Voorspelling van de interfase sterkte bij 2K spuitgieten van thermoset rubbers en thermoplasten.

Het project is gericht op het modelleren van het multi-component spuitgietproces en het voorspellen van de mechanische eigenschappen van de interfase tussen een semi-kristallijn HDPE en een EPDM-thermohardend rubber. De eerste uitdaging is het nauwkeurig voorspellen van procesgerelateerde parameters zoals lokale temperaturen en lokale vulkanisatie raad in functie van de tijd. Voor dit specifieke 2K-productieproces zijn op vandaag geen processpecifieke simulatietools beschikbaar. Deze tools onmisbaar voor het bepalen van de uiteindelijke materiaal- en producteigenschappen. Binnen dit project is een gevalideerde methode ontwikkeld binnen Autodesk Moldflow om alle procesgerelateerde parameters te voorspellen door gebruik te maken van nauwkeurig bepaalde eigenschappen van beide materialen. Het stromingsgedrag en het vulkanisatiegedrag van het rubber worden onderzocht via respectievelijk capillaire reometrie en MDR. De relevante mechanische eigenschappen van de EPDM worden gemeten als functie van de vulkanisatiegraad. Er zijn verschillende fysieke modellen nodig om de relevante materiaaleigenschappen te beschrijven. Om het viscositeitsgedrag van de EPDM te modelleren, wordt het Cross-model gecombineerd met het Castro-Macoscko-model. Het vulkanisatiegedrag wordt gemodelleerd met het Kamal-Saurour-model. Het spanningsrekgedrag van de uitgeharde rubbers wordt opgenomen via hyper elastische materiaalmodellen.

Ten tweede worden de processimulaties gebruikt om de productspecifieke eigenschappen te bepalen. De belangrijkste parameter voor productkwaliteit is de interfase sterkte tussen het rubber en het thermoplast. Bovendien zijn de producteigenschappen afhankelijk van zowel de interfase eigenschappen en de lokale vulkanisatiegraad van het rubber. Om een model te ontwikkelen dat de interfasesterkte voorspelt, worden testmonsters geproduceerd in een op maat gemaakte 2K-plaatmatrijs. Een gecombineerde numerieke en experimentele studie onderzoekt de invloed van lokale matrijs- en producttemperaturen gecombineerd met de vulkanisatie van het rubber op de uiteindelijke eigenschappen van de interfase. De lokale eigenschappen van het rubber worden bepaald en vergeleken met de verwachte hechtsterkte. Deze zijn afhankelijk van de interdiffusie van het rubbermateriaal in de interfase. Deze interdiffusie hangt op zijn beurt af van de lokale temperatuur en het smelten van de thermoplast op het grensvlak. Voor beide parameters worden gegevens gegenereerd via monsters die zijn geproduceerd met nauwkeurig gedefinieerde procesparameters. Met deze gegevens is het belangrijkste doel van dit project bereikt, namelijk het definiëren van een model om de interfase sterkte te voorspellen. Het voorgestelde model is gevalideerd op twee 2K-producten: een plaatproduct en het 2K-wielproduct waarvoor tijdens dit project een matrijs is ontworpen en geoptimaliseerd. De interfase-sterkte kon voor beide producten nauwkeurig worden voorspeld. Om de aangegeven interfase-sterkte en zijn belangrijke parameters te visualiseren, is een numerieke simulatiestrategie ontwikkeld waarin een eigen ontwikkeld script is opgenomen om de gesimuleerde eigenschappen te visualiseren. Op deze manier is het mogelijk om de interfase kwaliteit te verbeteren. Ten slotte wordt een procedure ontwikkeld om de lokale sterkte- en stijfheidseigenschappen van zowel rubber als interfase in kaart te brengen op een structureel simulatiemode. Er wordt mapping strategie uitgewerkt voor twee impliciete structurele solvers: Adina en Abaqus / standard. Beide simulatiemethoden bevatten verschillende uitdagingen bij het voorspellen van faalgedrag. De Abaqus-oplosser bleek de meest robuuste te zijn, een combinatie van het gereduceerde polynoom hyperelastische materiaalmodel voor het thermohardende rubber en cohesieve elementen voor het falen van de interfase. De resultaten van de numerieke simulaties, inclusief de lokale mechanische eigenschappen geven een goede correlatie te zijn tussen numerieke simulatieresultaten en experimentele gegevens voor beide geteste productgeometrieën.