Lange vezelinjectie (LFI) is een nieuw polyurethaangietproces dat de afgelopen jaren met succes is ontwikkeld. Het proces heeft de voordelen van hoge automatisering, korte vormcyclus, lichtgewicht en lage productiekosten.
In de auto-industrie werd het LFI-proces eerst gebruikt om structurele en semi-structurele panelen te produceren, zoals dakcomponenten. Volgens rapporten is het LFI -polyurethaan dak van een sportwagen 20% lichter dan een stalen dak en meer dan twee keer zo stijf als een aluminium dak of ander fiberglas dak. Bovendien worden LFI -polyurethaancomposietmaterialen ook gebruikt in de industrie van de landbouw- en bedrijfsvoertuigen, zoals tractorafdekkingen, zware vrachtwagenpanelen, bulldozer carrosseriepanelen, bus bagagerekken, enz.
In de afgelopen jaren hebben composieten-experts uit de particuliere industrie, het leger en onderzoeksinstellingen samengewerkt om te onderzoeken of het LFI-proces ook kan worden gebruikt om koolstofvezelversterkte composiet (CFRP) onderdelen te produceren die nodig zijn voor materialenmarkten zoals Aerospace zoals Aerospace , het mogelijk maken van massaproductie tegen lagere kosten. De studie is sinds 2022 gefinancierd door het US Air Force Research Laboratory (AFRL) en deelnemers zijn onder meer de productie van AFRL, industriële technologie en energiedivisies, prime -aannemer Lockheed Martin, apparatuurfabrikant Kraussmaffei en het University of Dayton Research Institute (Udri) .
Het productieproces voor componenten van koolstofvezelcomponenten die momenteel in de ruimtevaart worden gebruikt, is langdurig en arbeidsintensief, en heeft meestal dat koolstofvezel prepreg handmatig op een enkelzijdig gereedschap wordt geplaatst, zakken en vervolgens in een autoclaaf wordt gerold voor een volledige dag uitharden. Het LFI -proces is daarentegen snel, efficiënt en geautomatiseerd. Het LFI-proces snijdt eerst de glasvezel naar de gewenste lengte, de gehakte vezel wordt gemengd met een tweecomponenten vloeibare hars, vervolgens gespoten in een voorverwarmde open mal en uiteindelijk uitgehard onder laag vuur en druk. Het hele proces is een van de goedkoopste, minst afvalmethoden om samengestelde materialen te maken en kan een paar minuten tot enkele uren duren, afhankelijk van de complexiteit van het onderdeel.
Het eerste belangrijke probleem waarmee het team werd geconfronteerd, was het ontbinden van de koolstofvezel, die voldoende moet worden verspreid om uniform te worden verspreid in de hars tijdens het mengen, en ze ontdekten dat Zoltek's grote sleepkoolstofvezel de beste mechanische eigenschappen en ontbindende eigenschappen bood. De onderzoekers braken eerst grote 50k bundels koolstofvezel in kleinere 2K tot 3K -bundels en stromen deze bundels terug in 50K -bundels. Wanneer een snede plaatsvindt in de LFI -kop, zijn ze gemakkelijk te ontrafelen.
Het selecteren van de rechterhars is ook een focus van onderzoek. Het onderzoeksteam gebruikte het Covestro -polyurethaanharssysteem, dat specifiek is ontworpen om de dichtheid van het uiteindelijke genezen paneel te verminderen, door de mengmethode aan te passen om potentiële ongeldige inhoud te minimaliseren of te elimineren.
In termen van verwerkingsapparatuur analyseren de onderzoekers verschillende variabelen, waaronder snijsnelheid, vezellengte, vezel/polymeerverhouding, luchtdruk, druktijd, schimmelontwerp en schimmeltemperatuur, een van de belangrijke problemen is de verwerkingscapaciteit van koolstofvezel, vooral Het mes en de trommel van de snijmachine, die na de upgrade van het snijblad betere snijresultaten kunnen verkrijgen.
Het onderzoeksteam is van plan om twee ruimtevaartgerelateerde productiedemonstraties uit te voeren met behulp van LFI/ koolstofvezeltechnologie tegen het einde van 2025. Hoewel een krachtige polyurethaanharssysteem momenteel wordt gebruikt, wordt het team liever Epoxy Resin gebruikt omdat het betere prestaties biedt. Maar dit zou belangrijke wijzigingen in het LFI -hardwaresysteem vereisen, en er is momenteel onvoldoende financiering om deze kosten te dekken.
Dit samenwerkingsonderzoeksproject kan de ontwikkeling van de gehele composietmaterialenindustrie bevorderen. Door gebruik te maken van de innovaties van deze bedrijven in goedkope composietprocessen zou de fabrikanten van originele apparatuur (OEM's), zoals Lockheed Martin, kunnen versnellen om productieoplossingen voor vliegtuigen van de volgende generatie te vinden.