Use of simulation analysis to optimize plastics containing natural fibers
Taveniny plastů vykazují odlišné tečení, pokud obsahují přírodní vlákna: přírodní vlákna jsou v průměru delší a pružnější, což mj. způsobuje jejich nižší hustotu a vyšší objemový podíl při stejném hmotnostním poměru, pokud je porovnáváme s plnivem ze skleněných vláken. Z tohoto důvodu není možné k simulačním analýzám použít výpočtový model pro skleněná vlákna.
 |
|||
|
Obr. 1: Přírodní materiály, které mohou být využity k přípravě vláken pro plastikářský průmysl: sisal, konopí, pšeničná sláma, len, kenaf (vlákno z ibišku konopovitého), regenerovaná celulóza a dřevěná vlákna |
Výše uvedené bylo hlavním důvodem, proč se německá firma Simcon GmbH, dodavatel simulačních softwarů Cadmould® a Varimos® pro optimalizaci vstřikování plastů, zapojila do výzkumného projektu s názvem „Materiálové a tokové modely pro vstřikované materiály s obsahem přírodních vláken, podpora použití přírodních vláken v automobilovém průmyslu“. Na projektu spolupracovala řada dalších významných firem a institucí jako např. Ford, Universita ve Wisconsin-Madisonu, Universita v Brémách, WKI Hannover, Institut Fraunhofer, International Automotive Components, LyondellBasell a další.
V rámci výzkumného projektu byly postupně provedeny následující kroky:
a) Na universitě v Madisonu byl vytvořen mikromechanický model pro popis chování přírodních vláken při proudění s bilancí sil působících na jednotlivá vlákna.
b) Na universitě v Brémách a na WKI Hannover byla zjištěna orientace přírodních vláken v reálných tělesech pomocí mikro-CT-snímků.
c) Nový výpočtový modul byl vložen do výpočtového jádra softwaru Cadmould® a návazně byla provedena řada porovnávacích měření s využitím počítačové tomografie.
d) Pro zamezení kvalitativních vad byly stanoveny nové technologické parametry vstřikování plastových materiálů obsahujících přírodní vlákna. Vhodné parametry jsou poněkud odlišné od dosud běžně používaných hodnot.
e) K dalšímu ověření nového simulačního modulu posloužily crash testy, při kterých bylo porovnáváno crash chování reálných dílů se simulačními matematickými výpočty. Orientace přírodních vláken vypočítaná softwarem Cadmould® byla s využitím programu Cadmould® Converse přenesena do softwarů LS-DYNA a RADIOSS, ve kterých byly provedeny strukturální výpočty.
Při všech porovnáních byly nalezeny dobré shody mezi simulacemi a výsledky reálných měření. Na obrázku 2 je doložena shodnost deformačního výpočtu s reálnou deformací dílu.
 |
|
Obr. 2: Vypočítaná deformace PP dílu plněného sisalem a deformace reálného dílu. Deformace jsou shodné ve směru i velikosti. |
Výsledkem výzkumného projektu je nový funkční simulační modul softwaru Cadmould®, vycházející z mikromechanického modelu zpracovaného na univerzitě v Madisonu, který umožní analýzy plastových výrobků s obsahem přírodních vláken. Simulace tak dokáží komplexně pokrýt požadavky průmyslu. Dalším úkolem firmy Simcon je pak dále rozvíjet a zdokonalovat nový simulační modul s cílem dosáhnout co nejlepších analýz materiálů obsahujících různé typy přírodních vláken.
-
Plasty Gabriel s.r.o.
Plastic injection, plastic injection analysis, software Cadmould for analysis and optimization of plastic injection, plastic injection simulation.
Plastics Industry Continues Steady Growth – The 29th Exhibition Plastpol Expo in Kielce Welcomes Global Innovations
24.1.2025 In the face of challenges, the plastics industry keeps developing globally and in Poland, with Poland being the processing leader in Central and Eastern Europe. The market value continues to grow, and investments in innovative technologies are...
PlasticPortal® – better, faster and more intuitive!
.jpg "TG – Toman Group spol s r.o.")