De portable Kit kann reparéiert ginn mat UV-curable Glasfaser / Vinylester oder Kuelestofffaser / Epoxy-Prepreg, déi bei Raumtemperatur a Batterie-ugedriwwen Aushärtungsausrüstung gelagert gëtt.#Insidemanufacturing #Infrastruktur
UV-curable Prepreg Patch Reparatur Och wann d'Kuelestofffaser / Epoxy Prepreg Reparatur entwéckelt vu Custom Technologies LLC fir d'Infield Composite Bréck einfach a séier bewisen huet, huet d'Benotzung vu Glasfaser verstäerkt UV-curable Vinylester Harz Prepreg e méi praktesche System entwéckelt. .Bildquell: Custom Technologies LLC
Modular deployable Brécke si kritesch Verméigen fir militäresch taktesch Operatiounen a Logistik, souwéi d'Restauratioun vun Transportinfrastrukturen während Naturkatastrophen.Komposit Strukture ginn studéiert fir d'Gewiicht vun esou Brécke ze reduzéieren, an doduerch d'Belaaschtung op Transportautoen a Start-Erhuelungsmechanismen ze reduzéieren.Am Verglach mat Metallbrécke hunn Kompositmaterialien och d'Potenzial fir d'Laaschtkapazitéit ze erhéijen an d'Liewensdauer ze verlängeren.
D'Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) ass e Beispill.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) a Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) benotzen Kuelestofffaser-verstäerkt Epoxylaminaten (Figur 1).) Design a Bau).Wéi och ëmmer, d'Fäegkeet fir sou Strukturen am Feld ze reparéieren war en Thema dat d'Adoptioun vu Kompositmaterialien behënnert.
Figur 1 Composite Bréck, Schlëssel Infield Asset Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) gouf vun Seemann Composites LLC a Materials Sciences LLC entworf a gebaut mat Kuelestofffaser verstäerkten Epoxyharz Kompositen.Bildquell: Seeman Composites LLC (lénks) an d'US Arméi (riets).
Am 2016 krut Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) en US Army-finanzéiert Small Business Innovation Research (SBIR) Phase 1 Subventioun fir eng Reparaturmethod z'entwéckelen déi erfollegräich vun Zaldoten op der Plaz ausgefouert ka ginn.Baséierend op dëser Approche gouf déi zweet Phas vum SBIR Subventioun am Joer 2018 ausgezeechent fir nei Materialien a Batterie-ugedriwwen Ausrüstung ze weisen, och wann de Patch vun engem Ufänger ouni viraus Training ausgeführt gëtt, kann 90% oder méi vun der Struktur Raw restauréiert ginn Kraaft.D'Machbarkeet vun der Technologie gëtt festgeluegt duerch eng Serie vun Analyse, Materialauswiel, Exemplarfabrikatioun a mechanesch Testaufgaben, souwéi kleng-Skala a vollstänneg Reparaturen.
Den Haaptfuerscher an den zwou SBIR Phasen ass de Michael Bergen, de Grënner a President vun Custom Technologies LLC.Bergen huet sech aus Carderock vum Naval Surface Warfare Center (NSWC) zréckgezunn an huet am Structures and Materials Department fir 27 Joer gedéngt, wou hien d'Entwécklung an d'Applikatioun vu Composite Technologien an der US Navy d'Flott geréiert huet.Dr Roger Crane ass bei Custom Technologies 2015 ugeschloss nodeems hien aus der US Navy 2011 zréckgezunn ass an huet fir 32 Joer gedéngt.Säi Kompositmaterialexpertise enthält technesch Publikatiounen a Patenter, déi Themen decken wéi nei Kompositmaterialien, Prototypfabrikatioun, Verbindungsmethoden, multifunktionnelle Kompositmaterialien, strukturell Gesondheetsiwwerwaachung, a Kompositmaterial Restauratioun.
Déi zwee Experten hunn en eenzegaartege Prozess entwéckelt, deen Kompositmaterialien benotzt fir d'Rëss an der Aluminium-Superstruktur vum Ticonderoga CG-47 Klass guidéiert Rakéitenkreuzer 5456 ze reparéieren. zum Ersatz vun engem Plattformbrett vun 2 bis 4 Milliounen Dollar, "sot Bergen."Also hu mir bewisen datt mir wësse wéi Reparaturen ausserhalb vum Laboratoire an an engem richtege Serviceëmfeld ausféieren.Awer d'Erausfuerderung ass datt déi aktuell militäresch Verméigenmethoden net ganz erfollegräich sinn.D'Optioun ass gebonnen Duplex Reparatur [Basis an beschiedegte Beräicher Kleeblatt e Brett un der Spëtzt] oder läscht de Verméigen aus dem Service fir Lagerniveau (D-Niveau) Reparaturen.Well D-Niveau Reparaturen erfuerderlech sinn, gi vill Verméigen op der Säit gesat.
Hien huet weider gesot datt wat gebraucht gëtt ass eng Method déi vun Zaldoten ouni Erfahrung a Kompositmaterial ausgefouert ka ginn, nëmme mat Kits an Ënnerhalthandbuch benotzt.Eist Zil ass de Prozess einfach ze maachen: d'Handbuch liesen, de Schued evaluéieren a Reparaturen ausféieren.Mir wëllen net flësseg Harze mëschen, well dëst präzis Messung erfuerdert fir eng komplett Aushärung ze garantéieren.Mir brauchen och e System ouni geféierlecht Offall nodeems d'Reparatur ofgeschloss ass.An et muss als Kit verpackt ginn, dee vum existente Netzwierk ofgesat ka ginn."
Eng Léisung déi Custom Technologies erfollegräich demonstréiert huet ass e portable Kit deen e verstäerkten Epoxyklebstoff benotzt fir de Klebstoffkomposit Patch no der Gréisst vum Schued ze personaliséieren (bis zu 12 Quadrat Zoll).D'Demonstratioun gouf op engem Kompositmaterial ofgeschloss, deen en 3-Zoll décke AMCB-Deck representéiert.De Kompositmaterial huet en 3 Zoll décke Balsa Holz Kär (15 Pond pro Kubikmeter Dicht) an zwee Schichten Vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 Kuelestofffaser 0 °/90 ° biaxial gesteckt Stoff, eng Schicht vu C-TLX 1900 Kuelestofffaser 0°/+45°/-45° dräi Schaften an zwou Schichten vum C-LT 1100, am Ganzen fënnef Schichten."Mir hunn décidéiert datt de Kit prefabrizéiert Flecken an engem quasi-isotropesche Laminat ähnlech wéi eng Multi-Achs benotzt, sou datt d'Stoffrichtung net e Problem ass", sot Crane.
Déi nächst Ausgab ass d'Harz Matrix déi fir Laminatreparatur benotzt gëtt.Fir d'Vermëschung vu flëssege Harz ze vermeiden, benotzt de Patch Prepreg."Dës Erausfuerderunge sinn awer Lagerung", erkläert Bergen.Fir eng spuerbar Patch-Léisung z'entwéckelen, huet Custom Technologies mat Sunrez Corp.Et huet och mat Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA) zesummegeschafft, wat d'Benotzung vun engem neie flexibelen Epoxyfilm proposéiert huet.
Fréi Studien hu gewisen datt Epoxyharz dat gëeegentste Harz ass fir Kuelestofffaser Prepregs-UV-curable Vinylester an transluzent Glasfaser funktionnéieren gutt, awer heelen net ënner Liichtblockéierend Kuelestofffaser.Baséierend op dem neie Film vum Gougeon Brothers, gëtt de leschte Epoxy-Prepreg fir 1 Stonn bei 210 ° F / 99 ° C geheelt an huet eng laang Haltbarkeet bei Raumtemperatur - kee Bedierfnes fir niddreg Temperaturlagerung.Bergen sot datt wann eng méi héich Glas Iwwergangstemperatur (Tg) erfuerderlech ass, gëtt de Harz och bei enger méi héijer Temperatur geheelt, sou wéi 350 ° F / 177 ° C.Béid Prepregs ginn an engem portable Reparaturkit als Stack vu Prepreg Patches an enger Plastikfilm Enveloppe versiegelt.
Well de Reparatur Kit fir eng laang Zäit gespäichert ka ginn, ass Custom Technologies verlaangt eng Haltbarkeetsstudie ze maachen."Mir hunn véier haart Plastikgehäiser kaaft - eng typesch militäresch Aart déi an Transportausrüstung benotzt gëtt - a Proben aus Epoxyklebstoff a Vinylester Prepreg an all Gebitt setzen", sot Bergen.D'Këschte goufen dunn op véier verschiddene Plazen gesat fir ze testen: den Daach vun der Gougeon Brothers Fabréck zu Michigan, den Daach vum Maryland Fluchhafen, d'Outdooranlag am Yucca Valley (Kalifornien Wüst), an den Outdoor Korrosiounstestlaboratoire am Süde Florida.All Fäll hunn Datelogger, bemierkt Bergen, "Mir huelen all dräi Méint Daten a Materialproben fir d'Evaluatioun.Déi maximal Temperatur opgeholl an de Këschte a Florida a Kalifornien ass 140 ° F, wat gutt ass fir déi meescht Restauratiounsharz.Et ass eng richteg Erausfuerderung."Zousätzlech, Gougeon Brothers intern getest der nei entwéckelt reng epoxy resin."Proben, déi an engem Ofen bei 120 ° F fir e puer Méint plazéiert goufen, fänken un ze polymeriséieren", sot Bergen."Awer, fir déi entspriechend Proben, déi bei 110 ° F gehale goufen, huet d'Harzchemie nëmmen e klenge Betrag verbessert."
D'Reparatur gouf op der Testplat an dësem Skalamodell vun AMCB verifizéiert, deen datselwecht Laminat a Kärmaterial benotzt huet wéi déi ursprénglech Bréck, déi vum Seemann Composites gebaut gouf.Bildquell: Custom Technologies LLC
Fir d'Reparaturtechnik ze demonstréieren, muss e representativt Laminat fabrizéiert, beschiedegt a reparéiert ginn."An der éischter Phase vum Projet hu mir ufanks kleng Skala 4 x 48-Zoll-Trägere a Véier-Punkt Biegentester benotzt fir d'Machbarkeet vun eisem Reparaturprozess ze evaluéieren", sot Klein."Da si mir op 12 x 48 Zoll Paneele an der zweeter Phas vum Projet iwwergaangen, Laaschten applizéiert fir e biaxialen Stresszoustand ze generéieren fir Versoen ze verursaachen, an dann d'Reparaturleistung evaluéiert.An der zweeter Phase hu mir och den AMCB Modell fäerdeg gemaach, dee mir Maintenance gebaut hunn.
Bergen sot datt d'Testpanel, déi benotzt gouf fir d'Reparaturleistung ze beweisen, mat der selweschter Linn vu Laminaten a Kärmaterialien hiergestallt gouf wéi AMCB hiergestallt vu Seemann Composites, "awer mir hunn d'Paneldicke vun 0,375 Zoll op 0,175 Zoll reduzéiert, baséiert op der Parallelachs Theorem. .Dëst ass de Fall.D'Methode, zesumme mat den zousätzlechen Elementer vun der Strahlentheorie an der klassescher Laminattheorie [CLT], gouf benotzt fir de Moment vun der Inertie an der effektiver Steifheit vun der Vollskala AMCB mat engem méi klengen Demo-Produkt ze verbannen dat méi einfach ze handhaben ass a méi Käschten-effikass.Dann, mir De finite Element Analyse [FEA] Modell entwéckelt vum XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) gouf benotzt fir den Design vu strukturelle Reparaturen ze verbesseren.De Kuelestofffaser Stoff, deen fir d'Testplacken an den AMCB Modell benotzt gouf, gouf vu Vectorply kaaft, an de Balsa Kär gouf vu Core Composites (Bristol, RI, US) gemaach.
Schrëtt 1. Dëst Test Rot weist engem 3 Zoll Lach Duerchmiesser fir eng simuléieren Schued am Zentrum markéiert an der Ëmfang reparéieren.Foto Quell fir all Schrëtt: Benotzerdefinéiert Technologies LLC.
Schrëtt 2. Benotzt eng Batterie-ugedriwwen manuell grinder der beschiedegt Material ze läschen an der Reparatur Patch mat engem 12: 1 taper zouzedrécken.
"Mir wëllen e méi héije Grad vu Schued op der Testplat simuléieren wéi op der Bréckdeck am Feld gesi ka ginn", erkläert Bergen."Also eis Method ass eng Lachsäge ze benotzen fir en 3 Zoll Duerchmiesser Lach ze maachen.Duerno zéie mir de Stecker vum beschiedegte Material eraus a benotzen en handgehalene pneumatesch Schleifmaschinn fir en 12: 1 Schal ze veraarbecht.
Crane huet erkläert datt fir Kuelestofffaser / Epoxy Reparatur, wann d'"beschiedegt" Panelmaterial ofgeschaaft gëtt an e passende Schal applizéiert gëtt, gëtt de Prepreg op d'Breet an d'Längt geschnidden fir mat der Kegel vum beschiedegte Gebitt ze passen."Fir eis Testpanel erfuerdert dëst véier Schichten vu Prepreg fir d'Reparaturmaterial konsequent mat der Spëtzt vun der ursprénglecher onbeschiedegter Kuelestoff ze halen.Duerno sinn déi dräi Deckschichten vu Kuelestoff / Epoxy-Prepreg op dësem Op de reparéierten Deel konzentréiert.All successive Schicht erstreckt sech 1 Zoll op alle Säiten vun der ënneschter Schicht, wat e graduelle Belaaschtungstransfer vum "gutt" Ëmgéigend Material an dat reparéiert Gebitt bitt.D'Gesamtzäit fir dës Reparatur auszeféieren - abegraff Reparaturberäich Virbereedung, Ausschneiden an d'Plazéierung vum Restauratiounsmaterial an d'Uwendung vun der Aushärtungsprozedur - ongeféier 2,5 Stonnen.
Fir Kuelestofffaser / Epoxy-Prepreg gëtt d'Reparaturberäich Vakuum gepackt a bei 210 ° F / 99 ° C fir eng Stonn mat engem Batterie-ugedriwwenen thermesche Bonder geheelt.
Och wann Kuelestoff / Epoxy Reparatur einfach a séier ass, huet d'Team de Besoin unerkannt fir eng méi praktesch Léisung fir d'Leeschtung ze restauréieren.Dëst huet zu der Exploratioun vun ultraviolet (UV) Aushärte Prepregs gefouert."Den Interessi un Sunrez Vinylesterharze baséiert op fréiere Marineerfahrung mam Grënner vun der Firma Mark Livesay", erkläert Bergen."Mir hunn de Sunrez fir d'éischt mat engem quasi-isotropesche Glas Stoff geliwwert, mat hirem Vinylester Prepreg, an d'Aushärtekurve ënner verschiddene Konditiounen evaluéiert.Zousätzlech, well mir wëssen datt Vinylesterharz net wéi Epoxyharz ass, dat gëeegent sekundär Adhäsiounsleeschtung ubitt, sou datt zousätzlech Efforte erfuerderlech sinn fir verschidde Klebschichtkupplungsmëttelen ze evaluéieren an ze bestëmmen wat fir d'Applikatioun gëeegent ass.
En anere Problem ass datt d'Glasfaser net déiselwecht mechanesch Eegeschafte wéi Kuelestofffaser ubidden."Am Verglach mam Kuelestoff / Epoxy Patch gëtt dëse Problem geléist andeems Dir eng extra Schicht vu Glas / Vinylester benotzt," sot Crane."De Grond firwat nëmmen eng zousätzlech Schicht gebraucht gëtt ass datt d'Glasmaterial e méi schwéier Stoff ass."Dëst produzéiert e passende Patch, dee bannent sechs Minutten applizéiert a kombinéiert ka ginn, och bei ganz kale / gefruerenen Infieldtemperaturen.Aushärten ouni Hëtzt ze liwweren.Crane huet drop higewisen datt dës Reparaturaarbechte bannent enger Stonn fäerdeg kënne sinn.
Béid Patch Systemer goufen demonstréiert a getest.Fir all Reparatur gëtt d'Gebitt, déi beschiedegt gëtt, markéiert (Schrëtt 1), erstallt mat enger Lachsäge, an duerno mat enger Batterie-ugedriwwener manueller Schleifmaschinn (Schrëtt 2) ewechgeholl.Dann schneiden d'reparéiert Gebitt an eng 12: 1 Kegel.Botzen d'Uewerfläch vum Schal mat engem Alkoholpad (Schrëtt 3).Als nächst schneiden de Reparaturfleck op eng gewëssen Gréisst, setzen se op der gereinegt Uewerfläch (Schrëtt 4) a konsolidéiert et mat enger Roller fir Loftblasen ze entfernen.Fir Glasfaser / UV-härend Vinylester Prepreg, setzt dann d'Verëffentlechungsschicht op de reparéierten Gebitt an heelt de Patch mat enger kabelloser UV-Lampe fir sechs Minutten (Schrëtt 5).Fir Kuelestofffaser / Epoxy-Prepreg, benotzt e virprogramméierten, een-Knäppchen, Batterie-ugedriwwenen thermesche Bonder fir Vakuum ze packen an dat reparéiert Gebitt bei 210 ° F / 99 ° C fir eng Stonn ze heelen.
Schrëtt 5. Nodeems Dir d'Peelschicht op der reparéierter Plaz plazéiert hutt, benotzt eng kabellos UV-Lampe fir de Patch fir 6 Minutten ze heelen.
"Duerno hu mir Tester gemaach fir d'Klebbarkeet vum Patch a seng Fäegkeet ze evaluéieren fir d'Laaschtkapazitéit vun der Struktur ze restauréieren", sot Bergen."An der éischter Etapp musse mir d'Liichtegkeet vun der Uwendung beweisen an d'Fäegkeet fir op d'mannst 75% vun der Kraaft ze recuperéieren.Dëst gëtt gemaach duerch véier-Punkt Béie op engem 4 x 48 Zoll Kuelestofffaser / Epoxyharz a Balsa-Kärstrahl no der Reparatur vum simuléierte Schued.Jo.Déi zweet Phas vum Projet huet en 12 x 48 Zoll Panel benotzt, a muss méi wéi 90% Kraaftfuerderungen ënner komplexe Belaaschtung ausstellen.Mir hunn all dës Ufuerderungen erfëllt, an hunn dann d'Reparaturmethoden um AMCB Modell fotograféiert.Wéi benotzt Dir Infield Technologie an Ausrüstung fir eng visuell Referenz ze bidden.
E Schlësselaspekt vum Projet ass ze beweisen datt Ufänger d'Reparatur ganz einfach fäerdeg bréngen.Aus dësem Grond hat Bergen eng Iddi: „Ech hunn versprach eisen zwee technesche Kontakter an der Arméi ze demonstréieren: Dr. Bernard Sia an Ashley Genna.An der leschter Iwwerpréiwung vun der éischter Phase vum Projet hunn ech keng Reparatur gefrot.Erlieft Ashley huet d'Reparatur gemaach.Mat dem Kit an dem Handbuch, dee mir geliwwert hunn, huet si de Patch applizéiert an d'Reparatur ouni Probleemer ofgeschloss.
Figur 2 D'Batterie-ugedriwwen Aushärte pre-programméiert, Batterie-ugedriwwen thermesch Bindung Maschinn kann de Kuelestofffaser / Epoxy Reparatur Patch op der Press vun engem Knäppchen heelen, ouni de Besoin fir Reparatur Wëssen oder Aushärt Zyklus programméiere.Bildquell: Custom Technologies, LLC
Eng aner Schlësselentwécklung ass de Batterie-ugedriwwenen Aushärungssystem (Figur 2)."Duerch Infield Ënnerhalt, hutt Dir nëmmen Batterie Muecht,"Bergen betount."All Prozessausrüstung am Reparaturkit, dee mir entwéckelt hunn, ass drahtlos."Dëst beinhalt Batterie-ugedriwwen thermesch Bindung gemeinsam entwéckelt vun Benotzerdefinéiert Technologies an thermesch Bindung Maschinn Fournisseur WichiTech Industries Inc.. (Randallstown, Maryland, USA) Maschinn."Dëse Batterie-ugedriwwenen thermesche Bonder ass virprogramméiert fir d'Härung komplett ze maachen, sou datt Ufänger den Aushärungszyklus net programméiere mussen," sot Crane."Si musse just e Knäppchen drécken fir déi richteg Ramp ofzeschléissen an ze drénken."D'Batterien, déi am Moment benotzt ginn, kënnen e Joer daueren ier se mussen opgelueden ginn.
Mat der Fäerdegstellung vun der zweeter Phase vum Projet preparéiert Custom Technologies Suivi-Verbesserungsvirschléi a sammelt Bréiwer vun Interesse an Ënnerstëtzung."Eist Zil ass dës Technologie op TRL 8 ze reifen an et op d'Feld ze bréngen", sot Bergen."Mir gesinn och d'Potenzial fir net-militäresch Uwendungen."
Erkläert déi al Konscht hannert der éischter Faserverstäerkung vun der Industrie, an huet en am-Déift Verständnis vun der neier Faserwëssenschaft an zukünfteg Entwécklung.
Geschwënn a fléien fir d'éischte Kéier, setzt de 787 op Innovatiounen a Kompositmaterialien a Prozesser fir seng Ziler z'erreechen
Post Zäit: Sep-02-2021