長(cháng)玻璃纖維增強聚氨酯注射成型（Long Fiber Injection, LFI）工藝是近年來(lái)開(kāi)發(fā)成功的一種新型聚氨酯成型工藝。該工藝具有自動(dòng)化程度高，成型周期短，產(chǎn)品輕量化和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

在汽車(chē)行業(yè)中，LFI工藝首先被用于制造結構和半結構板材，如車(chē)頂組件。據報道，一輛跑車(chē)的LFI聚氨酯車(chē)頂，比鋼制車(chē)頂輕20%，剛度比鋁車(chē)頂或其他玻璃鋼車(chē)頂高一倍多。此外，LFI聚氨酯復合材料也在農用和商業(yè)車(chē)行業(yè)得到應用，例如拖拉機罩、重卡板材、推土機外車(chē)身板、公共汽車(chē)行李架等。

近年來(lái)，來(lái)自私營(yíng)企業(yè)、軍隊和研究機構的復合材料專(zhuān)家正在合作，探索LFI工藝是否也能用于生產(chǎn)航空航天等高性能材料市場(chǎng)所需的碳纖維增強復合材料（CFRP）部件，從而以較低成本大規模生產(chǎn)。該研究自2022年起由美國空軍研究實(shí)驗室（AFRL）資助，參與者包括AFRL的制造、工業(yè)技術(shù)和能源部門(mén)，主承包商洛克希德·馬丁公司，設備制造商KraussMaffei以及代頓大學(xué)研究所（UDRI）。

目前用于航空航天的碳纖維復合材料部件制造過(guò)程漫長(cháng)且勞動(dòng)密集，其特點(diǎn)通常是將碳纖維預浸料手動(dòng)放置在單面工具上，裝袋，然后卷進(jìn)高壓釜進(jìn)行一整天的固化。相比之下，LFI工藝快速、高效且自動(dòng)化。LFI工藝首先將玻璃纖維切割至所需長(cháng)度，切碎的纖維與雙組分液體樹(shù)脂混合，然后噴涂到預熱的開(kāi)放模具中，*后在低熱低壓條件下固化。整個(gè)過(guò)程是成本*低、廢料*少的復合材料制造方法之一，需要幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)不等，具體取決于零件的復雜性。

研究團隊面臨的*重要問(wèn)題是碳纖維的脫膠，碳纖維必須足夠分散，從而可以在混合過(guò)程中實(shí)現在樹(shù)脂內的均勻分散，他們發(fā)現Zoltek公司大絲束碳纖維可以提供*佳的機械性能和脫膠特性。研究人員首先將50K規格大絲束碳纖維分解成更小的2K到3K絲束，然后將這些絲束重新卷回50K絲束。當LFI頭部發(fā)生切割時(shí)，它們很容易解開(kāi)。

選擇合適的樹(shù)脂也是研究中的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。研究團隊使用了Covestro聚氨酯樹(shù)脂體系，它是專(zhuān)門(mén)為向*終固化面板降低其密度而設計的，并通過(guò)調整混合方式以*小化或消除潛在的空隙含量。

在加工設備方面，研究人員正在分析包括切割速度、纖維長(cháng)度、纖維/聚合物比例、氣壓、壓制時(shí)間、模具設計和模具溫度在內的多個(gè)變量，其中一個(gè)重要問(wèn)題是碳纖維的處理能力，特別是切割機的刀片和滾筒，進(jìn)行了切割刀片升級后可以獲得更好的切割效果。

據悉，研究團隊計劃在2025年底前使用LFI/碳纖維技術(shù)進(jìn)行兩次與航空航天相關(guān)的制造演示。盡管目前使用的是高性能的聚氨酯樹(shù)脂系統，但團隊更傾向于使用環(huán)氧樹(shù)脂，因為它能提供更好的性能。但這需要對LFI硬件系統進(jìn)行重大修改，目前資金不足以覆蓋這些成本。

該項合作研究項目可以促進(jìn)整個(gè)復合材料行業(yè)的發(fā)展。利用這些公司在低成本復合材料工藝方面的創(chuàng )新，可以加速航空航天原始設備制造商（如洛克希德·馬�。┱业较乱淮�飛行器的制造解決方案。