Kit eramangarria giro-tenperaturan gordetako beira-zuntz/binilo ester edo karbono-zuntz/epoxi prepreg-ekin konpondu daiteke UV bidez sendagarria den beira-zuntzarekin eta bateriarekin ontze-ekipoarekin.#insidemanufacturing #azpiegitura
UV bidez senda daitezkeen prepreg adabakien konponketa Custom Technologies LLC-k garatutako karbono zuntz/epoxi prepreg konponketa sinplea eta azkarra izan bada ere, Prepreg-ek sistema erosoagoa garatu du beira-zuntzez indartuta. .Irudiaren iturria: Custom Technologies LLC
Inplementa daitezkeen zubi modularrak aktibo kritikoak dira eragiketa taktiko militarretarako eta logistikarako, baita hondamendi naturaletan garraio azpiegiturak leheneratzeko ere.Egitura konposatuak aztertzen ari dira zubi horien pisua murrizteko, eta horrela garraio-ibilgailuen zama eta jaurtiketa-berreskuratzeko mekanismoak murrizteko.Metalezko zubiekin alderatuta, material konposatuek ere karga-ahalmena handitzeko eta zerbitzu-bizitza luzatzeko ahalmena dute.
Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) adibide bat da.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, AEB) eta Materials Sciences LLC (Horsham, PA, AEB) karbono-zuntzez indartutako epoxi laminatuak erabiltzen dituzte (1. irudia).) Diseinua eta eraikuntza).Hala ere, eremuan horrelako egiturak konpontzeko gaitasuna material konposatuak hartzea oztopatzen duen arazoa izan da.
1. Irudia Zubi konposatua, eremu barruko aktibo nagusia. Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) Seemann Composites LLC eta Materials Sciences LLC-ek diseinatu eta eraiki zuten karbono-zuntzez indartutako epoxi erretxina konposatuak erabiliz.Irudiaren iturria: Seeman Composites LLC (ezkerrean) eta AEBetako Armada (eskuinean).
2016an, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, AEB) AEBetako Armadak finantzatutako Small Business Innovation Research (SBIR) Fase 1 beka bat jaso zuen soldaduek lekuan arrakastaz egin dezaketen konponketa metodo bat garatzeko.Planteamendu horretan oinarrituta, SBIR bekaren bigarren fasea 2018an eman zen material berriak eta bateriaz elikatzen diren ekipamenduak erakusteko, nahiz eta adabakia hasiberri batek aldez aurretik prestakuntzarik gabe egin, egituraren % 90 edo gehiago leheneratu daiteke. indarra.Teknologiaren bideragarritasuna analisi-, material-hautaketa, aleen fabrikazio eta proba mekanikoko zenbait lan eginez zehazten da, baita eskala txikiko eta eskala osoko konponketak ere.
SBIR bi faseetako ikertzaile nagusia Michael Bergen da, Custom Technologies LLCren sortzaile eta presidentea.Bergen Naval Surface Warfare Center (NSWC) Carderock-etik erretiratu zen eta 27 urtez Egitura eta Materialen Departamentuan aritu zen, non AEBetako Armadako flotan teknologia konposatuen garapena eta aplikazioa kudeatu zuen.Roger Crane doktorea 2015ean sartu zen Custom Technologies-en 2011n AEBetako Armadatik erretiratu ondoren eta 32 urtez zerbitzatzen ari da.Material konposatuek bere espezializazioa argitalpen teknikoak eta patenteak barne hartzen ditu, besteak beste, material konposatu berriak, prototipoen fabrikazioa, konexio metodoak, funtzio anitzeko material konposatuak, egituraren osasunaren jarraipena eta material konposatuen zaharberritzea.
Bi adituek prozesu paregabea garatu dute, material konposatuak erabiltzen dituena Ticonderoga CG-47 klaseko 5456 misil gidatuen gurutzontziaren aluminiozko gainegiturako pitzadurak konpontzeko. 2 eta 4 milioi dolarreko plataforma-taula ordezkatzeari», esan zuen Bergenek.“Beraz, frogatu genuen badakigula konponketak egiten laborategitik kanpo eta benetako zerbitzu-ingurunean.Baina erronka da egungo aktibo militarren metodoek ez dutela oso arrakastatsua.Aukera duplex lotuaren konponketa da [funtsean kaltetutako eremuetan Itsatsi taula bat goian] edo kendu aktiboa biltegi-mailako (D-maila) konponketetarako.D mailako konponketak beharrezkoak direnez, ondasun asko alde batera uzten dira».
Jarraian, behar dena material konposatuetan esperientziarik ez duten soldaduek egin dezaketen metodoa dela esan zuen, kitak eta mantentze-eskuliburuak soilik erabiliz.Gure helburua prozesua erraztea da: eskuliburua irakurri, kalteak ebaluatu eta konponketak egin.Ez dugu erretxina likidorik nahastu nahi, neurketa zehatza behar baita sendatze osoa bermatzeko.Hondakin arriskutsurik gabeko sistema bat ere behar dugu konponketak amaitu ondoren.Eta lehendik dagoen sareak zabaldu dezakeen kit gisa paketatu behar da.”
Custom Technologies-ek arrakastaz frogatu duen irtenbide bat epoxi itsasgarri gogortua erabiltzen duen kit eramangarri bat da, itsasgarri konposatu adabakia kaltearen tamainaren arabera pertsonalizatzeko (12 hazbete karratu arte).Erakustaldia 3 hazbeteko lodierako AMCB oholtza irudikatzen duen material konposatu batean burutu zen.Material konposatuak 3 hazbeteko lodierako balsa egurrezko nukleoa (15 libra oin kubikoko dentsitate bakoitzeko) eta Vectorply (Phoenix, Arizona, AEB) C -LT 1100 karbono zuntzezko bi geruza ditu 0°/90° biaxial jositako ehuna, geruza bat. C-TLX 1900 karbono-zuntza 0°/+45°/-45° hiru ardatz eta C-LT 1100-ren bi geruza, bost geruza guztira."Kitak adabaki aurrefabrikatuak erabiliko dituela ardatz anitzeko antzeko laminatu ia-isotropiko batean, ehunaren norabidea arazorik ez izateko", esan du Crane-k.
Hurrengo alea laminatuak konpontzeko erabiltzen den erretxina-matrizea da.Erretxina likidoa nahastea saihesteko, adabakiak prepreg erabiliko du.«Hala ere, erronka horiek biltegiratzea dira», azaldu du Bergenek.Adabaki biltegiratzeko irtenbide bat garatzeko, Custom Technologies Sunrez Corp.-rekin bat egin du (El Cajon, Kalifornia, AEB) argi ultramorea (UV) erabil dezakeen beira-zuntz/binilo-ester prepreg bat garatzeko, sei minututan Argi sendatzeko.Gougeon Brothers-ekin ere kolaboratu zuen (Bay City, Michigan, AEB), eta hark iradoki zuen film epoxi malgu berri bat erabiltzea.
Lehen ikerketek frogatu dute epoxi erretxina dela karbono-zuntzezko prepregs-UV-sendagarri diren binilo-esterrak eta beira-zuntz zeharrargiak ondo funtzionatzen dutela, baina ez dira argia blokeatzen duen karbono-zuntzaren azpian sendatzen.Gougeon Brothers-en film berrian oinarrituta, azken epoxi-prepreg-a ordubetez ontzen da 210 °F/99 °C-tan eta iraupen luzea du giro-tenperaturan, ez da tenperatura baxuan gorde beharrik.Bergenek esan zuen beira-trantsizio-tenperatura (Tg) handiagoa behar bada, erretxina tenperatura altuagoan ere sendatuko dela, adibidez, 350 °F/177 °C.Bi prepregs konponketa-kit eramangarri batean hornitzen dira plastikozko film kartazal batean zigilatutako prepreg adabaki pila gisa.
Konponketa kita denbora luzez gorde daitekeenez, Custom Technologies beharrezkoa da iraupenaren azterketa bat egiteko."Plastikozko lau itxitura gogor erosi genituen -garraio-ekipoetan erabiltzen den militar mota tipikoa- eta epoxi itsasgarriaren eta binilo-ester prepreg laginak jarri genituen itxitura bakoitzean", esan zuen Bergenek.Ondoren, kaxak probak egiteko lau leku ezberdinetan jarri ziren: Michigan-eko Gougeon Brothers lantegiko teilatuan, Maryland-eko aireportuko teilatuan, Yucca Valley-ko kanpoko instalazioetan (Kaliforniako basamortuan) eta Florida hegoaldean dagoen kanpoko korrosioaren saiakuntza-laborategian.Kasu guztiek dituzte datu-erregistratzaileak, Bergenek nabarmendu duenez, «hiru hilabetean behin hartzen ditugu datu eta material laginak ebaluatzeko.Florida eta Kaliforniako kaxetan erregistratutako tenperatura maximoa 140 °F da, eta hori ona da zaharberritze-erretxin gehienentzat.Benetako erronka bat da».Horrez gain, Gougeon Brothers-ek garatu berri den erretxina epoxi purua barne probatu zuen."Hainbat hilabetez labean 120 °F-tan jarri diren laginak polimerizatzen hasten dira", esan zuen Bergenek."Dena den, 110 °F-tan mantendutako dagozkien laginetarako, erretxinaren kimika pixka bat hobetu zen."
Konponketa proba-taulan eta AMCB-ren maketa honetan egiaztatu zen, Seemann Composites-ek eraikitako jatorrizko zubiaren laminatu eta nukleoaren material bera erabiltzen zuena.Irudiaren iturria: Custom Technologies LLC
Konponketa-teknika frogatzeko, laminatu adierazgarri bat fabrikatu, hondatu eta konpondu behar da."Proiektuaren lehen fasean, hasieran, eskala txikiko 4 x 48 hazbeteko habeak eta lau puntuko tolestura-probak erabili genituen gure konponketa prozesuaren bideragarritasuna ebaluatzeko", esan zuen Kleinek."Ondoren, proiektuaren bigarren fasean 12 x 48 hazbeteko paneletara pasa ginen, kargak aplikatu genituen tentsio biaxial egoera porrota eragiteko eta, ondoren, konponketaren errendimendua ebaluatu genuen.Bigarren fasean, Mantentze-lanak eraikitako AMCB eredua ere osatu genuen».
Bergen-ek esan zuen konponketa-errendimendua frogatzeko erabilitako proba-panela Seemann Composites-ek fabrikatutako AMCBren laminatu eta nukleoko materialen leinu bera erabiliz fabrikatu zela, "baina panelaren lodiera 0,375 hazbetetik 0,175 hazbetera murriztu genuen, ardatz paraleloen teoreman oinarrituta. .Hau da kasua.Metodoa, habearen teoria eta laminatu klasikoko teoria [CLT] elementu osagarriekin batera, eskala osoko AMCBren inertzia-momentua eta zurruntasun eraginkorra lotzeko erabili zen tamaina txikiagoko demo produktu batekin, maneiatzeko errazago eta gehiago. errentagarria.Ondoren, XCraft Inc.-ek (Boston, Massachusetts, AEB) garatutako elementu finituen analisia [FEA] eredua erabili zen egitura konponketen diseinua hobetzeko”.Proba paneletarako eta AMCB modelorako erabilitako karbono-zuntzezko ehuna Vectorply-ri erosi zitzaion, eta balsa nukleoa Core Composites-ek (Bristol, RI, AEB) egin zuen.
1. urratsa. Proba panel honek 3 hazbeteko zuloaren diametroa erakusten du erdian markatutako kalteak simulatzeko eta zirkunferentzia konpontzeko.Urrats guztietarako argazki iturria: Custom Technologies LLC.
2. urratsa. Erabili bateriaz elikatzen den eskuzko artezgailu bat kaltetutako materiala kentzeko eta konponketa-adabakia 12:1 taper batekin ixteko.
"Proba taulan zelaian zubi-oholean ikus daitekeen baino kalte handiagoa simulatu nahi dugu", azaldu du Bergenek.“Beraz, gure metodoa zulo-zerra erabiltzea da 3 hazbeteko diametroko zulo bat egiteko.Ondoren, hondatutako materialaren tapoia ateratzen dugu eta eskuko artezteko pneumatiko bat erabiltzen dugu 12:1eko zapia prozesatzeko».
Crane-k azaldu duenez, karbono-zuntz/epoxi konponketarako, "kaltetutako" panelaren materiala kendu eta zapi egokia aplikatu ondoren, prepreg-a zabalera eta luzera moztuko da kaltetutako eremuaren konoarekin bat etortzeko."Gure proba-panelerako, aurreprepreg lau geruza behar dira konponketa-materiala jatorrizko karbono-panelaren goiko aldean koherentea mantentzeko.Horren ostean, karbono/epoxi prepreg-eko hiru estaldura-geruzak konpondutako pieza honetan kontzentratzen dira.Ondoz ondoko geruza bakoitza 1 hazbete hedatzen da beheko geruzaren alde guztietan, eta horrek karga pixkanaka transferitzen du inguruko material "onetik" konpondutako eremura.Konponketa hau egiteko denbora osoa -konponketa-eremua prestatzea barne, zaharberritzeko materiala moztea eta jartzea eta ontze-prozedura aplikatzea- 2,5 ordu inguru.
Karbono-zuntz/epoxi prepreg-erako, konponketa-eremua hutsean ontziratzen da eta 210 °F/99 °C-tan ontzen da ordubetez, bateriaz elikatzen den lotura termiko bat erabiliz.
Karbono/epoxi konponketa erraza eta azkarra den arren, taldeak errendimendua berreskuratzeko irtenbide erosoago baten beharra aitortu zuen.Honek ultramoreak (UV) sendatzeko prepregs esploratzea ekarri zuen."Sunrez binilo ester erretxinekiko interesa Mark Livesay konpainiaren sortzailearekin izandako itsas-esperientzian oinarritzen da", azaldu du Bergenek.“Lehenengo Sunrez-i beirazko ehun ia-isotropiko bat eman genion, bere binil ester prepreg erabiliz, eta ontze-kurba baldintza ezberdinetan ebaluatu genuen.Horrez gain, badakigunez binilo-ester erretxina ez dela bigarren mailako atxikimendu-errendimendu egokia eskaintzen duen erretxina epoxikoa bezalakoa, beraz, ahalegin gehigarriak behar dira itsasgarri-geruza akoplatzeko hainbat agente ebaluatzeko eta zein den aplikaziorako egokia zehazteko.
Beste arazo bat da beira-zuntzek ezin dituztela karbono-zuntzek dituzten propietate mekaniko berdinak eman."Karbono/epoxi adabakiarekin alderatuta, arazo hau beira/binilo ester geruza gehigarri bat erabiliz konpontzen da", esan zuen Crane-k."Geruza gehigarri bakarra behar den arrazoia beirazko materiala ehun astunagoa dela da".Honek adabaki egokia sortzen du, sei minututan aplikatu eta konbinatu daitekeena, nahiz eta eremuko tenperatura oso hotz/izoztuetan.Berorik eman gabe ontzea.Crane-k nabarmendu du konponketa lan hori ordubeteko epean egin daitekeela.
Bi adabaki sistemak frogatu eta probatu dira.Konponketa bakoitzerako, kaltetu beharreko eremua markatzen da (1. urratsa), zulo-zerra batekin sortu eta, ondoren, bateriaz elikatzen den eskuzko artezgailu baten bidez kendu (2. urratsa).Ondoren, moztu konpondutako eremua 12:1 taper batean.Garbitu zapiaren gainazala alkoholdun kutxa batekin (3. urratsa).Ondoren, moztu konponketa-adabakia tamaina jakin batera, jarri garbitutako gainazalean (4. urratsa) eta finkatu arrabol batekin aire-burbuilak kentzeko.Beira-zuntz/UV-sendoko binilo-ester prepregetarako, jarri askatzeko geruza konpondutako eremuan eta sendatu adabakia haririk gabeko UV lanpara batekin sei minutuz (5. urratsa).Karbono-zuntz/epoxi-prepregetarako, erabili aurrez programatutako botoi bakarreko bateriaz elikatzen den lotura termiko bat hutsean ontziratzeko eta konpondutako eremua 210 °F/99 °C-tan ordubetez.
5. urratsa. Peeling-geruza konpondutako eremuan jarri ondoren, erabili haririk gabeko UV lanpara bat adabakia 6 minutuz sendatzeko.
"Ondoren, adabakiaren itsasgarritasuna eta egituraren karga-gaitasuna berreskuratzeko duen gaitasuna ebaluatzeko probak egin genituen", esan du Bergenek.«Lehenengo fasean, aplikatzeko erraztasuna eta indarraren %75 gutxienez berreskuratzeko gaitasuna frogatu behar dugu.Hau 4 x 48 hazbeteko karbono zuntz/epoxi erretxina eta balsa nukleo habe batean lau puntu okertuz egiten da, simulatutako kaltea konpondu ondoren.Bai.Proiektuaren bigarren faseak 12 x 48 hazbeteko panela erabili zuen, eta tentsio-karga konplexuetan % 90eko erresistentzia-eskakizunak izan behar ditu.Baldintza horiek guztiak bete genituen, eta ondoren AMCB ereduan konponketa metodoak atera genituen.Nola erabili eremu barruko teknologia eta ekipoak erreferentzia bisual bat emateko».
Proiektuaren funtsezko alderdi bat hasiberriek konponketa erraz burutu dezaketela frogatzea da.Hori dela eta, ideia bat izan zuen Bergenek: «Armadako gure bi kontaktu teknikoei erakusteko agindua eman diet: Bernard Sia doktorea eta Ashley Genna.Proiektuaren lehen fasearen azken berrikuspenean, konponketarik ez egiteko eskatu nuen.Ashley esperientziadunak konponketa egin zuen.Eman genuen kit eta eskuliburua erabiliz, adabakia aplikatu eta arazorik gabe amaitu zuen konponketa».
2. Irudia Bateriez elikatzen den ontze-makina aurrez programatutako eta bateriaz elikatzen den lotura termikoko makinak karbono-zuntz/epoxi-konponketa adabakia sendatu dezake botoi bat sakatzean, konponketa ezagutzarik edo ontze-zikloaren programazio beharrik gabe.Irudiaren iturria: Custom Technologies, LLC
Funtsezko beste garapen bat bateriaz elikatzen den ontze-sistema da (2. irudia)."Eremu barruko mantentzearen bidez, bateriaren energia baino ez duzu", adierazi du Bergenek."Garatutako konponketa-kitaren prozesu-ekipo guztiak haririk gabekoak dira".Honen barruan sartzen dira Custom Technologies-ek eta WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, AEB) makina termiko-lotura-makinen hornitzaileak elkarrekin garatutako bateria bidezko lotura termikoa."Bateriaz elikatzen den lotura termiko hau ontze osatzeko aurrez programatuta dago, beraz, hasiberriek ez dute ontze-zikloa programatu behar", esan zuen Crane-k."Botoi bat sakatu besterik ez dute behar arrapala egokia osatzeko eta bustitzeko".Gaur egun erabiltzen diren pilek urtebete iraun dezakete kargatu behar baino lehen.
Proiektuaren bigarren fasea amaituta, Custom Technologies jarraipen-hobekuntza-proposamenak prestatzen eta interes eta laguntza gutunak biltzen ari da."Gure helburua teknologia hau TRL 8ra heldu eta eremura eramatea da", esan zuen Bergenek."Aplikazio ez-militarren potentziala ere ikusten dugu".
Industriaren lehen zuntz indartzearen atzean dagoen arte zaharra azaltzen du, eta zuntz zientzia berriaren eta etorkizuneko garapenaren ulermen sakona du.
Laster iritsiko da eta lehen aldiz hegan egiten du, 787 material konposatuen eta prozesuen berrikuntzetan oinarritzen da bere helburuak lortzeko.
Argitalpenaren ordua: 2021-02-09