聚焦有机片材

　　有机片材是连续纤维增强的热塑性片材，主要包含碳纤维或玻璃纤维织物。最近，有机片材已开始涵盖范围更广的半成品，这些半成品具有源自热塑性基质的关键优势——从聚丙烯和聚酰胺 6 到聚乙烯亚胺——以及增强纤维的多样化结构。

　　复合材料行业的资深人士通常将有机片材称为热塑性预浸料，因为它可以通过与结构应用中遇到的连续 FRP 热固性复合材料进行类比来直观地描述它们。有机片材具有强大的内在优势：它们包含完全聚合的热塑性聚合物（有机材料）。与保质期有限且需要冷藏和特定库存控制的预浸料不同，有机片材可以在由它们所含的热塑性聚合物决定的典型温度和相对湿度条件下储存更长的时间。板材可以切割成形、堆叠并集成到类似于金属板材加工的自动化制造过程中。在与汽车行业利益相关者讨论应用时，这种与金属板（通常被金属部件压模称为坯料）的相似性特别有用。

　　体育用品和消费品等行业很早就采用了有机片材，因为它们生产量大且周期时间短。这些要求也普遍存在于汽车行业，现在发现有机片应用越来越复杂。领先的设备制造商已经证明了有机片技术的技术成熟度，并且正在提供可以从一条生产线每年生产超过 200,000 个零件的加工单元。

　　有机片材可以热成型、压缩成型或加入混合成型工艺。如果您不熟悉有机片材，但此类工艺已在您的产品组合中，那么尝试使用这些多功能复合材料可能比您想象的要容易。以下是一些入门提示：

　　从您拥有的开始

　　使用现有设备和工具，并联系材料制造商获取有关加工步骤和条件的指导，如果您的目标是特定的表面质量，则包括模具准备。在形成之前，有机片材必须加热到聚合物的熔点以上。如果您还没有用于热成型操作的热源，请考虑在将板材放入模具之前添加一个低成本的红外加热器来预热板材。在试验新的热塑性复合材料时，应当保持适当的通风。

　　选择适合应用的有机片材。所有的有机片材都不尽相同，选择合适的配置对于可加工性、性能以及最终的成本都很重要。有机片材由热塑性聚合物、纤维增强材料类型、纤维结构（单向、机织织物、非卷曲织物等）和片材厚度定义。单个片材可以包含一层或多层。

　　应用所需的工作温度和环境条件将决定聚合物的选择。部件的复杂性、悬垂性的需求和负载要求将指导钢筋和纤维结构的选择。基于机织织物的有机片材具有良好的悬垂性。基于非卷曲织物 (NCF) 的有机片材将根据负载路径在设计中提供更大的灵活性，并可能减轻重量，但会增加成本。

　　注意负载要求

　　了解负载要求对于控制材料成本和质量很重要。如果可以使用基于复杂 NCF 织物的 2 毫米厚有机片材或基于机织织物的更厚有机片材来解决关键载荷路径，则更昂贵的 NCF 有机片材可能会带来更具成本效益和质量节省的整体解决方案。带有局部单向胶带加固的有机片也是一种优雅的解决方案，可以帮助平衡成本/ 质量构成。

　　使用模拟并检查所有假设

　　尽早使用模拟来优化设计。今天，软件供应商可以指导您完成专为有机片材设计的功能，使筛选变得非常平易近人。为了获得准确的结果，了解并利用这些材料的正交各向异性（x、y 和 z 方向的独特行为）非常重要。例如，虽然基于 2/2 斜纹或平纹织物的有机片材在两个方向（经向和纬向）表现出相似的性能，但各向同性的假设将是不正确的。

　　Forward Engineering GmbH 的设计工程师 Jiuheng Chen 非常简单地说明了这一点。如果有机片是各向同性的，剪切模量可以使用弹性模量和毒物比计算为 E/2(1+n) = 24,000/2(1+0.15) = 10,435 MPa。实际上，该材料是正交各向异性的，剪切模量约为 3,200 MPa，应相应地建模。

　　建设您的人际网络

　　使用复合材料行业价值链中的协作环境。提供复合材料解决方案需要对材料、工艺、设计和制造成本有深入的了解。良好的合作伙伴网络有助于尽早获得问题的答案，并专注于最有可能成功的解决方案。

　　虽然有机片材的特性——重量轻、可回收、快速加工和适用于大批量应用——经常被强调，这些特点都有一个核心特性是可以加快实施过程，这种特性能使大批量生产的工业能够更快地提供新产品、定制个性化模型和结合多种设计特点。

　　支架和金属嵌件到传感器和电磁干扰屏蔽解决方案，有机片材可实现大量功能集成。以有机片材为中心的热塑性解决方案易于原型制作，可显着减少零件数量、降低模具成本和大批量生产的可扩展性。有机片材的核心优势将为应用带来最大价值。