对预浸料织物或单向（UD）带进行套裁组合的一大挑战是，如何处理太小的或者纤维排列不正确的从而无法重新用于其他项目的边角废料。
虽然嵌套软件和刀具的使用极大地减少了这些边角废料，但仍有很多被送进垃圾填埋场，从而增加了材料和部件成本以及环境负担。
荷兰Van Wees UD and Crossply Technology 公司（以下简称Van Wees）开发了一种技术，有助于改善生产的可持续性——其开发的机器，使得重新利用热塑性带材废弃物成为可能。
纺织根基
创建于1945年、一直扎根于纺织行业的Van Wees是一家设计、生产、安装和调试机器和生产线的全方位服务提供商，其机器和生产线能高产量地生产优质的先进复合材料（包括热固性或热塑性，以及碳纤增强或玻纤增强）。
该公司在浸渍生产线（包括纱架）上制造预浸料，这些生产线主要包括：用于生产环氧基热固性材料以及聚丙烯（PP）和耐高温聚酰胺（PAs）等热塑性基材复合材料的设备，还有既可加工热塑性带材也可加工热固性带材的交叉铺层的多轴UD带铺放机。
在其研究和技术中心（简称R&TC），Van Wees备有生产规模的设备，用于自身的工艺开发，以及供客户观摩从而考虑是否购买Van Wees的生产系统，或者在客户等待其订购的机器制造的过程中供他们学习设备的操作，从而允许客户生产他们可以评估的材料，或者为他们自己的客户提供进一步的材料评估。
比如，在R&TC，可以从纱架上拉出丝束、展开纤维并浸渍从而生产出带材，然后让其通过该公司的交叉铺放或多轴UD机，以生产出具有多个铺层和纤维取向的层压板（有至少两层0°/90°交叉铺放的层压板，以及至少两层按非0°/90°取向铺放的多轴UD层压板）。
离开机器的层压板被订在一起以便于搬运。接下来，这些层压板可能会被模切成净形状的预成型件，以为加工成复合材料部件作好准备。
虽然以交叉铺层和多轴UD机为核心的Van Wees设备正在生产的是热塑性UD带，但该机器也能生产热固性基体材料的带材，以及（或）采用织物而非UD增强材料的预浸料。
有趣的是，为供客户测试以及满足客户要求而制造这些产品，给Van Wees自身带来了废料问题，这导致该公司的研究人员开发了一种“零浪费工艺”，以便从“采用订制纤维坯料的预成型件生产”中回收碎片/废弃物。
作为一项服务，该公司为客户提供评估这些基于碎片的热塑性坯料的机会，且已开发了设备，能够以高产量实现这种热塑性坯料的商业化生产。
不浪费，不愁缺
在模切操作生产净形状预成型件（Van Wees称之为“补片”）的过程中，废料被收集起来，并按树脂和纤维类型进行分类。
这种废料的形状和大小是不规则的，所以模切机被设计成可生产出最大尺寸50mm×50mm的碎片。然后通过压缩或真空成型，将切好的碎片压制成一种固结的板材，从而获得一种拥有随机取向不连续纤维的层压板。
从废料到碎片（图片来自Van Wees UD and Crossply Technology BV）
固结的板材（图片来自Van Wees UD and Crossply Technology BV）
制造这种板材无需额外的树脂，而只需采用化学相容性树脂将碎片混合在一起，且可以根据最终部件（将采用基于碎片的层压板成型）所需的性能要求而将玻纤和碳纤增强的两种碎片组合起来。
由于层压板内单个碎片中的纤维最长可达50mm，而且纤维在片材中的取向是随机的，因此这种100%回收的零浪费订制坯料提供了良好的正交异性刚度和强度，特别是与短纤维增强注塑成型模塑料相比时。
然而，由于用于该层压板不连续纤维束的纤维重量百分比可以达到50%～70%（最初的配方处在此范围的上层），导致这种材料在压机中几乎是不流动的。因此，为了填充2.5D或3D的形状，必须在注塑机中采用短纤维增强塑料甚至（或）纯树脂对基于碎片的层压板进行包覆成型。
这种基于碎片的层压板还能在压机中与连续纤维增强的材料进行共成型。无论哪种方式，都需要在成型前对层压板进行预热。
有趣的是，Van Wees已经发现，这种基于碎片的层压板，仍然提供了其连续纤维交叉铺放的高性能层压板（采用同样的纤维和树脂配置）一半的弯曲强度和模量。
热塑性带材废料的回收利用工艺
概念证明
为展示其零浪费订制坯料的能力，Van Wees实施了几个示范项目。
一个是用于乘用车门内板的加强梁/防撞梁。
这项研究是基于Lipa Series团队的项目，该项目开发了适合大批量工业化生产的轻质复合材料部件。这家位于瑞士Büsslingen、目前不太活跃的组织，其核心技术主要是预成型连续纤维有机板/玻璃纤维毡热塑性复合材料（GMT），然后在注塑机中采用纤维增强树脂进行背部填充。
Van Wees生产的车门防撞梁示范件（一种用于满足汽车侧面碰撞/侵入法规要求的部件）长约650mm、宽110mm，拥有3mm的标称壁厚，采用3mm玻纤增强PA6这一基准材料时的重量约450g。该部件还拥有一个40mm高的中央圆顶结构。
这种有机板制成的防撞梁没有提供足以满足应用要求的能量吸收性能，因此Van Wees 的研究人员们试图用不到1min的循环时间、以零浪费的方式在相同壁厚的情况下（因为要使用现有的模具）提升部件的整体性能。
通过与几家聚合物供应商合作，Van Wees采用多种聚合物和增强材料（包括玻纤/PA4/PA10、玻纤/PP、碳纤/PP以及玻纤+碳纤/PP）生产了UD 带。与之匹配的短纤增强注塑包覆成型用混合物由树脂供应商生产。
为了达到或超过性能要求，用模拟来评估用于订制坯的单个UD层的数量和取向。接着，使用带材生产连续纤维层压板，然后再用该层压板生产防撞梁。
计算机辅助工程（CAE）结果预测出玻纤/PA4/PA10订制坯料能够以比织物/有机板更低的成本提供最好的性能，物性测试也证实了这一点。
为进一步探索减少浪费和成本的机会，研究人员们将在生产连续纤维增强层压板的过程中产生的废料（大约30%的切割损失率）重新用于防撞梁的生产中，即将这种回收的材料用于生产1mm厚的基于碎片的层压板，并将此产品作为芯层，夹在由更多UD 料（在多轴UD机上生产）制成的表层材料之间。
有趣的是，在采用有限的样品尺寸进行的初步测试中，他们发现，与完全采用连续增强材料的层压板相比，混合采用连续和不连续增强材料的层压板的性能几乎没有损失。
无性能损失迹象
由该团队进行的额外计算表明，采用Lipa Series团队开发的1min复合材料包覆成型工艺，能够满足Van Wees提出的每年生产200万个防撞梁的目标。
考虑到Van Wees的订制坯生产线的运行速度（多轴UD机每小时能生产1800个补片，交叉铺放机每小时能生产1260个补片），添加了额外的设备用于将废料转变成基于碎片的层压板，从而创造了零浪费的生产系统，将产量提升了30%，使得每年生产260万个部件成为可能。
高速生产工艺
该公司研究人员开展的另一个快速转型项目是，开发用于Van Wees公司总部会议室的复合材料表面的门把手。
：PEGGY MALNATI
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