長い繊維注入（LFI）は、近年に成功した新しいポリウレタン成形プロセスです。このプロセスには、自動化が高い、短い成形サイクル、軽量、および製造コストが低いという利点があります。
自動車業界では、LFIプロセスを最初に使用して、屋根コンポーネントなどの構造的および半構造的なパネルを製造しました。報告によると、スポーツカーのLFIポリウレタンの屋根は、鋼鉄の屋根よりも20％軽く、アルミニウムの屋根や他のグラスファイバー屋根の2倍以上です。さらに、LFIポリウレタン複合材料は、トラクターカバー、重いトラックパネル、ブルドーザーボディパネル、バス荷物ラックなど、農業および商用車産業でも使用されます。
近年、民間産業、軍事、および研究機関の複合材料の専門家は、LFIプロセスを使用して、航空宇宙などの高性能材料市場に必要な炭素繊維強化複合材料（CFRP）部品を生産できるかどうかを調査するために協力してきました。 、低コストで大量生産を可能にします。この研究は、2022年以来、米国空軍研究所（AFRL）によって資金提供されており、参加者にはAFRLの製造、産業技術、エネルギー部門、プライム請負業者のロッキードマーティン、機器メーカーのクラウスマフェイ、デイトン研究所（UDRI）が含まれます。 。
現在航空宇宙で使用されている炭素繊維複合コンポーネントの製造プロセスは、長くて労働集約的であり、通常、カーボンファイバープリプレグが片面ツールに手動で配置され、袋詰めされ、1日の硬化のためにオートクレーブに巻き込まれます。対照的に、LFIプロセスは高速で効率的で自動化されています。 LFIプロセスは最初にガラス繊維を希望の長さに合わせて、刻んだ繊維を2成分の液体樹脂と混合し、次に予熱した開いた型に噴霧し、最終的に低熱と圧力で硬化します。プロセス全体は、複合材料を作成するための最も低いコストで最も少ない廃棄物方法の1つであり、部品の複雑さに応じて、数分から数時間のどこかにかかることがあります。
チームが直面した最初の重要な問題は、混合中に樹脂内に均一に分散するのに十分なほど分散する必要があり、Zoltekの大きな牽引繊維が最良の機械的特性と脱ガミング特性を提供することを発見しました。研究者たちは、最初に大量の50Kバンドルの炭素繊維を小さな2Kから3Kバンドルに分割し、次にこれらのバンドルを50Kバンドルに戻しました。 LFIヘッドでカットが発生すると、簡単に解くことができます。
適切な樹脂を選択することも研究の焦点です。研究チームは、潜在的なボイド含有量を最小化または排除するために混合方法を調整することにより、最終硬化パネルの密度を低下させるように特別に設計されたコベストロポリウレタン樹脂システムを使用しました。
加工機器の観点から、研究者は、切断速度、繊維長、繊維/ポリマー比、空気圧、プレス時間、カビの設計、カビの温度など、いくつかの変数を分析しています。重要な問題の1つは、特に炭素繊維の処理能力です。切断機の刃とドラムは、切断ブレードのアップグレード後により良い切断結果を得ることができます。
研究チームは、2025年末までにLFI/炭素繊維技術を使用して2つの航空宇宙関連の製造デモンストレーションを実施する予定です。現在、高性能ポリウレタン樹脂システムが使用されていますが、チームはより良いパフォーマンスを提供するため、エポキシ樹脂を使用することを好みます。しかし、これにはLFIハードウェアシステムの大幅な変更が必要であり、現在、これらのコストをカバーするために資金が不十分です。
この共同研究プロジェクトは、複合材料産業全体の開発を促進することができます。低コストの複合プロセスにおけるこれらの企業の革新を活用すると、航空宇宙のオリジナル機器メーカー（OEM）がロッキードマーティンなどの製造ソリューションを見つけることができます。