Modeling of fiber orientation during injection molding process of polymer composites

• Autorzy: Nabiałek J.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie orientacji włókien podczas wtryskiwania kompozytów polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polymer composites with fibers are widely used as construction materials. Different fibers are used (eg. fiberglass). One method of forming composite materials is injection molding. The paper presents chosen results of investigations on polymer flow during the mould cavity filling phase of the injection molding process. The process is characterized by high dynamics, which causes several technological difficulties, both during injection mould design and during product implementation to the production stage. Deep understanding of the phenomena which occur during filling an injection mould may lead to a more effective design of the processing tools and shortening of the time for the implementation and production time. In the paper the theoretical basis for modeling fiber orientation in an injected polymer composite is described. The orientation and distribution of fibers have a substantial influence on the mechanical properties of a molded part. A computer simulation of the injection molding of a polypropylene composite with glass fiber (PP + 20% glass fiber, Aqualoy 125B, A Schulman NA) is conducted. Special attention is given to the results concerning the orientation of the fiber during processing. Selected results of the computer simulation of the flow velocity distribution of the composite, Poisson's coefficient and fiber orientation tensor across the molded part and selected cross-sections are presented. Significant discrepancies in the orientation of the fibers, depending on the nature of the flow of the injected composite are affirmed. These disparities affect the lack of uniformity of the mechanical strength of the molded part. The author plans to extend the scope simulation research to determine the effect of processing conditions on fiber orientation.

PL

Kompozyty polimerowe z włóknami szklanymi są szeroko stosowane jako materiały konstrukcyjne. Stosowane są różne włókna (m.in. włókna szklane). Jedną z metod formowania wyrobów kompozytowych jest wtryskiwanie. W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań przepływu polimeru podczas wypełniania gniazda formy w procesie wtryskiwania. Proces ten charakteryzuje się dużą dynamiką, przez co stwarza szereg trudności technologicznych zarówno podczas projektowania form wtryskowych, jak i na etapie wdrożenia wytworu do produkcji. W pracy opisano teoretyczne podstawy modelowania orientacji włókien we wtryskiwanym kompozycie polimerowym. Orientacja i dystrybucja włókien wtryskowej mają zasadniczy wpływ na właściwości mechaniczne w wypraski. Przeprowadzono symulację komputerową procesu wtryskiwania kompozytu polipropylenu z włóknem szklanym (PP + 20% włókna szklanego, Aqualoy 125B, A Schulman NA). Szczególną uwagę zwrócono na wyniki dotyczące orientacji włókien podczas przetwórstwa. Przedstawiono wybrane wyniki symulacji komputerowej rozkładu prędkości przepływu kompozytu, współczynnika Poissona oraz tensora orientacji włókien w całej wyprasce i wybranych przekrojach poprzecznych. Stwierdzono duże rozbieżności orientacji włókien w zależności od charakteru przepływu wtryskiwanego kompozytu. Rozbieżności te decydują o braku jednorodności wytrzymałości mechanicznej wypraski. Autor planuje rozszerzyć zakres badań symulacyjnych w celu określenia wpływu warunków przetwórstwa na orientację włókien.

Słowa kluczowe

EN

polymer composites; fiber orientation; injection molding process; computer simulation

PL

kompozyty polimerowe; orientacja włókien; proces wtryskiwania; symulacje komputerowe

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 347--351
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Nabiałek J.

• Czestochowa University of Technology, Department of Polymer Processing and Production Management, al. Armii Krajowej 19c, 42-201 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• [1] Jeffery G.B., The motion of ellipsoidal particles immersed in viscous fluid, Proc. Roy. Soc. 1922, A102, 161.
• [2] Folgar F.P., Tucker C.L., Orientation behaviour of fibers in Concentrated Suspensions, J. Reinf. Plas. Compos. 1984, 3, 98.
• [3] Dinh S.M., Armstrong R.C., A rheological equation of state for semi-concentrated fiber suspensions, J. Rheol. 1984, 28, 207.
• [4] Nabialek J., Koszkul J., The influence of input data on the results of injection molding process simulation, 13-th International Scientific Conference AMME 2005, Gliwice 2005, 455-458.
• [5] Koszkul J., Nabiałek J., the influence of viscosity model on the results of injection molding process simulation. 9-th International Scientific Conference AMME 2000, Gliwice - Sopot - Gdańsk 2000, 311-314.
• [6] Lee K., Mackley M.R., The significance of slip in matching polyethylene processing data with numerical simulation, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 2000, 94, 2-3, 159 177.
• [7] Shen Y.K., Huang S.T., Chen C.J., Yu S., Study on flow visualization of flip chip encapsulation process for numerical simulation, International Communications in Heat and Mass Transfer 2006, 33, 2, 151-157.
• [8] Özdemir A., Uluer O., Güldas A., Flow front advancement of molten thermoplastic materials during filling stage of a mold cavity, Polymer Testing 2004, 23, 8, 957-966.
• [9] Pantani R., Validation of a model to predict birefringence in injection molding, European Polymer Journal 2005, 41, 7, 1484-1492.
• [10] Wilczyński K., CADMOULD-3D - computer modeling of polymers injection process - simulation of filling stage, Polymers 1999, 44, 6, 407-412 (in Polish).
• [11] Kennedy P., Flow Analysis of Injection Molds, Hanser-Gardner 1995.
• [12] Gordon G.V., Shaw M.T., Computer Programs for Reologist, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York 1994.