2020年3月25日——特殊化学品公司朗盛的Tepex连续纤维增强热塑性复合材料在许多领域中都拥有巨大的应用潜力，包括轻质结构安全部件。作为技术展示而研发的儿童座椅头枕，通过颗粒泡沫复合注塑(PCIM)工艺制造而成，充分展现了这种材料的技术优势和应用前景。“与商业化生产的其他部件相比，由Tepex制成的嵌件有效减轻头枕重量达30%，确保优异的防撞性能的同时简化生产工艺。”朗盛高性能材料(HPM)业务部Tepex汽车集团轻质结构专家Klaus Vonberg博士介绍道。Tepex由位于德国布里隆的朗盛子公司Bond-Laminates GmbH研发制造。

使用带有转向板的注塑工具，通过单工艺操作制造出嵌件，并反向注入短玻璃纤维增强聚丙烯化合物，以整合用于头枕、靠背等的支撑结构。照片：Chemnitz理工大学结构照明和塑料加工教授

作为技术展示而研发的儿童座椅头枕，通过颗粒泡沫复合注塑工艺制造而成。与商业化生产的其他部件相比，由Tepex制成的嵌件有效减轻头枕重量达30%，同时确保优异的防撞性能。

政府资助项目

这款技术展示产品是德国联邦经济和能源部资助的一项跨国研究项目的成果，该项目作为扶持中小企业中央创新计划的一部分。该项目的参与方包括开姆尼茨工业大学轻质结构与聚合物技术学院(SLK)、图林根州奥恩伦德的Polycomb GmbH以及波兰Szarlejka的儿童座椅制造商Avionaut(该公司生产的儿童座椅作为参照产品)。

高效生产工艺

为了制造头枕，项目合作伙伴在PCIM的基础上开发了一种替代生产工艺。为了在各个位置加固头枕同时减轻重量，他们采用了由Tepex dynalite 104-FG290(4)/47%制成的定制嵌件，这种聚丙烯基复合材料通过两层连续玻璃纤维粗纱进行加固。使用带有转向板的注塑工具，通过(一步法)工艺制造出嵌件，并反向注入短玻璃纤维增强聚丙烯化合物，将头枕、靠背等的支撑结构加以整合。然后，使用基于发泡聚丙烯(EPP)的颗粒泡沫在第二种工具中对预制嵌件进行反向发泡。

零件数量从六个减至一个

相比之下，目前多数头枕使用多个独立部件进行批量生产。由长玻璃纤维增强聚丙烯制成支撑结构，再用四个聚丙烯支承销与单独发泡的EPP部件组装在一起。“高度集成的新生产工艺不仅比以前的工艺更节能，而且还能直接生产出成品部件。由此可将零件总数从六个减少到一个，从而降低物流方面的生产成本和所需的机器费用，”开姆尼茨工业大学科学助理兼ZIM项目负责人Norbert Schramm介绍道。当前的玻璃纤维头枕部件可减重约26%，而且仍有进一步的减重潜力。Schramm表示：“如果在复合材料半成品和注塑材料中使用碳纤维的增强材料，则组装件的重量将减少近30%。”

紧密合作

项目合作伙伴的开发重点和任务各不相同。例如，SLK负责挑选材料，分析复合附着力，设计结构并进行拓扑优化;Polycomb的职责包括展示产品的开发和设计、原型生产以及系统概念优化;Avionaut则负责分析载荷分布，研究设计结构，并在实际碰撞测试中检测头枕和整个座椅的撞击性能;而朗盛则帮助项目合作伙伴挑选材料，协助完成了混合成型工艺开发等任务。

应用潜力巨大，包括其他组装件

朗盛预见了Tepex材料和新生产工艺的广阔应用前景，例如婴儿背带、靠背和扶手，采用全新复杂座椅概念的自动驾驶汽车座椅壳，以及穿梭巴士、VIP巴士和家庭巴士的舒适座椅壳。轻质座椅对电动汽车尤为有益。“作为HiAnt客户服务的一部分，我们帮助项目合作伙伴开发应用这类部件以及相关工艺。我们的服务包括悬垂模拟、工具设计以及Tepex嵌件加热变软后的处理技巧。我们还支持批量生产工艺的实施，”Vonberg说道。