零废料创新：新工艺设备实现预浸料与带材边角料再生利用

预浸料织物或单向（UD）带材裁剪套料面临挑战：如何处理太小或纤维取向不符无法二次利用的边角料？虽套料软件和切割机大幅减少废料，边角料仍常进填埋场，增加材料部件成本和环境负担。然而荷兰公司Van Wees UD and Crossply Technology BV（蒂尔堡）通过开发新技术——及实现该技术的机器——再利用热塑性带材边角料，助力可持续性提升。

纺织根基

1945年创立、深耕纺织业的Van Wees是全服务提供商，设计生产安装调试生产先进复合材料（热固性或热塑性、碳纤或玻纤）的机器和产线，专注高质量大批量生产方法。公司制造预浸料浸渍线（含排纱架）——热固性侧重环氧，热塑性侧覆盖聚丙烯（PP）至高温聚酰胺（PA）——及交叉铺层和多轴UD带材铺放机，可加工热塑性或热固性带材。姐妹公司Eltra Engineering BV（亦在蒂尔堡）专攻工业自动化技术，为Van Wees机器供电控和软件。

在研发技术中心（R&TC），Van Wees维护生产规模设备供自有工艺开发及考察Van Wees系统的客户、或等自有机器建造期间学习操作设备的客户。这允许客户生产材料自行评估或转提供其客户评估。例如R&TC可从排纱架拉拔拖头展开纤维浸渍制带，再经公司交叉铺层或多轴UD机生产各向层数和纤维取向层压板。（交叉铺层板至少两层0/90度取向；多轴UD板至少两层UD取向非0/90度。）出机层压板为便于搬运被钉扣固定。后续可冲裁成净形预成件，随时进入复合部件加工。虽Van Wees交叉铺层和多轴UD设备侧重UD热塑性带材生产，机器也可生产热固性基体和/或织物增强而非UD带材。

有趣的是，Van Wees为客户测试制造这些产品产生的自有废料问题，及客户需求，引导公司研究人员开发“零废料工艺”回收定制纤维坯料预成件生产的碎片/边角料。作为服务，公司提供客户评估这些基于碎片的热塑性坯料机会，已开发商业化大批量生产设备。

物尽其用

冲裁净形预成件（Van Wees称“补丁”）过程中，废料按树脂纤维类型收集分离。废料形状尺寸不规则，冲裁机设计生产最大50×50毫米“碎片”。碎片经压缩或真空模塑压制成固结板材，形成随机取向不连续纤维层压板。无需额外树脂制板，仅混合化学兼容树脂碎片，视终端部件所需性能碳纤和玻纤增强碎片可混合。

因板材内单个碎片纤维长达50毫米、全板纤维取向随机，100%再生零废料定制坯料提供良好正交刚度强度——特别是对比短纤维注塑料。然而因层压板不连续纤维束纤维重量分数可达50-70%——初始配方偏高端——材料在压缩机中几乎不流动。因此，填充2.5D或3D几何须在注塑机用短纤维甚至纯树脂包覆成型。也可在压缩机中与连续纤维材料共模。无论哪种，模塑前层压板须预热。

有趣的是，Van Wees发现碎片基板仍提供同纤维树脂配置下高性能连续纤维交叉铺层板一半弯曲强度和模量。

概念验证

展示零废料定制坯料能力，Van Wees实施多个演示项目。一为乘用车车门内饰板加强/防撞梁。基于Lipa系列项目，开发面向系列生产的跨行业轻量复合部件。现停运的瑞士比辛根联盟建立在预成型连续纤维有机片/玻纤毡热塑性（GMT）复合材料核心技术上，后经注塑机回填纤维增强树脂。

Van Wees演示梁（用于通过侧面碰撞/入侵法规）长约650mm、宽110mm、名义壁厚3mm，基准材料3mm玻纤增强PA6重约450g。部件中心含高40mm穹顶结构。有机片防撞梁吸能不足应用要求，Van Wees研究者尝试同壁厚（因用现有工装）、循环<1分钟、零废料条件下提升整体性能。

与多聚合物供应商合作，Van Wees内部用多种聚合物增强体制带材——含玻纤/PA4/10、玻纤/PP、碳纤/PP、玻纤+碳纤/PP。配套短纤维注塑包覆料由树脂供应商生产。仿真评估定制坯料UD单层数量取向以满足/超越性能要求。随后带材生产连续纤维层压板，冲裁防撞梁。CAE预测玻纤/PA4/10定制坯料性价比优于织物/有机片，物理测试确证。

进一步探索减废降本，研究者复用生产连续纤维层压板产生废料（约30%冲裁损耗）制防撞梁，再回收制1mm厚碎片基层压板，用作多轴UD机生产的“皮”层间芯层（替代三层UD）。有趣的是，有限样本初步测试中，混合连续/不连续增强混合层压板性能与全连续增强层压板几乎无损失。

团队额外核算显示，利用Lipa系列团队开发的1分钟复合包覆成型工艺，可达Van Wees年产200万防撞梁目标。鉴于Van Wees定制坯料产线速度（多轴UD机1800片/小时、交叉铺层机1260片/小时），增设废料转碎片基层压板设备将创建零废料生产系统，产能增30%至年260万件。讽刺的是注塑机成此生产序列限速环节——不常见情况。

另一快速周转项目：开发Van Wees总部会议室复合面板门把手。最终复合嵌件去年复合材料包覆成型会议供与会者查看。

“协同开发创新是现代工业驱动力，”Van Wees总监Rien van den Aker说。“我们相信复合产业链全员联合开发至关重要。金属是竞争对手且以最理性方式制造。因此仅靠智能工艺设备才能将轻量复合产品导入大批量应用。”他强调需供应链成员共同努力实现热固性热塑性复合部件零废料生产。“Van Wees乐意协助有意方进行产品工艺开发，”他加说。