Tepex verbetert kinderzitkopsteun met geavanceerd versterkt composiet

Tepex continuous-vezelversterkte thermoplastische composietmaterialen van LANXESS (Pittsburgh, Pa., VS) hebben potentieel getoond voor diverse auto-toepassingen – die CW recent dekte omvatten ondersteuning voor een hybride metaal-composiet A-pilier, een auto achterste zitsschil en een demonstrator voor een middelconsole armsteun. Een recente case study van het bedrijf voegt lichtgewichtconstructie van structurele veiligheidscomponenten toe aan de lijst.

LANXESS ontwikkelde recent een kinderzitkopsteun als technologiedemonstrator om de materiaalkansen in deze markt te illustreren. Het onderdeel wordt geproduceerd in een particle-foam composite injection molding (PCIM) proces.

"De insert van Tepex kan het gewicht van de kopsteun met tot 30% verminderen in vergelijking met het commercieel geproduceerde componentvariant – en met vergelijkbaar goede crashprestaties. Het vereenvoudigt ook het productieproces," zegt Dr. Klaus Vonberg, van de Tepex Automotive Group bij LANXESS. Tepex wordt ontwikkeld en geproduceerd door LANXESS-dochter Bond-Laminates GmbH (Brilon, Duitsland).

De demonstrator is het resultaat van een transnationaal onderzoeksproject gefinancierd door het Duitse Bundesministerium für Wirtschaft und Energie als onderdeel van het Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM). Deelnemers zijn de afdeling Lichtgewicht Structuren en Polymere Technologie (SLK) aan de Technische Universiteit Chemnitz, Polycomb GmbH (Auengrund, Duitsland) en kinderzitfabrikant Avionaut (Szarlejka, Polen).

Voor de kopsteun ontwikkelden de projectpartners een alternatief productieproces gebaseerd op PCIM. Om de kopsteun op individuele plaatsen te versterken en gewicht te besparen, gebruikten ze een op maat gemaakte insert van Tepex dynalite 104-FG290(4)/47%. Dit is een polypropyleen-gebaseerd composietmateriaal versterkt met twee lagen continue-glasvezel roving. De insert wordt in een enkele procesoperatie gevormd met een injectievormgereedschap met draaischijf en achtergeïnjecteerd met een korte-glasvezel-versterkt polypropyleen compound om de ondersteuningsstructuur voor de kopsteun en rugsteun te integreren. De vorgefabriceerde insert wordt vervolgens in een tweede gereedschap achtergeschuimd met deeltjes schuim gebaseerd op geëxpandeerd polypropyleen (EPP).

De referentiekopsteun, per contra, wordt momenteel in serie geproduceerd met meerdere individuele componenten, aldus LANXESS. De ondersteuningsstructuur bestaat uit lange-glasvezel-versterkt polypropyleen. Het wordt gemonteerd met een apart geschuimd EPP-onderdeel met behulp van vier polypropyleen dragerpennen.

"Niet alleen is het nieuwe, hoog geïntegreerde productieproces energie-efficiënter dan de vorige procedure, het resulteert ook direct in het afgeronde onderdeel. Dit verlaagt het totale aantal onderdelen van zes naar één, wat ook de productiekosten verlaagt in termen van logistiek en de benodigde machine-investeringen," zegt Norbert Schramm, wetenschappelijk assistent aan de Technische Universiteit Chemnitz en hoofd van het ZIM-project daar.

De gewichtsbesparing met de huidige versie van het kopsteunonderdeel met glasvezel is ruwweg 26%, hoewel projectdeelnemers potentiël voor meer zien. Volgens Schramm, "Als een versterking gebaseerd op koolstofvezels wordt gebruikt in het composiet half-fabrikataat en in het injectievormmateriaal, is het resultaat een samenstel dat bijna 30% lichter is."

Voor het project koos de SLK de materialen, analyseerde de composiethechting, ontwierp de structuur en voerde topologie-optimalisatie uit. Polycomb leidde de ontwikkeling en ontwerpuitvoering van de demonstrator, productie van prototypes en optimalisatie van het systeemconcept. Avionaut analyseerde de krachttransmissiegebieden, ontwikkelde het ontwerp en onderzocht het crashgedrag van de kopsteun en de hele zit in realistische botsingstesten, bijvoorbeeld. LANXESS hielp de projectpartners bij het kiezen van materialen en assisteerde ook bij taken zoals de ontwikkeling van het hybride vormproces.

LANXESS ziet potentieel voor Tepex en het nieuwe proces in de productie van babydragers, rugsteunen en armsteunen alsmede zitsschillen voor nieuwe, hoog complexe zitconcepten in autonome auto's of voor comfortzitjes voor shuttles, VIP- en gezinsbussen en elektrische voertuigen.