הזרקת סיבים ארוכים (LFI) היא תהליך דפוס פוליאוריטן חדש שפותח בהצלחה בשנים האחרונות. לתהליך היתרונות של אוטומציה גבוהה, מחזור דפוס קצר, משקל קל ועלות ייצור נמוכה.
בענף הרכב, תהליך ה- LFI שימש לראשונה לייצור לוחות מבניים וחצי מבניים, כמו רכיבי גג. על פי הדיווחים, גג הפוליאוריטן LFI של מכונית ספורט הוא קל יותר ב -20% מגג פלדה ויותר פי שניים נוקשה כמו גג אלומיניום או גג פיברגלס אחר. בנוסף, חומרים מורכבים פוליאוריטן LFI משמשים גם בתעשיית הרכב החקלאי והמסחרי, כמו כיסויי טרקטור, לוחות משאיות כבדים, לוחות גוף דחפור, מתלי מזוודות באוטובוס וכו '.
בשנים האחרונות, מומחים מרוכבים מתעשייה פרטית, מוסדות הצבא והמחקר שיתפו פעולה כדי לבחון האם ניתן להשתמש בתהליך ה- LFI גם לייצור חלקים מורכבים מחוזקים סיבי פחמן (CFRP) הדרושים לשווקי חומרים בעלי ביצועים גבוהים כמו חלל אווירי אווירה. , הפעלת ייצור המוני בעלות נמוכה יותר. המחקר מומן על ידי המעבדה לחקר חיל האוויר האמריקני (AFRL) מאז 2022, והמשתתפים כוללים חלוקות ייצור, טכנולוגיה תעשייתית ואנרגיה של AFRL, הקבלן הראשי לוקהיד מרטין, יצרנית הציוד קראוסמפי והמכון לחקר אוניברסיטת דייטון (UDRI) ו
תהליך הייצור של רכיבים מורכבים של סיבי פחמן המשמשים כיום בחלל וחלל הוא ארוך ועתיר עבודה, ובדרך כלל כולל PrepReg של סיבי פחמן שמונחים ידנית על כלי חד צדדי, שקית ואז מגולגלת לחיטוי אוטומטי ליום שלם של ריפוי. לעומת זאת, תהליך ה- LFI מהיר, יעיל ואוטומטי. תהליך ה- LFI חותך תחילה את סיבי הזכוכית באורך הרצוי, הסיב הקצוץ מעורבב עם שרף נוזלי דו-רכיבי, ואז מרוסס לתבנית פתוחה מחוממת מראש, ולבסוף נרפא מתחת לחום ולחץ נמוך. התהליך כולו הוא אחת משיטות הפסולת הנמוכות ביותר, מעטות לייצור חומרים מורכבים ויכולים לקחת בין כמה דקות למספר שעות, תלוי במורכבות החלק.
הבעיה החשובה הראשונה שעומדת בפני הצוות הייתה דבקה של סיבי הפחמן, אשר יש לפזר מספיק כדי להתפזר באופן אחיד בתוך השרף במהלך הערבוב, והם גילו כי סיבי הפחמן הגדולים של זולטק סיפקו את התכונות המכניות הטובות ביותר ותכונות הדם. החוקרים פירקו לראשונה חבילות גדולות של 50K של סיבי פחמן לחבילות קטנות יותר של 2K עד 3K, ואז חזרו מחדש את הצרורות הללו לחבילות 50K. כאשר מתרחש חתך בראש LFI, קל להתפרק.
בחירת השרף הנכון היא גם מוקד המחקר. צוות המחקר השתמש במערכת השרף של קובסטרו פוליאוריטן, שתוכננה באופן ספציפי כדי להפחית את צפיפות הפאנל המרפא הסופי, על ידי התאמת שיטת הערבוב למזעור או ביטול תוכן חלל פוטנציאלי.
מבחינת ציוד העיבוד, החוקרים מנתחים מספר משתנים הכוללים מהירות חיתוך, אורך סיבים, יחס סיבים/פולימר, לחץ אוויר, זמן לחיצה, תכנון עובש וטמפרטורת עובש, אחד הנושאים החשובים הוא יכולת העיבוד של סיבי פחמן, במיוחד הלהב והתוף של מכונת החיתוך, שיכולים להשיג תוצאות חיתוך טובות יותר לאחר שדרוג להב החיתוך.
צוות המחקר מתכנן לערוך שתי הפגנות ייצור הקשורות לאווירה בטכנולוגיית סיבי LFI/ פחמן בסוף 2025. למרות שמשתמשים כיום במערכת שרף פוליאוריתן בעלת ביצועים גבוהים, הצוות מעדיף להשתמש בשרף אפוקסי מכיוון שהוא מציע ביצועים טובים יותר. אך הדבר ידרוש שינויים גדולים במערכת החומרה של LFI, וכיום אין מספיק מימון בכדי לכסות עלויות אלה.
פרויקט מחקר שיתופי זה יכול לקדם את פיתוח כל ענף החומרים המורכבים. מינוף החידושים של חברות אלה בתהליכים מורכבים בעלות נמוכה עלול להאיץ את יצרני הציוד המקורי האווירי (יצרני ציוד מקורי), כמו לוקהיד מרטין, כדי למצוא פתרונות ייצור למטוסים מהדור הבא.