長玻璃纖維增強聚氨酯注射成型（Long Fiber Injection, LFI）工藝是近年來開發(fā)成功的一種新型聚氨酯成型工藝。該工藝具有自動化程度高，成型周期短，產品輕量化和制造成本低等優(yōu)點。

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

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

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

研究團隊面臨的*重要問題是碳纖維的脫膠，碳纖維必須足夠分散，從而可以在混合過程中實現(xiàn)在樹脂內的均勻分散，他們發(fā)現(xiàn)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(guī)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，它們很容易解開。

選擇合適的樹脂也是研究中的一個關注點。研究團隊使用了Covestro聚氨酯樹脂體系，它是專門為向*終固化面板降低其密度而設計的，并通過調整混合方式以*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、纖維長度、纖維/聚合物比例、氣壓、壓制時間、模具設計和模具溫度在內的多個變量，其中一個重要問題是碳纖維的處理能力，特別是切割機的刀片和滾筒，進行了切割刀片升級后可以獲得更好的切割效果。

據(jù)悉，研究團隊計劃在2025年底前使用LFI/碳纖維技術進行兩次與航空航天相關的制造演示。盡管目前使用的是高性能的聚氨酯樹脂系統(tǒng)，但團隊更傾向于使用環(huán)氧樹脂，因為它能提供更好的性能。但這需要對LFI硬件系統(tǒng)進行重大修改，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整個復合材料行業(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。