LFI (Long Fiber Injection)는 최근 몇 년 동안 성공적으로 개발 된 새로운 폴리 우레탄 성형 공정입니다. 이 프로세스는 높은 자동화, 짧은 성형주기, 경량 및 낮은 제조 비용의 장점이 있습니다.
자동차 산업에서 LFI 공정은 먼저 지붕 구성 요소와 같은 구조 및 반 구조 패널을 제조하는 데 사용되었습니다. 보고서에 따르면, 스포츠카의 LFI 폴리 우레탄 지붕은 강철 지붕보다 20% 가벼우 며 알루미늄 지붕 또는 기타 유리 섬유 지붕보다 두 배 이상 강합니다. 또한 LFI 폴리 우레탄 복합 재료는 트랙터 커버, 중장비 패널, 불도저 바디 패널, 버스 수하물 랙 등과 같은 농업 및 상업용 차량 산업에서도 사용됩니다.
최근 몇 년 동안 민간 산업, 군사 및 연구 기관의 복합 전문가들은 LFI 프로세스를 사용하여 항공 우주와 같은 고성능 재료 시장에 필요한 탄소 섬유 강화 복합 (CFRP) 부품을 생산할 수 있는지 여부를 조사하고 있습니다. , 저렴한 비용으로 대량 생산을 가능하게합니다. 이 연구는 2022 년부터 미국 공군 연구소 (AFRL)에 의해 자금을 지원했으며 참가자들은 AFRL의 제조, 산업 기술 및 에너지 부문, 프라임 계약자 록히드 마틴, 장비 제조업체 인 Kraussmaffei 및 University of Dayton Research Institute (UDRI)를 포함합니다. .
항공 우주에서 현재 사용되는 탄소 섬유 복합 성분의 제조 공정은 길고 노동 집약적이며 일반적으로 탄소 섬유 Prepreg가 단일 도구에 수동으로 배치 된 다음 하루 종일 경화를 위해 오토 클레이브에 롤링하는 것을 특징으로합니다. 대조적으로, LFI 프로세스는 빠르고 효율적이며 자동화됩니다. LFI 공정은 먼저 유리 섬유를 원하는 길이로 절단하고, 다진 섬유는 2 성분 액체 수지와 혼합 한 다음, 예열 된 개방형 금형에 분무 한 다음 마침내 낮은 열 및 압력 하에서 경화시킨다. 전체 프로세스는 복합 재료를 만드는 데 가장 저렴하고 가장 적은 폐기물 방법 중 하나이며 부품의 복잡성에 따라 몇 분에서 몇 시간이 걸릴 수 있습니다.
팀이 직면 한 첫 번째 중요한 문제는 탄소 섬유의 배설물로 혼합하는 동안 수지 내에 균일하게 분산 될 정도로 분산되어야하며 Zoltek의 큰 견인 탄소 섬유는 최고의 기계적 특성과 gumming 특성을 제공한다는 것을 발견했습니다. 연구원들은 먼저 큰 50k 번의 탄소 섬유를 더 작은 2k ~ 3k 번들로 분해 한 다음이 번들을 다시 50k 번들로 다시 wound습니다. LFI 헤드에서 컷이 발생하면 쉽게 풀릴 수 있습니다.
올바른 수지를 선택하는 것도 연구의 초점입니다. 연구팀은 Covestro 폴리 우레탄 수지 시스템을 사용했는데,이 시스템은 잠재적 공극 함량을 최소화하거나 제거하기 위해 혼합 방법을 조정함으로써 최종 경화 패널의 밀도를 줄이기 위해 특별히 설계되었습니다.
가공 장비 측면에서, 연구원들은 절단 속도, 섬유 길이, 섬유/중합체 비율, 공기압, 프레스 시간, 곰팡이 설계 및 곰팡이 온도를 포함한 여러 변수를 분석하고 있습니다. 중요한 문제 중 하나는 특히 탄소 섬유의 가공 용량입니다. 절단 기계의 블레이드와 드럼은 절단 블레이드 업그레이드 후 더 나은 절단 결과를 얻을 수 있습니다.
연구팀은 2025 년 말까지 LFI/ Carbon Fiber 기술을 사용하여 2 개의 항공 우주 관련 제조 시연을 수행 할 계획입니다. 현재 고성능 폴리 우레탄 수지 시스템이 사용되고 있지만 팀은 더 나은 성능을 제공하기 때문에 에폭시 수지를 사용하는 것을 선호합니다. 그러나이를 위해서는 LFI 하드웨어 시스템을 주요 수정해야하며 현재 이러한 비용을 충당하기에 자금이 부족합니다.
이 협업 연구 프로젝트는 전체 복합 재료 산업의 개발을 촉진 할 수 있습니다. 저비용 복합 프로세스에서 이러한 회사의 혁신을 활용하면 Lockheed Martin과 같은 항공 우주 원본 장비 제조업체 (OEM)를 가속화하여 차세대 항공기를위한 제조 솔루션을 찾을 수 있습니다.