Il-kit portabbli jista 'jissewwa b'fibreglass/vinyl ester li jitfejjaq bl-UV jew fibra tal-karbonju/prepreg epossidiku maħżun f'temperatura tal-kamra u tagħmir ta' tqaddid li jaħdem bil-batterija.#insidemanufacturing #infrastruttura
Tiswija tal-garża prepreg li titfejjaq bl-UV Għalkemm it-tiswija tal-prepreg tal-fibra tal-karbonju/epoxy żviluppata minn Custom Technologies LLC għall-pont kompost infield wriet li hija sempliċi u ta 'malajr, l-użu ta' reżina tal-vinil ester li titfejjaq UV rinfurzata bil-fibra tal-ħġieġ Prepreg żviluppat sistema aktar konvenjenti .Sors tal-immaġni: Custom Technologies LLC
Pontijiet modulari li jistgħu jintużaw huma assi kritiċi għal operazzjonijiet tattiċi militari u loġistika, kif ukoll ir-restawr tal-infrastruttura tat-trasport waqt diżastri naturali.Qegħdin jiġu studjati strutturi komposti biex inaqqsu l-piż ta’ pontijiet bħal dawn, u b’hekk jitnaqqas il-piż fuq il-vetturi tat-trasport u l-mekkaniżmi tal-varar-irkupru.Meta mqabbel ma 'pontijiet tal-metall, materjali komposti għandhom ukoll il-potenzjal li jżidu l-kapaċità li jifilħu t-tagħbija u jestendu l-ħajja tas-servizz.
Il-Pont Kompost Modulari Avvanzat (AMCB) huwa eżempju.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) u Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) jużaw laminati epossidiċi rinfurzati bil-fibra tal-karbonju (Figura 1).) Disinn u kostruzzjoni).Madankollu, l-abbiltà li jissewwew tali strutturi fil-qasam kienet kwistjoni li tfixkel l-adozzjoni ta 'materjali komposti.
Figura 1 Pont kompost, assi ewlieni fil-qasam Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) kien iddisinjat u mibni minn Seemann Composites LLC u Materials Sciences LLC bl-użu ta 'komposti ta' reżina epoxy rinfurzata bil-fibra tal-karbonju.Sors tal-immaġni: Seeman Composites LLC (xellug) u l-Armata tal-Istati Uniti (lemin).
Fl-2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) irċeviet għotja tal-Fażi 1 tar-Riċerka dwar l-Innovazzjoni tan-Negozji ż-Żgħar (SBIR) ffinanzjata mill-Armata tal-Istati Uniti biex tiżviluppa metodu ta 'tiswija li jista' jitwettaq b'suċċess fuq il-post mis-suldati.Ibbażat fuq dan l-approċċ, it-tieni fażi tal-għotja SBIR ingħatat fl-2018 biex turi materjali ġodda u tagħmir li jaħdem bil-batteriji, anke jekk il-garża titwettaq minn novizzi mingħajr taħriġ minn qabel, 90% jew aktar tal-istruttura tista 'tiġi rrestawrata Nej saħħa.Il-fattibbiltà tat-teknoloġija hija determinata billi jitwettqu serje ta 'analiżi, għażla ta' materjal, kompiti ta 'manifattura ta' kampjuni u ttestjar mekkaniku, kif ukoll tiswijiet fuq skala żgħira u fuq skala sħiħa.
Ir-riċerkatur ewlieni fiż-żewġ fażijiet SBIR huwa Michael Bergen, il-fundatur u l-president ta 'Custom Technologies LLC.Bergen irtira minn Carderock taċ-Ċentru Naval tal-Gwerra tal-wiċċ (NSWC) u serva fid-Dipartiment tal-Istrutturi u l-Materjali għal 27 sena, fejn mexxa l-iżvilupp u l-applikazzjoni ta 'teknoloġiji komposti fil-flotta tal-US Navy.Dr Roger Crane ingħaqad ma' Custom Technologies fl-2015 wara li rtira mill-US Navy fl-2011 u serva għal 32 sena.L-għarfien espert tiegħu ta 'materjali komposti jinkludi pubblikazzjonijiet tekniċi u privattivi, li jkopru suġġetti bħal materjali komposti ġodda, manifattura ta' prototipi, metodi ta 'konnessjoni, materjali komposti multifunzjonali, monitoraġġ tas-saħħa strutturali, u restawr ta' materjal kompost.
Iż-żewġ esperti żviluppaw proċess uniku li juża materjali komposti biex isewwi x-xquq fis-sovrastruttura tal-aluminju tal-cruiser tal-missili ggwidati tal-klassi Ticonderoga CG-47 5456. “Il-proċess ġie żviluppat biex inaqqas it-tkabbir tax-xquq u biex iservi bħala alternattiva ekonomika. għas-sostituzzjoni ta 'bord ta' pjattaforma ta '2 sa 4 miljun dollaru,” qal Bergen.“Għalhekk ippruvajna li nafu kif nagħmlu tiswijiet barra mil-laboratorju u f’ambjent ta’ servizz reali.Iżda l-isfida hija li l-metodi attwali tal-assi militari ma tantx għandhom suċċess.L-għażla hija tiswija duplex bonded [bażikament f'żoni bil-ħsara. Kolla bord mal-quċċata] jew neħħi l-assi mis-servizz għal tiswijiet fil-livell tal-maħżen (livell D).Minħabba li huma meħtieġa tiswijiet fil-livell D, ħafna assi jitwarrbu.”
Kompla jgħid li dak li hemm bżonn huwa metodu li jista’ jsir minn suldati mingħajr esperjenza fil-materjali komposti, bl-użu ta’ kits u manwali ta’ manutenzjoni biss.L-għan tagħna huwa li nagħmlu l-proċess sempliċi: aqra l-manwal, tevalwa l-ħsara u twettaq tiswijiet.Ma rridux inħalltu reżini likwidi, peress li dan jeħtieġ kejl preċiż biex jiżgura kura sħiħa.Għandna bżonn ukoll sistema mingħajr skart perikoluż wara li jitlestew it-tiswijiet.U għandu jiġi ppakkjat bħala kit li jista 'jiġi skjerat min-netwerk eżistenti.”
Soluzzjoni waħda li t-Teknoloġiji Custom wrew b'suċċess hija kit portabbli li juża adeżiv epossidiku msaħħaħ biex jippersonalizza l-garża kompost li jwaħħal skont id-daqs tal-ħsara (sa 12-il pulzier kwadru).Id-dimostrazzjoni tlestiet fuq materjal kompost li jirrappreżenta gverta AMCB ħoxna ta '3 pulzieri.Il-materjal kompost għandu qalba tal-injam tal-balsa ħoxna ta '3 pulzieri (15-il libbra għal kull densità tas-sieq kubu) u żewġ saffi ta' Vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 fibra tal-karbonju 0°/90° drapp meħjut biaxjali, saff wieħed ta ' C-TLX 1900 fibra tal-karbonju 0°/+45°/-45° tliet xaftijiet u żewġ saffi ta 'C-LT 1100, total ta' ħames saffi."Aħna ddeċidejna li l-kit se juża garżi prefabbrikati f'pellikola kważi-isotropika simili għal multi-assi sabiex id-direzzjoni tad-drapp ma tkunx kwistjoni," qal Crane.
Il-kwistjoni li jmiss hija l-matriċi tar-reżina użata għat-tiswija tal-pellikola.Sabiex jiġi evitat it-taħlit tar-reżina likwida, il-garża se tuża prepreg."Madankollu, dawn l-isfidi huma l-ħażna," spjega Bergen.Biex tiżviluppa soluzzjoni ta 'garża li tista' tinħażen, Custom Technologies ssieħbet ma 'Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA) biex tiżviluppa prepreg tal-fibra tal-ħġieġ/vinyl ester li tista' tuża dawl ultravjola (UV) f'sitt minuti Light curing.Ikkollabora wkoll ma’ Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), li ssuġġeriet l-użu ta’ film epossidiku flessibbli ġdid.
Studji bikrija wrew li r-reżina epossidika hija l-aktar reżina adattata għal ester tal-vinil prepregs-UV-kurabbli tal-fibra tal-karbonju u fibra tal-ħġieġ trasluċida taħdem tajjeb, iżda ma tfejjaqx taħt fibra tal-karbonju li timblokka d-dawl.Ibbażat fuq il-film il-ġdid ta 'Gougeon Brothers, il-prepreg epossidiku finali huwa vulkanizzat għal siegħa f'210 ° F/99 ° C u għandu ħajja twila fuq l-ixkaffa f'temperatura tal-kamra - l-ebda ħtieġa għal ħażna f'temperatura baxxa.Bergen qal li jekk tkun meħtieġa temperatura ogħla ta 'transizzjoni tal-ħġieġ (Tg), ir-reżina se titfejjaq ukoll f'temperatura ogħla, bħal 350 ° F / 177 ° C.Iż-żewġ prepregs huma pprovduti f'kit tat-tiswija portabbli bħala munzell ta 'garżi prepreg issiġillati f'envelop tal-film tal-plastik.
Peress li l-kit tat-tiswija jista 'jinħażen għal żmien twil, Custom Technologies hija meħtieġa biex twettaq studju dwar il-ħajja fuq l-ixkaffa."Aħna xtrajna erba 'kompartimenti tal-plastik iebes—tip militari tipiku użat fit-tagħmir tat-trasport — u poġġejna kampjuni ta' kolla epoxy u vinyl ester prepreg f'kull għeluq," qal Bergen.Il-kaxxi mbagħad tqiegħdu f'erba 'postijiet differenti għall-ittestjar: is-saqaf tal-fabbrika Gougeon Brothers f'Michigan, is-saqaf tal-ajruport ta' Maryland, il-faċilità ta 'barra f'Yucca Valley (deżert tal-Kalifornja), u l-laboratorju tal-ittestjar tal-korrużjoni fuq barra fin-Nofsinhar ta' Florida.Il-każijiet kollha għandhom data loggers, jindika Bergen, “Nieħdu kampjuni tad-dejta u tal-materjal għall-evalwazzjoni kull tliet xhur.It-temperatura massima rreġistrata fil-kaxxi fi Florida u California hija 140 ° F, li hija tajba għall-biċċa l-kbira tar-reżini tar-restawr.Hija sfida reali.”Barra minn hekk, Gougeon Brothers ittestja internament ir-reżina epoxy pura żviluppata ġdida."Kampjuni li tqiegħdu f'forn f'temperatura ta '120 ° F għal diversi xhur jibdew polimerizzaw," qal Bergen."Madankollu, għall-kampjuni korrispondenti miżmuma f'110 ° F, il-kimika tar-reżina tjiebet biss b'ammont żgħir."
It-tiswija ġiet ivverifikata fuq il-bord tat-test u dan il-mudell fuq skala tal-AMCB, li uża l-istess materjal laminat u tal-qalba bħall-pont oriġinali mibni minn Seemann Composites.Sors tal-immaġni: Custom Technologies LLC
Sabiex tintwera t-teknika tat-tiswija, laminat rappreżentattiv għandu jiġi manifatturat, bil-ħsara u msewwija."Fl-ewwel fażi tal-proġett, inizjalment użajna travi ta '4 x 48 pulzier fuq skala żgħira u testijiet ta' liwi b'erba 'punti biex nevalwaw il-fattibilità tal-proċess ta' tiswija tagħna," qal Klein.“Imbagħad, għamilna transizzjoni għal pannelli ta '12 x 48 pulzier fit-tieni fażi tal-proġett, applikajna tagħbijiet biex niġġenera stat ta' stress biaxial biex jikkawża ħsara, u mbagħad evalwajna l-prestazzjoni tat-tiswija.Fit-tieni fażi, lestejna wkoll il-mudell AMCB li bnejna l-Manutenzjoni.”
Bergen qal li l-pannell tat-test użat biex jipprova l-prestazzjoni tat-tiswija kien manifatturat bl-użu tal-istess nisel ta 'laminati u materjali tal-qalba bħal AMCB manifatturati minn Seemann Composites, "iżda naqqasna l-ħxuna tal-pannell minn 0.375 pulzier għal 0.175 pulzier, ibbażata fuq it-teorema tal-assi paralleli .Dan huwa l-każ.Il-metodu, flimkien mal-elementi addizzjonali tat-teorija tar-raġġ u t-teorija klassika tal-pellikola [CLT], intuża biex jgħaqqad il-mument ta 'inerzja u ebusija effettiva tal-AMCB fuq skala sħiħa ma' prodott demo ta 'daqs iżgħar li huwa aktar faċli biex jimmaniġġa u aktar kost-effettiv.Imbagħad, aħna Il-mudell tal-analiżi tal-elementi finiti [FEA] żviluppat minn XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) intuża biex itejjeb id-disinn tat-tiswijiet strutturali.”Id-drapp tal-fibra tal-karbonju użat għall-pannelli tat-test u l-mudell AMCB inxtara minn Vectorply, u l-qalba tal-balsa saret minn Core Composites (Bristol, RI, US) ipprovdut.
Pass 1. Dan il-pannell tat-test juri dijametru ta 'toqba ta' 3 pulzieri biex jissimula l-ħsara mmarkata fiċ-ċentru u tissewwa ċ-ċirkonferenza.Sors tar-ritratti għall-passi kollha: Custom Technologies LLC.
Pass 2. Uża grinder manwali li jaħdem bil-batterija biex tneħħi l-materjal bil-ħsara u ehmeż il-garża tat-tiswija b'taper 12:1.
"Irridu nisimulaw grad ogħla ta 'ħsara fuq il-bord tat-test milli jista' jidher fuq il-gverta tal-pont fil-qasam," spjega Bergen.“Għalhekk il-metodu tagħna huwa li nużaw toqba biex nagħmlu toqba b’dijametru ta’ 3 pulzieri.Imbagħad, noħroġ it-tapp tal-materjal bil-ħsara u nużaw grinder pnewmatiku li jinżamm fl-idejn biex nipproċessaw xalpa 12:1.”
Crane spjega li għat-tiswija tal-fibra tal-karbonju/epoxy, ladarba l-materjal tal-pannelli "bil-ħsara" jitneħħa u tiġi applikata xalpa xierqa, il-prepreg se jinqata 'wisa' u tul biex jaqbel mat-taper taż-żona bil-ħsara.“Għall-pannell tat-test tagħna, dan jeħtieġ erba’ saffi ta’ prepreg biex il-materjal tat-tiswija jinżamm konsistenti mal-parti ta’ fuq tal-pannell tal-karbonju oriġinali mhux bil-ħsara.Wara dan, it-tliet saffi li jkopru tal-karbonju/epoxy prepreg huma kkonċentrati fuq dan Fuq il-parti msewwija.Kull saff suċċessiv jestendi 1 pulzier fuq in-naħat kollha tas-saff t'isfel, li jipprovdi trasferiment gradwali tat-tagħbija mill-materjal tal-madwar "tajjeb" għaż-żona msewwija."Il-ħin totali biex twettaq din it-tiswija-inkluża l-preparazzjoni taż-żona tat-tiswija, Qtugħ u t-tqegħid tal-materjal tar-restawr u l-applikazzjoni tal-proċedura ta 'tqaddid-madwar 2.5 sigħat.
Għall-prepreg tal-fibra tal-karbonju/epoxy, iż-żona tat-tiswija hija ppakkjata bil-vakwu u vulkanizzata f'210 ° F / 99 ° C għal siegħa bl-użu ta 'bonder termali li jaħdem bil-batterija.
Għalkemm it-tiswija tal-karbonju/epoxy hija sempliċi u ta 'malajr, it-tim għaraf il-ħtieġa għal soluzzjoni aktar konvenjenti biex tirrestawra l-prestazzjoni.Dan wassal għall-esplorazzjoni ta 'prepregs li jfejjaq ultravjola (UV)."L-interess fir-reżini tal-ester tal-vinil Sunrez huwa bbażat fuq esperjenza navali preċedenti mal-fundatur tal-kumpanija Mark Livesay," spjega Bergen.“L-ewwel ipprovdejna lil Sunrez bi drapp tal-ħġieġ kważi isotropiku, bl-użu tal-vinyl ester prepreg tagħhom, u evalwajna l-kurva tat-tqaddid taħt kundizzjonijiet differenti.Barra minn hekk, minħabba li nafu li r-reżina tal-vinyl ester mhijiex bħar-reżina epossidika Li tipprovdi prestazzjoni ta 'adeżjoni sekondarja xierqa, għalhekk huma meħtieġa sforzi addizzjonali biex jiġu evalwati diversi aġenti ta' akkoppjar ta 'saff adeżiv u jiddeterminaw liema wieħed huwa adattat għall-applikazzjoni.
Problema oħra hija li l-fibri tal-ħġieġ ma jistgħux jipprovdu l-istess proprjetajiet mekkaniċi bħall-fibri tal-karbonju."Imqabbla mal-garża tal-karbonju/epoxy, din il-problema tissolva bl-użu ta 'saff żejjed ta' ħġieġ/vinyl ester," qal Crane."Ir-raġuni għaliex huwa meħtieġ saff addizzjonali wieħed biss hija li l-materjal tal-ħġieġ huwa drapp itqal."Dan jipproduċi garża adattata li tista 'tiġi applikata u kkombinata fi żmien sitt minuti anki f'temperaturi kesħin ħafna/iffriżar ġewwa l-post.Vulkanizzar mingħajr ma tipprovdi sħana.Crane irrimarka li dan ix-xogħol ta’ tiswija jista’ jitlesta fi żmien siegħa.
Iż-żewġ sistemi ta' garża ġew murija u ttestjati.Għal kull tiswija, iż-żona li għandha ssir il-ħsara hija mmarkata (pass 1), maħluqa b'serrieq tat-toqba, u mbagħad titneħħa bl-użu ta 'grinder manwali li jaħdem bil-batterija (pass 2).Imbagħad aqta 'l-erja msewwija f'taper 12:1.Naddaf il-wiċċ tax-xalpa b'kuxxinett tal-alkoħol (pass 3).Sussegwentement, aqta 'l-garża tat-tiswija għal ċertu daqs, poġġiha fuq il-wiċċ imnaddaf (pass 4) u kkonsolidaha b'romblu biex tneħħi l-bżieżaq tal-arja.Għall-prepreg tal-vinyl ester tal-fibra tal-ħġieġ/tqaddid UV, imbagħad poġġi s-saff ta 'rilaxx fuq iż-żona msewwija u ikkura l-garża b'lampa UV mingħajr fili għal sitt minuti (pass 5).Għal prepreg tal-fibra tal-karbonju/epoxy, uża bonder termali ipprogrammat minn qabel, b'buttuna waħda, li jaħdem bil-batterija biex ippakkja bil-vakwu u tfejjaq iż-żona msewwija f'210°F/99°C għal siegħa.
Pass 5. Wara li tpoġġi s-saff tat-tqaxxir fuq iż-żona msewwija, uża lampa UV mingħajr fili biex tfejjaq il-garża għal 6 minuti.
"Imbagħad wettaqna testijiet biex nevalwaw l-adeżività tal-garża u l-kapaċità tagħha li tirrestawra l-kapaċità li tiflaħ it-tagħbija tal-istruttura," qal Bergen.“Fl-ewwel stadju, irridu nippruvaw il-faċilità ta 'applikazzjoni u l-abbiltà li nirkupraw mill-inqas 75% tas-saħħa.Dan isir permezz ta 'erba' punti liwi fuq 4 x 48 pulzier fibra tal-karbonju/reżina epoxy u raġġ tal-qalba tal-balsa wara li tissewwa l-ħsara simulata.Iva.It-tieni fażi tal-proġett użat pannell ta '12 x 48 pulzier, u għandu juri rekwiżiti ta' saħħa ta 'aktar minn 90% taħt tagħbijiet ta' razza kumplessi.Aħna sodisfatti dawn ir-rekwiżiti kollha, u mbagħad ritratti l-metodi ta 'tiswija fuq il-mudell AMCB.Kif tuża t-teknoloġija u t-tagħmir fil-post biex tipprovdi referenza viżwali.”
Aspett ewlieni tal-proġett huwa li jipprova li n-novizzi jistgħu faċilment itemmu t-tiswija.Għal din ir-raġuni, Bergen kellu idea: “Wiegħed li nuri liż-żewġ kuntatti tekniċi tagħna fl-Armata: Dr Bernard Sia u Ashley Genna.Fir-reviżjoni finali tal-ewwel fażi tal-proġett, tlabt għall-ebda tiswijiet.Ashley b'esperjenza wettaq it-tiswija.Billi tuża l-kit u l-manwal li pprovdejna, hija applikat il-garża u lestiet it-tiswija mingħajr problemi.”
Figura 2 Il-magna tat-twaħħil termali li taħdem bil-batterija ipprogrammata minn qabel tat-tqaddid li taħdem bil-batterija tista 'tfejjaq il-garża tat-tiswija tal-fibra tal-karbonju/epoxy bl-imbottatura ta' buttuna, mingħajr il-ħtieġa ta 'għarfien ta' tiswija jew ipprogrammar ta 'ċiklu ta' tqaddid.Sors tal-immaġni: Custom Technologies, LLC
Żvilupp ewlieni ieħor huwa s-sistema tat-tqaddid li taħdem bil-batterija (Figura 2)."Permezz ta 'manutenzjoni fil-post, għandek biss enerġija tal-batterija," irrimarka Bergen."It-tagħmir kollu tal-proċess fil-kit tat-tiswija li żviluppajna huwa bla fili."Dan jinkludi t-twaħħil termali li jaħdem bil-batterija żviluppat b'mod konġunt minn Custom Technologies u magna tal-fornitur tal-magni tal-irbit termali WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA)."Dan il-bonder termali li jaħdem bil-batterija huwa pprogrammat minn qabel biex jitlesta l-ikkurar, u għalhekk in-novizzi m'għandhomx bżonn jipprogrammaw iċ-ċiklu tal-kura," qal Crane."Hemm bżonn biss li jagħfsu buttuna biex itemmu r-rampa xierqa u jixxarrbu."Il-batteriji li qed jintużaw bħalissa jistgħu jdumu għal sena qabel ma jkollhom bżonn jiġu ċċarġjati mill-ġdid.
Bit-tlestija tat-tieni fażi tal-proġett, Custom Technologies qed tħejji proposti ta 'titjib ta' segwitu u tiġbor ittri ta 'interess u appoġġ."L-għan tagħna huwa li nimmaturaw din it-teknoloġija għal TRL 8 u nġibuha fil-qasam," qal Bergen."Aħna naraw ukoll il-potenzjal għal applikazzjonijiet mhux militari."
Jispjega l-arti l-antika wara l-ewwel rinforz tal-fibra tal-industrija, u għandha fehim fil-fond tax-xjenza tal-fibra ġdida u l-iżvilupp futur.
Dalwaqt u jtir għall-ewwel darba, il-787 jiddependi fuq innovazzjonijiet f'materjali u proċessi komposti biex jilħaq l-għanijiet tiegħu
Ħin tal-post: Settembru-02-2021