Nowy model anizotropii płynięcia polimerów wzmacnianych włóknami w Moldex3D

Nowy model anizotropii płynięcia…

Kompozyty termoplastyczne wzmocnione włóknami (Fiber-reinforced Thermoplastics FRT) mają szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym oraz lotniczym. Elementy kompozytowe mają mniejszą masę, co znaczne zmniejsza ciężar komponentów i pozwala na duże oszczędności paliwa. 

Materiały FRT są przetwarzane za pomocą dwóch zautomatyzowanych metod: formowania wtryskowego oraz metody prasowania. 

Orientacja włókien w materiałach FRT wywołuje przepływ anizotropowy, który zależy w znacznym stopniu od orientacji początkowej tych włókien. 

W przypadku prasowania mat z włóknem szklanym (Glass-mat Thermoplastic GMT) obserwujemy wyraźny kierunek odkształcenia i wydłużenia próbki w kształcie krążka do kształtu elipsy w kierunku przeciwnym do orientacji włókien (ryc. 1).

img-01
Ryc. 1 Krążek z włóknami ułożonymi w kierunku x1ściskany od góry odkształca się w kierunku x2

W przypadku procesu wtrysku, czoło przepływu materiału bez włókna jest jednolite, i utrzymuje regularny kształt podczas wypełniania gniazda formy (A) (ryc. 2). Natomiast w przypadku materiałów wzmacnianych zarówno krótkimi jak i długimi włóknami obserwujemy nieregularny wzór wypełniania. Przy wysokiej zawartości włókien czoło materiału przesuwa się szybciej przy ścianach bocznych (B) (ryc. 2). 

img-02
Ryc. 2 Zachowanie materiału w gnieździe formy w zależności od zawartości wypełniacza (A) regularny materiał, (B) materiał o dużej zawartości włókna

Nowy model lepkości IISO (informed-isotropic viscosity IISO) powstał dzięki współpracy badawczej Purdue-Moldex3D. Model ten opracowany przez doktora Favaloro oraz profesora Pipes (Composites Manufacturing and Simulation Center, Purdue University w USA) został zaimplementowany w oprogramowaniu Moldex3D. 

Szczegóły tego nowego modelu lepkości (IISO) zostały opatentowane w Stanach Zjednoczonych [3, 4] oraz opublikowane w czasopismach naukowych [5, 6].Po implementacji modelu IISO ważne jest sprawdzenie poprawności symulacji w Moldex3D zarówno dla procesu wtrysku jak i metody prasowania. 

Dla symulacji prasowania w Moldex3D początkowy rozkład orientacji włókien w ładunku jest jednokierunkowy w osi X (ryc. 3). Użyty materiał to polipropylen (200°C) o dwudziestopięcioprocentowej zawartości długich włókien szklanych (współczynnik L/D = 360). Ostateczny uzyskany kształt jest wyraźną elipsą rozciągniętą w kierunku przeciwnym do orientacji włókien (ryc. 4). 


img-03
Ryc.3 Symulacja prasowania w Moldex3D.

img-04
Ryc.4 Ostateczny kształt oraz rozkład lepkości na symulacji w Moldex3D [5].

Na wynikach symulacji wtrysku dla poliamidu 66 o pięćdziesięcioprocentowej zawartości krótkich włókien szklanych (współczynnik L/D = 20) wyraźnie widać iż czoło materiału przesuwa się szybciej wzdłuż ścian bocznych (ryc. 5).

img-05
Ryc.5 Kierunek płynięcia czoła tworzywa na symulacji w Moldex3D [6].

Symulowanie anizotropii przepływu wywołanej orientacją włókien stanowi wyzwanie nawet dla najnowocześniejszych oprogramowań CFD. Dlatego też zastosowanie modelu IISO ma decydujące znaczenie dla poprawności wyników symulacji. Nowy moduł z zaimplementowanym modelem IISO: Enhanced Fiber jest dostępny w obecnej wersji Moldex3D 2020. 

Aby uzyskać więcej informacji o nowym module Enhanced Fiber prosimy o kontakt pod adresem: moldex3d@moldex3d.com

Autor: Dr. Huan-Chang (Ivor) Tseng, R&D Program Manager w CoreTech System (Moldex3D)
Literatura:
[1] Favaloro AJ, Sommer DE, Denos BR, Pipes RB. Simulation of prepreg platelet compression molding: Method and orientation validation. J Rheol 2018; 62 1443.
[2] Truckenmüller F, Fritz H-G. Injection molding of long fiber-reinforced thermoplastics: A comparison of extruded and pultruded materials with direct addition of roving strands. Polym Eng Sci 1991; 31 1316-1329.
[3] Favaloro AJ, Pipes RB, Tseng H-C. Molding system for preparing fiber-reinforced thermoplastic composite article. US Patent No. 1020918; 2019.
[4] Tseng H-C, Chang R-Y, Hsu C-H. Molding system for preparing fiber-reinforced thermoplastic composite article. US Patent No. 1020921; 2019.
[5] Favaloro AJ, Tseng H-C, Pipes RB. A new anisotropic viscous constitutive model for composites molding simulation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2018; 115 112-122.
[6] Tseng H-C, Favaloro AJ. The use of informed isotropic constitutive equation to simulate anisotropic rheological behaviors in fiber suspensions. J Rheol 2019; 63(2) 263.




Reportaże

Forum

Sieah123

Wtrysk PA6 GF 30 2020-05-21

Prismatic

Pvc Soft płynne - Produkcja mat barowych - ociekaczy. 2020-04-14

Uoop90

Roboty programy, ustawianie 2020-03-06

Piotrzawadzinski

Linia produkcyjna do rurek PE 2019-12-14

Plastpet

Problem z produkcjia tub do zniczy PP 2019-12-08