Pikkkiudude sissepritse (LFI) on uus polüuretaanvormimisprotsess, mis on viimastel aastatel edukalt välja töötatud. Protsessil on kõrge automatiseerimise, lühikese vormi tsükli, kerge ja madala tootmiskulude eelised.
Autotööstuses kasutati LFI-protsessi kõigepealt konstruktsiooni- ja poolstruktuuriliste paneelide, näiteks katusekomponentide valmistamiseks. Aruannete kohaselt on sportauto LFI polüuretaankatus 20% heledam kui terasest katus ja rohkem kui kaks korda jäik kui alumiiniumist katus või muu klaaskiudkatus. Lisaks kasutatakse põllumajandus- ja tarbesõidukite tööstuses ka LFI polüuretaankomposiitmaterjale, näiteks traktori katteid, raskeveokite paneele, buldooseri kere paneele, bussipakiraamides jne.
Viimastel aastatel on komposiitide eksperdid erasektori, sõjaväe ja teadusasutustelt teinud koostööd, et uurida, kas LFI protsessi saab kasutada ka süsinikkiust tugevdatud komposiitide (CFRP) osade tootmiseks, mis on vajalikud suure jõudlusega materjalide turgudel, näiteks kosmoseturgudel , võimaldades masstootmist madalamate kuludega. Uuringut on rahastanud USA õhuväe teaduslabor (AFRL) alates 2022. aastast ning osalejate hulka kuuluvad AFRL -i tootmis-, tööstustehnoloogia ja energiajaotused, peatöövõtja Lockheed Martin, seadmete tootja Kraussmaffei ja Daytoni ülikooli teadusinstituut (UDRI) (UDRI) (UDRI). .
Praegu praegu lennunduses kasutatavate süsinikkiudude komposiitkomponentide tootmisprotsess on pikk ja töömahukas ning tavaliselt on süsinikkiust valmistamine käsitsi paigutatud ühepoolsele tööriistale, pakitakse ja seejärel veeretatakse autoklaaviks terveks päevaks. Seevastu LFI protsess on kiire, tõhus ja automatiseeritud. LFI-protsess lõikab esmalt klaaskiud soovitud pikkuseni, hakitud kiud segatakse kahekomponendilise vedela vaiguga, pihustatakse seejärel eelsoojendatud avatud vormiks ja ravitakse lõpuks madala kuumuse ja rõhu all. Kogu protsess on üks madalaimaid ja väiksemaid jäätmemeetodeid komposiitmaterjalide valmistamiseks ja võib võtta sõltuvalt osa keerukusest mõne minuti kuni mõne tunni.
Esimene oluline probleem, millega meeskond silmitsi seisis, oli süsinikkiud, mis peab olema piisavalt hajutatud, et segunemise ajal vaigust ühtlaselt hajutada, ja nad leidsid, et Zolteki suur pukseerimissüsinikkiud pakkusid parimaid mehaanilisi omadusi ja degmoseerimisomadusi. Teadlased purustasid kõigepealt suured 50K kimbud süsinikkiust väiksemateks 2K kuni 3K kimpudeks ja lükkasid need kimbud tagasi 50 000 kimpu. Kui LFI peas toimub lõik, on neid lihtne lahti harutada.
Õige vaigu valimine on ka uurimistöö fookus. Uurimisrühm kasutas Covestro polüuretaani vaigusüsteemi, mis on spetsiaalselt loodud lõpliku kõvenenud paneeli tiheduse vähendamiseks, kohandades segamismeetodit, et minimeerida või kõrvaldada potentsiaalse tühimiku sisalduse.
Töötlemisseadmete osas analüüsivad teadlased mitmeid muutujaid, sealhulgas lõikekiirus, kiudaine pikkus, kiudaine/polümeeri suhe, õhurõhk, pressimisaeg, hallituse kujundamine ja hallituse temperatuur, üks olulisi probleeme on süsinikkiu töötlemisvõime, eriti eriti Lõikamismasina tera ja trummel, mis võib pärast lõiketera versiooniuuendust paremaid lõiketulemusi saada.
Uurimisrühm plaanib läbi viia kaks kosmosega seotud tootmisnäitamist, kasutades 2025. aasta lõpuks LFI/ süsinikkiust tehnoloogiat. Ehkki praegu kasutatakse suure jõudlusega polüuretaanvaigusüsteemi, eelistab meeskond kasutada epoksüvaiku, kuna see pakub paremat jõudlust. Kuid see nõuaks LFI riistvarasüsteemi suuri muudatusi ja nende kulude katmiseks pole praegu piisavalt rahalisi vahendeid.
See koostööprojekt võib edendada kogu komposiitmaterjalide tööstuse arengut. Nende ettevõtete uuenduste kasutamine odavates komposiitprotsessides võib kiirendada kosmose originaalvarustuse tootjaid, näiteks Lockheed Martin, et leida järgmise põlvkonna lennukite tootmislahendusi.