Hồ sơ khách hàng
Khách hàng: Đại học Kỹ Thuật Chemnitz
Quốc gia: Đức
Ngành: Giáo dục/Giảng dạy
Giải pháp: Moldex3D Advanced PackageFlowPackCoolFiberDesigner BLM

Được thành lập vào năm 1836, với tên Royal Gewerbschule Chemnitz (Royal Mercantile College) tại Chemnitz, Đức. Được đổi tên vào năm 1963 Chemnitz University of Technology hiện là trường đại học lớn thứ ba ở Sachsen với hơn 10.000 sinh viên đang theo học.

Tóm tắt

Hành vi dòng chảy của nhựa nhiệt rắn trong quá trình ép phun nhựa chưa được giải thích đầy đủ trước đây. Do đó sự tồn tại của hiện tượng trượt trên thành khuôn giữa nhựa nhiệt rắn và bề mặt vẫn chưa được xác định. Sản phẩm này sẽ chứng minh cách mà Moldex3D đã giúp sinh viên Đại học kí thuật Chemnitz phát triển phương thức có ích để nghiên cứu hiện tượng trượt trên thành khuôn của polyme trong giai đoạn điền đầy và cách tạo ra bảng dữ liệu của vật liệu để có thể nhập vào trực tiếp bên trong ngân hàng vật liệu của Moldex3d để phân tích quá trình ép phun của vật liệu nhựa nhiệt rắn với điều kiện biên trượt thành (wall slip boundary conditions)

Khó khăn

  • Khảo sát hiện tượng trượt thành của vật liệu nhựa nhiệt rắn trong quá trình điền đầy
  • Tạo bảng dữ liệu vật liệu cho mô phỏng ép phun nhựa nhiệt rắn
  • Để dự đoán các đường cong tổng thể của động học lưu biến và lưu hóa ở nhiều tốc độ gia nhiệt

Giải pháp

Đầu tiên, cả nhóm đã thực hiện các nghiên cứu thử nghiệm dưới các quá trình xử lý khác nhau. Đã nhận thấy rằng có sự trượt mạnh trên các mặt phân cách giữa polyme phenolic và bề mặt thành khuôn, nó đã chưa được tìm thấy ở khuôn ép phun nhựa nhiệt dẻo. Thứ hai, lưu biến học và cấu hình gia nhiệt của khuôn ép nhựa nhiện rắn và các hợp chất được đo đạc thành công. Sau tất cả, cả nhóm đã sử dụng phương thức số hóa để tạo ra bảng dữ liệu vật liệu và dự đoán được các đường chỉnh của độ nhớt đường động học tại nhiều tỉ lệ gia nhiệt. Cuối cùng cả team đã nhập bảng dữ liệu vào ngân hàng vật liệu để khảo sát các kết quả của mô phỏng trong khuôn ép phun và cân nhắc các điều kiện biên trượt. Kết của của các thử nghiệm đã cho thấy rằng, có sự trượt mạnh trên các mặt phân cách giữa nhựa nhiệt rắn và bề mặt thành khuôn.

Lợi ích

  • Xác nhận ảnh hưởng của hiện tượng trượt tường đối với quá trình ép phun nhựa nhiệt rắn
  • So sánh hành vi dòng chảy giữa nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo
  • Đã tạo bảng dữ liệu vật liệu cho quá trình mô phỏng khuôn nhựa nhiệt rắn

Tình huống

Tiến sĩ Trần Ngọc Tú, nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chemnitz, đã nghiên cứu các hành vi chảy của nhựa nhiệt rắn (Vyncolit X655 PF- (GF + Mineral) 80%) với các điều kiện trượt và nghiên cứu về các hiện tượng tương tác giữa mặt trước nóng chảy và bề mặt khuôn trong quá trình điền đầy. Hình 1 cho thấy dòng chảy trước không ổn định của nhựa nhiệt rắn.

Hình 1 : Dòng chảy trước không ổn định của nhựa nhiệt rắn phenolic polymner (trái) và sự tương tác phản hồi của nhựa nhiệt rắn (phải)

Để nghiên cứu hiện tượng trượt, các nhà nghiên cứu đã sơn một vết trên lòng khuôn trước mỗi 1 lần ép phun. Sau đó tiến hành ép nhựa vào khuôn và phân tích vị trí của màu trắng đã xuất hiện trên bề mặt của khuôn sản phẩm. Nếu vết đánh dấu vẫn giữu nguyên vị trí tại bề mặt lòng khuôn cho thấy không có hiện tượng trượt sau mỗi chu kì ép phun hoàn tất. Ngược lại, nó có nghĩa rằng có hiện tượng trượt rõ ràng giữa polymer và bề mặt lòng khuôn. Hình 2 chỉ ra phương pháp kỹ thuật của các phương pháp nhận dạng hiện tượng trượt.

Hình 2 Chỉ ra phương pháp kỹ thuật của các phương pháp nhận dạng hiện tượng trượt.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng sản phẩm công nghiệp phức tạp và xoắn ốc để khảo sát hiện tượng trượt, vị trí đường hàn và chiều dài dòng chảy. Hình 3 cho thấy hướng dòng chảy của sản phẩm xoắn ốc với một cấu hình tốc độ phun duy nhất. Hình 4 cho thấy sản phẩm công nghiệp phức tạp với cấu hình nhiều tốc độ phun và Bảng 1 & 2 cho thấy các thông số ép phun của các sản phẩm xoắn ốc và phức tạp.

Thông số Giá trị Đơn vị
Nhiệt độ nòng trục vis 100-80-60 °C
Nhiệt độ khuôn 175 °C
Giản đồ tốc độ phun 32-16-08 cm³/s
Hình 3. Chi tiết xoắn ốc Bảng 1. Thông số ép chi tiết xoắn ốc

 

Thông số Giá trị Đơn vị
Nhiệt độ nòng trục vis 100-80-60 °C
Nhiệt độ khuôn 175 °C
Giản đồ tốc độ phun 13-09-07
20-18-14
40-36-28
cm³/s
Hình 4. Chi tiết phức tạp Bảng 2. Thông số ép chi tiết phức tạp

Các nhà nghiên cứu quan sát thấy từ các sản phẩm xoắn ốc và phức tạp, hiện tượng trượt mạnh xảy ra theo hướng dòng chảy giữa dòng chảy nhựa phenolic và bề mặt lòng khuôn đối với tất cả các thông số ép phun. Dấu vết trắng được quan sát dọc theo hướng dòng chảy trên bề mặt sản phẩm. Hình 5 cho thấy hiện tượng trượt mạnh đối với cả hai mô hình.

Hình 4 : Trượt của vạch trắng trên lòng khuôn của chi tiết xoắn ốc và chi tiết phức tạp

Để dự đoán thực tế trong các mô phỏng số, các đặc tính của vật liệu là một trong những yếu tố quan trọng để tính toán số ép phun phun. Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã đo các đặc tính nhiệt bằng cách sử dụng nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC Q2000) và đồng hồ đo độ dẫn nhiệt (DTC 300) và đo các đặc tính lưu biến của vật liệu bằng cách sử dụng máy đo lưu biến dạng tấm (AR 2000). Dữ liệu đo được từ các công cụ được sử dụng để phát triển mô hình số. Động học lưu hóa được đo ở ba tốc độ gia nhiệt là 5, 10 và 20 k/phút. Mô hình Kamal (Mô hình động học Cure) được sử dụng để dự đoán các tốc độ gia nhiệt khác nhau cho tốc độ phản ứng và mức độ đóng rắn lần lượt được trình bày trong Hình 6 và 7.

Hình 6. Tốc độ phản ứng Hình 7. Mức độ hóa rắn

Mô hình Cross-Castro-Macosko được sử dụng để dự đoán độ nhớt của vật liệu với nhiều tốc độ gia nhiệt. Các đường cong độ nhớt dự đoán cho thấy kết quả phù hợp tốt với dữ liệu thực nghiệm như trong Hình 8 và 9.

Hình 8. Độ nhớt theo nhiệt độ Hình 9. Độ nhớt theo tốc độ trượt

Các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi các đặc tính vật liệu dự đoán thành định dạng dữ liệu vật liệu với sự trợ giúp của Moldex3D. Sau đó, tệp dữ liệu vật liệu được nhập vào ngân hàng vật liệu Moldex3D để dự đoán kết quả. Các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng kết quả chiều dài dòng chảy từ Moldex3D và thí nghiệm cho thấy kết quả phù hợp tốt với các điều kiện trượt cho sản phẩm xoắn ốc. Đối với sản phẩm công nghiệp phức tạp, các cấu hình tốc độ phun khác nhau đã được sử dụng trong thử nghiệm và mô phỏng để quan sát hành vi của mẫu dòng chảy và các vị trí có thể có của các đường hàn. Moldex3D cho thấy các hành vi thiếu nhựa tương tự như thử nghiệm của tất cả các cấu hình tốc độ phun khác nhau. Các nhà nghiên cứu có thể quan sát các vị trí có thể có của các đường hàn từ phần chưa hoàn thiện (thiếu nhựa) (Hình 10).

Hình 10. So sánh giữa vật phun không được điền đầy (trái) và bức tranh điền đầy tương ứng được dự đoán trên phần mềm Moldex3D (phải).

Kết quả thí nghiệm đối với sản phẩm xoắn ốc cho thấy polyme ở gần cổng có độ lưu hóa cao hơn so với polyme ở xa cổng. Dự đoán từ mô phỏng ở thời điểm 43 giây cho thấy nó khoảng 75% với sự khác biệt thấp hơn 4% so với dữ liệu thí nghiệm (79%) từ hình 11. Từ hình 12, kết quả hóa rắn cho thấy chỉ mất thêm 50 giây để làm lõi polyme lỏng đạt độ lưu hóa 79%. Nó cho thấy rằng tệp vật liệu được sử dụng để tính toán là hợp lý.

Hình 11. So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng mức độ hóa rắn của chi tiết xoắn ốc (điền đầy và hóa rắn ở thời điểm 43 giây Hình 12. Mức độ hóa rắn của Vyncolit X655 ở trong giai đoạn điền đầy và hóa rắn dự đoán thông qua mô phỏng

Kết quả

Thông qua các phân tích Moldex3D và thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy hành vi trượt mạnh giữa bề mặt lòng khuôn và dòng chảy trước của polyme nhựa nhiệt rắn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng Moldex3D để mô phỏng quá trình đóng rắn của ép phun phun nhiệt rắn, chiều dài dòng chảy, phân bố áp suất, độ nhớt, đường hàn và các thông số khác. Moldex3D cho thấy sự tương đồng giữa phân tích với dữ liệu thử nghiệm. Sau khi xem xét tất cả các kết quả, Moldex3D là một giải pháp hoàn hảo để dự đoán kịch bản thực trong quá trình ép phun với các tính toán số hóa.

Nguồn: https://www.moldex3d.com/blog/customer_success/chemnitz-university-of-technologys-investigation-of-wall-slip-with-moldex3d/

Leave A Comment