Simulation des Formfüllverhaltens von duroplastischen Formmassen

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Duroplaste eignen sich aufgrund ihrer hohen thermo-mechanischen und chemischen Beständigkeit sowie ihrer geringen Schwindung hervorragend für spritzgegossene Präzisionsbauteile. Softwarelösungen bieten zwar bereits die Möglichkeit, den Spritzgießprozess von duroplastischen Formmassen zu simulieren, allerdings treten dabei immer wieder starke Diskrepanzen zur Praxis auf. Die Ursachen hierfür liegen in der schwierigen Materialdatenermittlung aufgrund der eintretenden Vernetzung sowie in der mathematischen Abbildung der unterschiedlichen Strömungsformen (Quellströmung / Block-Scherströmung). Ziel des Forschungsvorhabens war die Generierung von detaillierten Materialdaten zur verbesserten Charakterisierung des Werkstoffverhaltens duroplastischer Formmassen sowie die Optimierung der Vorhersagequalität der rheologischen Simulation durch Modifizierung der Simulationsparameter und Randbedingungen. Die Verifizierung erfolgte dabei durch den Abgleich der Simulation mit realen Füllstudien unter Variation der Prozessparameter und anschließenden Faserverteilungs- und Faserlängenanalysen. Als Untersuchungsmaterialien dienten drei epoxidharzbasierte sowie zwei phenolharzbasierte Spritzgussformmassen. Die Versuche wurden an einem Probekörperwerkzeug (Fließspirale) sowie, zur Abbildung komplexer Formfüllvorgänge, an einem Steckermodul durchgeführt. Umfangreiche Werkstoffcharakterisierungen bildeten die Grundlage zur Erstellung der Materialkarten. Auf Basis dieser Materialkarten erfolgten Füllsimulationen zur Definition der bestimmenden Parameter, die die Simulationsergebnisse maßgeblich beeinflussen. Aus den gewonnenen Ergebnissen konnten abschließend Handlungsempfehlungen für die Kennwertermittlung und die Simulation duroplastischer Formmassen erstellt werden.