开发最终材料的艺术和科学，以挑战新应用
泰德·费特曼（Ted Fetterman）
我在时尚界，纺织品的发展既是一种艺术，又是一种感觉。工业结构应用程序并不完全相同 - 它们更多地关注性能而不是样式。但是，客户和面料之间仍然存在相互作用，大多数产品开发人员都希望触摸面料并与它们合作，然后才能在工业应用中使用它们。为了确保编织的织布面料在特定环境条件下满足应用程序的性能要求，对所有人进行原型和测试至关重要。
What is driving the need for prototype development?
两种截然不同的产品开发推动了对自定义原型的需求。
一个主要驱动程序是产品开发人员对满足特定新应用程序性能要求的编织材料的需求。试图将所有应用程序性能要求与可用解决方案相匹配的开发人员通常是根据已发表的光纤性能和化学标准对纺织品进行简单的互联网搜索开始的。符合已建立已发布规范的纺织品具有材料性能可预测性，但是由于应用程序是如此独特，因此始终需要对原型进行测试。
另一个频繁的动力源于化学公司的发展新型聚合物组合，该组合适合纤维应用。然后，化学公司正在寻找该化学的应用，并可以使用新纤维接近原始设备制造商（OEM）。OEM反过来可能会牢记应用程序 - 如果它们可以将材料织成狭窄的织物。那时，化学公司经常与像BRM这样的编织织带制造商联系，以创建纺织结构，其中最终材料突出了纤维的固有化学特性。为了确保织物适合所需的最终用途，并且可以保证为特定目的和特定的环境条件执行，客户必须在原型上执行工程和测试。
所有应用都是唯一的
All applications feature unique characteristics — they rarely fit into a neat box. This is because, while woven fabrics themselves can be guaranteed to meet material design specifications, it is not possible to predict the performance of any particular woven material for all applications. For example, all materials to be used on the lunar surface must be designed to function within extreme temperatures: daytime on the moon’s equator can be as high as 90°C and nighttime temperatures can be as low as -200°C. Materials must also meet ultraviolet (UV) degradation requirements; prototypes are used to test for exposure time, amount of radiation, and type of radiation.
At BRM, every inquiry goes through a process that includes a regimented data creation method. Extensive sampling is performed on everything woven, dyed, and finished. All information is entered into a vast database of test data linked to all manufacturing processes. Application experts draw from this information during the product development stage to pair products with customer needs.
作为少数拥有如此广泛数据库的纺织公司之一，BRM已成为NASA的首选供应商。该公司通过其许多研发办公室和实验室在美国国防部的材料开发中发挥着重要作用。BRM还与降落伞行业协会（PIA），美国陆军研究实验室（DEVCOM）和美国国防物流局合作，以更新，修改和验证对美国MIL-SPECS和PIA规格进行修改以调节质量。
深入研究原型制作过程
在讨论编织织物的原型时，重要的是要注意，所有项目均为应用程序进行了原型和测试 - 无论BRM是否已经脱离了架子织物，还是开发了新的面料。
该过程始于客户和BRM之间的通信，以了解应用程序的应用程序，要么使用面对面的通信或虚拟平台。客户可以显示图纸，BRM分享相关的测试报告信息。然后是时候进行原型阶段了。
为了节省时间和金钱，大多数客户开始希望将现有的架子面料纳入其开发过程中。大多数可以通过库存织物来处理。将样品放在制造商的手中至关重要。可以根据项目范围发送样本进行初始评估。BRM可能会发送几种彼此接近但在某种程度上不同的材料，以及数据表或测试报告。这些原型将由客户测试有关厚度，拉伸强度以及紫外线或盐水的影响的实际应用性能。
当项目无法使用货架项目时，BRM必须提出一个新的解决方案来满足要求。BRM使用严格的监管项目计划控制过程来自定义原型制作 - 对应用程序进行了广泛的逐步审查，以确定满足客户并减轻任何业务风险的必要条款。
编织专家审查所有规格，以深入了解将使用该织物的环境，以及需要哪种类型的化学反应。然后，他们签订了针对特定应用程序的产品开发协议，其中包括生产用于详细客户测试的原型。例如，使用经批准的ASTM方法和有关材料力学的已知信息进行BRM拉伸强度测试。但是，尽管可以在实验室中控制速度，但需要客户测试才能在高速条件下对所有动态力进行建模。
我n most cases, customers want prototypes to blow apart and model through observation rather than benchtop studies. For example, space programs use prototypes to test the interaction of propellants with all structural materials in the vehicle, including webbing.
The U.S. federal government maintains considerable mechanical engineering laboratory resources for this type of testing. It has been increasing its focus on gathering enough data to predict performance of materials in extreme environments to satisfy recent mission requirements pushing these limits.
使用原型制作过程来帮助提出新的解决方案
BRM使用小心迭代过程with new fabric prototypes. When benchtop analysis to eliminate variables has been exhausted, application experts take a snapshot and determine which variables have not been eliminated. Then weaving experts go to the loom and weave a new fabric, using the ideas collected on potential changes in the loom. It is not an exact science — customers know that they will not know how the fabric will actually perform until it has been blown apart. In recent years, BRM has also increased its level of non-destructive testing. Rather than destroying the material at extremes, experts conduct cycle and abrasion testing to measure the effect of some stimulus to the material.
在织机上完成的所有操作都经过精心记录，包括配方的所有和所有更改。内部测试结果对变化的影响进行了编译。客户测试提供了其他反馈，这可能会导致另一轮更改。
One recent example of the importance of the prototyping process was a project for the recreational climbing market. The customer wanted to develop a stronger yet lighter material for use in sewn slings, structural loops of webbing used to fix gear to a climber or the mountain. This market is driven by weight, and the industry is always looking to get the same or better performance while reducing weight.
客户希望在基础管织带中更高的强度。该应用的已建立材料必须通过标准 - 22公里（KN）在10毫米销上，登山市场中的登山扣和连接器的直径。标准吊索具有实质性的厚度，并将缝制环放在销钉上会产生内力。在替代材料中，BRM使用了更密集的纱线来实现所需的增加强度。编织结构中仅更改一个变量，改变了织带的动态，内部压力力使织带融化。如果不使用原型测试解决方案，就无法预测这一点。
在获得了新的和意外的结果之后，下一步是对材料的法医分析，以了解其融化的原因。应用专家发现，所使用的高清纤维的熔体点低（低于尼龙），压力引起了热量。视觉分析表明，该循环已融化成硬塑料，表明该问题是由热而不是机械力产生的。分析后，应用团队研究了修改设计以降低密度并允许纤维有效地纳入设计的方法，而无需这样的高压。降低纤维含量可降低编织的密度，从而使所有纤维均匀地加载，从而增加了编织结构的拉伸产量。BRM在尝试提高纤维输入的性能产量时会定期应用该概念。
减轻体重也在推动航空航天市场的发展。对于外太空/NASA应用，每磅将材料从地球传输到月球是昂贵的。商业航空公司也是如此。例如，一个当前的空间应用项目需要更高的性能材料作为拉伸结构和在月球上驱动机器人臂的机制，始于标准的机械工程规范，但必须针对在表面上发现的极端环境量身定制月亮。该过程包括几轮讨论和规范要求对基础纤维的更改。BRM和客户目前正在设计和测试多个样本的过程中，并且将被选为前进的方式。
A third example illustrates the importance of an iterative prototype production and testing process for new applications. It also underscores the challenge of understanding the relationships among the variables, even with a good understanding of the variables present from inputs. The project involves product development on comingled structural fibers with thermoplastic fibers. BRM fabric experts are investigating the properties and values if the material is woven into two-dimensional or three-dimensional woven structures. Three weave design material combinations are being tested to evaluate the performance characteristics of the design combination. While increased interlaminar sheer properties were desired and initially predicted, the increase in strength result was not ideal. However, energy absorption and dissipation properties was discovered to be more valuable as a result of the design.
最后，原型制作对于医疗应用也很有价值，尽管它不太普遍。医疗领域是一个已知的环境。性能是完善的，只有某些织物才能植入。例如，长期以来，BRM已将其编织的管状材料用作动脉支架和移植物的结构成分材料。机械设备制造商进一步处理了编织结构。近年来，医学研发一直集中在越来越小的结构上，这些结构很难实现现有的纱线尺寸。BRM正在使用纺织纱线生产商进行开发，从而减小纱线的大小，因此结构越来越小。对于此应用，迭代的原型是理解新纤维的编织性的途径。
原型收获巨大的好处
Webbings市场的原型开发为广泛行业的客户带来了巨大的好处。内部测试存在局限性 - 客户原型测试对于确保相对于应用程序和环境条件的测试材料的性能至关重要。
编者注：泰德·费特曼（Ted Fetterman）是宾夕法尼亚州巴利（Bally）Bally Ribbon Mills的销售和营销总监。
September 23, 2021
