi epesè panèl la soti nan 0.375 pous a 0.175 pous, ki baze sou teyorèm aks paralèl la. .Sa a se ka a.Metòd la, ansanm ak eleman adisyonèl nan teyori gwo bout bwa ak teyori Plastifye klasik [CLT], yo te itilize pou konekte moman inèsi ak rèd efikas nan AMCB plen echèl la ak yon pwodwi Demo ki pi piti ki pi fasil pou okipe ak plis ankò. pri-efikas.Apre sa, nou te itilize modèl analiz eleman fini [FEA] XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) devlope pou amelyore konsepsyon reparasyon estriktirèl yo.”Twal fib kabòn yo te itilize pou panno tès yo ak modèl AMCB a te achte nan men Vectorply, epi nwayo balsa a te fèt pa Core Composites (Bristol, RI, US) bay.
Etap 1. Panèl tès sa a montre yon dyamèt twou 3 pous pou simulation domaj ki make nan sant la epi repare sikonferans lan.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 ak yon cône 12:1.
"Nou vle simulation yon pi wo degre de domaj sou tablo tès la pase yo ta ka wè sou pil pon an nan jaden an," Bergen eksplike."Se konsa, metòd nou an se sèvi ak yon twou scie pou fè yon twou 3-pous dyamèt.Apre sa, nou rale ploge materyèl ki domaje a epi nou sèvi ak yon moulen pneumatik nan men pou trete yon echap 12:1."
Crane te eksplike ke pou reparasyon fib kabòn / epoksidik, yon fwa yo retire materyèl panèl "ki domaje" epi yo aplike yon echap apwopriye, prepreg la pral koupe nan lajè ak longè pou matche ak cône nan zòn nan domaje.“Pou panèl tès nou an, sa mande kat kouch prepreg pou kenbe materyèl reparasyon an ki konsistan avèk tèt panèl kabòn orijinal la ki pa domaje.Apre sa, twa kouch ki kouvri nan kabòn / epoksidik prepreg yo konsantre sou sa a Sou pati nan 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 ki antoure a nan zòn nan repare."Tan total pou fè reparasyon sa a-ki gen ladan preparasyon zòn reparasyon an, Koupe ak mete materyèl restorasyon an epi aplike pwosedi gerizon an-apeprè 2.5 èdtan.
Pou fib kabòn / epoksidik prepreg, zòn reparasyon an chaje ak geri nan 210 ° F / 99 ° C pou yon èdtan lè l sèvi avèk yon bonder tèmik ki mache ak pil.
Malgre ke reparasyon kabòn/epoxy senp epi rapid, ekip la te rekonèt nesesite pou yon solisyon pi pratik pou retabli pèfòmans.Sa a te mennen nan eksplorasyon nan prepregs geri iltravyolèt (UV)."Enterè nan rezin Sunrez vinyl ester baze sou eksperyans naval anvan ak fondatè konpayi an Mark Livesay," Bergen eksplike."Nou te premye bay Sunrez ak yon twal vè quasi-izotwopik, lè l sèvi avèk prepreg vinyl ester yo, epi evalye koub geri a nan diferan kondisyon.Anplis de sa, paske nou konnen ke vinil ester résine se pa tankou résine epoksidik ki bay pèfòmans segondè adezyon apwopriye, kidonk efò adisyonèl yo oblije evalye divès kalite ajan kouple kouch adezif epi 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 plak kabòn / epoksidik, pwoblèm sa a rezoud lè l sèvi avèk yon kouch siplemantè vè / ester vinil," Crane te di."Rezon ki fè se sèlman yon kouch adisyonèl ki nesesè se ke materyèl la vè se yon twal ki pi lou."Sa a pwodui yon plak apwopriye ki ka aplike ak konbine nan sis minit menm nan tanperati ki trè frèt / friz.Geri san bay chalè.Crane fè remake ke travay reparasyon sa a ka fini nan yon èdtan.
Tou de sistèm patch yo te demontre ak teste.Pou chak reparasyon, yo make zòn nan domaje (etap 1), kreye ak yon twou, epi retire lè l sèvi avèk yon moulen manyèl ki mache ak pil (etap 2).Lè sa a, koupe zòn nan repare nan yon cône 12:1.Netwaye sifas la nan echap la ak yon pad alkòl (etap 3).Apre sa, koupe patch reparasyon an nan yon sèten gwosè, mete l sou sifas la netwaye (etap 4) epi konsolide li ak yon roulo pou retire bul lè.Pou fib vè/UV-geri vinyl ester prepreg, Lè sa a, mete kouch lage a sou zòn nan repare epi geri patch la ak yon lanp UV san fil pou sis minit (etap 5).Pou fib kabòn / epoksidik prepreg, sèvi ak yon bonder tèmik pre-pwograme, yon sèl-bouton, ki mache ak pil pou vide pake ak geri zòn nan repare nan 210 ° F / 99 ° C pou yon èdtan.
Etap 5. Apre w fin mete kouch dekale a sou zòn ki repare a, sèvi ak yon lanp UV san fil pou geri plak la pou 6 minit.
"Lè sa a, nou te fè tès yo evalye adezif nan plak la ak kapasite li nan retabli kapasite a pote chaj nan estrikti a," Bergen te di."Nan premye etap la, nou bezwen pwouve fasilite aplikasyon an ak kapasite nan refè omwen 75% nan fòs la.Sa a se fè pa koube kat pwen sou yon 4 x 48 pous fib kabòn / résine epoksidik ak gwo bout bwa nwayo balsa apre repare domaj la simulation.Wi.Dezyèm faz nan pwojè a te itilize yon panèl 12 x 48 pous, epi li dwe montre plis pase 90% kondisyon fòs anba chaj souch konplèks.Nou te rankontre tout kondisyon sa yo, ak Lè sa a, foto metòd reparasyon yo sou modèl la AMCB.Ki jan yo sèvi ak teknoloji anndan jaden ak ekipman pou bay yon referans vizyèl."
Yon aspè kle nan pwojè a se pwouve ke inisyasyon yo ka fasilman konplete reparasyon an.Pou rezon sa a, Bergen te gen yon lide: “Mwen te pwomèt pou m demontre 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.Ashley ki gen eksperyans te fè reparasyon an.Sèvi ak twous ak manyèl nou te bay la, li te aplike plak la epi li te konplete reparasyon an san okenn pwoblèm.”
Figi 2 geri a batri ki mache ak pisans ki te fèt avan pwograme, batri ki mache ak pisans tèmik Liaison machin kapab geri fibre kabòn/époxy reparasyon patch a pouse yon bouton, san nesesite pou reparasyon konesans ou geri pwogram ik.Sous imaj: Custom Technologies, LLC
Yon lòt devlopman kle se sistèm geri ki mache ak pil (Figi 2)."Atravè antretyen nan jaden, ou sèlman gen pouvwa batri," Bergen fè remake."Tout ekipman pwosesis nan twous reparasyon nou devlope a se san fil."Sa a gen ladan lyezon tèmik ki mache ak pil devlope ansanm pa Custom Technologies ak machin tèmik lyezon founisè WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA)."Sa a bonder tèmik ki mache ak pil se pre-pwograme pou konplete geri, kidonk inisyasyon pa bezwen pwogram sik la geri," Crane te di."Yo jis bezwen peze yon bouton pou konplete ranp apwopriye a ak tranpe."Batri yo itilize kounye a ka dire pou yon ane anvan yo bezwen rechaje.
Avèk fini dezyèm faz pwojè a, Custom Technologies ap prepare pwopozisyon amelyorasyon swivi ak kolekte lèt enterè ak sipò."Objektif nou se gen 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 ansyen atizay dèyè premye ranfòsman fib endistri a, e li gen yon konpreyansyon pwofondè sou nouvo syans fib ak devlopman nan lavni.
Vini byento ak vole pou premye fwa, 787 la depann sou inovasyon nan materyèl konpoze ak pwosesis pou reyalize objektif li yo.
Tan pòs: 02-Sep 2021