Long Fibre Iniection (LFI) è un nuovo processo di stampaggio in poliuretano sviluppato con successo negli ultimi anni. Il processo presenta i vantaggi dell'elevata automazione, del ciclo di stampaggio corto, del peso leggero e dei bassi costi di produzione.
Nel settore automobilistico, il processo LFI è stato utilizzato per la prima volta per produrre pannelli strutturali e semi-strutturali, come i componenti del tetto. Secondo i rapporti, il tetto in poliuretano LFI di un'auto sportiva è più leggera del 20% rispetto a un tetto in acciaio e più del doppio più rigido di un tetto in alluminio o altro tetto in fibra di vetro. Inoltre, i materiali compositi in poliuretano LFI vengono utilizzati anche nell'industria dei veicoli agricoli e commerciali, come coperture per trattori, pannelli di camion pesanti, pannelli del bulldozer, portapacchi per autobus, ecc.
Negli ultimi anni, esperti compositi dell'industria privata, dei militari e degli istituti di ricerca hanno collaborato per esplorare se il processo LFI può essere utilizzato anche per produrre parti composite con fibra di carbonio (CFRP) necessarie per mercati dei materiali ad alte prestazioni come aerospaziale come aerospaziale , consentendo la produzione di massa a un costo inferiore. Lo studio è stato finanziato dal US Air Force Research Laboratory (AFRL) dal 2022 e i partecipanti includono la produzione, la tecnologia industriale e l'energia di AFRL, l'appaltatore principale Lockheed Martin, il produttore delle attrezzature Kraussmaffei e l'Università di Dayton Research Institute (UDRI) .
Il processo di produzione per i componenti compositi in fibra di carbonio attualmente utilizzato in aerospace è lungo e ad alta intensità di manodopera e in genere presenta una pre -preg in fibra di carbonio che viene posizionata manualmente su uno strumento singolo, insaccato e quindi arrotolato in un'autoclave per un'intera giornata di indurimento. Al contrario, il processo LFI è rapido, efficiente e automatizzato. Il processo LFI taglia prima la fibra di vetro alla lunghezza desiderata, la fibra tritata viene miscelata con una resina liquida a due componenti, quindi spruzzata in uno stampo aperto preriscaldato e infine curata a fuoco basso e pressione. L'intero processo è uno dei metodi di rifiuti più bassi e costi per creare materiali compositi e può richiedere da pochi minuti a poche ore, a seconda della complessità della parte.
Il primo importante problema che la squadra affrontò fu il degime della fibra di carbonio, che doveva essere abbastanza dispersa per essere uniformemente dispersa all'interno della resina durante la miscelazione e scoprivano che la grande fibra di carbonio di Zoltek ha fornito le migliori proprietà meccaniche e le proprietà degumi. I ricercatori hanno lasciato per la prima volta grandi fasci da 50k di fibra di carbonio in piccoli bundle da 2K a 3K, e poi rielaborano questi pacchetti in fasci di 50k. Quando si verifica un taglio nella testa LFI, sono facili da svelare.
La selezione della resina giusta è anche al centro della ricerca. Il team di ricerca ha utilizzato il sistema di resina in poliuretano Covestro, che è specificamente progettato per ridurre la densità del pannello cure finale, regolando il metodo di miscelazione per ridurre al minimo o eliminare il potenziale contenuto di vuoti.
In termini di apparecchiature di elaborazione, i ricercatori stanno analizzando diverse variabili tra cui il taglio della velocità, della lunghezza delle fibre, del rapporto fibra/polimero, della pressione dell'aria, del tempo di pressione, della progettazione dello stampo e della temperatura dello stampo, uno dei problemi importanti è la capacità di elaborazione della fibra di carbonio, in particolare La lama e il tamburo della macchina da taglio, che possono ottenere risultati di taglio migliori dopo l'aggiornamento della lama di taglio.
Il team di ricerca prevede di condurre due dimostrazioni di produzione aerospaziali utilizzando la tecnologia LFI/ Carbon Fibre entro la fine del 2025. Sebbene attualmente venga utilizzato un sistema di resina in poliuretano ad alte prestazioni, il team preferisce utilizzare la resina epossidica perché offre prestazioni migliori. Ma ciò richiederebbe importanti modifiche al sistema hardware LFI e attualmente non vi sono finanziamenti sufficienti per coprire questi costi.
Questo progetto di ricerca collaborativa può promuovere lo sviluppo dell'intero settore dei materiali compositi. Sfruttare le innovazioni di queste aziende nei processi compositi a basso costo potrebbe accelerare i produttori di attrezzature originali aerospaziali (OEMS), come Lockheed Martin, per trovare soluzioni di produzione per gli aerei di prossima generazione.