A injeção de fibra longa (LFI) é um novo processo de moldagem por poliuretano desenvolvido com sucesso nos últimos anos. O processo tem as vantagens de alta automação, ciclo de moldagem curto, peso leve e baixo custo de fabricação.
Na indústria automotiva, o processo LFI foi usado pela primeira vez para fabricar painéis estruturais e semi-estruturais, como componentes do telhado. Segundo relatos, o teto de poliuretano LFI de um carro esportivo é 20% mais leve que um teto de aço e mais que duas vezes mais rígido que um teto de alumínio ou outro teto de fibra de vidro. Além disso, os materiais compósitos de poliuretano LFI também são usados na indústria de veículos agrícolas e comerciais, como tampas de trator, painéis de caminhão pesado, painéis da carroceria, bagagens de ônibus, etc.
Nos últimos anos, especialistas em compósitos da indústria privada, das instituições militares e de pesquisa têm colaboração para explorar se o processo LFI também pode ser usado para produzir peças compostas reforçadas com fibra de carbono (CFRP) necessárias para mercados de materiais de alto desempenho, como aeroespace , permitindo a produção em massa a um custo menor. O estudo é financiado pelo Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA (AFRL) desde 2022, e os participantes incluem divisões de fabricação, tecnologia industrial e energia da AFRL, contratada principal Lockheed Martin, fabricante de equipamentos Kraussmaffei e o Instituto de Pesquisa da Universidade de Dayton (UDRI) .
O processo de fabricação para componentes compostos de fibra de carbono atualmente usado no aeroespacial é demorado e intensivo em mão-de-obra, e normalmente apresenta pré-gravador de fibra de carbono sendo colocado manualmente em uma ferramenta de um lado, ensacada e depois enrolada em uma autoclave para um dia inteiro de cura. Por outro lado, o processo LFI é rápido, eficiente e automatizado. O processo LFI corta primeiro a fibra de vidro com o comprimento desejado, a fibra picada é misturada com uma resina líquida de dois componentes, depois pulverizada em um molde aberto pré-aquecido e finalmente curado sob baixo calor e pressão. Todo o processo é um dos métodos de resíduos de menor custo e menor número de resíduos para fazer materiais compósitos e pode levar de alguns minutos a algumas horas, dependendo da complexidade da peça.
O primeiro problema importante que a equipe enfrentou foi a desgosto da fibra de carbono, que deve ser dispersa o suficiente para ser dispersa uniformemente dentro da resina durante a mistura, e descobriram que a grande fibra de carbono de reboque de Zoltek forneceu as melhores propriedades mecânicas e propriedades de desgosto. Os pesquisadores terminaram os maços de 50k de 50k de fibra de carbono em feixes menores de 2k a 3k e depois retrocedem esses pacotes em feixes de 50k. Quando ocorre um corte na cabeça da LFI, eles são fáceis de se desvendar.
Selecionar a resina certa também é um foco de pesquisa. A equipe de pesquisa usou o sistema de resina de poliuretano Covestro, projetado especificamente para reduzir a densidade do painel curado final, ajustando o método de mistura para minimizar ou eliminar o conteúdo potencial de vazios.
Em termos de equipamentos de processamento, os pesquisadores estão analisando várias variáveis, incluindo velocidade de corte, comprimento da fibra, razão de fibra/polímero, pressão do ar, tempo de prensagem, design de molde e temperatura do molde, uma das questões importantes é a capacidade de processamento da fibra de carbono, especialmente A lâmina e o tambor da máquina de corte, que podem obter melhores resultados de corte após a atualização da lâmina de corte.
A equipe de pesquisa planeja realizar duas demonstrações de fabricação relacionadas aeroespaciais usando a tecnologia LFI/ fibra de carbono até o final de 2025. Embora um sistema de resina de poliuretano de alto desempenho seja usado atualmente, a equipe prefere usar resina epóxi porque oferece melhor desempenho. Mas isso exigiria grandes modificações no sistema de hardware LFI e atualmente não há financiamento suficiente para cobrir esses custos.
Este projeto de pesquisa colaborativo pode promover o desenvolvimento de toda a indústria de materiais compostos. A alavancagem das inovações dessas empresas em processos compostos de baixo custo pode acelerar os fabricantes de equipamentos originais aeroespaciais (OEMs), como a Lockheed Martin, para encontrar soluções de fabricação para aeronaves de próxima geração.