Pitkä kuituinjektio (LFI) on uusi polyuretaanimuovausprosessi, joka on kehitetty menestyksekkäästi viime vuosina. Prosessissa on etuja korkea automaatio, lyhyt muovausjakso, kevyt ja alhaiset valmistuskustannukset.
Autoteollisuudessa LFI-prosessia käytettiin ensin rakenteellisten ja puolirakenteisten paneelien, kuten kattokomponenttien, valmistukseen. Raporttien mukaan urheiluauton LFI -polyuretaanikatto on 20% kevyempi kuin teräskatto ja yli kaksi kertaa jäykkä kuin alumiinikatto tai muu lasikuitukatto. Lisäksi LFI -polyuretaanikomposiittimateriaaleja käytetään myös maatalous- ja hyötyajoneuvoteollisuudessa, kuten traktoreiden kannet, raskaat kuorma -autopaneelit, puskutraktorien korin paneelit, bussimatkatavarat jne.
Viime vuosina Composites-asiantuntijat yksityisen teollisuuden, armeijan ja tutkimuslaitoksen asiantuntijat ovat tehneet yhteistyötä tutkiakseen, voidaanko LFI-prosessia käyttää myös hiilikuituvahvistettujen komposiittien (CFRP) osien tuottamiseen, joita tarvitaan korkean suorituskyvyn materiaalimarkkinoille, kuten ilmailu- , mahdollistaa massatuotannon halvemmalla. Tutkimusta on rahoittanut Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuslaboratorio (AFRL) vuodesta 2022, ja osallistujiin kuuluvat AFRL: n valmistus, teollisuustekniikka ja energiajohto, pääurakoitsija Lockheed Martin, laitevalmistaja Kraussmaffei ja Daytonin yliopiston tutkimuslaitos (UDRI) .
Hiilikuitukomposiittikomponenttien valmistusprosessi on tällä hetkellä ilmailu- ja työ- ja työvoimavaltaisten ja työvoimavaltaisten, ja siinä on tyypillisesti hiilikuitupreg-asetettu manuaalisesti yksipuolinen työkalu, pussitettu ja sitten rullattu autoklaveen koko parannuspäivänä. Sitä vastoin LFI -prosessi on nopea, tehokas ja automatisoitu. LFI-prosessi leikkaa lasikuitun ensin haluttuun pituuteen, hienonnettu kuitu sekoitetaan kaksikomponenttisen nestekertsin kanssa, ruiskutetaan sitten esilämmitettyyn avoimeen muottiin ja parannetaan lopulta alhaisella lämmöllä ja paineessa. Koko prosessi on yksi halvimmista, vähiten jätemenetelmistä komposiittimateriaalien valmistukseen ja voi kestää muutamasta minuutista muutamaan tuntiin, osan monimutkaisuudesta riippuen.
Ensimmäinen tärkeä ongelma, jonka joukkue kohtasi, oli hiilikuidun hajoaminen, joka on levitettävä tarpeeksi, jotta se olisi tasaisesti hajonnut hartsissa sekoituksen aikana, ja he havaitsivat, että Zoltekin suuret hinaushiilikuidut tarjosivat parhaat mekaaniset ominaisuudet ja hajottavat ominaisuudet. Tutkijat hajottivat ensin suuret 50 kt niput hiilikuitua pienempiin 2k - 3 kk niput ja kääntyivät sitten nämä kimppu takaisin 50 kt kimppuun. Kun LFI -päähän tapahtuu leikkaus, niitä on helppo selvittää.
Oikean hartsin valitseminen on myös tutkimuksen painopiste. Tutkimusryhmä käytti Covestro -polyuretaanihartsijärjestelmää, joka on erityisesti suunniteltu vähentämään lopullisen parannetun paneelin tiheyttä säätämällä sekoitusmenetelmää mahdollisen tyhjyyden minimoimiseksi tai poistamiseksi.
Käsittelylaitteiden kannalta tutkijat analysoivat useita muuttujia, mukaan lukien leikkuunopeus, kuidun pituus, kuitu/polymeerisuhde, ilmanpaine, puristusaika, homeen suunnittelu ja homeen lämpötila, yksi tärkeistä ongelmista on hiilikuidun prosessointikyky, erityisesti Leikkuukoneen terä ja rumpu, joka voi saada parempia leikkaustuloksia leikkausterän päivityksen jälkeen.
Tutkimusryhmä aikoo suorittaa kaksi ilmailu- ja avaruusalueen valmistusesittelyä käyttämällä LFI/ hiilikuitutekniikkaa vuoden 2025 loppuun mennessä. Vaikka parhaillaan käytetään korkean suorituskyvyn polyuretaanihartsijärjestelmää, ryhmä haluaa käyttää epoksihartsia, koska se tarjoaa paremman suorituskyvyn. Mutta tämä vaatisi suuria muutoksia LFI -laitteistojärjestelmään, ja tällä hetkellä ei ole riittävästi rahoitusta näiden kustannusten kattamiseen.
Tämä yhteistyöhanke voi edistää koko komposiittimateriaaliteollisuuden kehitystä. Näiden yritysten innovaatioiden hyödyntäminen edullisissa komposiittiprosesseissa voisi nopeuttaa Aerospace-alkuperäisten laitteiden valmistajia (OEM), kuten Lockheed Martin, löytääkseen valmistusratkaisuja seuraavan sukupolven lentokoneisiin.