تزریق فیبر طولانی (LFI) یک فرآیند جدید قالب بندی پلی اورتان است که در سالهای اخیر با موفقیت توسعه یافته است. این فرایند مزایای اتوماسیون بالا ، چرخه قالب گیری کوتاه ، وزن سبک و هزینه تولید کم را دارد.
در صنعت خودرو ، فرآیند LFI برای اولین بار برای تولید پانل های ساختاری و نیمه ساختاری مانند اجزای سقف مورد استفاده قرار گرفت. براساس گزارش ها ، سقف پلی اورتان LFI یک ماشین اسپرت 20 ٪ سبک تر از یک سقف فولادی و بیش از دو برابر سفت و سخت به عنوان یک سقف آلومینیومی یا سایر سقف فایبرگلاس است. علاوه بر این ، مواد کامپوزیت پلی اورتان LFI نیز در صنعت وسایل نقلیه کشاورزی و تجاری مانند پوشش تراکتور ، پانل های کامیون سنگین ، پانل های بدنه بولدوزر ، قفسه های چمدان اتوبوس و غیره استفاده می شود.
در سالهای اخیر ، کارشناسان کامپوزیت از صنعت خصوصی ، ارتش و مؤسسات تحقیقاتی برای بررسی اینکه آیا فرآیند LFI همچنین می تواند برای تولید قطعات کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) مورد نیاز برای بازارهای با کارایی بالا مانند هوافضا استفاده شود ، همکاری می کنند. ، امکان تولید انبوه با هزینه کمتری. این مطالعه از سال 2022 توسط آزمایشگاه تحقیقات نیروی هوایی ایالات متحده (AFRL) تأمین شده است ، و شرکت کنندگان شامل بخش تولید ، فناوری صنعتی و بخش های انرژی AFRL ، لاکهید مارتین ، پیمانکار اصلی ، تولید کننده تجهیزات Kraussmaffei و موسسه تحقیقات دانشگاه Dayton (UDRI) است. بشر
فرآیند تولید اجزای کامپوزیت فیبر کربن که در حال حاضر در هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند طولانی و پر کار است و به طور معمول از قبل فیبر کربن که به صورت دستی روی یک ابزار یک طرفه قرار می گیرد ، بسته بندی می شود ، و سپس برای یک روز کامل پخت در یک اتوکلاو قرار می گیرد. در مقابل ، فرآیند LFI سریع ، کارآمد و خودکار است. فرآیند LFI ابتدا فیبر شیشه ای را به طول مورد نظر برش می دهد ، فیبر خرد شده با یک رزین مایع دو جزء مخلوط می شود ، سپس درون یک قالب باز از قبل گرم شده پاشیده می شود و در نهایت تحت حرارت و فشار کم درمان می شود. کل فرآیند یکی از کمترین هزینه ها و کمترین روش های زباله برای تهیه مواد کامپوزیت است و بسته به پیچیدگی قسمت ، می تواند از چند دقیقه تا چند ساعت در هر جایی طول بکشد.
اولین مشکل مهمی که تیم با آن روبرو شد ، ایجاد فیبر کربن بود که باید به اندازه کافی پراکنده شود تا در هنگام مخلوط کردن به طور یکنواخت در رزین پراکنده شود ، و آنها دریافتند که فیبر کربن بزرگ زولتک بهترین خواص مکانیکی و خصوصیات Degumming را ارائه می دهد. محققان ابتدا بسته های بزرگ 50K فیبر کربن را به بسته های کوچکتر 2K تا 3K تقسیم کردند و سپس این بسته ها را دوباره به بسته های 50k بازگرداندند. هنگامی که یک برش در سر LFI رخ می دهد ، آشکار شدن آنها آسان است.
انتخاب رزین مناسب نیز تمرکز تحقیق است. تیم تحقیقاتی با تنظیم روش اختلاط برای به حداقل رساندن یا از بین بردن محتوای بالقوه خالی ، از سیستم رزین پلی اورتان Covestro استفاده کرد که به طور خاص برای کاهش تراکم پانل درمان شده نهایی طراحی شده است.
از نظر تجهیزات پردازش ، محققان در حال تجزیه و تحلیل چندین متغیر از جمله سرعت برش ، طول فیبر ، نسبت فیبر/پلیمر ، فشار هوا ، زمان فشار ، طراحی قالب و دمای قالب هستند ، یکی از موارد مهم ، ظرفیت پردازش فیبر کربن است ، به ویژه تیغه و طبل دستگاه برش ، که می تواند نتایج برش بهتری را پس از به روزرسانی تیغه برش بدست آورد.
تیم تحقیقاتی قصد دارد تا پایان سال 2025 دو تظاهرات تولیدی مرتبط با هوافضا را با استفاده از فناوری فیبر LFI/ کربن انجام دهد. اگرچه در حال حاضر از یک سیستم رزین پلی اورتان با کارایی بالا استفاده می شود ، اما این تیم ترجیح می دهد از رزین اپوکسی استفاده کند زیرا عملکرد بهتری دارد. اما این امر به اصلاحات اساسی در سیستم سخت افزاری LFI نیاز دارد و در حال حاضر بودجه کافی برای تأمین این هزینه ها وجود ندارد.
این پروژه تحقیقاتی مشترک می تواند توسعه کل صنعت مواد کامپوزیت را ارتقا بخشد. استفاده از نوآوری های این شرکت ها در فرآیندهای کامپوزیت کم هزینه می تواند تولید کنندگان تجهیزات اصلی هوافضا (OEM) مانند لاکهید مارتین را تسریع کند تا راه حل های تولیدی برای هواپیماهای نسل بعدی پیدا کند.