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朗盛Tepex材料加固兒童座椅頭枕
2020年3月25日——特殊化學品公司朗盛的Tepex連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料在許多領域中都擁有巨大的應用潛力，包括輕質(zhì)結構安全部件。作為技術展示而研發(fā)的兒童座椅頭枕，通過顆粒泡沫復合注塑（PCIM）工藝制造而成，充分展現(xiàn)了這種材料的技術優(yōu)勢和應用前景。“與商業(yè)化生產(chǎn)的其他部件相比，由Tepex制成的嵌件有效減輕頭枕重量達30％，確保優(yōu)異的防撞性能的同時簡化生產(chǎn)工藝。”朗盛高性能材料（HPM）業(yè)務部Tepex汽車集團輕質(zhì)結構專家Klaus Vonberg博士介紹道。Tepex由位于德國布里隆的朗盛子公司Bond-Laminates GmbH研發(fā)制造。
使用帶有轉(zhuǎn)向板的注塑工具，通過單工藝操作制造出嵌件，并反向注入短玻璃纖維增強聚丙烯化合物，以整合用于頭枕、靠背等的支撐結構。照片：Chemnitz理工大學結構照明和塑料加工教授
作為技術展示而研發(fā)的兒童座椅頭枕，通過顆粒泡沫復合注塑工藝制造而成。與商業(yè)化生產(chǎn)的其他部件相比，由Tepex制成的嵌件有效減輕頭枕重量達30％，同時確保優(yōu)異的防撞性能。
政府資助項目
這款技術展示產(chǎn)品是德國聯(lián)邦經(jīng)濟和能源部資助的一項跨國研究項目的成果，該項目作為扶持中小企業(yè)中央創(chuàng)新計劃的一部分。該項目的參與方包括開姆尼茨工業(yè)大學輕質(zhì)結構與聚合物技術學院（SLK）、圖林根州奧恩倫德的Polycomb GmbH以及波蘭Szarlejka的兒童座椅制造商Avionaut（該公司生產(chǎn)的兒童座椅作為參照產(chǎn)品）。
高效生產(chǎn)工藝
為了制造頭枕，項目合作伙伴在PCIM的基礎上開發(fā)了一種替代生產(chǎn)工藝。為了在各個位置加固頭枕同時減輕重量，他們采用了由Tepex dynalite 104-FG290(4)/47%制成的定制嵌件，這種聚丙烯基復合材料通過兩層連續(xù)玻璃纖維粗紗進行加固。使用帶有轉(zhuǎn)向板的注塑工具，通過（一步法）工藝制造出嵌件，并反向注入短玻璃纖維增強聚丙烯化合物，將頭枕、靠背等的支撐結構加以整合。然后，使用基于發(fā)泡聚丙烯（EPP）的顆粒泡沫在第二種工具中對預制嵌件進行反向發(fā)泡。
零件數(shù)量從六個減至一個
相比之下，目前多數(shù)頭枕使用多個獨立部件進行批量生產(chǎn)。由長玻璃纖維增強聚丙烯制成支撐結構，再用四個聚丙烯支承銷與單獨發(fā)泡的EPP部件組裝在一起。“高度集成的新生產(chǎn)工藝不僅比以前的工藝更節(jié)能，而且還能直接生產(chǎn)出成品部件。由此可將零件總數(shù)從六個減少到一個，從而降低物流方面的生產(chǎn)成本和所需的機器費用，”開姆尼茨工業(yè)大學科學助理兼ZIM項目負責人Norbert Schramm介紹道。當前的玻璃纖維頭枕部件可減重約26％，而且仍有進一步的減重潛力。Schramm表示：“如果在復合材料半成品和注塑材料中使用碳纖維的增強材料，則組裝件的重量將減少近30%。”
緊密合作
項目合作伙伴的開發(fā)重點和任務各不相同。例如，SLK負責挑選材料，分析復合附著力，設計結構并進行拓撲優(yōu)化；Polycomb的職責包括展示產(chǎn)品的開發(fā)和設計、原型生產(chǎn)以及系統(tǒng)概念優(yōu)化；Avionaut則負責分析載荷分布，研究設計結構，并在實際碰撞測試中檢測頭枕和整個座椅的撞擊性能；而朗盛則幫助項目合作伙伴挑選材料，協(xié)助完成了混合成型工藝開發(fā)等任務。
應用潛力巨大，包括其他組裝件
朗盛預見了Tepex材料和新生產(chǎn)工藝的廣闊應用前景，例如嬰兒背帶、靠背和扶手，采用全新復雜座椅概念的自動駕駛汽車座椅殼，以及穿梭巴士、VIP巴士和家庭巴士的舒適座椅殼。輕質(zhì)座椅對電動汽車尤為有益。“作為HiAnt客戶服務的一部分，我們幫助項目合作伙伴開發(fā)應用這類部件以及相關工藝。我們的服務包括懸垂模擬、工具設計以及Tepex嵌件加熱變軟后的處理技巧。我們還支持批量生產(chǎn)工藝的實施，”Vonberg說道。
