< Terug naar vorige pagina
Project
Waterinjectietechnologie (WIT): studie naar het effect van materiaaleigenschappen.
Met behulp van water ondersteund spuitgieten worden holle of gedeeltelijke holle producten geproduceerd. Deze producten bezitten potentieel eenbetere kwaliteit en een lagere proceskost in vergelijking met productenvervaardigd met andere en eerder ontwikkelde kunststofverwerkende technieken. Door de recente ontwikkeling (1998) [1, 2] is de kennis in verband met het proces echter beperkt. Een kritische evaluatie van de beschikbare literatuur (weergegeven in Hoofdstuk 2 van deze thesis) toont namelijk aan dat een fundamenteel begrip van het water-polymeergedrag tijdens het proces ontbreekt. Bijgevolg is de invloed van proces- en materiaalparameters op de kwaliteit van het product onduidelijk en onverklaarbaar.
In deze thesis wordt zowel de opbouw van de wanddikte als de vorming van defecten bestudeerd. De dikte van de wand en de mogelijkeaanwezigheid van defecten in het eindproduct zijn namelijk belangrijke kwaliteitskenmerken. De bijhorende inzichten in het water- en het polymeergedrag onthullen de principiële mechanismen achter het proces, zodat dat de invloed van de proces- en de materiaalparameters op de kwaliteit van het product duidelijk wordt.
De opbouw van de wanddikte wordt onderzocht met experimentele data: naast de wanddikte wordt in deze studie het waterdebiet, de water- en smeltdrukken gemeten tijdens waterinjectie. Het meten en interpreteren van deze signalen geeft vernieuwende inzichten in het water- en het polymeergedrag. Deze kennis leidt tot een fysisch model waarmee de spanning tussen de polymeerketens kan worden bepaald. Deze spanning induceert een kanaal met een zekere straal en beïnvloedt bijgevolg het gedrag tijdens waterpenetratie. In Hoofdstuk 4 van deze thesis wordt het model verduidelijkt en eveneens gelinkt aan experimentele data. Verder wordt dit model gebruikt om de invloed van belangrijke proces- en materiaalparameters op de opbouw van de wanddikte te voorspellen. De vooropgestelde voorspelling wordt vervolgens gerelateerd aan de waargenomen veranderingen in het debiet, de druk en dewanddikte. Zowel de kwalitatieve als kwantitatieve toepassing van het model op de experimentele data toont aan dat het model erin slaagt om de waarnemingen fysisch te verklaren en bijgevolg de opbouw van de wanddikte te beschrijven alsook te voorspellen, op een voornamelijk kwalitatievemanier.
De vorming van defecten wordt bestudeerd in experimenten met een variatie aan proces- en/of materiaalparameters in de huidige experimentele opstelling. Met behulp van een kwalitatieve analyse op de geproduceerde producten is een duidelijke definitie van de verschillende defectentypes geformuleerd: onregelmatige wand, holte, dubbele wand, geen wand. Aan deze defecten zijn verder verantwoordelijke ontstaansmechanismen eenduidig toegekend. Het optreden van defecten is hierbij gerelateerd aan eigenschappen/condities van het water en het polymeer tijdens waterpenetratie. De nieuwe en meer complete inzichten in deverschillende defectentypes met hun bijhorende ontstaansmechanismen zijn weergeven in Hoofdstuk 5 van deze thesis. De vooropgestelde definitiesen mechanismen worden verder gebruikt om in een vooraf gedefinieerd referentie-experiment het veranderde defectenbeeld onder invloed van wisselende proces- en materiaalparameters te verklaren. Hieruit blijkt dat de vooropgestelde definities en mechanismen de experimentele waarnemingen kunnen verklaren en bijgevolg in staat zijn om de vorming van defecten tebeschrijven.
Het water ondersteund spuitgieten wordt gesimuleerd met het momenteel enig commercieel beschikbare simulatiepakket dat de mogelijkheid biedt om het proces te simuleren: Moldex3D. De resultaten van de simulaties worden gevalideerd en beoordeeld met experimenteledata om de inzichten in de opbouw van de wanddikte en de vorming van defecten, zoals verkregen in Hoofdstuk 4 en 5, te ondersteunen en verder aan te vullen. De vergelijking van de beide resultaten toont aan dat er zowel gelijkenissen als verschillen bestaan tussen simulatie en experiment, waarvan de resultaten worden getoond in Hoofdstuk 6 van deze thesis. De aangetoonde verschillen duiden mogelijk op de aanwezigheid van model en/of numerieke fouten in het simulatiepakket.
In deze thesis wordt zowel de opbouw van de wanddikte als de vorming van defecten bestudeerd. De dikte van de wand en de mogelijkeaanwezigheid van defecten in het eindproduct zijn namelijk belangrijke kwaliteitskenmerken. De bijhorende inzichten in het water- en het polymeergedrag onthullen de principiële mechanismen achter het proces, zodat dat de invloed van de proces- en de materiaalparameters op de kwaliteit van het product duidelijk wordt.
De opbouw van de wanddikte wordt onderzocht met experimentele data: naast de wanddikte wordt in deze studie het waterdebiet, de water- en smeltdrukken gemeten tijdens waterinjectie. Het meten en interpreteren van deze signalen geeft vernieuwende inzichten in het water- en het polymeergedrag. Deze kennis leidt tot een fysisch model waarmee de spanning tussen de polymeerketens kan worden bepaald. Deze spanning induceert een kanaal met een zekere straal en beïnvloedt bijgevolg het gedrag tijdens waterpenetratie. In Hoofdstuk 4 van deze thesis wordt het model verduidelijkt en eveneens gelinkt aan experimentele data. Verder wordt dit model gebruikt om de invloed van belangrijke proces- en materiaalparameters op de opbouw van de wanddikte te voorspellen. De vooropgestelde voorspelling wordt vervolgens gerelateerd aan de waargenomen veranderingen in het debiet, de druk en dewanddikte. Zowel de kwalitatieve als kwantitatieve toepassing van het model op de experimentele data toont aan dat het model erin slaagt om de waarnemingen fysisch te verklaren en bijgevolg de opbouw van de wanddikte te beschrijven alsook te voorspellen, op een voornamelijk kwalitatievemanier.
De vorming van defecten wordt bestudeerd in experimenten met een variatie aan proces- en/of materiaalparameters in de huidige experimentele opstelling. Met behulp van een kwalitatieve analyse op de geproduceerde producten is een duidelijke definitie van de verschillende defectentypes geformuleerd: onregelmatige wand, holte, dubbele wand, geen wand. Aan deze defecten zijn verder verantwoordelijke ontstaansmechanismen eenduidig toegekend. Het optreden van defecten is hierbij gerelateerd aan eigenschappen/condities van het water en het polymeer tijdens waterpenetratie. De nieuwe en meer complete inzichten in deverschillende defectentypes met hun bijhorende ontstaansmechanismen zijn weergeven in Hoofdstuk 5 van deze thesis. De vooropgestelde definitiesen mechanismen worden verder gebruikt om in een vooraf gedefinieerd referentie-experiment het veranderde defectenbeeld onder invloed van wisselende proces- en materiaalparameters te verklaren. Hieruit blijkt dat de vooropgestelde definities en mechanismen de experimentele waarnemingen kunnen verklaren en bijgevolg in staat zijn om de vorming van defecten tebeschrijven.
Het water ondersteund spuitgieten wordt gesimuleerd met het momenteel enig commercieel beschikbare simulatiepakket dat de mogelijkheid biedt om het proces te simuleren: Moldex3D. De resultaten van de simulaties worden gevalideerd en beoordeeld met experimenteledata om de inzichten in de opbouw van de wanddikte en de vorming van defecten, zoals verkregen in Hoofdstuk 4 en 5, te ondersteunen en verder aan te vullen. De vergelijking van de beide resultaten toont aan dat er zowel gelijkenissen als verschillen bestaan tussen simulatie en experiment, waarvan de resultaten worden getoond in Hoofdstuk 6 van deze thesis. De aangetoonde verschillen duiden mogelijk op de aanwezigheid van model en/of numerieke fouten in het simulatiepakket.
Datum:26 okt 2009 → 31 aug 2014
Trefwoorden:Water-assisted injection molding, Hollow plastic parts, Rheology, Polymer processing, Material properties, Molecular weight, Molecular weight distribution
Disciplines:Andere ingenieurswetenschappen en technologie
Project type:PhD project