2020年3月25日——特殊化學品公司朗盛的Tepex連續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，包括輕質結構安全部件。作為技術展示而研發的兒童座椅頭枕，通過顆粒泡沫復合注塑（PCIM）工藝制造而成，充分展現了這種材料的技術優勢和應用前景。“與商業化生產的其他部件相比，由Tepex制成的嵌件有效減輕頭枕重量達30％，確保優異的防撞性能的同時簡化生產工藝。”朗盛高性能材料（HPM）業務部Tepex汽車集團輕質結構專家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研發制造。

使用帶有轉向板的注塑工具，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。與商業化生產的其他部件相比，由Tepex制成的嵌件有效減輕頭枕重量達30％，同時確保優異的防撞性能。

政府資助項目

這款技術展示產品是德國聯邦經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中央創新計劃的一部分。該項目的參與方包括開姆尼茨工業大學輕質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（該公司生產的兒童座椅作為參照產品）。

高效生產工藝

為了制造頭枕，項目合作伙伴在PCIM的基礎上開發了一種替代生產工藝。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玻璃纖維粗紗進行加固。使用帶有轉向板的注塑工具，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泡。

零件數量從六個減至一個

相比之下，目前多數頭枕使用多個獨立部件進行批量生產。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泡的EPP部件組裝在一起。“高度集成的新生產工藝不僅比以前的工藝更節能，而且還能直接生產出成品部件。由此可將零件總數從六個減少到一個，從而降低物流方面的生產成本和所需的機器費用，”開姆尼茨工業大學科學助理兼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化；Polycomb的職責包括展示產品的開發和設計、原型生產以及系統概念優化；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，協助完成了混合成型工藝開發等任務。

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工藝的實施，”Vonberg說道。