Mae chwistrelliad ffibr hir (LFI) yn broses fowldio polywrethan newydd a ddatblygwyd yn llwyddiannus yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Mae gan y broses fanteision awtomeiddio uchel, cylch mowldio byr, pwysau ysgafn a chost gweithgynhyrchu isel.
Yn y diwydiant modurol, defnyddiwyd y broses LFI gyntaf i gynhyrchu paneli strwythurol a lled-strwythurol, fel cydrannau to. Yn ôl adroddiadau, mae to polywrethan LFI car chwaraeon 20% yn ysgafnach na tho dur a mwy na dwywaith mor anhyblyg â tho alwminiwm neu do gwydr ffibr arall. Yn ogystal, defnyddir deunyddiau cyfansawdd polywrethan LFI hefyd yn y diwydiant cerbydau amaethyddol a masnachol, megis gorchuddion tractor, paneli tryciau trwm, paneli corff tarw bur, raciau bagiau bysiau, ac ati.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae arbenigwyr cyfansoddion o ddiwydiant preifat, y milwrol, a sefydliadau ymchwil wedi bod yn cydweithredu i archwilio a ellir defnyddio'r broses LFI hefyd i gynhyrchu rhannau cyfansawdd (CFRP) a atgyfnerthwyd gan ffibr carbon sydd eu hangen ar gyfer marchnadoedd deunyddiau perfformiad uchel fel Awyrofod , Galluogi cynhyrchu màs am gost is. Ariannwyd yr astudiaeth gan Labordy Ymchwil Llu Awyr yr UD (AFRL) er 2022, ac mae'r cyfranogwyr yn cynnwys is -adrannau gweithgynhyrchu, technoleg ddiwydiannol ac ynni AFRL, y prif gontractwr Lockheed Martin, y gwneuthurwr offer Kraussmaffei, a Sefydliad Ymchwil Prifysgol Dayton (Udri) .
Mae'r broses weithgynhyrchu ar gyfer cydrannau cyfansawdd ffibr carbon a ddefnyddir ar hyn o bryd mewn awyrofod yn hir ac yn llafur-ddwys, ac yn nodweddiadol mae'n cynnwys prepreg ffibr carbon yn cael eu gosod â llaw ar offeryn un ochr, ei fagio, ac yna ei rolio i mewn i awtoclaf am ddiwrnod llawn o halltu. Mewn cyferbyniad, mae'r broses LFI yn gyflym, yn effeithlon ac yn awtomataidd. Yn gyntaf, mae'r broses LFI yn torri'r ffibr gwydr i'r hyd a ddymunir, mae'r ffibr wedi'i dorri yn gymysg â resin hylif dwy gydran, yna ei chwistrellu i fowld agored wedi'i gynhesu ymlaen llaw, a'i wella o'r diwedd o dan wres a gwasgedd isel. Mae'r broses gyfan yn un o'r dulliau gwastraff cost isaf, lleiaf ar gyfer gwneud deunyddiau cyfansawdd a gall gymryd unrhyw le o ychydig funudau i ychydig oriau, yn dibynnu ar gymhlethdod y rhan.
Y broblem bwysig gyntaf yr oedd y tîm yn ei hwynebu oedd degumming y ffibr carbon, y mae'n rhaid ei wasgaru'n ddigonol i gael ei wasgaru'n unffurf o fewn y resin wrth gymysgu, a chanfuwyd bod ffibr carbon tynnu mawr Zoltek yn darparu'r priodweddau mecanyddol gorau a'r priodweddau degumming. Yn gyntaf, torrodd yr ymchwilwyr fwndeli 50k mawr o ffibr carbon i mewn i fwndeli llai 2K i 3K, ac yna ailddirwyn y bwndeli hyn yn ôl i fwndeli 50k. Pan fydd toriad yn digwydd yn y pen LFI, maent yn hawdd eu datrys.
Mae dewis y resin iawn hefyd yn ganolbwynt ymchwil. Defnyddiodd y tîm ymchwil system resin Polywrethan Covestro, sydd wedi'i gynllunio'n benodol i leihau dwysedd y panel wedi'i halltu terfynol, trwy addasu'r dull cymysgu i leihau neu ddileu cynnwys gwagle posibl.
O ran offer prosesu, mae'r ymchwilwyr yn dadansoddi sawl newidyn gan gynnwys cyflymder torri, hyd ffibr, cymhareb ffibr/polymer, pwysedd aer, amser pwyso, dyluniad llwydni a thymheredd mowld, un o'r materion pwysig yw gallu prosesu ffibr carbon, yn enwedig Llafn a drwm y peiriant torri, a all gael canlyniadau torri gwell ar ôl uwchraddio'r llafn torri.
Mae'r tîm ymchwil yn bwriadu cynnal dau arddangosiad gweithgynhyrchu sy'n gysylltiedig ag awyrofod gan ddefnyddio technoleg LFI/ ffibr carbon erbyn diwedd 2025. Er bod system resin polywrethan perfformiad uchel yn cael ei defnyddio ar hyn o bryd, mae'n well gan y tîm ddefnyddio resin epocsi oherwydd ei fod yn cynnig gwell perfformiad. Ond byddai hyn yn gofyn am addasiadau mawr i system caledwedd LFI, ac ar hyn o bryd nid oes cyllid digonol i dalu'r costau hyn.
Gall y prosiect ymchwil cydweithredol hwn hyrwyddo datblygiad y diwydiant deunyddiau cyfansawdd cyfan. Gallai trosoli arloesiadau'r cwmnïau hyn mewn prosesau cyfansawdd cost isel gyflymu gweithgynhyrchwyr offer gwreiddiol o'r awyrofod (OEMs), fel Lockheed Martin, i ddod o hyd i atebion gweithgynhyrchu ar gyfer awyrennau'r genhedlaeth nesaf.