Длинная инъекция волокна (LFI) - это новый процесс литья полиуретанового литья, успешно разработанный в последние годы. Процесс имеет преимущества высокой автоматизации, короткого цикла литья, легкого веса и низкой стоимости производства.
В автомобильной промышленности процесс LFI впервые использовался для производства структурных и полуструктурных панелей, таких как компоненты крыши. Согласно сообщениям, полиуретановая крыша LFI на спортивном автомобиле на 20% легче стальной крыши и более чем в два раза выше, чем алюминиевая крыша или другая крыша из стекловолокна. Кроме того, в сельскохозяйственной и коммерческой промышленности, таких как трактора, полиуретановые материалы также используются в сельскохозяйственной и коммерческой транспортных средствах, таких как крышки для тракторов, панели с тяжелыми грузовиками, бульдозерные панели, автобусные багажные стойки и т. Д.
В последние годы эксперты по композитам из частной промышленности, военных и исследовательских учреждений сотрудничали, чтобы изучить, можно ли также использовать процесс LFI для производства углеродных волоконных составных (CFRP) деталей, необходимых для рынков высокопроизводительных материалов, таких как Aerospace , обеспечивает массовое производство по более низкой цене. Исследование финансировалось исследовательской лабораторией ВВС США (AFRL) с 2022 года, а участники включают в себя производственные, промышленные технологии и энергетические подразделения AFRL, основной подрядчик Lockheed Martin, производитель оборудования Kraussmaffei и Научно -исследовательский институт Дейтонского университета (UDRI). Полем
Процесс производства композитных компонентов из углеродного волокна, используемых в настоящее время в аэрокосмической промышленности, является длительным и трудоемким, и, как правило, представляет собой препреги из углеродного волокна вручную на одностороннем инструменте, в мешках, а затем переворачивается в автоклав для целого дня отверждения. Напротив, процесс LFI является быстрым, эффективным и автоматизированным. Процесс LFI сначала обрезает стеклянное волокно до желаемой длины, нарезанное волокно смешивается с двухкомпонентной жидкой смолой, затем опрыскивается в предварительно нагретую открытую форму и, наконец, отверждается при низком теплом и давлении. Весь процесс является одним из самых дешевых, наименьших методов отходов для изготовления композитных материалов и может занять от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от сложности детали.
Первой важной проблемой, с которой столкнулась команда, было дегуммирование углеродного волокна, которое должно быть достаточно рассеяно, чтобы быть равномерно рассеянным в смоле во время перемешивания, и они обнаружили, что крупное углеродное волокно Золтека обеспечило лучшие механические свойства и дегуммирующие свойства. Исследователи сначала разбили большие 50 -километровые пачки углеродного волокна на более мелкие пакеты от 2к до 3K, а затем перенесли эти пачки обратно в 50 -километровые пучки. Когда в голове LFI происходит срез, их легко разгадать.
Выбор правильной смолы также является фокусом исследований. Исследовательская группа использовала систему полиуретановой смолы Covestro, которая специально предназначена для снижения плотности окончательной отвержденной панели путем настройки метода смешивания, чтобы минимизировать или устранить потенциальное содержание пустоты.
Что касается обработки оборудования, исследователи анализируют несколько переменных, включая скорость резания, длину волокна, соотношение волокна/полимера, давление воздуха, время насущного, конструкцию плесени и температуру плесени, одной из важных проблем является обработка углеродного волокна, особенно Лезвие и барабан режущей машины, которые могут получить лучшие результаты резки после обновления лопасти.
Исследовательская группа планирует провести две аэрокосмические демонстрации производства с использованием технологии LFI/ углеродного волокна к концу 2025 года. Хотя в настоящее время используется высокоэффективная система полиуретановой смолы, команда предпочитает использовать эпоксидную смолу, потому что она обеспечивает лучшую производительность. Но это потребует серьезных модификаций аппаратной системы LFI, и в настоящее время недостаточно финансирования для покрытия этих затрат.
Этот совместный исследовательский проект может способствовать развитию всей индустрии составных материалов. Использование инноваций этих компаний в недорогих композитных процессах может ускорить производителей аэрокосмического оригинального оборудования (OEM-производителей), таких как Lockheed Martin, чтобы найти производственные решения для самолетов следующего поколения.