Suntikan Serat Panjang (LFI) adalah proses pencetakan poliuretana baru yang berjaya dibangunkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Proses ini mempunyai kelebihan automasi tinggi, kitaran pencetakan pendek, berat ringan dan kos pembuatan yang rendah.
Dalam industri automotif, proses LFI mula-mula digunakan untuk mengeluarkan panel struktur dan separa struktur, seperti komponen bumbung. Menurut laporan, bumbung poliuretana LFI kereta sukan adalah 20% lebih ringan daripada bumbung keluli dan lebih daripada dua kali lebih tegar sebagai bumbung aluminium atau bumbung gentian kaca lain. Di samping itu, bahan komposit poliuretana LFI juga digunakan dalam industri kenderaan pertanian dan komersial, seperti penutup traktor, panel trak berat, panel badan jentolak, rak bagasi bas, dll.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pakar-pakar komposit dari industri swasta, tentera, dan institusi penyelidikan telah bekerjasama untuk meneroka sama ada proses LFI juga boleh digunakan untuk menghasilkan bahagian komposit bertetulang serat karbon (CFRP) yang diperlukan untuk pasaran bahan berprestasi tinggi seperti aeroangkasa , membolehkan pengeluaran besar -besaran pada kos yang lebih rendah. Kajian ini telah dibiayai oleh Makmal Penyelidikan Tentera Udara AS (AFRL) sejak 2022, dan peserta termasuk pembuatan AFRL, teknologi perindustrian, dan bahagian tenaga, kontraktor utama Lockheed Martin, pengeluar peralatan Kraussmaffei, dan Institut Penyelidikan Universiti Dayton (UDRI) .
Proses pembuatan komponen komposit serat karbon yang kini digunakan dalam aeroangkasa adalah panjang dan intensif buruh, dan biasanya mempunyai prepreg serat karbon yang diletakkan secara manual pada alat satu sisi, dibungkus, dan kemudian dilancarkan ke dalam autoklaf untuk hari penuh menyembuhkan. Sebaliknya, proses LFI adalah pantas, cekap dan automatik. Proses LFI pertama memotong serat kaca ke panjang yang dikehendaki, serat cincang dicampur dengan resin cecair dua komponen, kemudian disembur ke dalam acuan terbuka yang dipanaskan, dan akhirnya sembuh di bawah haba dan tekanan yang rendah. Seluruh proses adalah salah satu kaedah sisa paling rendah, paling sedikit untuk membuat bahan komposit dan boleh mengambil masa mana saja dari beberapa minit hingga beberapa jam, bergantung kepada kerumitan bahagian.
Masalah penting pertama yang dihadapi oleh pasukan adalah degumming serat karbon, yang mesti disebarkan cukup untuk disebarkan secara seragam dalam resin semasa pencampuran, dan mereka mendapati bahawa serat karbon besar Zoltek menyediakan sifat mekanikal yang terbaik dan sifat degumming. Para penyelidik mula -mula memecahkan serat karbon 50k besar ke dalam 2k hingga 3k berkas yang lebih kecil, dan kemudian mengulang semula bundle ini kembali ke dalam bundle 50k. Apabila potongan berlaku di kepala LFI, mereka mudah dibongkar.
Memilih resin yang betul juga merupakan tumpuan penyelidikan. Pasukan penyelidikan menggunakan sistem resin poliuretana Covestro, yang direka khusus untuk mengurangkan ketumpatan panel yang disembuhkan akhir, dengan menyesuaikan kaedah pencampuran untuk meminimumkan atau menghapuskan kandungan kekosongan yang berpotensi.
Dari segi peralatan pemprosesan, penyelidik menganalisis beberapa pembolehubah termasuk kelajuan pemotongan, panjang serat, nisbah serat/polimer, tekanan udara, masa menekan, reka bentuk acuan dan suhu acuan, salah satu isu penting ialah kapasiti pemprosesan serat karbon, terutamanya Bilah dan dram mesin pemotong, yang boleh mendapatkan hasil pemotongan yang lebih baik selepas peningkatan bilah pemotongan.
Pasukan penyelidikan merancang untuk menjalankan dua demonstrasi pembuatan berkaitan aeroangkasa menggunakan teknologi serat LFI/ karbon menjelang akhir tahun 2025. Walaupun sistem resin poliuretana berprestasi tinggi kini digunakan, pasukan lebih suka menggunakan resin epoksi kerana ia menawarkan prestasi yang lebih baik. Tetapi ini memerlukan pengubahsuaian utama kepada sistem perkakasan LFI, dan kini terdapat pembiayaan yang tidak mencukupi untuk menampung kos ini.
Projek penyelidikan kolaboratif ini boleh menggalakkan pembangunan keseluruhan industri bahan komposit. Memanfaatkan inovasi syarikat-syarikat ini dalam proses komposit kos rendah dapat mempercepatkan pengeluar peralatan asal aeroangkasa (OEM), seperti Lockheed Martin, untuk mencari penyelesaian pembuatan untuk pesawat generasi akan datang.