صفحات گرم شده چه نقشی در سخت شدن پانلهای زرهی ضخیم{0}}بخش مرکب دارند؟
پیام بگذارید
این یک پانل سنگین و چند لایه از الیاف پلی اتیلن یا آرامید با وزن مولکولی فوقالعاده- است که برای متوقف کردن گلوله با سرعت بالا طراحی شده است. تحت فشار و حرارت بسیار زیاد در یک پرس هیدرولیک بزرگ تولید می شود. ساندویچ کردن این توده عایق متراکم از مواد توسط صفحات گرمایشی باید گرمای دقیق و نافذی را در اعماق هسته آن فراهم کند و در عین حال واکنش گرمازا شدید چسب باندینگ را کنترل کند. این یک چالش درمانی عمیق است و صفحات بزرگ چند{4}}منطقهای مجسمهساز حرارتی این زندگی-زره نجات هستند.
الزامات ساخت زره کامپوزیتی با بخش ضخیم
پانلهای زرهی بالستیک برای وسایل نقلیه نظامی، هواپیما، صفحات زره بدن و کشتیهای دریایی معمولاً از چندین لایه الیاف{0} با کارایی بالا، مانند پلی اتیلن با وزن مولکولی فوقالعاده (UHMWPE، به عنوان مثال، Dyneema® یا Spectra®)، آرامید (به عنوان مثال، Kevlar® یا Twaronbre, thermedox reinting fiber, thermedox with fiber) یا کاربون ساخته میشوند. وینیل استر یا فنولیک). بسته به سطح مورد نیاز حفاظت بالستیک (به عنوان مثال NIJ کلاس III یا IV)، یک پانل منفرد می تواند به نازکی 10 میلی متر یا ضخامت بیش از 50 میلی متر باشد.
این دسته از لایههای پارچهای آغشته به رزین انعطافپذیر- سپس به یک کامپوزیت مقاوم در برابر ضربه سخت تبدیل میشود. برخلاف ورقههای نازک (مانند تختههای مدار چاپی یا پوستههای هوافضا)، کامپوزیتهای ضخیم{4}} دارای چالشهای حرارتی خاصی هستند:
نفوذ حرارت آهسته رسانایی حرارتی الیاف و رزین های پلیمری ضعیف است، بنابراین سرعت نفوذ گرما از سطوح صفحه به داخل ماده آهسته است (چند میلی متر در دقیقه). برای مدت طولانی، مرکز یک پانل با ضخامت 40 میلی متر می تواند ده ها درجه از دمای سطح فاصله داشته باشد.
واکنش گرمازا: عمل آوری رزین های ترموست حرارت خود را تولید می کند. در قسمت ضخیم، این گرمای داخلی نمیتواند به سرعت دفع شود و میتواند باعث فرار حرارتی خطرناک (اگزترم) شود که میتواند رزین را ضعیف کند، باعث ایجاد حفره یا حتی آتش زدن کامپوزیت شود.
فشار غیر یکنواخت: پرس باید فشار یکنواختی را در تمام سطح پانل (معمولاً 1-2 متر مربع) اعمال کند تا درصد حجمی یکنواخت فیبر و کیفیت خط اتصال به دست آید. هر گونه تفاوت در صافی صفحه منجر به "نقاط ضعیف" بالستیک می شود.
صفحه داغ ابزار اصلی این مسائل است.
پخت کنترل شده عمیق پانل های زره با صفحات گرم
پخت پانل زره کامپوزیت صفحه گرم شده در پرس هیدرولیک با تناژ بالا انجام می شود. پرس دارای دو صفحه بزرگ و مسطح است، یک صفحه بالایی و یک صفحه پایینی، که هر کدام توسط شبکه ای از بخاری های کارتریج الکتریکی تعبیه شده، یا توسط کانال های روغن حرارتی که روغن حرارتی را به گردش در می آورند، گرم می شوند. صفحات معمولاً از فولاد ابزار درجه بالا (مانند H13 یا P20) برای تحمل نیروهای فشاری صدها تا هزاران تن و حفظ ثبات ابعادی در دماهای بالا (معمولاً 100 تا 200 درجه) ماشینکاری می شوند.
یکنواختی دما-کنترل دمای چند منطقه ای
یک صفحه منفرد و یکپارچه دارای گرادیان دما - در نقاط گرمکن گرمتر و در نزدیکی لبهها سردتر خواهد بود. چنین گرادیان هایی برای پخت کامپوزیت ضخیم نامناسب هستند. بنابراین صفحه به تعدادی از مناطق گرمایش تنظیم شده مستقل تقسیم می شود که هر یک دارای یک ترموکوپل است که در نزدیکی سطح صفحه قرار دارد. یک صفحه پرس زرهی استاندارد ممکن است دارای شبکه ای از 10-30 منطقه باشد.
هر کنترل کننده منطقه با یک دستور حرارتی (نرخ سطح شیب دار، دمای خیساندن، زمان خیساندن) برنامه ریزی شده است. کنترل کننده ها با یک سیستم نظارتی مرکزی که بر همه مناطق نظارت دارد متصل می شوند. اگر هر منطقه ای از نقطه تنظیم خاموش باشد، برق آن منطقه به طور جداگانه تنظیم می شود. این کار کل سطح صفحه-لبه به لبه-در محدوده ± 1-2 درجه دمای مورد نظر را حفظ میکند.
مدیریت دستور العمل حرارتی: کنترل سطح شیب دار، خیساندن و گرمازا
چرخه پخت یک پانل زره کامپوزیتی ضخیم به آسانی «گرمایش تا 150 درجه و نگه داشتن» نیست. این یک فرآیند چند مرحلهای و با دقت هماهنگ است که میتواند چندین ساعت طول بکشد:
سطح شیب دار اولیه (گرمایش آهسته) صفحات به آرامی با سرعت کنترل شده بالا می روند (مثلاً. 0.5 تا 1 درجه در دقیقه). سرعت کند اجازه می دهد تا گرما از سطح به هسته پانل ضخیم منتقل شود. این باعث کاهش اختلاف دما بین سطح و مرکز می شود. اگر سطح شیب دار خیلی سریع باشد، رزین سطح قبل از گرم شدن مرکز خشک می شود و باعث ایجاد کشش های داخلی و اتصال ناقص می شود.
سکون متوسط (خیساندن در دمای پایین تر): دما برای مدت طولانی (1-2 ساعت) در سطح متوسط (مثلا{1}} درجه) نگه داشته می شود. این به رزین اجازه می دهد تا جریان پیدا کند و الیاف را به طور یکنواخت خیس کند زیرا جلوی حرارت همچنان به مرکز نفوذ می کند. dwell همچنین واکنش پخت را با سرعت کنترل شده شروع می کند تا گرمازایی ناگهانی بعداً رخ ندهد.
رمپ نهایی برای دمای پخت: دمای صفحه را به دمای پخت نهایی برسانید (معمولاً 120 تا 180 درجه بسته به سیستم رزین). دوباره سطح شیب دار کند است و کنترل کننده دائماً دمای داخلی پانل را (از طریق ترموکوپل های تعبیه شده در یک پانل قربانی یا با مدل سازی) نظارت می کند تا اطمینان حاصل شود که گرمازا از بین نمی رود.
خیساندن نهایی (درمان کامل): دما را در نقطه تنظیم نهایی برای مدت زمان معینی (اغلب 2-6 ساعت) حفظ کنید. اگرچه گرمای گرمازا از رزین تخلیه می شود، صفحه باید این دما را در محدوده تحمل بسیار محدود (± 1 درجه) نگه دارد. اگر گرمازا باعث شود دمای داخلی بیش از حد بالا برود، ممکن است کنترل کننده صفحه حتی مجبور شود به طور موقت گرما را کاهش داده یا خاموش کند تا پانل بتواند خنک شود.
سرد-در زیر فشار پس از پخت، صفحات سرد میشوند (آب یا روغن سرد از طریق گذرگاههای داخلی به گردش در میآیند) در حالی که پرس هنوز تحت فشار کامل بستن است. خنک کننده کنترل شده از تاب برداشتن پانل یا ایجاد ترک های داخلی به دلیل انقباض حرارتی تفاضلی جلوگیری می کند.
صفحه یک سندان بزرگ، داغ و کاملاً مسطح است که با صبر و حوصله یک پشته ضخیم و فیبری را به یک سد محکم-ضد گلوله تبدیل میکند.
صافی سطح و یکنواختی توزیع فشار
عملکرد بالستیک به تغییرات ضخامت پانل و درصد حجم فیبر کاملاً حساس است. اگر یک بخش 0.1 میلی متر نازک تر از حد مشخص شده باشد، مقاومت بالستیک می تواند تا حد زیادی کاهش یابد. بنابراین صفحات باید صاف و با تحمل بسیار محکم، معمولاً 0.05 ± میلی متر در کل سطح کار باشند. صفحات با استفاده از آسیاب سطحی بزرگ یا ماشین فرز آسیاب و صیقل داده می شوند. موازی بودن صفحات بالا و پایین با ابزار اندازه گیری لیزری هنگام نصب در پرس بررسی می شود.
پرس هیدرولیک نیروی کلی، معمولاً 500 تا 2000 تن، بر روی سطح پانل اعمال می کند. صفحه باید استحکام کافی داشته باشد تا تحت این بار منحرف نشود. صفحات فولادی ابزار ضخیم با ضخامت 150 تا 300 میلی متر، اغلب با ساختارهای پشتی آجدار یا لانه زنبوری برای افزایش سفتی بدون وزن اضافی استفاده می شود.
یادداشت فرآیند: گزارش چرخه های درمان مستند و قابل بازرسی
هر پانل زره کامپوزیت باید با یک گزارش چرخه درمان کاملا مستند و قابل بازرسی برای اهداف نظامی و اجرای قانون ارائه شود. این یک الزام نظارتی و تضمین کیفیت است، مانند MIL-STD-3022، NIJ Standard-0101.06. گزارش چرخه درمان شامل:
سوابق کالیبراسیون منطقه پلاتین و شناسایی مطبوعات
فرمول حرارتی دقیق (نقاط تنظیم، نرخ رمپ، مدت زمان خیساندن) مورد استفاده برای پانل
دادههای دمای واقعی- (از هر ناحیه صفحه و ترموکوپلهای پانل تعبیهشده، در صورت استفاده)
خوانش فشار (تن) در طول چرخه
شناسه اپراتور و امضاهای الکترونیکی (برای cGMP یا سیستم های کیفیت نظامی)
سیستم کنترل به طور خودکار تمام پارامترها را با سرعت نمونه برداری بالا (مثلا یک بار در ثانیه) ثبت می کند و داده ها را در یک پایگاه داده ایمن{2}} و بدون دستکاری ذخیره می کند. گزارش چاپ شده یا به صورت الکترونیکی به سند گواهی پانل متصل می شود. کل تاریخچه درمان هر پانل را می توان در طول ممیزی پذیرش دولتی یا نظامی بازیابی و تأیید کرد. چنین قابلیت ردیابی به اندازه صفحه مهم است.
کنترل واکنش گرمازا از طریق حرارت دادن
یکی از خطرات اصلی این روش، طبیعت گرمازایی درمان کامپوزیتهای مقاطع ضخیم- است. هنگامی که یک رزین گرما سخت به هم متصل می شود، حرارتی در حدود 100-300 کیلوژول بر کیلوگرم رزین آزاد می کند. این گرما توسط ابزار در یک لمینت نازک حذف می شود. برای یک پانل ضخیم (مثلا . 40 میلی متر) مرکز توسط مواد اطراف عایق حرارتی است. سرعت واکنش می تواند دمای داخلی را 30-50 درجه بالاتر از نقطه تنظیم صفحه افزایش دهد. به این حالت فرار حرارتی می گویند.
صفحه گرم شده برای کنترل گرمازا به دو صورت استفاده می شود:
خنک کننده فعال پرس های{0}بالا دارای کانال های خنک کننده داخلی (آب یا روغن) در صفحات پرس هستند. اگر دمای داخلی پانل (اندازه گیری شده توسط ترموکوپل داخلی) خیلی سریع شروع به افزایش کند، کنترل کننده صفحه می تواند گرمای ورودی را کاهش داده یا معکوس کند، سیال خنک را به گردش درآورد تا گرمای گرمازا را حذف کند.
پروفیل های سطح شیب دار آهسته: رمپ آهسته به رزین اجازه می دهد تا به آرامی پخته شود، گرمازا را در مدت زمان طولانی تری پخش کند و دمای پیک را کاهش دهد. دستور حرارتی به طور کلی از طریق آزمایشهای پخت آزمایشی با استفاده از پانلهای تست ابزاردار ایجاد میشود.
اگر دمای صفحه به درستی کنترل نشود، گرمازا می تواند بیش از 200 درجه باشد، رزین را ذغال کند، الیاف را ذوب کند (به ویژه UHMWPE که در حدود 150 درجه ذوب می شود) و پانل را از بین می برد. در شرایط شدید گرمازا ممکن است کامپوزیت را مشتعل کرده و باعث آتش سوزی پرس شود.
جنبه های طراحی مکانیکی و حرارتی صفحات پرس زرهی
ویژگی هدف مشخصات معمولی
مواد پلیت{0}فولاد ابزار درجه بالا (H13, P20) یا فولاد آهنگری مقاومت در برابر خزش با استحکام بالا در دما
ضخامت 6 تا 12 اینچ (150 تا 300 میلی متر) سفتی برای صاف ماندن در زیر تناژ
صافی ± 0.05 میلی متر (0.002 اینچ) یا بهتر در منطقه کامل توزیع فشار برابر
براق کننده سطح زمین (Ra 0.4-0.8 میکرومتر) فشار یکنواخت و آزادسازی صاف
عناصر گرمایش کانال های نفت حفر شده یا بخاری های کارتریجی توزیع گرما یکنواخت
مناطق کنترل دما مناطق در هر صفحه: 10 - 30 جبران تلفات لبه و واریانس های محلی
حداکثر دمای کار 200-250 درجه (اپوکسی ها و رزین های فنلی) محدوده دمای معمولی پخت
خنک کننده کانال های آب یا روغن داخلی مدیریت گرمازا و کاهش زمان چرخه
نتیجه گیری: تبدیل پارچه نرم به یک سپر نجات
صفحه گرم شده هسته مکانیکی و حرارتی عظیم و دقیق در ساخت زره کامپوزیتی است، ابزاری که دسته ای از پارچه های نرم را به یک سد سخت-و حفظ جان تبدیل می کند. صفحه گرمای عمیق و نافذ را به پانلهای کامپوزیتی ضخیم با-کنترل دمای چند ناحیهای، پروفیلهای شیبدار حرارتی آهسته، مدیریت گرمازا فعال و توزیع فشار مسطح میکرون-بدون خروج حرارتی یا ایرادات داخلی ارائه میکند. هر پانل برای برآوردن معیارهای بالستیک لازم برای استفاده نظامی و اجرای قانون آزمایش می شود و هر چرخه درمان برای اهداف ممیزی ثبت می شود.
حفاظت از یک سرباز با گرمای دقیق تنظیم شده یک دستگاه پرس غول پیکر آغاز می شود. صفحه گرم شده ابزاری بزرگ، مسطح و بدون تغییر است که انرژی مضر گرمازا را به قدرتی تبدیل می کند که گلوله را متوقف می کند. این کار صبورانه و دقیق صفحه گرم شده است که باعث می شود هر پانل بالستیک مرکب مورد استفاده در زره خودرو به صفحات بدنه قابل اعتماد باشد.
