TY - THES

T1 - Ermittlung der Transition-Temperature bei verschiedenen Kühlraten und deren Einfluss auf die Vorhersage von Schwindung und Verzug in der Spritzgusssimulation

AU - Knapp, Gilbert

N1 - gesperrt bis null

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Üblicherweise wird in der Spritzgusssimulation der Phasenübergang von flüssig auf fest vereinfacht, indem die so genannte Transition-Temperature (Ttrans), auch als No-Flow-Temperature bekannt, verwendet wird. Oberhalb dieser Temperatur wird angenommen, dass sich der Kunststoff wie eine Flüssigkeit verhält und darunter wie ein Festkörper ohne Fließgeschwindigkeit. Eine verbreitete Methode, um diesen Materialparameter zu gewinnen ist eine Messung mit der Dynamischen Differenzkalorimetrie (engl. Differential Scanning Calorimetry, DSC) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20 K/min. Verglichen mit dem Spritzgussprozess ist diese Abkühlgeschwindigkeit jedoch weit zu niedrig. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Methode der Bestimmung der Transition-Temperature einen Einfluss auf die Vorhersage von Schwindung und Verzug mit kommerziellen Spritzgusssimulationsprogrammen hat. In der vorliegenden Arbeit wurden die Transition-Temperature und Daten der spezischen Wärmekapazität cp als Funktion der Temperatur von je vier amorphen und teilkristallinen Kunststoffen durch DSC-Versuche mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten von bis zu 100 K/min ermittelt. Die Abhängigkeit der Transition-Temperature wurde als Funktion der Abkühlgeschwindigkeit beschrieben. Es wurde ein geringer Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die Transition-Temperature der untersuchten amorphen Kunststoffe festgestellt. Die Transition-Temperature und damit der Peak der cp-Kurven der teilkristallinen Kunststoffe verlagerte sich jedoch mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit signifikant zu niedrigeren Temperaturen. Anschließend wurden die ermittelten Transition-Temperatures und cp-Kurven der teilkristallinen Kunststoffe mit dem kommerziellen Spritzgusssimulationspaket Autodesk-Moldflow-Insight verwendet, um Schwindung und Verzug von schachtelförmigen Bauteilen zu ermitteln. Die Bauteile wurden spritzgegossen und unter Zuhilfenahme eines optischen 3D-Scanners vermessen. Schlussendlich wurden die Simulationsergebnisse mit den experimentellen Daten der spritzgegossenen Schachteln verglichen. Die Ergebnisse zeigten einen großen Einfluss der Transition-Temperature und der cp-Kurven auf Schwindung und Verzug mit dem 3D-Modell und nur einen geringen Einfluss mit dem 2,5D-Modell. Generell konnte eine bessere Übereinstimmung mit den experimentellen Daten für das 3D-Modell festgestellt werden. Durch Ttrans und cp-Daten, gemessen bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten, konnten die Ergebnisse der 3D Simulation deutlich verbessert werden.

AB - Üblicherweise wird in der Spritzgusssimulation der Phasenübergang von flüssig auf fest vereinfacht, indem die so genannte Transition-Temperature (Ttrans), auch als No-Flow-Temperature bekannt, verwendet wird. Oberhalb dieser Temperatur wird angenommen, dass sich der Kunststoff wie eine Flüssigkeit verhält und darunter wie ein Festkörper ohne Fließgeschwindigkeit. Eine verbreitete Methode, um diesen Materialparameter zu gewinnen ist eine Messung mit der Dynamischen Differenzkalorimetrie (engl. Differential Scanning Calorimetry, DSC) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20 K/min. Verglichen mit dem Spritzgussprozess ist diese Abkühlgeschwindigkeit jedoch weit zu niedrig. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Methode der Bestimmung der Transition-Temperature einen Einfluss auf die Vorhersage von Schwindung und Verzug mit kommerziellen Spritzgusssimulationsprogrammen hat. In der vorliegenden Arbeit wurden die Transition-Temperature und Daten der spezischen Wärmekapazität cp als Funktion der Temperatur von je vier amorphen und teilkristallinen Kunststoffen durch DSC-Versuche mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten von bis zu 100 K/min ermittelt. Die Abhängigkeit der Transition-Temperature wurde als Funktion der Abkühlgeschwindigkeit beschrieben. Es wurde ein geringer Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die Transition-Temperature der untersuchten amorphen Kunststoffe festgestellt. Die Transition-Temperature und damit der Peak der cp-Kurven der teilkristallinen Kunststoffe verlagerte sich jedoch mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit signifikant zu niedrigeren Temperaturen. Anschließend wurden die ermittelten Transition-Temperatures und cp-Kurven der teilkristallinen Kunststoffe mit dem kommerziellen Spritzgusssimulationspaket Autodesk-Moldflow-Insight verwendet, um Schwindung und Verzug von schachtelförmigen Bauteilen zu ermitteln. Die Bauteile wurden spritzgegossen und unter Zuhilfenahme eines optischen 3D-Scanners vermessen. Schlussendlich wurden die Simulationsergebnisse mit den experimentellen Daten der spritzgegossenen Schachteln verglichen. Die Ergebnisse zeigten einen großen Einfluss der Transition-Temperature und der cp-Kurven auf Schwindung und Verzug mit dem 3D-Modell und nur einen geringen Einfluss mit dem 2,5D-Modell. Generell konnte eine bessere Übereinstimmung mit den experimentellen Daten für das 3D-Modell festgestellt werden. Durch Ttrans und cp-Daten, gemessen bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten, konnten die Ergebnisse der 3D Simulation deutlich verbessert werden.

KW - Transition-Temperature

KW - Ttrans

KW - spezifische Wärmekapazität

KW - cp

KW - Kühlrate

KW - Abkühlgeschwindigkeit

KW - Schwindung

KW - Verzug

KW - Spritzgusssimulation

KW - Transition-Temperature

KW - Ttrans

KW - specific heat capacity

KW - cp

KW - cooling rate

KW - shrinkage

KW - warpage

KW - injection moulding simulation

M3 - Masterarbeit

ER -