热塑性复合材料

Tepex® 是一类复合半成品，具有完全浸渍、致密成型的板材形态。其由高强度连续纤维（对于 Tepex® flowcore，为长纤维）和热塑性基体组成。这些复合材料板材可通过加热后成型，在极短的周期时间内加工成复杂部件。连续纤维主要为玻璃纤维和/或碳纤维，以织物、嵌件或其他半成品纺织品形式存在。基体材料为热塑性塑料，如聚丙烯（PP）、聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺12、聚碳酸酯（PC）、热塑性聚氨酯（TPU）和聚苯硫醚（PPS）。Tepex® 的优势总结如下：

• 高刚性
• 极高强度
• 由于低密度，实现优异的轻量化结构潜力
• 部件制造周期极短
• 热塑性基体便于包覆成型与焊接
• 卓越的设计灵活性
• 不含溶剂
• 可回收
• 极佳的能量吸收性能
• 低热膨胀系数
• 优良的尺寸稳定性及耐化学和耐腐蚀性

纤维增强塑料复合材料的突出特点是其优异的刚性和极高的强度，同时密度极低。这些特性构成了理想轻量化结构材料的基本属性。下表展示了若干标准 Tepex® 牌号的关键参数：

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Tepex®部件的计算机辅助工程（CAE）对于实现短开发周期、具有成本效益的生产工艺以及针对载荷情况优化的部件设计至关重要。该过程中的设计不仅关联到生产工艺本身，还涉及部件的力学行为以及生产过程与部件性能之间的相互作用。

各向异性——即方向依赖性——是在设计过程中半成品材料最重要的特性。增强织物的形态结构导致了拉伸-压缩不对称性、沿厚度方向位置的依赖性（层结构），并且对于制造工艺，还影响铺展性。基体的特性引发了温度及某些情况下湿度含量的依赖性，以及取决于载荷类型的时间相关蠕变行为。层结构还导致拉伸与弯曲性能之间存在较大的差异。

利用标准有限元方法与计算程序（求解器）可以高效且精确地表征制造工艺与部件行为，其精度和预测质量取决于所采用的基于模型的方法、基础测量数据的范围以及需要计算的具体内容。

为了充分预测制造工艺、纤维取向以及直至断裂行为的部件性能，我们基于有限元求解器ABAQUS开发了工具，用于表征上述性能和影响因素，可直接应用于Tepex®部件的开发过程中。这些有限元工具采用通过方向依赖性拉伸测试（部分测试为高应变速率）、以及不同剪切和弯曲测试获得的材料数据进行计算。

铺展仿真

成形与铺展仿真具有彼此独立的两大目的：

• 确定织物中局部纤维取向和剪切角的分布。这些数据在力学计算中用于考虑各向异性的材料行为。此项计算通常需在项目初期的概念阶段完成，以便在该阶段对多种设计方案进行力学分析。因此，纤维取向仿真必须快速、简便，并且对当前尚无法获得的模具信息要求最少。为此，我们采用基于有限元的计算方法，可在极短时间内（约一小时）为指定Tepex®几何结构确定相关毛坯及取向分布。该过程虽然不是完全精确，但通常已足够满足工程需求（单步铺展法）。
• 对铺展过程的完整表征，包括毛坯几何、模具几何、滑块、保压针、搬运系统等因素。其任务在于对工艺流程进行映射，及早识别潜在缺陷，提出改进建议并评估工艺可靠性。在此情况下，纤维取向的计算相对不是重点。完整的铺展研究理想地适合于部件几何基本确定、且已有模具数据（至少具备模具表面数据）但仍具备一定灵活性的阶段。

我们的Tepex®部件铺展仿真模型基于有限元求解器ABAQUS开发，充分考虑了热塑性织物基复合材料不允许进行塑性热成型，而是通过织物剪切变形（悬棚效应）从平面模具成型为部件的三维几何。如果形成所需的剪切作用过大，导致纤维间发生卡锁，材料将转变为法向方向并产生褶皱。该效应同样可以在仿真模型中复现。

集成仿真

我们的Tepex®复合材料模型，结合一步铺层工艺中为部件几何结构确定的纤维取向，可高效预先计算部件的刚度、强度、碰撞性能及振动特性。相关工具既可用于纯Tepex®部件，也适用于插入成型、混合成型或流动成型工艺生产的部件。设计工程师可在计算机虚拟设计阶段针对部件的薄弱环节作出响应——例如通过增加壁厚或加强筋来进行结构增强。

两种工具已在众多原型与量产部件的开发中验证了其适用性与精度——例如前端上部横梁、制动踏板、安全气囊壳体、座椅壳体以及信息娱乐支架（汽车音响系统的承载结构）。

冷却行为的仿真

我们在Tepex®成型仿真与新材料模型基础上，补充了支持加热Tepex®成型过程中的热过程仿真的建模方法。该仿真模型可用于分析例如滑块下方的非均匀冷却及其对铺层工艺性能的反向影响，这些效应源自材料的温度依赖性行为。

由于该仿真流程需要对加热过程及所有热力边界条件进行精确定义，且其整体复杂性远高于等温方法，因此一般仅用于针对特定技术难题和问题的分析。

独立设计Tepex®部件

在联合开发项目中，我们通过集成仿真为客户开发部件提供支持。同时，也非常重视为客户提供可在其自身CAE流程中设计Tepex®新应用的工具。为此：

• 我们已针对e-Xstream的商业仿真软件Digimat建立并验证了材料模型，并填充了相关数据。客户可将该软件与多种计算程序结合使用。使用Digimat解决方案需具备相应的软件许可。
• 已识别出适用于LS-Dyna（MAT 58）的标准材料模型，可有效应对多样化的结构设计问题。
• 大多数Tepex®牌号均可提供允许不同仿真代码进行简化刚度分析的线性材料数据集。

所有仿真方法均可获得不断扩展的材料参数库。所有案例均需输入取向分布，由专家通过一步铺层工艺进行计算，并可为指定的分析模型输出以供保存。

覆盖全开发链的专业服务

我们的专家团队为客户提供全面材料和工艺专业知识复合材料技术、仿真方法、零部件测试、加工与制造。我们将这些专业知识应用于与客户的合作中。我们为 Tepex® 提供的服务包括：

• 根据零部件要求，协助选择材料
• 为插入成型、复合成型和流动成型提供定制化聚合物牌号
• 进行材料测试，以确定机械结构分析与零部件设计所需的材料参数
• Tepex® 成型（铺层）过程的仿真
• 用于连续纤维复合材料部件结构优化设计的整体仿真
• 在我们全自动、具备量产品质的示范单元中复现客户的制造工艺，以确定工艺参数，并进行质量控制与提升
• 零部件测试，例如机械性能测试和气候变化测试

Tepex® 复合材料的切割

刀片切割

• 我们可提供矩形刀片切割，也可实现卷对卷纵向切割。

水刀切割

• 对于大规模生产的Hybrid Molding，需进行净形预切。针对这些高度自动化的工艺流程，我们可为客户提供专门计算的轮廓切割。极细的水射流以 4000 bar 的压力对 Tepex® 有机片材进行切割。如有需要，可添加研磨砂以进一步提升切割性能。2D 切割轮廓可通过 CAD 提供，包括切割速度优化和通过巧妙的零件排列及套裁实现废料最小化。
• 所有基于 PP 和 PA6 的研磨切割产生的砂粒及切割下脚料均实现 100% 回收。关于 Tepex® 剪切下脚料回收的更多信息，可参见可持续发展板块。
• 我们的水刀切割系统设计旨在尽量减少停机时间。通过将每台设备划分为两个独立工作区，可在一侧进行上下料，同时另一侧进行切割。此外，我们能够实现多层片材同时切割。这样能成倍提升单次切割循环的产出，使水刀切割成为极为高效的工艺。

Tepex® 机织预浸板——连续生产工艺

我们的 Tepex® 复合材料采用高度自动化的连续生产工艺进行全或部分致密化处理。那么，为何完全致密化如此重要？

• 伴随致密化质量降低（孔隙率增加），几乎所有力学性能都会显著下降！尤其是，完全致密化可成倍提升疲劳极限与剪切强度极限。
• 从质量角度来看，明确的完全致密化使客户能够轻松并安全地进行来料质量检验。半成品的特性与最终产品保持一致。

如何实现完全致密化？

• 要将纤维结构与高粘度热塑性熔体实现完全浸润与致密化，必须在一定时间内施加特定压力。如果仅对部分致密化半成品在加热模具中完成致密化，所需时间往往会超过数分钟。我们的解决方案：我们提供完全浸润的板材，可显著缩短零部件成型的成型周期！

Tepex® 生产工艺——实现最大质量与经济性

• 在 Bond-Laminates，我们采用双带压机，通过全连续化工艺生产有机板材。为此，塑料与纺织物（主要是织物）由卷材直接送入压机。在设备的第一段，聚合物通过与加热钢带接触，在压力作用下熔融。
• 在第二段，等压压力分布确保塑料熔体渗透纺织结构。熔融区的长度为材料提供了充足的时间，确保每根单丝均被塑料包覆。
• 双带压机的第三区主要决定有机板材的最终质量：此阶段通过持续压力冷却材料，校准所需厚度，直至材料再次处于固态。离开双带压机后，执行自动化修边，可切割为项目指定的板材尺寸。

Tepex® Dynalite 的嵌件注塑成型

要获得成型并包覆成型的部件，Tepex® 插片可在第一步进行热成型，然后在另一步骤中进行包覆注塑或二次注塑。第二步需要对预成型件再次加热。

Tepex® Dynalite 的混合注塑成型

混合注塑成型为双工艺流程提供了经济型替代方案。该工艺将有机板材在注塑模具中同步完成成型与注入。为实现一步法生产模塑零部件，半成品复合板以接近最终轮廓的毛坯形式提供。应用此方法，可实现超短成型周期（小于60秒）。

Tepex® Flowcore 的压缩流动成型

具有复杂几何结构和不同壁厚的零部件特别适合采用流动成型工艺。由于有限纤维长度的增强，Tepex® flowcore 可应用于流动成型制造。该工艺可实现筋、功能结构等复杂结构成型，并具有极高的可重复性和短成型周期的特点。

Tepex® 的混合压缩成型

通过将 LFT 或 Tepex® flowcore 的压缩成型与预热复合板相结合，可实现大型、极高强度且无变形零部件的制造。采用该工艺制造的零部件具有极高的抗冲击性能。

更多信息

了解更多关于我们材料加工及技术应用可能性的内容请通过下方的加工指南手册获取材料相关信息。

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更轻量化的结构，用于更可持续的应用

对我们而言，可持续发展不仅仅意味着使用再生或生物基原材料，也不仅限于为自身材料提供回收利用的方案。我们致力于从整体上解决这一复杂议题，尤其是在塑料行业领域。

迈向更可持续未来的路径在很大程度上依赖于资源和能源的合理与高效利用。轻量化结构是一种极为有效的材料节约方式，因此能够减少驱动或加速过程中的能耗。

早在二十多年前，Tepex® 有机板材的开发者就致力于将优异的力学性能与低密度结合于一体。由此诞生了一系列多功能材料家族，可根据广泛需求进行定制，同时始终坚持轻量化设计理念。

Tepex® 的机械回收

如 Tepex® 有机板材等热塑性基体材料，无论在加工过程中还是在使用寿命结束后的回收过程中，都具备诸多优势。

对于工业废料，尤其是 Tepex® 加工中的切边废料，已经有实际可行的回收方案：将废料进行粉碎后，可用于包覆成型半成品板材，或应用于传统注塑成型。目前该工艺已应用于 PP 和 PA GF 复合材料的工业后废料。纤维与基体材料保持未分离状态。作为项目的一部分，该工艺对 PP-GF 复合材料进行了经济性和生态环境方面的评估和研究。ReproOrgano 项目。

可再生原材料

除了循环回收工艺与提高能效外，可再生原材料为减少温室气体排放提供了极具吸引力的途径，因为它们在生产过程中能够吸收二氧化碳。

将亚麻等可再生纤维与聚乳酸（PLA）等同样可再生的基体材料相结合，可最大程度减少 CO2 排放——碳足迹约为传统 PC/GF 体系的三分之一。

加工过程中的能源效率

针对 Tepex® 有机板材的加工，根据所采用的纤维增强类型，可选择多种工艺方案，材料厚度、纤维长度以及部件的复杂性或特定要求都会影响工艺的选择。量身定制的加工方法可在每种情况下实现最大的可靠性、工艺效率和能效。

对于轻质金属、热固性及热塑性基复合材料，不同成型工艺的对比清楚地表明，随着集成化程度的提升（如通过 Tepex® 实现），可显著简化工艺流程。尤其是在省去后续打磨或抛光等加工步骤时，各工序间的污染风险也相应降低。

例如，对于计算机或手机外壳等需经过复杂喷涂处理的部件，这一点尤为重要。工艺步骤的减少意味着生产设备和装置的制造工作量显著减轻，且实现了更优的能效表现，因为无需反复进行冷却和加热。

无塑清洁行动

目前，全球范围内环境中的微塑料均可被检测到。据估计，现今海洋中的微塑料数量已超过浮游生物。在沙漠、北极、珠穆朗玛峰、农田甚至空气中——几乎无处不在都已检测出大量微塑料。在我们的食物中，如鱼类、海鲜、盐和蜂蜜中，同样发现了塑料微粒。

对此，我们每个人都负有责任。环境中绝大多数微塑料来源于轮胎磨损及合成纤维织物的洗涤。

不过，塑料加工行业同样高度重视自身责任。Plastics Europe——代表着欧洲27个成员国超100家塑料生产企业，年产量占欧洲塑料总产量90%以上的协会——已经加入无塑清洁行动（Operation CleanSweep，简称 OCS）。CleanSweep （OCS）。这是一项全球性行动，旨在防止塑料颗粒在生产过程中造成环境污染。

OCS 是在满足相关要求后，可在现有环境管理体系证书基础上额外获取的认证。首先，我们需要正式承诺加入该项目并遵守其要求。此后，需系统性地自我审查，检查在生产流程中颗粒或粉末状塑料有可能进入环境的所有环节，并制定有效的防控机制以杜绝此类问题发生。

Envalior 致力于在 2025 年底前，使其欧洲区域所有生产基地均通过 OCS 认证审核。

无塑清洁行动

目前，全球范围内环境中的微塑料均可被检测到。据估计，现今海洋中的微塑料数量已超过浮游生物。在沙漠、北极、珠穆朗玛峰、农田甚至空气中——几乎无处不在都已检测出大量微塑料。在我们的食物中，如鱼类、海鲜、盐和蜂蜜中，同样发现了塑料微粒。

对此，我们每个人都负有责任。环境中绝大多数微塑料来源于轮胎磨损及合成纤维织物的洗涤。

然而，p塑料加工业同样认识到其所承担的责任。Plastics Europe（欧洲塑料生产者协会）由来自27个成员国的100多家会员企业组成，这些企业生产了超过90%的欧洲塑料，现已加入 Operation CleanSweep （OCS）。这是一项全球性行动，旨在防止生产过程中塑料颗粒对环境造成污染。

如果符合要求，OCS 认证可作为我们现有环境管理体系认证的补充。首先，我们需要正式承诺遵守该项目及其要求。随后进入实际工作环节，我们需对自身进行严格自查，识别生产过程中微粒塑料（粒料/粉末）有可能进入环境的环节，并制定防控机制予以阻止。

Envalior 致力于确保其欧洲生产基地在 2025 年底前全部通过 OCS 审核。

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