熱可塑性複合材料

Tepex®は、完全に含浸および圧縮成型され、板状となっている複合半製品群です。高強度の連続繊維（またはTepex® flowcoreの場合は長繊維）と熱可塑性マトリックスから構成されています。これらの複合シートは、加熱およびその後の成形工程を経て、短いサイクルタイムで複雑な部品へと加工が可能です。連続繊維は主にガラス繊維および／またはカーボンファイバーであり、織物、インレイ、もしくはその他の繊維半製品として用いられます。マトリックス材料は、ポリプロピレン、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド12、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性樹脂です。Tepex®の特長は以下の通りまとめられます：

• 高剛性
• 非常に高い強度
• 低密度による高い軽量構造の可能性
• 部品製造における非常に短いサイクルタイム
• 熱可塑性マトリックスによるオーバーモールディングおよび溶着が可能
• 優れた設計自由度
• 無溶剤
• リサイクル可能
• 非常に優れたエネルギー吸収特性
• 低熱膨張係数
• 優れた寸法安定性および耐薬品・耐食性

ファイバープラスチック複合材料は、その優れた剛性と非常に高い強度、さらに極めて低い密度によって特徴付けられます。これらは、理想的な軽量構造材料の特性といえます。下記の表は、標準的なTepex®グレードの主要パラメータを示します：

詳細情報

Tepex(r) - 熱可塑性複合材料および当社について、当社のパンフレットをダウンロードしてさらに詳細をご覧ください。

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Tepex®部品のComputer-aided engineering（CAE）は、開発期間の短縮、コスト効率に優れた生産プロセス、ならびに荷重ケースに最適化された部品設計を実現するために不可欠です。このプロセスにおいては、設計が生産プロセスおよび部品の機械挙動、さらに生産と部品特性の相互作用の両方に直接関与します。

異方性、すなわち方向依存性は、設計プロセスにおける中間素材の最も重要な特性です。強化繊維の織物構造は、引張・圧縮非対称性、面外方向（層構造）での位置依存性、および成形プロセスではドレープ性を生じさせます。マトリックスの特性により、温度依存性や場合によっては含水率依存性、さらには荷重の種類に応じた時間依存クリープが発現します。層構造は、引張特性と曲げ特性の間に比較的大きな差異をもたらすこともあります。

製造プロセスおよび部品挙動のいずれも、標準的なFE手法および計算プログラム（ソルバー）を用いて非常に高効率に特性評価できますが、その精度や予測品質は、採用するモデルベースのアプローチ、基礎となる計測データの範囲、および計算対象とする個別事項に依存します。

製造プロセス、繊維配向状態、さらには破壊挙動に至るまでの部品特性を十分に予測するため、当社はFEソルバーのABAQUSをベースとしたツールを開発し、これらの特性および影響を定量化することを可能としています。これによりTepex®部品の開発プロセスに直接活用できます。これらのFEツールでは、方向依存性を考慮した引張試験（高ひずみ速度での試験を含む）、各種せん断試験および曲げ試験によって算出された材料データを用います。

ドレーピングシミュレーション

成形およびドレーピングシミュレーションは、相互に独立した2つの目的に対応します。

• 織物内の局所的な繊維配向およびせん断角分布の算出。これは、異方性材料挙動を考慮した機械的解析のために必要です。本計算は、プロジェクトの初期段階、すなわちコンセプトフェーズにおいて各種設計案の力学的評価を行うために実施されることが多いです。そのため、繊維配向シミュレーションは迅速かつ容易に実施でき、かつこの時点で未確定な金型情報をほとんど必要としない方法が求められます。当社では、与えられたTepex®ジオメトリに対し関連するブランクおよび配向分布を非常に短時間（おおよそ1時間）で算出するFEベースの計算法を採用しています。本プロセスは厳密なものではありませんが、一般的に十分な精度を備えています（一工程ドレーピング）。
• ブランク形状、金型ジオメトリ、スライド、保持ニードル、ハンドリングシステム等を考慮したドレーピングプロセス全体の再現。このタスクでは、工程フローのマッピング、初期段階でのエラー特定、改善提案の策定、プロセス信頼性の評価を行います。この場合、繊維配向の計算は副次的役割を担います。完全なドレーピングスタディは、部品ジオメトリがほぼ確定し、金型情報（少なくとも金型表面データ）が入手できる段階で最適に実施されますが、一定の柔軟性も維持されています。

Tepex®部品のドレーピング用シミュレーションモデルは、FEソルバーABAQUSに基づいています。このモデルでは、熱可塑性基材の織物ベース複合材料がプラスチック熱成形を許容しないこと、すなわち平坦な金型からのファブリックのせん断ひずみにより部品の三次元形状が形成される（トレリス効果）ことを考慮しています。成形のために必要なせん断が非常に大きく、繊維が互いにロックしてしまう場合、材料は通常方向へと切り替わります。また、しわが発生します。この現象は計算モデルでも再現可能です。

統合シミュレーション

当社のTepex®用複合材料モデルは、ワンステップドレーピングプロセスにより部品形状に対して決定された繊維配向と組み合わせることで、部品の剛性、強度、クラッシュ特性、振動特性を高度に効果的に予測計算することが可能です。本ツールは、純粋なTepex®部品だけでなく、インサート成形、ハイブリッド成形、フローモールディングで製造された部品にも使用できます。設計者は、例えばより厚い肉厚や補強リブを採用するなど、部品の弱点をコンピュータ上の段階で対応することができます。

両方のツールは、フロントエンドアッパーベルト、ブレーキペダル、エアバッグハウジング、シートシェル、インフォテインメントブラケット（車載音響システムの荷重支持構造）など、数多くのプロトタイプおよび量産部品の開発において、その適合性と精度が実証されています。

冷却挙動のシミュレーション

当社は、成形シミュレーションおよびTepex®の新しい材料モデルに、加熱されたTepex®成形時の熱プロセスのシミュレーションをもサポートするモデリングアプローチを追加しました。本シミュレーションモデルにより、例えばスライド下での不均一な冷却や、それが温度依存材料挙動を通じてドレーピング性に逆作用する影響などを検討することが可能です。

このシミュレーションプロセスは、加熱工程や全ての熱条件に関する正確な情報を必要とし、等温アプローチと比べて全体的に大幅に複雑であるため、通常は非常に特定の問題や課題の分析のみに用いられます。

Tepex®部品の自主設計

当社は共同開発プロジェクトにおいて、統合シミュレーションを用いてお客様の部品開発をサポートしています。しかし同時に、お客様自身がCAEワークフローの一環としてTepex®の新規アプリケーションを設計できるツールを提供することも重要です。そのために：

• 市販プログラムであるDigimat（e-Xstream）用の材料モデルが検証され、データが入力されています。お客様はこのプログラムを複数の計算プログラムと組み合わせて利用することができます。Digimatソリューションの使用には適切なプログラムライセンスが必要です。
• 多様な設計課題への対応を可能にする、LS-Dyna（MAT 58）用の標準材料モデルが特定されています。
• ほとんどのTepex®グレード用に、使用コードに依存しない簡易剛性解析を可能にする線形材料データセットが提供されています。

全ての手法に対して拡充された材料パラメータのリザーブが利用可能です。いずれの場合も、当社専門技術者がワンステップドレーピング工程などを用いて算出できる配向分布が必要であり、指定された計算モデル用に保存して利用できます。

開発工程全体にわたるサービス

当社の専門チームは、材料、共複合材料技術、シミュレーション手法、コンポーネント試験、成形および製造プロセス。当社はこれらの専門知識をお客様とのパートナーシップに導入しています。当社のTepex®向けサービスには以下が含まれます：

• コンポーネント要件を考慮した材料選定支援
• インサート成形、ハイブリッド成形、フローモールディング向けにカスタマイズされたポリマーグレードの提供
• 機械構造解析およびコンポーネント設計用の材料パラメータ特定のための材料試験
• Tepex®の成形（ドレーピング）のシミュレーション
• 連続繊維複合材料部品の荷重最適設計のための統合シミュレーション
• 工程パラメータ特定および品質管理・改善のため、お客様の生産プロセスを当社の全自動・量産品質デモセルで再現
• 機械的コンポーネント試験や耐候性試験などの部品テスト

Tepex® 複合材の切断

ブレード切断

• 矩形状のブレード切断や、ロール・ツー・ロールによる縦方向切断もご提供しています。

ウォータージェット切断

• 大量生産におけるHybrid Moldingでは、ネットシェイプのプレカットが要求されます。こうした高度に自動化されたプロセス向けに、顧客指定で最適化された輪郭切断を供給しています。非常に細い水流を4000バールの高圧で照射し、Tepex®オルガノシートを切断します。切断性能をさらに向上させるため、必要に応じて研磨剤（切断用砂）を添加することも可能です。2次元のカット輪郭はCADで設計され、切断速度の最適化や部品配置・ネスティングによる材料ロスの最小化も実現しています。
• 研磨剤による切断で発生する切断用砂や、PP・PA6ベースの端材はすべて100％リサイクルされます。Tepex®端材リサイクルの詳細については、サステナビリティセクションをご参照ください。
• 当社のウォータージェット切断システムは、ダウンタイムを最小限に抑えるよう設計されています。各機械を2つの独立した作業エリアに分けることで、一方でセッティングを行いながら、もう一方で切断作業を進めることが可能です。また、複数枚のシートを重ねて同時に切断することも可能であり、1サイクルあたりの切断数を倍増させ、ウォータージェット切断の非常に高い生産性を実現します。

Tepex® オルガノシート - 連続製造プロセス

当社のTepex®複合材は、完全または部分的に連続的かつ高度に自動化された製造プロセスで一体成形されます。しかし、なぜ完全一体成形がそれほど重要なのでしょうか？

• 一体成形品質が低い場合（ボイド含有率が増加）、ほぼすべての機械特性が大きく低下します。特に、完全一体成形は疲労強度およびせん断強度限界を飛躍的に高めます。
• 品質の観点から、明確に定義された完全一体成形により、ユーザーは入荷品質検査を容易かつ確実に行うことが可能です。中間製品の特性は最終製品と同等となります。

完全一体成形を実現するには？

• 繊維構造を粘性熱可塑性樹脂で完全に含浸・一体成形するためには、所定の時間、所定の圧力をかける必要があります。一体成形が十分でない中間製品を加熱型内で成形する場合、この圧力保持時間は数分以上になることもあります。当社の答えはこれです：成形サイクルタイムを大幅に短縮する、完全に含浸されたシートをご提供します！

Tepex® 最大品質・経済性のための製造技術

• Bond-Laminatesでは、ダブルベルトプレスを用いた完全連続プロセスでオルガノシートを製造しています。このプロセスでは、プラスチックとテキスタイル（主に織物）をロールからプレス機に供給します。機械の第1セクションでは、ダブルベルトプレスの加熱されたスチールベルトと接触させることで、ポリマーを圧力下で溶融させます。
• 第2セクションでは、等圧分布により、樹脂溶融体が繊維構造内に浸透します。溶融ゾーンの長さによって、個々のフィラメントに樹脂が十分にコーティングされるための時間が確保されます。
• ダブルベルトプレスの第3ゾーンは、オルガノシート最終品質の決定に主に寄与します。ここでは、継続的な圧力下で冷却を行い、樹脂が再び固体状態に戻った時に所定の厚さにキャリブレーションされます。ダブルベルトプレスを出た後、エッジトリミングが自動で行われ、プロジェクト仕様に合わせたシート寸法に切断されます。

Tepex® Dynalite のインサート成形

成形済みおよび裏打ち成形された部品を得るには、Tepex®インサートを最初の工程で熱成形し、次に別工程にてバックモールドまたはオーバーモールドします。第2工程ではプリフォームを再度加熱する必要があります。

Tepex® Dynalite のハイブリッド成形

ハイブリッド成形は、二段階プロセスに対する経済的な代替手段を提供します。有機シートは射出成形金型内で成形および射出が同時に行われます。単一工程で成形品を製造するため、半仕上げ状態の複合シートは最終輪郭に近いブランク材として供給されます。この方法により、60秒未満の非常に短いサイクルタイムが実現可能です。

Tepex® Flowcore のコンプレッション成形

さまざまな肉厚を持つ複雑な部品形状は、特にフローモールディングに適しています。有限長繊維による強化構造により、Tepex® flowcoreはフローモールディングに適用可能です。これによりリブや機能要素の成形が可能となります。さらに、フローモールディングは極めて高い再現性と短いサイクルタイムを特長としています。

Tepex® のハイブリッド成形

LFTやTepex® flowcore のコンプレッション成形と予熱された複合シートを組み合わせることで、大型かつ極めて高強度・高寸法精度な変形のない部品の製造が可能になります。この工法で製造された部品の主な特長は、極めて高い耐衝撃性です。

詳細情報

当社の加工技術および技術的可能性の詳細についてはこちらをご覧ください下記の加工ガイドライン資料をダウンロードして、材料に関する情報をご確認ください。

• 加工ガイドラインをダウンロード（英語）
• 加工ガイドラインをダウンロード（ドイツ語）

より持続可能な用途のための軽量構造

当社にとってサステナビリティとは、リサイクル材やバイオベース原材料以上のものであり、自社材料のリサイクルオプションの特定だけではありません。特にプラスチック産業において、この複雑な課題全体に取り組むことを目指しています。

より持続可能な未来への道は、主に資源とエネルギーの意識的かつ経済的な使用に基づいています。軽量構造は材料を節約し、それによって移動や加速に必要なエネルギーを削減する非常に効果的な手法です。

20年以上前、Tepex® オルガノシートの開発者たちは、優れた機械的特性と低密度を1つの材料で両立させることを目指しました。その結果、多様な要件に応じて調整可能で、常に軽量構造という基本理念を重視した幅広い材料ファミリーが生まれました。

Tepex®の機械的リサイクル

Tepex® オルガノシートのような熱可塑性マトリックス材料は、加工時および使用後のリサイクル時の両面で多くの利点を有しています。

Tepex®の加工工程における主に端材となる工業廃棄物について、既に実用的なリサイクルコンセプトが存在します。これらの廃棄物は粉砕され、セミフィニッシュドシートへのオーバーモールディングや、従来の射出成形用途に利用できます。現時点で、このプロセスはPPおよびPA GFコンポジットの産業廃棄物に適用されています。繊維とマトリックスは分離されずに残ります。このプロセスは、PP-GFコンポジットを対象に経済的・環境的観点から調査・評価されています。ReproOrgano プロジェクト。

再生可能原材料

リサイクルの循環プロセスやエネルギー効率の向上に加え、再生可能原材料は、その生産過程において二酸化炭素を固定するため、温室効果ガス排出量削減に向けた魅力的な選択肢を提供します。

フラックスのような再生可能繊維と、ポリ乳酸（PLA）のような同様に再生可能なマトリックス材料を組み合わせることで、CO2フットプリントを従来のPC/GFシステムの約1/3まで最小化することが可能です。

加工時のエネルギー効率

Tepex® オルガノシートの加工には、補強繊維の種類などに応じて多様なオプションが存在します。部品の材料厚さ、繊維長、複雑さ、または特定の要件に応じて、最適なプロセシング手法が選定されます。テーラーメイドの加工方法によって、各ケースで最大限の信頼性、工程効率、およびエネルギー効率が実現されます。

軽金属、熱硬化性および熱可塑性複合材料のさまざまな加工手法を比較すると、Tepex® によって可能となる統合度の向上が、プロセスの大幅な簡素化と直結していることが明確になります。特に、研削や研磨といった後工程が不要となることで、個々の工程間でのコンタミネーションリスクも相応に低減されます。

たとえば、コンピュータや携帯電話の精緻に塗装された筐体部品などの場合、これは非常に重要です。工程数が少なくなることで、設備や機械に対する製造負荷が軽減され、さらに、繰り返し冷却や加熱を省略できるため、エネルギーバランスも向上します。

Operation clean sweep

マイクロプラスチックは、現在、世界中のあらゆる環境下で検出されています。既に世界の海洋にはプランクトンよりも多くのマイクロプラスチックが存在すると推定されています。砂漠、北極、エベレスト山、農地、大気中など、あらゆる場所で多量のマイクロプラスチックが発見されています。魚介類、塩、ハチミツなど、私たちの食品にもプラスチック粒子が検出されています。

この問題には私たち一人ひとりが責任を負っています。環境中のマイクロプラスチックの多くは、タイヤの摩耗や合成繊維製衣類の洗濯によって発生しています。

しかし、プラスチック加工業界もその責任を認識しています。Plastics Europe（欧州プラスチック製造者協会）は、27加盟国の100社以上の会員企業が欧州プラスチック生産量の90%以上を占めており、OperationCleanSweep（OCS）に加盟しました。これは、プラスチックペレットの生産に起因する環境汚染を防止するための世界的なキャンペーンです。

OCSは、要件を満たした場合に既存の環境マネジメント認証に加えて取得可能な認証です。まず、プログラムおよびその要件への公式なコミットメントが必要です。その後、自社の工程を精査し、生産工程で微細なプラスチック（グラニュレート／パウダー）が環境中に流出しうるポイントを特定し、それを防ぐメカニズムを導入します。

Envaliorは、2025年末までに欧州生産拠点がすべてOCS監査を完了することを目指しています。

Operation clean sweep

マイクロプラスチックは、現在、世界中の環境で検出されています。既に世界中の海にはプランクトンよりも多くのマイクロプラスチックが存在すると推計されています。砂漠、北極、エベレスト山、農地、大気中など、あらゆる場所で多量のマイクロプラスチックが発見されています。魚類、シーフード、塩、ハチミツなど、私たちの食品にもプラスチック粒子が検出されています。

この問題の責任は私たち全員にあります。環境中のマイクロプラスチックの多くは、タイヤの摩耗や合成繊維製衣類の洗濯によって発生しています。

しかし、pプラスチック加工業界もまた、その責任を認識しています。Plastics Europe は、27 の加盟国から 100 社以上が参加し、欧州のプラスチックの 90％ 以上を生産しているプラスチックメーカーの団体であり、Operation CleanSweep (OCS) に参加しています。これは、製造過程で発生するプラスチックペレットによる環境汚染を防止するための国際的なキャンペーンです。

OCS は、既存の環境マネジメント認証に加えて、要件を満たすことで取得できる認証制度です。まず、当社はプログラムおよびその要件への正式なコミットメントを行う必要があります。その後、実際の業務が始まります。なぜなら、自社を厳格に自己点検し、製造プロセスにおいて微細粒子プラスチック（グラニュレート／パウダー）が環境中に流出する潜在的リスクを特定し、それを防止するメカニズムを構築しなければならないからです。

Envalior は、欧州内の全生産拠点が 2025 年末までに OCS の監査をパスすることを目標としています。

Tepex パンフレットをダウンロード

Tepex（熱可塑性複合材料）および当社について、パンフレットをダウンロードして詳細をご覧ください。

Tepex 加工ガイドラインをダウンロード

材料の加工および技術的可能性について、加工ガイドラインのパンフレットをダウンロードしてご確認ください。