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盖世汽车讯 据外媒报道,2017年8月31日,朗盛Tepex
dynalite连续纤维增强热塑性复合材料半成品正式进军汽车内饰领域。欧洲一家车企载其越野车的后座系统中采用了Tepex
dynalite热塑性复合材料。

朗盛的大面积结构部件是基于连续纤维强化、半成型热塑性复合材料设计的,表面积较大、极薄且轻。此种部件还上可集成各种功能,正如梅赛德斯-奔驰S系敞篷轿车中厚度仅为一毫米的新款模块支架,能够搭载多个控制器。此种支架选用来自德国布里隆的朗盛子公司Bond-Laminates
GmbH所生产的连续纤维强化半成型聚酰胺6复合材料Tepex dynalite
102-RG600(2)/47%,经由混合成型工艺制造而成。“相较于传统的铝合金结构,我们的方案将部件重量减轻了50%。此外,较轻的重量与集成的功能也简化了装配流程,带来附加的成本效益。”朗盛大客户经理Julian
Haspel解释道。

该车企在车辆后座中间位置配置了负载装置(load-through),实现了座椅靠背的独立折叠。该负载元件的生产采用了Tepex
dynalite成型及回注(back-injecting)技术。

联合开发

Tepex产品由朗盛的子公司Bond-Laminates制造,该公司位于德国的布里隆。

此款模块支架尺寸为0.5 x
0.5米,安装于汽车后备箱底部,由梅赛德斯-奔驰汽车开发团队协同多个合作伙伴联合开发而成。朗盛设计出此款部件的机械结构概念并针对多种负载情境进行了计算。此款支架的制造商Pppelmann
Kunststofftechnik
GmbHCo.KG则负责部件的详细设计,如功能集成、全自动一站式混合成型工艺的开发,以及部件验证等。制造过程中所用的模具则来自Georg
Kaufmann Formenbau AG。

Tepex应用项目经理兼开发专家Harri
Dittma解释道:“这款全新部件的重量要比同类钢制产品轻四成多,该安全部件可承受各负载方案(load
scenarios),因为其半成品的连续纤维层厚度仅为2毫米,该设计意图为承受机械应力(mechanical
stress)。”

安全的高温注入工艺

该部件由Brose Fahrzeugteile
GmbH公司研发,朗盛高性能材料事业部为Brose提供了相关支持,并在德国科堡市的工厂生产该部件。

“此款支架原本也可采用简易的注塑成型工艺制成。不过,考虑到部件的表面积较大,采用此种工艺时必须加厚部件壁板,从而确保足够低的注塑压力。虽然由此制成的部件重量也远轻于铝合金结构,但依然存在进一步减重的空间。”Haspel解释道。所以,为了制造出更轻的部件,开发团队决定选用混合成型工艺。通过一次性加工流程将Tepex
dynalite原料加热、塑化并定型,然后与朗盛的杜力顿BKV 30
H2.0玻璃纤维强化聚酰胺6材料一同压模成型。“我们的工艺能够克服尺寸问题,妥善安全地处理这种柔软高热的坯料,将其精准地嵌入模具之中,从而帮助提升制造工艺的稳定性。”朗盛的结构部件专家Gregor
Efes表示。

正面碰撞和追尾碰撞的应对

比铝合金方案更合算

出于功能考虑,该负载装置旨在一侧安装,位于后座靠背顶部位置,这一特殊的位置可承受弯曲力及扭力(bending
and torsion
forces)。为应对这些负载情况,设计师们为本款热塑性复合材料内的玻璃长丝层(continuous-glass-fibre
layer)选用了多轴设计(multiaxial design)。

混合成型工艺有助于发挥注塑成型的优势。例如,在部件成型过程中即可制出螺丝座、夹头、加强筋与导向件。“在安装控制器的过程中,夹头能够取代螺丝,因而组装起来十分方便。”Efes表示。

多轴Tepex是Bond-Laminates的全新开发成果,通过复杂工艺将Tepex
纤维和胶带结合,显著提升了这些复合材料板材的强度。负载装置半成品的芯层共分为4层,每层厚度为0.25毫米,以部件的纵轴方向为基准,其纤维顺向度(fibre
orientation)为±45°,用于吸收扭力。其外部还有两层,每层厚度为0.5毫米,用于吸收弯力,80%的连续纤维与作用力处于同一方向。

复杂的几何结构在复合材料设计中也可实现

Dittmar解释道:“在正面碰撞(frontal
collision)的情况下,该多轴层设计可确保这款轻量化部件能承受汽车行李箱中加速载荷(accelerated
load)的冲击力,在追尾碰撞(rear
collision)情况下又能承受惯性力(inertia forces),避免乘客受到挤压。”

在成功完成奔驰的开发项目之后,朗盛开始与其他系统供应商及汽车制造商合作,开发更多采用混合设计的大面积模块支架。“凭借出众的刚度、硬度与悬垂性能,Tepex复合材料在托架所面临的有限安装空间、复杂几何结构挑战下展现出极大的应用潜力。”Efes阐述了未来前景。在此背景下,所有的塑料部件都有望发挥出更加卓越的阻尼性能。

高效的一步成型工艺

除了提升部件刚度的肋,还有头枕支架、安装点和螺纹接口以及嵌入负载的纺织内罩的环绕凹槽等大量功能元件在注射成型过程中与该组件一体成型。如果采用传统的钢结构设计,该功能组件必须分开焊接或拧紧。

在生产这款负载结构件的过程中,先将其半成品坯料放入注塑模具(injection
mould)中,采用玻璃纤维强化热塑性材料注塑成型,其制作采用了回注技术。除了提升部件刚度的肋,还有头枕支架、安装点和螺纹接口以及嵌入负载的纺织内罩的环绕凹槽等大量功能元件在注射成型过程中与该组件一体成型。其采用常规钢结构设计,该功能组件必须分开焊接或拧紧。

悬垂模拟仿真

朗盛研发了悬垂模拟仿真(draping
simulation)系统,作为其HiAnt服务的重要组成部分,优化了该负载装置的模具。通过悬垂模拟仿真,各种成型策略得以可视化并评价。这些成果在一开始便被引入模具设计,大幅缩减了开发时间。

Dittmar表示:“朗盛在这一特定模具技术的基础上衍生了半成品坯料的设计。坯料预先成型,或者在模具完全闭合之前于模具内实现部件的局部固定到位。“该技术防止形成褶皱,还能避免半成品成型过程中连续纤维的过度伸展。”

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