Improved multiscale fiber orientation modeling in injection molding of short fiber reinforced thermoplastics: simulation and experiment

Die Orientierungsvorgänge beim Spritzgießen von mit Kurzfasern verstärkten Thermoplasten werden experimentiell und durch Simulationsrechnung untersucht. Die Simulationsrechung basiert auf der Navier-Stokes-Gleichung mit der inkompressible thermische Flüssigkeiten beschrieben werden können. Diese wird für die Simulation mit der Bedingung für eine freie Oberfläche, die Orientierung und den Konstitutivgleichungen verknüpft. Die Rechnung erfolgte dann mit einer zellenzentrierten Diskretisierung auf einem kartesischen Gitter nach einem iterativen Algorithmus. Die für die Rechnung erforderlichen pvT-, Wärmekapazitäts- und Viskositätsdaten von Polybutylenterephthalat (PBT) wurden experimentell bestimmt. Weiter wurden 1 mm und 5 mm dicke Sprizgussplatten aus PBT verstärkt mit 10, 30 oder 50 % kurzen Glasfasern hergestellt. Bei der 1 mm dicken Platte ist die Fließfront um so stärker gekrümmt, je höher der Faseranteil ist. Dagegen ist die Fließfront bei der 5 mm Platte während des gesamten Füllvorgangs konvex. Die experimentellen Ergebnisse der Formfüllvorgänge werden mit den Simulationsrechnungen für zwei verschiedene Kopplungsparameter verglichen, wobei der höhere Kopplungsparameter Np = 50 die bessere Übereinstimmung von Simulation und Experiment ergibt.