Tepex® 热塑性复合材料

Tepex® 组件的计算机辅助工程 （CAE） 对于实现较短的开发时间、经济高效的生产流程和针对负载工况优化的组件设计至关重要。在此过程中，设计特别涉及生产过程和组件的机械行为以及生产与组件特性之间的相互作用。

各向异性（即方向依赖性）是半成品在设计过程中最重要的性能。增强织物的形态导致了拉压不对称性，在通透面（层结构）方面依赖于位置，并且在制造过程中依赖于悬垂性。基质特性会产生温度，在某些情况下还会产生含水量依赖性，以及（取决于负载类型）与时间相关的蠕变。层结构在拉伸和弯曲特性之间也会产生相对较大的差异。

使用标准有限元方法和计算程序（求解器）可以非常有效地表征制造过程和组件行为，其精度和预测质量取决于所使用的基于模型的方法、基础测量数据的范围和要计算的特定方面。

为了充分预测制造过程、最终的纤维取向和组件特性直至断裂行为，我们开发了基于有限元求解器 ABAQUS 的工具，这些工具可以表征所提到的特性和影响，因此可以直接用于 Tepex® 组件的开发过程。这些有限元工具使用的材料数据是通过与方向相关的拉伸试验计算的，有时具有很高的膨胀速率，以及各种剪切和弯曲试验。

图1：三点弯曲试验 中的应力分布和变形

悬垂模拟

成型和悬垂模拟服务于两个相互独立的目标：

• 确定织物中局部纤维取向和剪切角度的分布。在机械计算中需要这些来考虑各向异性材料的行为。在项目早期的概念阶段，通常需要进行这种计算，以机械地分析此阶段的各种概念提案。因此，纤维取向的模拟必须快速、轻松地进行，并且需要尽可能少的信息关于我们目前尚不可用的模具。为此，我们使用基于有限元的计算方法，该方法可以非常快速地（大约一小时）确定给定 Tepex® 几何形状的相关毛坯和方向分布。该过程并不精确，但通常足够精确（一步悬垂）。
• 完整的悬垂过程，包括毛坯几何形状、模具几何形状、滑块、固定针、处理系统等。这里的任务是绘制流程图，在早期阶段识别任何错误，制定改进建议并评估流程可靠性。在这种情况下，纤维取向的计算在某种程度上处于背景中。如果组件几何形状基本固定并且模具数据已经可用（至少对于模具表面），但仍存在一些柔韧性，则理想情况下可以进行完整的悬垂研究。

我们的 Tepex® 组件悬垂仿真模型基于有限元求解器 ABAQUS。它考虑到这样一个事实，即基于热塑性织物的复合材料不允许塑料热成型，而是由于来自平面模具的织物剪切应变（格子效应）而被添加到组件的三维几何形状中。如果成型所需的剪切效应太大，以至于纤维锁定在一起，材料就会切换到正常方向并产生皱纹。这种效应也可以在计算模型中重现。

图 2：模型组件    中的剪切角度分布

综合仿真

我们用于 Tepex® 的复合材料模型，结合在一步悬垂过程中为组件几何形状确定的纤维方向，可以高效地预先计算组件的刚度、强度、碰撞特性和振动特性。这些工具既可用于纯 Tepex® 部件，也可用于使用嵌件成型、混合成型或流动成型生产的部件。因此，设计人员可以在计算机阶段对组件的弱点做出反应，例如使用更大的壁厚或加强肋条。

这两种工具在众多原型和系列组件的开发中都证明了它们的适用性和精度，例如前端上安全带、制动踏板、安全气囊外壳、座椅外壳和信息娱乐支架（车辆音响系统的承重结构）。

图 3：该图显示了对 Tepex® 混合组件集成仿真的主要影响

牵引装置行为模拟

我们用一种建模方法补充了 Tepex® 的成形模拟和新材料模型，该建模方法还支持在成型过程中模拟加热的 Tepex® 中的热过程。例如，该仿真模型基本上可以检查滑块下的不均匀牵引装置及其对悬垂性的反向影响，这是由温度相关的材料行为结果得出的。

由于该模拟过程需要有关加热过程和全部热条件的精确信息，并且总体上比等温方法复杂得多，因此通常仅用于分析非常具体的问题和问题。

独立设计 Tepex® 组件

在联合开发项目中，我们采用集成仿真，为客户提供组件开发支持。然而，同样重要的是，为我们的客户提供可用于在 Tepex® 中设计新应用的工具，作为他们自己的 CAE 工作流程的一部分。为此： 

• 来自e-Xstream的商业程序Digimat的材料模型已经过验证，并填充了数据。我们的客户可以将该程序与许多计算程序结合使用。使用 Digimat 解决方案需要适当的程序许可证。
• LS-Dyna的标准材料模型（MAT 58）已经确定，通过该模型可以有效地处理许多不同的设计问题。
• 为大多数 Tepex® 牌号提供了线性材料数据集，无论使用何种代码，都可以进行简单的刚度分析。

全部方法的材料参数储备不断扩大。全部情况需要保存方向分布，例如，我们的专家可以使用一步叠加过程进行计算，并可用于指定的计算模型。

整个开发链上的服务

我们的专家团队提供我们在材料、复合材料技术、模拟方法、组件测试、加工和制造方面拥有的完整专业知识。我们将这些专业知识引入到与客户的合作伙伴关系中。我们为 Tepex® 提供的服务包括：

• 协助选择材料，同时考虑组件要求
• 提供用于嵌件成型、混合成型和流动成型的定制聚合物牌号
• 材料测试，以确定材料参数，用于机械结构分析和组件设计
• 模拟 Tepex® 的成型（悬垂）
• 连续纤维复合材料组件负载优化设计的集成仿真
• 在我们的全自动生产质量演示单元中再现客户的制造过程，以确定工艺参数以及质量控制和改进
• 部件测试，如机械部件和气候变化测试

Tepex®复合材料的切割

刀片切割

• 我们提供矩形刀片切割，甚至卷对卷纵向切割。

水射流

• 对于批量生产中的混合成型，需要净形状的预切割。对于这些高度自动化的工艺，我们提供专门为客户计算的轮廓切割。非常细的水射流在 4000 bar 的压力下切割 Tepex® 有机片材。必要时可添加磨料切割砂，进一步提高切割性能。CAD 中提供了 2D 切割轮廓，包括通过巧妙地排列和嵌套零件来优化切割速度和最大限度地减少浪费。
• 磨料切割产生的切割砂和基于 PP 和 PA6 的全部边角料都是 100% 回收的。有关 Tepex® 边角料回收的更多信息，请参阅可持续发展部分。
• 我们的水射流切割系统的设计方式是尽可能减少停机时间。通过将每台机器划分为两个独立的工作区域，可以在切割一侧时设置一侧。我们还可以将几张纸叠在一起切割。这使每次切割过程的切割次数成倍增加，并使水射流切割成为一种极其有效的工艺。

Tepex® 有机片材 – 连续生产工艺

我们的 Tepex® 复合材料在连续、高度自动化的生产过程中完全或部分整合。但为什么全面整合如此重要？

• 随着固结质量的降低（空隙含量的增加），几乎全部机械特性显着下降！特别是，完全固结会成倍增加疲劳和剪切强度极限。
• 在质量方面，明确定义的全面整合使客户能够进行简单和安全的收入质量检查。半成品的具体特征与最终产品的具体特征相同。

如何实现全面整合？

• 为了完全浸渍和固结具有粘性热塑性熔体的纤维结构，必须在一定时间内施加一定的压力。这个时间很容易超过一些时长（分钟），如果只能部分固结的半成品的固结应在加热模具中完成。我们对此的回答是：我们提供完全浸渍的板材，可显着缩短零件制造的周期时间！

Tepex® 生产技术可实现最高质量和经济性

• 在Bond-Laminates，我们使用双带压机在完全连续的工艺中生产有机片材。为此，塑料和纺织品（主要是织物）从卷筒送入压榨机。在机器的第一部分，聚合物通过与双带压力机的加热钢带接触在压力下熔化。
• 在第二部分，等压压力分布确保塑料熔体流入纺织结构。熔体区的长度为材料提供了足够的时间，以确保每个单独的灯丝都涂有塑料。 
• 双带压机的第三个区域主要负责有机片材的最终质量：在这里，通过在持续压力下牵引装置材料直到其再次处于固态来校准相应的厚度。离开双带式压滤机后，将进行自动修边，并可切割项目特定的板材尺寸。

Tepex® DYNALITE 的嵌件成型

为了获得成型和返回成型的部件，Tepex® 嵌件可以在第一步中热成型，然后在另一个单独的步骤中进行返回成型或包覆成型。第二步需要再次加热瓶坯。

Tepex® DYNALITE的混合成型

混合成型为两步工艺提供了一种经济的替代方案。有机片材在注塑模具中成型并一起注塑。为了在单个步骤中生产成型零件，半成品复合板以坯料的形式提供，以接近最终轮廓。使用这种方法可以实现非常短的循环时间<60秒。

Tepex® FLOWCORE的压缩成型

具有不同壁厚的复杂部件几何形状特别适合流动成型。由于其增强纤维长度有限，Tepex® flowcore 适用于流动成型。这使得肋条和功能元素的形状成为可能。此外，流动成型还具有非常高的可重复性和较短的循环时间。

Tepex®的混合压缩成型

通过将 LFT 或 Tepex® 流芯的压缩成型与预热复合板相结合，可以生产大型、极其坚固且无变形的部件。以这种方式生产的组件的关键特性是其极高的抗冲击性。

更更轻的结构，实现更可持续的应用

对我们来说，可持续发展不仅仅意味着回收或生物基原材料，也不仅仅是为我们自己的材料确定回收方案。我们努力解决这一复杂的问题，特别是对于塑料行业而言。

通往更可持续未来的道路在很大程度上取决于有意识地和经济地利用能源和能源。轻质结构是一种非常有效的方法，可以节省材料，从而减少运动或加速所需的能源。

20 多年前，Tepex® 有机板材的开发人员开始将出色的机械特性与低密度结合在单一材料中。其结果是一个多功能的材料系列，可以根据各种要求进行定制，同时始终保持轻质结构的指导原则。

Tepex® 的机械回收

Tepex® 有机片材等热塑性基体材料在加工和服务结束时的回收方面具有许多优势。

工业废物已经存在一个实用的回收概念，主要是 Tepex® 加工的边角料，其中废物被磨碎，然后用于半成品板材的包覆成型或可用于传统的注塑成型。如今，该工艺已被用于 PP 和 PA GF 复合材料的后工业废物。纤维和基质保持未分离。作为PP-GF复合材料的一部分，对PP-GF复合材料的经济和生态进行了研究和生态评估。 ReproOrgano（英语：ReproOrgano） 项目。

可再生原材料

除了循环回收过程和提高能效外，可再生原材料还为减少温室气体排放开辟了一种有吸引力的方式，因为它们在生产过程中会结合二氧化碳。

将可再生纤维（如亚麻）与同样可再生的基质材料（如聚乳酸 （PLA））相结合，可以最大限度地减少二氧化碳 足迹，从而关于我们传统 个人电脑/GF 系统的 1/3。

加工时的能源效率

加工 Tepex® 有机片材有多种选择，具体取决于纤维增强的类型、材料厚度、纤维长度和复杂性或组件的特定要求。量身定制的加工方法在每种情况下都能提供最大的可靠性、工艺效率和能效。

对轻金属以及基于热固性和热塑性的复合材料的不同加工方法的比较清楚地表明，Tepex®允许的集成度不断提高，与相当大的工艺简化有关。各个工艺步骤之间的污染风险相应降低，特别是当消除研磨或抛光等后加工操作时。

例如，对于精心涂漆的计算机或手机的外壳部件，这一点很重要。更少的工艺步骤意味着更少的机器和设备的制造工作量，以及更好的能源平衡，因为可以消除重复的牵引装置和加热。

操作干净清扫

微塑料现在可以在世界各地的全部环境中检测到。据估计，世界海洋中的微塑料已经超过了浮游生物。在沙漠、北极、珠穆朗玛峰、农田和空气中，到处都发现了大量的微塑料。在我们的食物中也发现了塑料颗粒，如鱼、海鲜、盐和蜂蜜。

我们每个人都对此负责。环境中的大部分微塑料是由轮胎磨损和由合成纤维制成的衣服洗涤产生的。

然而，塑料加工行业也意识到自己的责任。欧洲塑料协会 - 塑料生产商协会，其来自27个成员国的100多家成员公司生产超过90%的欧洲塑料 - 已加入运营 清洁扫除 （OCS）。这是一项全球运动，旨在防止塑料颗粒在生产过程中造成的环境污染。

OCS是我们在现有环境管理证书之外，如果满足要求，我们可以获得的认证。首先，我们必须正式承诺该计划及其要求。然后工作开始了，因为我们必须批判性地审视自己，检查小颗粒塑料（颗粒/粉末）在我们的生产过程中可能最终进入环境的位置，并找到防止这种情况的机制。

恩骅力宣布的目标是在2024年底之前使全球全部工厂通过OCS审核。