Duga injekcija vlakana (LFI) novi je postupak poliuretanskog lijevanja koji se posljednjih godina uspješno razvija. Proces ima prednosti visoke automatizacije, kratkog ciklusa oblikovanja, lagane težine i niskih troškova proizvodnje.
U automobilskoj industriji LFI postupak je prvi put korišten za proizvodnju strukturnih i polustrukturnih ploča, poput krovnih komponenti. Prema izvješćima, krov LFI poliuretanskog sportskog automobila je 20% lakši od čeličnog krova i više nego dvostruko krut od aluminijskog krova ili drugog krova od stakloplastike. Pored toga, LFI poliuretanski kompozitni materijali također se koriste u industriji poljoprivrednih i komercijalnih vozila, poput prekrivača traktora, teških kamiona, panela za tijelo buldožera, nosača autobusnih prtljaga itd.
Posljednjih godina, stručnjaci kompozita iz privatne industrije, vojske i istraživačkih institucija surađuju kako bi istražili može li se LFI proces također koristiti za proizvodnju dijelova kompozita ojačanih ugljičnim vlaknima (CFRP) potrebne za tržišta materijala visokih performansi, poput zrakoplovstva, poput zrakoplovstva, poput zrakoplovstva, poput zrakoplovstva , omogućujući masovnu proizvodnju uz nižu cijenu. Studiju su financirali američki laboratorij za istraživanje zrakoplovnih snaga (AFRL) od 2022., a sudionici uključuju AFRL -ovu proizvodnju, industrijsku tehnologiju i energetske divizije, glavni izvođač radova Lockheed Martin, proizvođač opreme Kraussmaffei i Institut za istraživanje Sveučilišta Dayton (UDRI) (UDRI) .
Proces proizvodnje kompozitnih komponenti od karbonskih vlakana koji se trenutno koriste u zrakoplovstvu dugotrajni je i naporan, a obično sadrži predupreg od karbonskih vlakana koji se ručno postavlja na jednostrani alat, ubacuje se, a zatim se prevrće u autoklav cijeli dan stvrdnjavanja. Suprotno tome, LFI postupak je brz, učinkovit i automatiziran. Proces LFI prvo rezanje staklenih vlakana na željenu duljinu, nasjeckano vlakno je pomiješano s dvokomponentnom tekućom smolom, a zatim prskano u prethodno zagrijani otvoreni kalup i na kraju izliječen pod laganom toplinom i tlakom. Cijeli je postupak jedna od najnižih, najmanje metoda otpada za izradu kompozitnih materijala i može trajati od nekoliko minuta do nekoliko sati, ovisno o složenosti dijela.
Prvi važan problem s kojim se tim suočio bilo je pogubljenje ugljičnih vlakana, koje se mora dovoljno raspršiti da bi se tijekom miješanja ujednačeno raspršili unutar smole, a otkrili su da je Zoltekova velika ugljična vlakna pružila najbolja mehanička svojstva i svojstva degummiranja. Istraživači su prvo razbili velike 50K snopove od ugljičnih vlakana u manje pakete od 2 k do 3K, a zatim su te snopove vratili u pakete od 50 tisuća. Kad se u glavi LFI dogodi rez, lako ih je otkriti.
Odabir prave smole također je fokus istraživanja. Istraživački tim koristio je sustav Covestro poliuretanske smole, koji je posebno dizajniran za smanjenje gustoće konačne očvrsnog panela, prilagođavanjem metode miješanja kako bi se smanjila ili eliminirala potencijalni sadržaj praznine.
U smislu opreme za obradu, istraživači analiziraju nekoliko varijabli, uključujući brzinu rezanja, duljinu vlakana, omjer vlakana/polimera, tlak zraka, vrijeme presadivanja, dizajn kalupa i temperaturu plijesni, jedno od važnih pitanja je kapacitet za obradu ugljičnih vlakana, posebno Oštrica i bubanj stroja za rezanje, koji mogu dobiti bolje rezultate rezanja nakon nadogradnje noža.
Istraživački tim planira provesti dvije proizvodne demonstracije povezane sa zrakoplovstvom koristeći LFI/ tehnologiju ugljičnih vlakana do kraja 2025. godine. Iako se trenutno koristi sustav poliuretanske smole visoke performanse, tim preferira korištenje epoksidne smole jer nudi bolje performanse. Ali to bi zahtijevale velike izmjene LFI hardverskog sustava i trenutno nema dovoljno sredstava za pokrivanje tih troškova.
Ovaj kolaborativni istraživački projekt može promicati razvoj cjelokupne industrije kompozitnih materijala. Korištenje inovacija ovih kompanija u jeftinim kompozitnim procesima moglo bi ubrzati proizvođače originalne opreme za zrakoplovnu opremu (OEMS), poput Lockheed Martin, kako bi pronašli proizvodna rješenja za zrakoplove nove generacije.