Use of simulation analysis to optimize plastics containing natural fibers

Taveniny plast� vykazují odlišné te�ení, pokud obsahují p�írodní vlákna: p�írodní vlákna jsou v pr�m�ru delší a pru�n�jší, co� mj. zp�sobuje jejich ni�ší hustotu a vyšší objemový podíl p�i stejném hmotnostním pom�ru, pokud je porovnáváme s plnivem ze sklen�ných vláken. Z tohoto d�vodu není mo�né k simula�ním analýzám pou�ít výpo�tový model pro sklen�ná vlákna.

Obr. 1: P�írodní materiály, které mohou být vyu�ity k p�íprav� vláken pro plastiká�ský pr�mysl: sisal, konopí, pšeni�ná sláma, len, kenaf (vlákno z ibišku konopovitého), regenerovaná celulóza a d�ev�ná vlákna

Výše uvedené bylo hlavním d�vodem, pro� se n�mecká firma Simcon GmbH, dodavatel simula�ních softwar� Cadmould^® a Varimos^® pro optimalizaci vst�ikování plast�, zapojila do výzkumného projektu s názvem „Materiálové a tokové modely pro vst�ikované materiály s obsahem p�írodních vláken, podpora pou�ití p�írodních vláken v automobilovém pr�myslu“. Na projektu spolupracovala �ada dalších významných firem a institucí jako nap�. Ford, Universita ve Wisconsin-Madisonu, Universita v Brémách, WKI Hannover, Institut Fraunhofer, International Automotive Components, LyondellBasell a další.

V rámci výzkumného projektu byly postupn� provedeny následující kroky:

a) Na universit� v Madisonu byl vytvo�en mikromechanický model pro popis chování p�írodních vláken p�i proud�ní s bilancí sil p�sobících na jednotlivá vlákna.

b) Na universit� v Brémách a na WKI Hannover byla zjišt�na orientace p�írodních vláken v reálných t�lesech pomocí mikro-CT-snímk�.

c) Nový výpo�tový modul byl vlo�en do výpo�tového jádra softwaru Cadmould^® a návazn� byla provedena �ada porovnávacích m��ení s vyu�itím po�íta�ové tomografie.

d) Pro zamezení kvalitativních vad byly stanoveny nové technologické parametry vst�ikování plastových materiál� obsahujících p�írodní vlákna. Vhodné parametry jsou pon�kud odlišné od dosud b�n� pou�ívaných hodnot.

e) K dalšímu ov��ení nového simula�ního modulu poslou�ily crash testy, p�i kterých bylo porovnáváno crash chování reálných díl� se simula�ními matematickými výpo�ty. Orientace p�írodních vláken vypo�ítaná softwarem Cadmould^® byla s vyu�itím programu Cadmould^® Converse p�enesena do softwar� LS-DYNA a RADIOSS, ve kterých byly provedeny strukturální výpo�ty.

P�i všech porovnáních byly nalezeny dobré shody mezi simulacemi a výsledky reálných m��ení. Na obrázku 2 je dolo�ena shodnost deforma�ního výpo�tu s reálnou deformací dílu.

Obr. 2: Vypo�ítaná deformace PP dílu pln�ného sisalem a deformace reálného dílu. Deformace jsou shodné ve sm�ru i velikosti.

Výsledkem výzkumného projektu je nový funk�ní simula�ní modul softwaru Cadmould^®, vycházející z mikromechanického modelu zpracovaného na univerzit� v Madisonu, který umo�ní analýzy plastových výrobk� s obsahem p�írodních vláken. Simulace tak doká�í komplexn� pokrýt po�adavky pr�myslu. Dalším úkolem firmy Simcon je pak dále rozvíjet a zdokonalovat nový simula�ní modul s cílem dosáhnout co nejlepších analýz materiál� obsahujících r�zné typy p�írodních vláken.

www.cadmould.cz