Orientácia krátkych vlákien vo vstrekovaných termoplastoch

Proces vytvára aj materiálovú štruktúru

Pri termoplastoch spevnených krátkymi vláknami nie je orientácia výstuže v celom diele rovnaká. Počas plnenia formy ju ovplyvňuje prúdenie materiálu, procesné podmienky a reologické správanie taveniny. Výsledná mikroštruktúra preto môže mať v rôznych miestach dielu rozdielny smer a stupeň orientácie.

Táto väzba bola jednou z tém doktorandského výskumu Lukáša Likavčana ukončeného v roku 2017 dizertačnou prácou o vplyve parametrov vstrekovania na vlastnosti výstrekov z termoplastov spevnených krátkymi vláknami.

CAE simulácia môže predikovať orientáciu vlákien, ale samotná kontúrová mapa ešte neukazuje, do akej miery model zodpovedá skutočne vyrobenému dielu. Pre technickú interpretáciu je potrebná porovnateľná informácia z reálnej štruktúry.

Výsledok solvera ešte nie je technický záver. Publikovaný výskum preto porovnával numerické výsledky s experimentálnym hodnotením orientácie vlákien pomocou materialografických a stereologických metód.

Od procesných podmienok k overeniu modelu

Verejne publikovaná výskumná línia prepája proces vstrekovania, numerickú predikciu orientácie, materialografickú prípravu reálnej vzorky a vzájomné porovnanie výsledkov. Cieľom nie je iba vytvoriť simuláciu, ale dostať modelový a fyzický výsledok do porovnateľnej formy.

V práci Ways of Comparation of the Fibre Orientation in Injection Moulding Parts bol na simuláciu vstrekovania použitý Moldex3D. Publikácia pracuje s orientáciou v jednotlivých smeroch a s komponentmi orientačného tenzora druhého rádu.

Zdroj: Ways of Comparation of the Fibre Orientation in Injection Moulding Parts (2014) ↗

Dôležitý nie je konkrétny software ako značka, ale princíp: model musí poskytovať veličinu, ktorú je možné zmysluplne porovnať s fyzickou vzorkou.

Publikované práce využívali materialografickú prípravu vzoriek a stereologické postupy na odhad orientácie krátkych vlákien v polymérnej matrici. V jednom publikovanom príklade bol analyzovaný vstrekovaný ozubený diel z PA6 vystuženého sklenými vláknami a rezy z vybraných miest boli hodnotené svetelnou mikroskopiou.

Zdroj: Comparison of Fibre Orientation Using Simulation Software and Materialography (2016) ↗

Čo z porovnania vyplýva

Porovnanie experimentu so simuláciou ukazuje širší technický princíp: numerický model má hodnotu vtedy, keď rozumieme jeho vstupom, predpokladom a vzťahu k fyzickému problému. Pri hodnotení treba oddeľovať vstupy modelu, vypočítaný výsledok, fyzicky pozorovanú štruktúru, spôsob porovnania a neistoty použitej metódy.

Výskumná línia spája materiálové inžinierstvo, spracovanie polymérov, termoplasty spevnené krátkymi vláknami, vstrekovanie, numerickú simuláciu, materialografiu, stereologické hodnotenie a porovnanie modelu s experimentom.

Ide o doktorandský a spoluautorský výskum; stránka nepripisuje jednotlivé publikované výsledky jednému autorovi bez samostatne doloženého príspevku.

Kde sú hranice

Publikované výsledky sa viažu na konkrétne materiály, vzorky, geometrie a procesné podmienky a nemožno ich automaticky zovšeobecniť. Numerická simulácia zároveň nenahrádza experimentálne overenie tam, kde je potrebné pre konkrétne technické rozhodnutie.

Stránka pracuje iba s verejne dostupným výskumom a neobsahuje dôverné priemyselné údaje.