Dlhá injekcia vlákniny (LFI) je nový proces formovania polyuretánu, ktorý sa v posledných rokoch úspešne vyvíjal. Tento proces má výhody vysokej automatizácie, krátkeho formovacieho cyklu, ľahkej hmotnosti a nízkych nákladov na výrobu.
V automobilovom priemysle sa proces LFI prvýkrát použil na výrobu štrukturálnych a pološtrukturálnych panelov, ako sú komponenty strechy. Podľa správ je polyuretánska strecha LFI športového vozidla o 20% ľahšia ako oceľová strecha a viac ako dvakrát tuhá ako hliníková strecha alebo iná strecha zo sklenených vlákien. Okrem toho sa v poľnohospodárskom a úžitkovom priemysle používajú kompozitné materiály LFI polyuretánové materiály, ako sú kryty traktorov, silné panely nákladných automobilov, panely tela buldozéra, stojany na batožinu autobusov atď.
V posledných rokoch spolupracovali odborníci v oblasti kompozitov zo súkromného priemyslu, armády a výskumných inštitúcií, aby preskúmali, či sa proces LFI môže použiť aj na výrobu kompozitných častí (CFRP) vystužených z uhlíkových vlákien potrebných pre vysoko výkonné trhy materiálov, ako je letectvo , umožnenie hromadnej výroby za nižšie náklady. Štúdia bola financovaná z výskumného laboratória leteckých síl USA (AFRL) od roku 2022 a účastníci zahŕňajú výrobu, priemyselné technológie AFRL, priemyselné technológie a energetické divízie, hlavný dodávateľ Lockheed Martin, výrobca zariadení Kraussmaffei a Výskumný inštitút University of Dayton (UDRI) .
Výrobný proces pre kompozitné kompozitné komponenty z uhlíkových vlákien, ktoré sa v súčasnosti používajú v leteckom priestore, je zdĺhavý a náročný na prácu a zvyčajne obsahuje manuálne umiestňovanie uhlíkových vlákien, ktoré sa nachádzajú manuálne na jednostranný nástroj, vreckový a potom valcovaný do autoklávu na celý deň vytvrdzovania. Naopak, proces LFI je rýchly, efektívny a automatizovaný. Proces LFI najprv rozreže sklenené vlákno na požadovanú dĺžku, nasekané vlákno sa zmieša s dvojzložkovou tekutou živicou, potom nastrieka do predhriatej otvorenej formy a nakoniec sa vylieči pod nízkym teplom a tlakom. Celý proces je jedným z najnižších a najmenších spôsobov odpadu na výrobu kompozitných materiálov a môže trvať kdekoľvek od niekoľkých minút do niekoľkých hodín, v závislosti od zložitosti časti.
Prvým dôležitým problémom, ktorému tím čelil, bolo degummovanie uhlíkových vlákien, ktoré musia byť dostatočne rozptýlené na to, aby sa počas miešania rovnomerne rozptýlili v živici, a zistili, že spoločnosť Zoltek's Large Warbic Fiber za poskytla najlepšie mechanické vlastnosti a degummingové vlastnosti. Vedci najprv rozdelili veľké zväzky uhlíkových vlákien 50 000 na menšie zväzky 2K až 3 k a potom tieto zväzky prešli späť do 50 000 zväzkov. Keď sa vyskytuje rez v hlave LFI, ľahko sa rozpadajú.
Výber správnej živice je tiež zameraním výskumu. Výskumný tím použil systém Covestro Polyuretán živice, ktorý je špeciálne navrhnutý na zníženie hustoty konečného vyliečeného panela, upravením metódy miešania na minimalizáciu alebo eliminovanie potenciálneho obsahu prázdnych.
Pokiaľ ide o vybavenie na spracovanie, vedci analyzujú niekoľko premenných vrátane rýchlosti rezania, dĺžky vlákien, pomeru vlákniny/polyméru, tlaku vzduchu, času navrhovania, návrhu plesní a teploty plesní, jednou z dôležitých problémov je spracovateľská kapacita uhlíkových vlákien, najmä Čepeľ a bubon rezacieho stroja, ktorý môže získať lepšie výsledky rezania po aktualizácii reznej čepele.
Výskumný tím plánuje do konca roku 2025 vykonať dve výrobné demonštrácie súvisiace s leteckým priestorom pomocou technológie LFI/ uhlíkového vlákna. Aj keď sa v súčasnosti používa vysoko výkonný polyuretánový živícový systém, tím uprednostňuje používanie epoxidovej živice, pretože ponúka lepší výkon. To by si však vyžadovalo veľké úpravy hardvérového systému LFI a v súčasnosti nie je dostatočné financovanie na pokrytie týchto nákladov.
Tento výskumný výskumný projekt môže podporovať rozvoj celého kompozitného odvetvia materiálov. Využitie inovácií týchto spoločností v nízko-nákladných kompozitných procesoch by mohlo urýchliť letecké výrobcovia pôvodných zariadení (OEM), ako je Lockheed Martin, s cieľom nájsť výrobné riešenia pre lietadlá novej generácie.