Tepex® 열가소성 복합재

Tepex® 구성품의 CAE(Computer-Aided Engineering)는 짧은 개발 시간, 비용 효율적인 생산 공정 및 로드 케이스에 최적화된 구성품 설계를 달성하는 데 필수적입니다. 이 과정에서 설계는 특히 생산 공정과 구성 요소의 기계적 거동, 생산과 구성 요소 속성 간의 상호 작용과 관련이 있습니다.

이방성(즉, 방향성 의존성)은 설계 과정에서 반제품의 가장 중요한 속성 입니다. 보강 직물의 형태는 장력 압축 비대칭, 관통면(층 구조) 측면에서 위치에 대한 의존성 및 제조 공정의 경우 드레이프성을 발생시킵니다. 매트릭스 속성 (matrix attributes)은 온도 및 경우에 따라 수분 함량 의존성을 발생시킬뿐만 아니라 하중 유형에 따라 시간 의존적 인 크립 (prip)을 발생시킵니다. 레이어 구조는 또한 인장와 굴곡 속성 사이에 상대적으로 큰 차이를 생성합니다.

표준 FE 방법 및 계산 프로그램(솔버)을 사용하여 제조 공정과 구성 요소 동작을 매우 효과적으로 특성화할 수 있으며, 사용된 모델 기반 접근 방식, 기본 측정 데이터의 범위 및 계산할 특정 측면에 따라 정밀도 및 예측 품질 등을 제공할 수 있습니다.

제조 공정, 결과 섬유 배향 및 부품 속성을 파괴 거동에 이르기까지 충분히 예측하기 위해 언급된 속성 및 영향을 특성화하여 Tepex® 구성 요소의 개발 프로세스에 직접 사용할 수 있는 FE 솔버 ABAQUS를 기반으로 도구를 개발했습니다. 이러한 FE 공구는 방향 종속 인장 시험(때로는 높은 팽창 속도)과 다양한 전단 및 굴곡 시험을 사용하여 계산된 소재 데이터를 사용합니다.

그림 1: 3점 굴곡 시험 에서의 응력 분포 및 변형

드레이핑 시뮬레이션

성형 및 드레이핑 시뮬레이션은 서로 독립적인 두 가지 목적을 제공합니다.

• 직물에서 국부 섬유 배향과 전단 각도의 분포를 결정합니다. 이들은 이방성 소재 거동을 고려하기 위해 기계적 계산에 필요합니다. 이 계산은 프로젝트 초기에 개념 단계에서 다양한 개념 제안을 기계적으로 분석하기 위해 종종 필요합니다. 따라서 섬유 배향 시뮬레이션은 빠르고 쉽게 수행되어야 하며 현재 사용할 수 없는 금형에 대한 약 정보를 가능한 한 적게 필요로 합니다. 이를 위해 주어진 Tepex® 형상에 대한 관련 블랭크 및 방향 분포를 매우 빠르게(약 1시간) 결정하는 FE 기반 계산 방법을 사용합니다. 공정은 정확하지 않지만 일반적으로 충분히 정확합니다(원스텝 드레이핑).
• 블랭크 형상, 금형 형상, 슬라이드, 고정 바늘, 핸들링 시스템 등을 고려한 드레이핑 공정의 완전한 표현 여기서 임무는 프로세스를 매핑하고, 초기 단계에서 오류를 식별하고, 개선을 위한 제안 사항을 개발하고, 프로세스 신뢰성을 평가하는 것입니다. 이 경우 섬유 배향의 계산은 다소 배경에 있습니다. 구성요소 형상이 기본적으로 고정되어 있고 금형 데이터를 이미 사용할 수 있지만(적어도 금형 표면의 경우) 일부 유연성 기능이 여전히 존재하는 경우 완전한 드레이핑 연구를 수행하는 것이 이상적입니다.

Tepex® 구성품의 드레이핑을 위한 시뮬레이션 모델은 FE 솔버 ABAQUS를 기반으로 합니다. 열가소성 직물 기반 복합재는 플라스틱 열 성형을 허용하지 않고 대신 평면 금형에서 직물 전단 변형의 결과로 구성 요소의 3차원 형상에 추가된다는 사실을 고려합니다(격자 효과). 성형에 필요한 전단 효과가 너무 커서 섬유가 서로 고정되면 소재 방향이 정상 방향으로 전환되어 주름이 생깁니다. 이 효과는 계산 모델에서도 재현할 수 있습니다.

그림 2: 모형 부품    의 전단 각도 분포

통합 시뮬레이션

Tepex®용 복합 소재 모델은 원스텝 드레이핑 공정에서 부품 형상에 대해 결정된 섬유 배향과 결합되어 부품의 강성, 강도, 충돌 속성 및 진동 특성을 매우 효과적으로 사전 계산할 수 있습니다. 이 공구는 순수 Tepex® 부품과 인서트 몰딩, 하이브리드 몰딩 또는 플로우 몰딩을 사용하여 생산된 부품 모두에 사용할 수 있습니다. 따라서 설계자는 컴퓨터 단계에서 구성 요소의 약점에 대응할 수 있습니다(예: 더 큰 벽 두께 사용 또는 보강 리브 사용).

두 툴 모두 프론트 엔드 상부 벨트, 브레이크 페달, 에어백 하우징, 시트 쉘 및 인포테인먼트 브래킷(차량 사운드 시스템의 하중 지지 구조)과 같은 수많은 프로토타입 및 시리즈 구성 요소의 개발에서 적합성과 정밀도를 입증했습니다.

그림 3: 그림은 Tepex® 하이브리드 부품의 통합 시뮬레이션에 대한 주요 영향을 보여줍니다.

냉각 거동 시뮬레이션

성형 시뮬레이션과 Tepex®의 새로운 소재 모델을 성형 중 가열된 Tepex®의 열 공정 시뮬레이션도 지원하는 모델링 접근 방식으로 보완했습니다. 이 시뮬레이션 모델은 기본적으로 예를 들어 슬라이드 아래의 고르지 않은 냉각과 온도에 따른 소재 거동에서 결과 드랩성에 대한 역효과를 검사할 수 있습니다.

이 시뮬레이션 프로세스는 가열 공정 및 모두 열 조건에 대한 정확한 정보가 필요하고 등온 접근 방식보다 전반적으로 훨씬 더 복잡하기 때문에 일반적으로 매우 구체적인 질문과 문제를 분석하는 데만 사용됩니다.

Tepex® 구성 요소를 독립적으로 설계

공동 개발 프로젝트에서는 고객에게 구성 요소 개발을 지원하기 위해 통합 시뮬레이션을 사용합니다. 그러나 고객이 자체 CAE 워크플로의 일부로 Tepex®에서 새로운 애플리케이션을 설계하는 데 사용할 수 있는 도구를 제공하는 것도 중요합니다. 이를 위해 다음을 수행합니다. 

• e-Xstream의 상용 프로그램인 Digimat에 대해 소재 모델이 검증되었으며 데이터가 채워졌습니다. 고객은 이 프로그램을 여러 계산 프로그램과 함께 사용할 수 있습니다. Digimat 솔루션을 사용하려면 적절한 프로그램 라이선스가 필요합니다.
• LS-Dyna(MAT 58)의 표준 소재 모델이 확인되어 다양한 설계 문제를 효과적으로 처리할 수 있습니다.
• 사용된 코드에 관계없이 간단한 강성 해석을 가능하게 하는 선형 소재 데이터 세트가 대부분의 Tepex® 등급에 제공되었습니다.

모두 방법에 대해 소재 매개변수의 확장된 예비를 사용할 수 있습니다. 모두 사례에는 방향 분포가 필요하며, 예를 들어 전문가가 원스텝 드레이핑 프로세스를 사용하여 계산하고 지정된 계산 모델에 사용할 수 있도록 저장할 수 있습니다.

전체 개발 체인에 따른 서비스

당사의 전문가 팀은 재료, 복합 기술, 시뮬레이션 방법, 부품 테스트, 가공 및 제조와 관련하여 당사가 보유한 완벽한 노하우를 제공합니다. 우리는 이러한 전문 지식을 고객과의 파트너십에 도입합니다. Tepex® 서비스는 다음과 같습니다.

• 재료 선택, 구성 요소 요구 사항 고려 지원
• 인서트 몰딩, 하이브리드 몰딩 및 플로우 몰딩을 위한 맞춤형 폴리머 등급 제공
• 기계적 구조 분석 및 구성 요소 설계를 위한 소재 매개변수를 결정하기 위한 재료 테스트
• Tepex® 성형(드레이핑) 시뮬레이션
• 연속 섬유 복합 구성 요소의 부하 최적화 설계를 위한 통합 시뮬레이션
• 완전히 자동화된 생산 품질 데모 셀에서 고객의 제조 프로세스를 재현하여 공정 매개변수를 결정하고 품질 관리 및 개선을 수행합니다.
• 기계적 부품 및 기후 변화 테스트와 같은 구성 요소 테스트

Tepex® 복합재 절단

블레이드 절단

• 우리는 직사각형 모양의 블레이드 절단 또는 롤투롤(roll-to-roll) 세로 절단을 제공합니다.

워터젯

• 대량 생산의 하이브리드 성형을 위해서는 그물 모양의 사전 절단이 필요합니다. 이러한 고도로 자동화된 공정의 경우 고객을 위해 특별히 계산된 윤곽 절단을 제공합니다. 매우 미세한 물 분사가 4000bar의 압력에서 Tepex® 오가노 시트를 절단합니다. 절단 성능을 더욱 향상시키기 위해 필요한 경우 연마 절단 모래를 추가할 수 있습니다. CAD에서 2D 절단 윤곽을 제공하며, 절단 속도를 최적화하고 부품을 영리하게 배치하고 배열하여 낭비를 최소화합니다.
• 연마 절단으로 인한 절단 모래와 PP 및 PA6 기반 모두 절단은 모두 100% 재활용됩니다. Tepex® 오프컷 재활용에 대한 자세한 내용은 지속 가능성 섹션에서 확인할 수 있습니다.
• 당사의 워터젯 절단 시스템은 가동 중지 시간을 최소화하도록 설계되었습니다. 각 기계를 두 개의 독립적인 작업 영역으로 나누어 한 쪽을 설정하고 다른 쪽을 절단할 수 있습니다. 우리는 또한 여러 장을 서로 겹쳐서 자를 수 있습니다. 이는 절삭 패스당 절삭 횟수를 배가시키고 워터젯 절삭을 매우 효과적인 공정으로 만듭니다.

Tepex® ORGANO 시트 – 연속 생산 공정

당사의 Tepex® 복합재는 연속적이고 고도로 자동화된 생산 공정에서 완전히 또는 부분적으로 통합됩니다. 그러나 완전한 통합이 왜 그렇게 중요할까요?

• 통합 품질이 낮을수록(공극 함량 증가) 거의 모두 기계적 특성이 크게 떨어집니다! 특히 완전 통합은 피로 및 전단 강도 한도를 기하급수적으로 증가시킵니다.
• 품질 측면에서 잘 정의된 전체 통합을 통해 고객은 쉽고 안전한 소득 품질 검사를 수행할 수 있습니다. 반제품의 특정 특성은 최종 제품 특성과 동일합니다.

완전한 통합에 도달하는 방법은 무엇입니까?

• 점성이 있는 열가소성 용융물로 섬유 구조를 완전히 함침시키고 통합하려면 일정 시간 동안 특정 압력을 가해야 합니다. 이 시간은 부분적으로만 통합된 반제품 제품의 통합이 가열된 금형에서 수행되어야 하는 경우 몇 분 정도를 쉽게 초과할 수 있습니다. 이에 대한 우리의 대답: 우리는 부품 제작을 위한 사이클 시간을 크게 단축하는 완전 함침 시트를 제공합니다!

품질 및 경제성 극대화를 위한 Tepex® 생산 기술

• Bond-Laminates에서는 이중 벨트 프레스를 사용하여 완전 연속 공정에서 유기 시트를 생산합니다. 이를 위해 플라스틱 및 직물(대부분 직물)이 롤에서 프레스로 공급됩니다. 기계의 첫 번째 섹션에서 폴리머 는 이중 벨트 프레스의 가열 된 강철 벨트와 접촉하여 압력 하에서 용융됩니다.
• 두 번째 섹션에서는 등압 압력 분포를 통해 플라스틱 용융물이 섬유 구조로 흘러 들어가도록 합니다. 용융 영역의 길이는 각 개별 필라멘트가 플라스틱로 코팅되도록 소재에 충분한 시간을 제공합니다. 
• 이중 벨트 프레스의 세 번째 영역은 주로 유기 시트의 최종 품질을 담당합니다: 여기서, 해당 두께는 다시 한 번 고체 상태가 될 때까지 지속적인 압력 하에서 소재 냉각하여 보정됩니다. 이중 벨트 프레스를 떠난 후 자동 모서리 트리밍이 수행되고 프로젝트별 시트 치수를 절단할 수 있습니다.

Tepex® DYNALITE의 인서트 몰딩

성형 및 뒤로 성형된 부품을 얻기 위해 Tepex® 인서트는 첫 번째 단계에서 열성형되고 다른 별도의 단계에서 뒤로 성형 또는 오버몰딩될 수 있습니다. 두 번째 단계에서는 프리폼을 다시 가열해야 합니다.

Tepex® DYNALITE의 하이브리드 성형

하이브리드 성형은 2단계 공정에 대한 경제적인 대안을 제공합니다. 유기 시트가 형성되어 사출 금형에 함께 주입됩니다. 성형 부품을 한 번에 생산하기 위해 반제품 복합 시트는 최종 윤곽에 가까운 블랭크로 제공됩니다. 이 방법으로 매우 짧은 사이클 시간<60초)을 달성할 수 있습니다.

Tepex® FLOWCORE의 압축 성형

벽 두께가 다른 복잡한 부품 형상은 유동 성형에 특히 적합합니다. 유한한 섬유 길이로 보강되기 때문에 Tepex® flowcore는 플로우 몰딩에 적합합니다. 이를 통해 리브와 기능적 요소를 형성할 수 있습니다. 또한 유동 성형은 매우 높은 재현성과 짧은 사이클 시간이 특징입니다.

Tepex®의 하이브리드 압축 성형

LFT 또는 Tepex® 플로우코어의 압축 성형을 예열된 복합 시트와 결합함으로써 크고 매우 강하며 왜곡이 없는 부품을 생산할 수 있습니다. 이러한 방식으로 생산된 부품의 주요 특징은 매우 높은 충격 저항성입니다.

보다 지속 가능한 응용 분야를 위한 더 가벼운 구조

우리에게 지속 가능성 그 이상은 재활용 또는 바이오기반 원료 그 이상을 의미하며, 또한 우리 자신의 재료에 대한 재활용 옵션을 식별하는 것 이상을 의미합니다. 우리는 이 복잡한 문제, 특히 플라스틱 산업 전체를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.

보다 지속 가능한 미래로 가는 길은 대부분 자원과 에너지 사용의 의식적이고 경제적인 사용에 기반을 두고 있습니다. 경량 구조는 재료를 절약하고 이동 또는 가속에 필요한 에너지 절감에 매우 효과적인 방법입니다.

20여 년 전, Tepex® 유기 시트 개발자들은 우수한 기계적 속성과 낮은 밀도을 단일 소재에 결합하기 시작했습니다. 그 결과 경량 구조의 기본 원칙에 항상 초점을 맞추면서 광범위한 요구 사항에 맞게 조정할 수 있는 다용도 재료 제품군이 탄생했습니다.

Tepex®의 기계적 재활용

Tepex® 오가노 시트와 같은 열가소성 매트릭스 재료는 서비스 종료 시 가공 및 재활용 모두에서 많은 이점을 제공합니다.

산업 폐기물에 대한 실용적인 재활용 개념은 이미 존재하며, 주로 폐기물을 분쇄한 다음 반제품 시트를 오버몰딩하는 데 사용하거나 기존 사출 성형에 사용할 수 있는 Tepex® 가공의 자투리를 다듬습니다. 이미 오늘날 이 공정은 PP 및 PA GF 복합재 산업 폐기물에 사용되고 있습니다. 섬유와 매트릭스는 분리되지 않은 상태로 남아 있습니다. 이 공정은 PP-GF 복합재에 대해 경제적으로나 생태학적으로 조사 및 평가되었습니다. 리프로오가노(ReproOrgano) 프로젝트.

재생 가능한 원료

재활용 및 에너지 효율성 향상의 순환 프로세스 외에도 재생 가능한 원료는 생산 과정에서 이산화탄소와 결합하여 온실 가스 배출을 줄이는 매력적인 방법을 제공합니다.

아마와 같은 재생 가능한 섬유를 폴리락트산(PLA)과 같은 똑같이 재생 가능한 매트릭스 소재 결합하면 기존 PC/GF 시스템의 약 1/3로 발생하는 CO2 발자국을 최대한 줄일 수 있습니다.

가공 중 에너지 효율

가공 Tepex® 유기 시트에는 섬유 보강재의 유형, 소재 두께, 섬유 길이 및 복잡성 또는 구성 요소의 특정 요구 사항에 따라 다양한 옵션이 있습니다. 맞춤형 가공 방법은 각 경우에 최대의 신뢰성, 공정 효율성 및 에너지 효율성을 제공합니다.

열경화성 및 열가소성 기반 복합 재료뿐만 아니라 경금속에 대한 다양한 가공 방법을 비교하면 Tepex®에서 허용하는 통합 정도가 증가하는 것이 상당한 공정 간소화와 관련이 있음을 분명히 알 수 있습니다. 개별 공정 단계 간의 오염 위험은 특히 연삭 또는 연마와 같은 가공 후 작업이 제거될 때 감소합니다.

예를 들어, 정교하게 도색된 컴퓨터나 휴대폰의 하우징 부품에 중요합니다. 공정 단계가 적다는 것은 기계 및 장비의 제조 노력이 적다는 것을 의미하며, 반복적인 냉각 및 가열을 제거할 수 있기 때문에 에너지 균형이 개선됩니다.

클린 스윕 작업

미세 플라스틱은 이제 전 세계 모두 환경에서 검출 할 수 있습니다. 전 세계 바다에는 이미 플랑크톤보다 더 많은 미세 플라스틱이 있는 것으로 추정됩니다. 사막, 북극, 에베레스트 산, 농지, 공기 등 상당한 양의 미세 플라스틱이 이미 모든 곳에서 발견되었습니다. 플라스틱 입자는 생선, 해산물, 소금 및 꿀과 같은 식품에서도 발견되었습니다.

이에 대한 책임은 우리 모두에게 있습니다. 환경에 있는 미세 플라스틱의 대부분은 합성 섬유로 만든 타이어 마모 및 세탁 의류에 의해 생성됩니다.

그러나 플라스틱 가공 산업도 책임을 인식하고 있습니다. 27개 회원국의 100개 이상의 회원사가 유럽 플라스틱의 90% 이상을 생산하는 플라스틱 생산자 협회인 플라스틱 유럽(Plastics Europe)이 오퍼레이션(Operation )에 합류했습니다Cleansweep (OCS)입니다. 이것은 플라스틱 펠릿 생산으로 인한 환경 오염을 방지하기 위한 글로벌 캠페인입니다.

OCS는 요구사항을 충족할 경우 기존 환경경영인증서 외에 추가로 취득할 수 있는 인증입니다. 먼저 프로그램과 요구 사항을 공식적으로 약속해야 합니다. 그런 다음 우리 자신을 비판적으로 면밀히 조사하고 생산 공정에서 작은 입자 플라스틱(과립/분말)이 잠재적으로 환경에 도달할 수 있는 위치를 확인하고 이를 방지하는 메커니즘을 찾아야 하기 때문에 작업이 시작됩니다.

Envalior의 선언된 목표는 2024년 말까지 전 세계 모두 사이트가 OCS 감사를 통과하는 것입니다.