Optymalizacja warunków wtrysku dla materiałów kompozytowych wzmacnianych włóknem z modułem Moldex3D Compression Molding (CM)

Dokładną definicją materiałów wzmacnianych włóknem może być określenie, że są to materiały kompozytowe zbudowane z włókien i polimerowej matrycy. Główną funkcją włókien jest wówczas zwiększenie wytrzymałości i sztywności kompozytu, natomiast zadaniem polimeru jest ochrona włókien przed uszkodzeniem oraz nadanie materiałowi odpowiedniej twardości i odporności na szkodliwe działanie środowiska zewnętrznego. W zależności od wykorzystanego polimeru, tworzywa wzmacniane mogą być zarówno termoutwardzalne i termoplastyczne. Materiały termoutwardzalne, takie jak żywice epoksydowe i poliuretan (PU) były bardzo chętnie stosowane ze względu na swoje właściwości mechaniczne. Jednakże, w ostatnich latach, biorąc pod uwagę rosnące zapotrzebowanie na lekkie i wytrzymałe materiały oraz krótki czas wytwarzania, tworzywa termoplastyczne takie jak polipropylen (PP), poliamid (PA) stały się bardziej popularne i zaczęły stopniowo wypierać materiały termoutwardzalne. Zarówno kompozyty termoutwardzalne i termoplastyczne produkowane są w formie cienkich płyt, jak SMC, BMC, GMT lub prepreg, i następnie na skutek docisku formowane do kształtu finalnego produktu.

Formowanie tłoczne tworzyw sztucznych jest wysoko objętościową i ciśnieniową metodą wytwarzania, stosowaną zwłaszcza dla detali o nieregularnych kształtach, wykonywanych z wysoko wytrzymałych materiałów kompozytowych, np. dla przemysłu samochodowego (obudowy silników, zderzaki, spoilery itp.). Proces formowania tłocznego rozpoczyna się od umieszczenia wstępnie podgrzanego materiału w gnieździe formującym. Następnie, przy pomocy stempla dotłacza się go tak, aby materiał wypełnił całą formę. Stałą, wysoką siłę docisku utrzymuje się aż do momentu, gdy materiał zakrzepnie. W porównaniu do formowania wtryskowego, zaletą formowania tłocznego jest mniejszy koszt wytwarzania dla większych części, ze względu na mniejszą ilość odpadu. Dlatego też technologia ta znajduje zastosowanie także przy przetwarzaniu bardzo kosztownych materiałów. Jednakże wadami tej technologii jest brak płynnej produkcji oraz częste powstawanie wypływek na detalu. Z tego właśnie powodu, nie wszystkie produkty można wytwarzać tą metodą. Oprócz wymogów jakościowych, parametry procesu produkcji przy wykorzystaniu formowania tłocznego skupiają się na kilku podstawowych punktach: 1) wymagana ilość materiału 2) poprawne podgrzewanie lub chłodzenie 3) wymagana siła dotłaczania 4) czas dotłaczania. Wytłaczanie bardziej wymagających tworzyw może przysporzyć sporych trudności podczas przetwórstwa. Zbyt mała ilość materiału powodować będzie powstawanie wad lub deformacji na detalach. Nieodpowiednie chłodzenie lub podgrzewanie skutkować będzie zbyt długim czasem cyklu. Z kolei brak odpowiedniej siły docisku może powodować powstawanie wyprasek o dużej niedokładności wymiarowej.

Moldex3D Compression Molding Solution może automatycznie generować obszar dotłaczania i uzupełniać parametry procesu formowania tłocznego poprzez narzędzie Process Wizard (pokazane na ilustracjach 1 i 2). Moduł formowa tłocznego umożliwia uzyskanie kompletnych wyników analizy poprzez symulację i wizualizację 3D pełnego procesu, którego eksperymentalna wizualizacja byłaby bardzo trudna do wykonania (Ilustracja 3). Co więcej, moduł do analizy formowania tłocznego w Moldex3D umożliwia uzyskanie wyników wymaganej siły docisku oraz rozkładu temperatury i ciśnienia (jak pokazano na ilustracjach 4 i 5). Pozwala to dalej optymalizować parametry procesu produkcji dla materiałów kompozytowych wzmacnianych włóknem.

Ilustracja 1. Część i obszar dotłaczania/strong>

Ilustracja 2. Ustawienia procesu formowania tłocznego

Ilustracja 3. Wizualizacja procesu dotłaczania

Ilustracja 4. Rozkład temperatury i ciśnienia

Ilustracja 5. Wartość siły dotłaczania