TY - BOOK

T1 - Messung von pvT-Daten bei prozessnahen Abkühlraten und deren Einfluss auf die Simulation von Schwindung und Verzug mit Moldflow Plastics Insight

AU - Lucyshyn, Thomas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Thematik aufgegriffen, dass die Simulation von Schwindung und Verzug von spritzgegossenen Kunststoffbauteilen noch nicht den gewünschten Grad an Zuverlässigkeit bietet. Daher war das Ziel, durch eine neue Messmethodik für die Ermittlung von pvT-Daten die Simulationsergebnisse mit Moldflow Plastics Insight (MPI) zu verbessern. Eine neue Messapparatur und eine spezielle Auswertetechnik für die Messung der pvT-Daten bei prozessnahen Abkühlraten (hcr-pvT für high cooling rate pvT) wurden entwickelt und die erzielten Messergebnisse mit Standard-Messungen verglichen. Zwei amorphe und zwei teilkristalline Thermoplaste wurden untersucht, wobei durchschnittliche Kühlraten von ca. 15 K/s erzielt wurden, was im Vergleich zu Standardmessungen um ca. zwei Zehnerpotenzen höher ist. Bei den amorphen Thermoplasten wurde eine Verschiebung der hcr-pvT-Kurven zu höheren Werten gegenüber den Standard-pvT-Messungen im Bereich unterhalb der Glasübergangstemperatur festgestellt. Die teilkristallinen Materialien zeigten nahezu amorphen Charakter in Bezug auf den Kurvenverlauf, und der Übergang zwischen Schmelze und Feststoff liegt deutlich unter dem Wert der Standard-Messung. Auch bei den teilkristallinen Materialien liegt das Niveau des spezifischen Volumens im Feststoffbereich höher als bei Standardbedingungen. Mit den vier Materialien wurden schachtelförmige Versuchsteile mit unterschiedlichen Wanddickenvariationen hergestellt. Diese Bauteile wurden mittels optischem 3D-Scanner digitalisiert. Mit MPI wurden diese Bauteile mit den Prozessparametern aus den Experimenten simuliert. Für die Auswertung der Schwindungs- und Verzugsberechnung wurden repräsentative Vergleichsmaße ausgewählt. Die berechneten Maßänderungen der Vergleichsmaße wurden mit den vermessenen Bauteillängen verglichen, wobei die Berechnungen jeweils mit Standard-pvT-Daten als auch mit den neu ermittelten hcr-pvT-Daten durchgeführt wurden, um das Verbesserungspotential sichtbar machen zu können. Für die untersuchten amorphen Kunststoffe konnte eine Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit durch die Verwendung der hcr-pvT-Daten in MPI erzielt werden. Bei den teilkristallinen Thermoplasten stehen einigen Verbesserungen in den Verzugsergebnissen in vielen Fällen auch Verschlechterungen gegenüber. Eine Erklärung dafür könnte darin liegen, dass der Kristallisationsprozess nicht nur von der Abkühlrate sondern auch von der zuvor eingebrachten Scherung abhängt (scherinduzierte Kristallisation), die weder mit dem Standard- noch mit dem hcr-pvT-Messgerät berücksichtigt werden kann.

AB - Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Thematik aufgegriffen, dass die Simulation von Schwindung und Verzug von spritzgegossenen Kunststoffbauteilen noch nicht den gewünschten Grad an Zuverlässigkeit bietet. Daher war das Ziel, durch eine neue Messmethodik für die Ermittlung von pvT-Daten die Simulationsergebnisse mit Moldflow Plastics Insight (MPI) zu verbessern. Eine neue Messapparatur und eine spezielle Auswertetechnik für die Messung der pvT-Daten bei prozessnahen Abkühlraten (hcr-pvT für high cooling rate pvT) wurden entwickelt und die erzielten Messergebnisse mit Standard-Messungen verglichen. Zwei amorphe und zwei teilkristalline Thermoplaste wurden untersucht, wobei durchschnittliche Kühlraten von ca. 15 K/s erzielt wurden, was im Vergleich zu Standardmessungen um ca. zwei Zehnerpotenzen höher ist. Bei den amorphen Thermoplasten wurde eine Verschiebung der hcr-pvT-Kurven zu höheren Werten gegenüber den Standard-pvT-Messungen im Bereich unterhalb der Glasübergangstemperatur festgestellt. Die teilkristallinen Materialien zeigten nahezu amorphen Charakter in Bezug auf den Kurvenverlauf, und der Übergang zwischen Schmelze und Feststoff liegt deutlich unter dem Wert der Standard-Messung. Auch bei den teilkristallinen Materialien liegt das Niveau des spezifischen Volumens im Feststoffbereich höher als bei Standardbedingungen. Mit den vier Materialien wurden schachtelförmige Versuchsteile mit unterschiedlichen Wanddickenvariationen hergestellt. Diese Bauteile wurden mittels optischem 3D-Scanner digitalisiert. Mit MPI wurden diese Bauteile mit den Prozessparametern aus den Experimenten simuliert. Für die Auswertung der Schwindungs- und Verzugsberechnung wurden repräsentative Vergleichsmaße ausgewählt. Die berechneten Maßänderungen der Vergleichsmaße wurden mit den vermessenen Bauteillängen verglichen, wobei die Berechnungen jeweils mit Standard-pvT-Daten als auch mit den neu ermittelten hcr-pvT-Daten durchgeführt wurden, um das Verbesserungspotential sichtbar machen zu können. Für die untersuchten amorphen Kunststoffe konnte eine Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit durch die Verwendung der hcr-pvT-Daten in MPI erzielt werden. Bei den teilkristallinen Thermoplasten stehen einigen Verbesserungen in den Verzugsergebnissen in vielen Fällen auch Verschlechterungen gegenüber. Eine Erklärung dafür könnte darin liegen, dass der Kristallisationsprozess nicht nur von der Abkühlrate sondern auch von der zuvor eingebrachten Scherung abhängt (scherinduzierte Kristallisation), die weder mit dem Standard- noch mit dem hcr-pvT-Messgerät berücksichtigt werden kann.

KW - pvT-data

KW - simulation

KW - shrinkage

KW - warpage

KW - injection moulding

KW - pvT-Daten

KW - Simulation

KW - Schwindung

KW - Verzug

KW - Spritzgießen

M3 - Dissertation

ER -