Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse, Simulation und Verifikation des Formfüllverhaltens von hochgefüllten duroplastischen Formmassen in der Spritzgießverarbeitung

Duroplaste eignen sich aufgrund ihrer hohen thermo-mechanischen und chemischen Beständigkeit sowie ihrer geringen Schwindung hervorragend für spritzgegossene Präzisionsbauteile. Durch die geringen Materialkosten sowie der energieeffizienten Herstellung und Verarbeitung können sie deutlich zur Ressourcenschonung beitragen. Softwarelösungen bieten zwar bereits die Möglichkeit, den Spritzgießprozess von duroplastischen Formmassen für die sichere Bauteilauslegung 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).

Daher ist das Ziel des Forschungsvorhabens die Generierung von detaillierten Materialdaten zur verbesserten Charakterisierung des Werkstoffverhaltens duroplastischer Formmassen sowie die Optimierung der Simulationsergebnisse durch Modifizierung der Materialmodelle. Die Verifizierung erfolgt dabei durch den Abgleich der Simulation mit realen Füllstudien unter Variation der Prozessparameter und anschließenden Faserverteilungs- und Faserlängenanalysen. Durch die Implementierung von neuen Berechnungsroutinen in kommerzielle Simulationssoftware lassen sich mögliche Fehlerquellen bei der Entwicklung duroplastischer Bauteile wesentlich sicherer detektieren.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens bilden somit eine breite Basis zur Schaffung von Richtlinien zur Verarbeitung, Werkzeugauslegung und Simulation des Spritzgießprozesses mit Duroplasten. Dadurch werden Spritzgießverarbeiter in die Lage versetzt, das hohe Innovationspotenzial der Duroplaste vermehrt auszuschöpfen. Formenbauer und Ingenieurbüros, die die Simulationen durchführen und in der Regel den KMU zugehörig sind, profitieren gleichermaßen von den Ergebnissen des Forschungsvorhabens.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Forschungsvorhaben erzielten Ergebnisse vertiefen das Wissen über das Materialverhalten duroplastischer

Formmassen im Spritzgießverfahren und den daraus resultierenden Eigenschaften. Durch eine verbesserte

Vorhersagequalität der Simulationsergebnisse können Fehler in der Entwicklung von Bauteilen aus

duroplastischen Werkstoffen reduziert und Entwicklungszeiten verkürzt werden. Die weiterhin bestehenden

Diskrepanzen zwischen Realität und Simulationsergebnis in Bezug auf Formfüllung und Faserorientierung

entstehen, da die derzeit verwendeten mathematischen Modelle der Simulationssoftware das komplexe

Materialverhalten duroplastischer Formmassen nur unzureichend beschreiben können. Dies verlangt weitere

umfangreiche Grundlagenforschung in Zusammenarbeit mit den Softwareherstellern.

Trotz allem profitieren Materialhersteller, Verarbeiter, Werkzeugbauer und Ingenieurbüros in hohem Maße von den

gewonnen Ergebnissen. Speziell viele klein- und mittelständische Kunststoffverarbeiter werden durch die neu

gewonnenen Erkenntnisse in die Lage versetzt, bei der Entwicklung und Herstellung von neuen, innovativen

Produkten vermehrt duroplastische Werkstoffe anwenden zu können. Mit dieser Alternative zu teuren

Thermoplasten können sie dem steigenden Kostendruck entgegenwirken und darüber hinaus die, durch den

geringen Energiebedarf entstehenden, energetischen Vorteile bei der Verarbeitung duroplastischer Formmassen

nutzen. Werkzeugbauer und Ingenieurbüros profitieren ebenfalls durch das vertiefte Wissen über die Simulation

des Spritzgießprozesses von duroplastischen Bauteilen und können die Entwicklung von neuen Produkten und

Prozessen beratend begleiten. Des Weiteren können auch die Rohstoffhersteller von duroplastischen

Formmassen großen Nutzen aus den Ergebnissen ziehen und die Verarbeiter durch die Bereitstellung von

Materialdaten besser unterstützen, was letztlich zu einer gesteigerten Nachfrage führt.