Long Fibre Iniection (LFI) to nowy proces formowania poliuretanu opracowany z powodzeniem w ostatnich latach. Proces ten ma zalety wysokiej automatyzacji, krótkiego cyklu formowania, lekkiej i niskiej produkcji.
W branży motoryzacyjnej proces LFI został po raz pierwszy wykorzystany do produkcji paneli konstrukcyjnych i półstrukturalnych, takich jak komponenty dachowe. Według doniesień dach poliuretanowy LFI samochodu sportowego jest o 20% lżejszy niż stalowy dach i ponad dwa razy bardziej sztywny jak aluminiowy dach lub inny dach z włókna szklanego. Ponadto w branży rolniczej i pojazdów komercyjnych stosuje się również materiały kompozytowe poliuretanowe LFI, takie jak okładki ciągników, ciężkie panele ciężarówek, panele ciała buldożera, stojaki na bagaż autobusowy itp.
W ostatnich latach eksperci kompozytów z prywatnego przemysłu, instytucje wojskowe i badawcze współpracują w celu zbadania, czy proces LFI może być również stosowany do produkcji części kompozytowych wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP) potrzebnym na rynki materiałów o wysokiej wydajności, takie jak lotniska , umożliwiając masową produkcję po niższych kosztach. Badanie zostało sfinansowane przez amerykańskie Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych (AFRL) od 2022 r., A uczestnicy obejmują AFRL's Manufacturing, Industrial Technology i Energy Divisions, główny wykonawca Lockheed Martin, producent sprzętu Kraussmaffei i University of Dayton Research Institute (UDRI) .
Proces produkcyjny komponentów kompozytowych z włókna węglowego stosowanych obecnie w lotniczej i pracochłonnej, i zwykle zawiera ręczne umieszczenie z włókna węglowego na narzędziu jednostronnym, workowane, a następnie wdawane w autoklawie na cały dzień utwardzania. Natomiast proces LFI jest szybki, wydajny i zautomatyzowany. Proces LFI najpierw przecina włókno szklane do pożądanej długości, posiekane włókno jest mieszane z dwuskładnikową żywicą płynną, a następnie rozpylana do rozgrzanej otwartej formy i ostatecznie wyleczona pod niskim ogniem i ciśnieniem. Cały proces jest jedną z najniższych, najmniejszych metod odpadów do produkcji materiałów kompozytowych i może trwać od kilku minut do kilku godzin, w zależności od złożoności części.
Pierwszym ważnym problemem, przed którym stał zespół, było odtłuszczanie włókna węglowego, które należy rozproszyć wystarczająco jednolicie, aby być równomiernie rozproszonym w żywicy podczas mieszania, i stwierdzili, że duże włókno węglowe holowate Zoltek zapewniają najlepsze właściwości mechaniczne i właściwości odgadnięć. Naukowcy najpierw rozbili duże 50 -karatowe wiązki włókna węglowego w mniejsze wiązki 2K do 3k, a następnie zawrócili te wiązki z powrotem w pakiety 50k. Kiedy w głowie LFI występuje cięcie, łatwo się rozwikł.
Wybór odpowiedniej żywicy jest również przedmiotem badań. Zespół badawczy zastosował system żywicy poliuretanowej Covestro, który został specjalnie zaprojektowany w celu zmniejszenia gęstości ostatecznego wyleczonego panelu, poprzez dostosowanie metody mieszania w celu zminimalizowania lub wyeliminowania potencjalnej zawartości pustki.
Jeśli chodzi o urządzenia do przetwarzania, naukowcy analizują kilka zmiennych, w tym prędkość cięcia, długość światłowodowa, współczynnik włókien/polimeru, ciśnienie powietrza, czas prasowania, projektowanie pleśni i temperatura pleśni, jednym z ważnych problemów jest zwłaszcza zdolność do przetwarzania włókna węglowego Ostrze i bęben maszyny do krojenia, które mogą uzyskać lepsze wyniki cięcia po ulepszeniu ostrza cięcia.
Zespół badawczy planuje przeprowadzić dwie demonstracje produkcyjne związane z lotniskami z wykorzystaniem technologii LFI/ włókna węglowego do końca 2025 r. Chociaż obecnie stosuje się wysokowydajny system żywicy poliuretanowej, zespół woli korzystać z żywicy epoksydowej, ponieważ oferuje lepszą wydajność. Wymagałoby to jednak poważnych modyfikacji systemu sprzętowego LFI, a obecnie nie ma wystarczającego finansowania na pokrycie tych kosztów.
Ten projekt badań współpracy może promować rozwój całego przemysłu materiałów kompozytowych. Wykorzystanie innowacji tych firm w tanich procesach kompozytowych może przyspieszyć producentów oryginalnych sprzętu lotniczego (OEM), takich jak Lockheed Martin, aby znaleźć rozwiązania produkcyjne dla samolotów nowej generacji.