Kit portebel bisa didandani karo fiberglass UV-curable / Vinyl Ester utawa Serat Karbon / EPOXY PRepreng sing disimpen ing suhu kamar lan peralatan curing baterei. #insidemanufacturing #infrastruktur
Prepreg prepreg prepreg Sanajan serat karbon / EPOXY PRepreg sing dikembangake dening teknologi komposit Infelt sing dibuktekake kanthi gampang lan cepet, panggunaan serat kaca sing dibuktekake Prepreg Vinyl Ester Waca rangkeng-. Sumber Gambar: Teknologi teknologi llc
Modular kreteg sing bisa modular yaiku aset kritis kanggo operasi lan logistik taktik militer, uga pemulihan infrastruktur transportasi sajrone bencana alam. Struktur komposit diteliti kanggo nyuda bobot jembatan kasebut, saéngga bisa nyuda beban kanggo transportasi kendaraan lan mekanisme pemulihan peluncuran. Dibandhingake karo kreteg logam, bahan komposit uga duwe potensi kanggo nambah kapasitas beban sing akeh lan ngluwihi layanan layanan.
Jambatan komposit modular canggih (AMCB) minangka conto. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) lan Ilmu Bahan LLC (Horsham, PA, US) nggunakake karbon Reinforced epoxy laminates (Gambar 1). ) Desain lan konstruksi). Nanging, kemampuan kanggo ndandani struktur kasebut ing lapangan wis dadi masalah sing dicegahake diadopsi bahan komposit.
Gambar 1 Gendakan Komponisi, Intet Key Asuransi Bridge Bridge Ceciding (AMCB) dirancang lan dibangun dening Seemann komposit LLC lan Ilmu Bahan LLC nggunakake komposit epoksi resin sing dikuatake. Sumber Gambar: Seeman komposit LLC (kiwa) lan Angkatan Darat AS (tengen).
Ing taun 2016, teknologi teknologi LLC (Millersville, MD, AS) nampa Fase Inovasi Bisnis Minyak Diwasa (SBIR kanggo ngembangake metode perbaikan sing bisa ditindakake kanthi sukses ing situs. Adhedhasar pendekatan iki, tahap kapindho Sbir Diwenehi dianugerahi ing taun 2018 kanggo nampilake bahan anyar lan peralatan sing ditindakake kanthi anyar, sanajan tembelan kasebut bisa dilatih sadurunge, 90% utawa luwih saka struktur bisa dibalekake Kekuwatan. Kelayakan teknologi ditemtokake kanthi nindakake sawetara analisis, pilihan materi, provesimen lan tugas uji coba, uga ndandani skala cilik lan skala lengkap.
Peneliti utama ing rong fase Sbir yaiku Michael Bergen, pendiri lan Presiden teknologi khusus LLC. Bergen pensiun saka Carderock saka Peringatan Angkatan Laut Angkatan Laut (NSWC) lan diladeni ing struktur lan departemen bahan kanggo 27 taun, ing ngendi dheweke ngatur teknologi komposit ing armada Angkatan Laut AS. Dr. Roger Crane Teknologi Adat Gabung ing taun 2015 sawise pensiun saka Angkatan Laut AS ing taun 2011 lan wis dadi 32 taun. Keahlian bahan komposit kasebut kalebu publikasi teknis lan paten, nutupi topik kayata bahan komposit, manufaktur prototipe, metode sambungan, bahan komposisi multifungsi, lan pemantauan kesehatan multifanceal, lan pemantauan materi.
Loro ahli kasebut wis ngembangake proses unik sing nggunakake bahan komposit kanggo ndandani retak ing superstruktur aluminium ing kelas CG-47 sing dipandu kanggo nyuda wutah retak lan dadi alternatif ekonomi Kanggo panggantos papan platform saka 2 nganti 4 yuta dolar, "ujare Bergen. "Dadi, kita mbuktekake manawa kita ngerti carane nindakake ndandani ing njaba laboratorium lan ing lingkungan layanan nyata. Nanging tantangan kasebut yaiku cara aset militer saiki ora sukses banget. Pilihan kasebut diisi duplex sing diikat [Sejatine ing wilayah sing rusak lan lem mlebu menyang papan ing sisih ndhuwur] utawa mbusak aset saka layanan kanggo ndandani (D-level). Amarga ndandani d-level dibutuhake, akeh aset sing disisihake. "
Dheweke terus ujar manawa apa sing dibutuhake yaiku metode sing bisa ditindakake dening para prajurit tanpa pengalaman ing bahan komposit, nggunakake kits lan perawatan manual. Tujuan kita yaiku nggawe proses gampang: maca manual, ngevaluasi karusakan lan nindakake ndandani. Kita ora pengin nyampur resin cairan, amarga iki mbutuhake pangukuran sing tepat kanggo njamin obat lengkap. Kita uga butuh sistem tanpa sampah mbebayani sawise ndandani rampung. Lan kudu dibungkus minangka kit sing bisa diwenehake dening jaringan sing wis ana. "
Siji solusi sing ditonton kanthi sukses yaiku kit portebel sing nggunakake epoxy amphesif sing angel kanggo ngatur patch komposisi adesif miturut ukuran karusakan (nganti 12 inci persegi). Demonstrasi rampung ing materi komposit sing makili dek amcb tebal tebal 3 inci. Materi komposit duwe inti kayu balsa sing kenthel 3 inci (15 pon saben kapadhetan sikil kubik) lan rong lapisan vektor (phoenix, arizona 000 karbon 1100 karbon fiber 0 ° C-Tlx 1900 Karbon Serat 0 ° Carbon 0 ° "Kita mutusake manawa kit kasebut bakal nggunakake tarik prefabricated kanthi laminate quasi-isotropik sing padha karo sumbu multi-sumbu supaya bisa dadi masalah," ujare Crane.
Masalah sabanjure yaiku matrik resin sing digunakake kanggo ndandani laminate. Supaya ora nyawiji resin cair, tembelan bakal nggunakake Prepreg. "Nanging, tantangan kasebut yaiku panyimpenan," Bergen nerangake. Kanggo ngembangake larutan tembelan sing bisa ditrapake, teknologi khusus wis makarya karo Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA) kanggo ngembangake serat kaca / UV) ing celana sinar layar (UV) ing kursi cahya enem menit. Uga kolaborasi karo Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), sing nyaranake panggunaan film epoxy sing fleksibel anyar.
Panaliten awal nuduhake yen epoksi resin minangka resin sing paling cocog kanggo serat karbon Prepreg-UV-curble vinyl ester lan serat serat gaweyan kanthi apik, nanging ora ngobati serat karbon sing bisa diblokir. Adhedhasar film anyar Gougeon Brothers, epoxy prepreg pungkasan ditambani 110 ° F / 99 ° C lan duwe urip beting sing dawa ing suhu kamar - ora perlu panyimpenan suhu rendah. Bergen ujar manawa yen suhu transisi kaca sing luwih dhuwur (TG) dibutuhake, resin uga bakal diobati kanthi suhu sing luwih dhuwur, kayata 350 ° F / 177 ° C. Loro-lorone prepreg kasedhiya ing kit perbaikan portebel minangka tumpukan patch Preprek sing disegel ing amplop film plastik.
Wiwit Kit Diposaken bisa disimpen nganti suwe, teknologi khusus dibutuhake kanggo nganakake sinau urip beting. "Kita tuku papat kurungan plastik atos - jinis militer khas sing digunakake ing peralatan transportasi - lan nyelehake conto epoxy adesif lan vinyl ester preporeg menyang saben kurungan," ujare Bergen. Kothak kasebut banjur dilebokake ing papat lokasi sing beda kanggo uji coba: payon pabrik Brothers Gougeon ing Michigan, fasilitas ruangan (Laboratorium california ing sisih kidul kidul. Kabeh kasus duwe data log, Bergen metu, "kita njupuk data lan conto kanggo evaluasi saben telung wulan. Suhu maksimal sing direkam ing kothak ing Florida lan California yaiku 140 ° F, sing paling apik resin reseksi. Iku tantangan nyata. " Kajaba iku, sedulur-sedulur GOUGEON INFE SECTED kanthi cara paling anyar epoksi resin. "Sampel sing wis diselehake ing oven ing suhu 120 ° F sawetara wulan wiwit polimerize," ujare Bergen. "Nanging, kanggo conto sing cocog ing 110 °, kimia resin mung apik kanthi jumlah cilik."
Ndandani kasebut diverifikasi ing papan test lan model skala AMCB iki, sing nggunakake bahan laminate lan inti sing padha karo jembatan asli sing dibangun dening Seemann Compitowns. Sumber Gambar: Teknologi teknologi llc
Kanggo nduduhake teknik ndandani, laminate wakil kudu diprodhuksi, rusak lan didandani. "Ing fase pertama proyek kasebut, kita wiwit nggunakake balok cilik 4 X 48 inci lan tes limbah papat titik kanggo ngevaluasi kemungkinan proses proses perbaikan," ujare Klein. "Banjur, kita pindhah menyang panel 12 x 48 inci ing tahap kapindho proyek kasebut, ditrapake akeh kanggo ngasilake kahanan stres Biaxial kanggo nyebabake kegagalan. Ing fase kapindho, kita uga ngrampungake model AMCB sing digunakake kanggo pangopènan. "
Bergen ujar manawa yen panel tes kasebut digunakake kanggo mbuktekake kinerja perbaikan kasebut digawe kanthi nggunakake ketebalan sing padha lan bahan inti kanggo 0,175 inci Waca rangkeng-. Iki kedadeyan. Cara kasebut, bebarengan karo unsur tambahan teori beras lan teori laminate klasik [CLT], digunakake kanggo ngubungake wayahe inersia lan kaku efektif saka amcb skala lengkap kanthi luwih gampang ditangani lan luwih gampang ditangani lan luwih gampang ditangani lan luwih gampang ditangani lan luwih gampang ditangani lan luwih gampang ditangani biaya efektif. Banjur, kita minangka analisis unep sing terbanti [FIE] Model sing dikembangake dening XCTraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) digunakake kanggo nambah desain perbaikan struktural. " Kain serat karbon sing digunakake kanggo panel tes lan model AMCB dituku saka Vectorply, lan inti Balssa digawe dening komposensi inti (Bristol, RI, AS) sing diwenehake.
Langkah 1 .. Panel tes iki nampilake diameteripun 3 inci kanggo simulasi karusakan sing ditandhani ing tengah lan ndandani kurungan kasebut. Sumber foto kanggo kabeh langkah: Technologies Custom LLC.
Langkah 2 .. Gunakake grinder manual sing kudu digunakake kanggo mbusak materi sing rusak lan nutupi patch ndandani kanthi taper 12: 1.
"Kita pengin nyonto karusakan sing luwih dhuwur ing papan test tinimbang bisa katon ing dek jembatan ing lapangan," Bergen nerangake. "Dadi metode kita yaiku nggunakake bolongan sawis kanggo nggawe bolongan diameter 3 inci. Banjur, kita narik plug saka bahan sing rusak lan nggunakake gilingan pneumatik tangan sing dianakake kanggo ngolah 12: 1 selendang. "
Crane nerangake manawa kanggo serat karbon / ndandani epover, sawise bahan panel "rusak" dicopot lan selendang sing cocog ditrapake, Prepeng bakal dipotong kanthi jembaré. "Kanggo panel tes kita, iki mbutuhake papat lapisan Prepeper kanggo njaga materi perbaikan sing konsisten karo sisih ndhuwur panel karbon sing ora dikepengini. Sawise iku, telu sing nutupi lapisan karbon / epoxy PRepreg konsentrasi babagan iki ing bagean sing didandani. Saben lapisan sing sukses nyebar 1 inci ing kabeh lapisan ngisor, sing nyedhiyakake transfer beban bertahap saka bahan "apik" sekitar menyang wilayah sing didandani. " Total wektu kanggo nindakake persiapan area-kalebu, nglereni lan nempatake bahan pemulihan lan ngetrapake prosedur curing-udakara 2,5 jam.
Kanggo serat karbon / EPOXY PRepreg, wilayah ndandani vakum lan diobati ing 210 ° F / 99 ° C sajrone siji jam kanthi nggunakake termal termal baterei.
Sanajan perbaikan karbon / eposional pancen gampang lan cepet, tim kasebut ngerteni kabutuhan kanggo solusi sing luwih trep kanggo mulihake kinerja. Iki nyebabake eksplorasi pemancaran penyebaran ultraviolet (UV). "Kapentingan ing Sunrez Vinyl ester adhedhasar pengalaman Naval sadurunge karo pendiri perusahaan Mark Livesay," Bergen nerangake. "Kita pisanan nyediakake Sunrez kanthi kain gelas quasi-isotropik, nggunakake vinyl esl vinyl, lan ngevaluasi kurva curing ing kahanan sing beda. Kajaba iku, amarga kita ngerti manawa vinyl ester resin ora kaya epoksi resin sing nyedhiyakake kinerja adhesion sekunder sing cocog, saengga upaya tambahan kanggo ngevaluasi macem-macem agen coupling lapisan lan nemtokake sing cocog kanggo aplikasi kasebut. "
Masalah liyane yaiku serat gelas ora bisa nyedhiyakake sifat mekanik sing padha karo serat karbon. "Dibandhingake karo karbon / epoxy patch, masalah iki ditanggulangi kanthi nggunakake lapisan kaca / vinyl ester," ujare Crane. "Alesan kenapa mung lapisan tambahan sing dibutuhake yaiku materi kaca minangka kain sing luwih abot." Iki ngasilake tembelan sing cocog sing bisa ditrapake lan digabungake sajrone nem menit sanajan suhu obat sing adhem banget. Ngobati tanpa nyediakake panas. Crane nyatakake yen karya perbaikan iki bisa rampung sajrone jam.
Kaloro sistem patch wis ditampilake lan diuji. Kanggo saben ndandani, wilayah sing bakal rusak ditandhani (langkah 1), digawe nganggo bolongan sawah, banjur dicopot nganggo baterei manual (langkah 2). Banjur ngethok wilayah sing didandani dadi taper 12: 1. Ngresiki permukaan selendang kanthi pad alkohol (langkah 3). Sabanjure, potong patch ndandani menyang ukuran tartamtu, dilebokake ing permukaan sing di resiki (langkah 4) lan nggabungake nganggo roller kanggo mbusak gelembung udara. Kanggo serat kaca / UV-curing Vinyl Ester Ester, banjur pasang lapisan rilis ing wilayah sing didandani lan ngobati tembelan kanthi lampu UV tanpa kabel sajrone nem menit (langkah 5). Kanggo serat karbon / EPOXY PRepreg, gunakake tombol sing wis diprogram, siji-termal termal kanggo paket vakum lan ngobati wilayah sing didandani ing 210 ° F / 99 ° C sajrone siji jam.
Langkah 5. Sawise nyelehake lapisan peeling ing wilayah sing didandani, gunakake lampu UV sing ora kabel kanggo ngobati tembelan sajrone 6 menit.
"Banjur kita nganakake tes kanggo ngevaluasi adhesiveness patch lan kemampuane kanggo mulihake kapasitas beban sing ana ing struktur kasebut," ujare Bergen. "Ing tahap pertama, kita kudu mbuktekake kanthi gampang aplikasi lan kemampuan kanggo mbalekake paling ora 75% saka kekuwatan. Iki ditindakake kanthi mbengkongake papat-serat ing serat karbon / epoksi lan saluran inti lan Balssa sawise ndandani karusakan simulasi. Ya. Fase kapindho proyek kasebut nggunakake panel 12 x 48 inci, lan kudu nuduhake luwih saka 90% syarat kekuatan sing ana ing sebagian galur. Kita ketemu kabeh syarat kasebut, banjur foto foto ndandani ing model AMCB. Cara nggunakake teknologi lan peralatan kanggo nyedhiyakake referensi visual. "
Aspek utama proyek yaiku mbuktekake manawa wong anyar bisa ngrampungake ndandani. Kanggo alasan iki, Bergen duwe ide: "Aku wis janji kanggo nduduhake kontak teknis loro ing Angkatan Darat kita: Dr. Bernard Sia lan Ashley Genna. Ing review akhir saka fase pertama proyek kasebut, aku njaluk ora ndandani. Ngalami Ashley nindakake perbaikan kasebut. Nggunakake kit lan manual sing diwenehake, dheweke ngetrapake tembelan kasebut lan ngrampungake masalah kasebut tanpa masalah. "
Gambar 2 curing sing dikembangake baterei sing diprogram ing baterei, mesin ikatan termal sing dikuasai batbon bisa ngobati serat karbon / patch epoxy sing kuat ing push tombol, tanpa prelu ndandani program perrokarangan utawa ngobati. Sumber Gambar: Teknologi khusus, llc
Pangembangan kunci liyane yaiku sistem ngobati baterei (Gambar 2). "Liwat infieled pangopènan, sampeyan mung duwe kekuwatan baterei," Bergen nuding. "Kabeh peralatan proses ing kit (kita dikembangake yaiku nirkabel." Iki kalebu ikatan termal baterei sing kuat dibangun kanthi bebarengan dening teknologi khusus lan pembekal pemasok wichitech Industries Inc. (mesin Maryland, USA) Mesin. "Anggun termal baterei iki wis diprogram wis diprogram kanggo ngrampungake curing, saéngga para wong ora kudu ngetrapake siklus ngobati," ujare Crane. "Dheweke mung kudu mencet tombol kanggo ngrampungake ramp lan rendhem." Batré sing saiki digunakake bisa suwene setaun sadurunge kudu diisi ulang.
Kanthi ngrampungake fase kapindho proyek kasebut, teknologi khusus yaiku nyiapake usulan dandan tindakake lan ngempalaken kapentingan lan dhukungan. "Tujuan kita yaiku diwasa teknologi iki kanggo Trl 8 lan nggawa menyang lapangan," ujare Bergen. "Kita uga bisa ndeleng potensial aplikasi non-militer."
Nerangake seni lawas ing mburi panguat serat pertama industri, lan duwe pangerten babagan ilmu serat anyar lan pangembangan mbesuk.
Teka enggal lan mabur kaping pisanan, 787 gumantung ing inovasi ing bahan lan proses komposit kanggo nggayuh tujuane
Wektu Pos: Sep-02-2021