Dlouhá injekce vláken (LFI) je nový polyuretanový lisovací proces úspěšně vyvinutý v posledních letech. Tento proces má výhody vysoké automatizace, cyklu s krátkým formováním, lehké hmotnosti a nízkých výrobních nákladů.
V automobilovém průmyslu byl proces LFI poprvé použit k výrobě strukturálních a polostrukturálních panelů, jako jsou součásti střechy. Podle zpráv je střecha LFI polyuretanu sportovního vozu o 20% lehčí než ocelová střecha a více než dvakrát tak rigidní jako hliníková střecha nebo jiná střecha ze skleněných vláken. Kromě toho se kompozitní materiály LFI polyuretanu používají také v odvětví zemědělských a užitkových vozidel, jako jsou kryty traktorů, těžké panely nákladních vozidel, panely karoserie buldozerů, stojany na zavazadla autobusů atd.
V posledních letech spolupracují odborníci na kompozity ze soukromého průmyslu, armády a výzkumných institucí, aby prozkoumali, zda může být proces LFI také použit k výrobě kompozitních (CFRP) z uhlíkových vláken potřebných pro trhy s vysoce výkonnými materiály, jako je Aerospace , umožňující hromadnou výrobu za nižší náklady. Studie byla od roku 2022 financována americkým výzkumným laboratořem letectva (AFRL) a účastníky zahrnují výrobní, průmyslové technologie a energetické divize, hlavní dodavatel Lockheed Martin, výrobce vybavení Kraussmaffei a University of Dayton Research Institute (UDRI) .
Výrobní proces pro komponenty z uhlíkových vláken, které se v současné době používají v leteckém prostoru, je zdlouhavý a náročný na práci a obvykle se vyznačuje předběžným předvolbou z uhlíkových vláken, které jsou ručně umístěny na jednostranném nástroji, zabaleny a poté se valí do autoklávu po celý den léčby. Naproti tomu proces LFI je rychlý, efektivní a automatizovaný. Proces LFI nejprve nakrájel skleněné vlákno na požadovanou délku, nasekané vlákno se mísí s dvousložkovou kapalnou pryskyřicí, poté nastříkán do předehřáté otevřené formy a nakonec vyléčen pod nízkým teplem a tlakem. Celý proces je jednou z nejnižších a nejmenších metod odpadu pro výrobu kompozitních materiálů a může trvat kdekoli od několika minut do několika hodin, v závislosti na složitosti části.
Prvním důležitým problémem, kterému tým čelil, bylo degumming uhlíkového vlákna, které musí být dostatečně rozptýleno, aby bylo během míchání rovnoměrně rozptýleno v pryskyřici, a zjistili, že Zoltekovo velké uhlíkové vlákno poskytovalo nejlepší mechanické vlastnosti a degummingové vlastnosti. Vědci nejprve rozložili velké 50k svazky uhlíkových vláken do menších balíčků 2K až 3K a poté tyto svazky přehnali zpět do 50k balíčků. Když se v hlavě LFI objeví řez, snadno se rozpadne.
Výběr správné pryskyřice je také zaměřením výzkumu. Výzkumný tým použil systém Covestro polyuretanové pryskyřice, který je speciálně navržen tak, aby snížil hustotu konečného vyléčeného panelu, úpravou metody míchání tak, aby se minimalizovala nebo eliminovala potenciální obsah prázdnoty.
Pokud jde o zpracování zařízení, vědci analyzují několik proměnných včetně řezné rychlosti, délky vlákniny, poměru vlákna/polymeru, tlaku vzduchu, doba lisování, návrh plísní a teploty plísní, jedním z důležitých problémů je zpracovatelská kapacita uhlíkových vláken, zejména Čepel a buben řezacího stroje, který může získat lepší výsledky řezání po upgradu řezání čepele.
Výzkumný tým plánuje do konce roku 2025 provádět dvě demonstrace výroby souvisejících s leteckým prostorem využívajícím technologii LFI/ uhlíkových vláken. Ačkoli se v současné době používá vysoce výkonný polyuretanový pryskyřičný systém, tým upřednostňuje používat epoxidovou pryskyřici, protože nabízí lepší výkon. To by však vyžadovalo velké úpravy hardwarového systému LFI a v současné době existuje nedostatečné financování, které by tyto náklady pokryly.
Tento výzkumný projekt pro spolupráci může podpořit rozvoj celého průmyslu kompozitních materiálů. Využití inovací těchto společností v nízkonákladových kompozitních procesech by mohlo urychlit výrobce Aerospace Original Equipment (OEM), jako je Lockheed Martin, aby našli výrobní řešení pro letadlo nové generace.