Stoffwertermittlung für die Spritzgießsimulation

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Joachim Amberg

Bei der Entwicklung von Spritzgießwerkzeugen und der Optimierung des Spritzgießprozesses werden in zunehmendem Maße Simulationsprogramme eingesetzt. Kommerzielle Simulationsprogramme wie Cadmould oder Moldflow ermöglichen es, die einzelnen Phasen des Spritzgießprozesses wie Füllen, Nachdrücken und Kühlen bis hin zu Schwindung und Verzug des fertigen Formteils zu berechnen.

Zur Beschreibung des Materialverhaltens im Verlauf des Spritzgießprozesses sind verschiedene zumeist empirisch ermittelte Stoffwertmodelle in den Simulationsprogrammen implementiert. So kann beispielsweise die Abhängigkeit der Viskosität von der Schergeschwindigkeit und der Temperatur mittels mathematischer Ansätze wie dem CARREAU-WLF-Ansatz oder dem Potenz-Ansatz approximiert werden. Die Druck- und Temperaturabhängigkeit des spezifischen Volumens von Polymeren wird mit dem TAIT-Modell oder mit Hilfe eines 7-Koeffizienten-Ansatzes beschrieben. Für die Simulation müssen die Koeffizienten der Modellansätze durch eine numerische Approximation gemessener Materialkennwerte ermittelt werden. In den Materialdatenbanken der Simulationsprogramme sind diese materialspezifischen Stoffdaten bereits für zahlreiche Standardpolymere hinterlegt. Die Vielzahl der auf dem Markt befindlichen Polymertypen und die stetige Entwicklung neuer Materialien erfordert jedoch eine ständige Erweiterung und Ergänzung der Materialdatenbanken.

Das Deutsche Kunststoff-Institut verfügt über eine umfassende Geräte- und Softwareausstattung zur Ermittlung aller für die Spritzgießsimulation relevanten Materialdaten:

• Kapillar- und Rotationsrheometer zur Messung der Viskosität in Abhängigkeit von Schergeschwindigkeit und Temperatur
• WLF-Messapparatur zur Ermittlung der druck- und temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit
• DSC-Messgerät zur Ermittung der spezifischen Wärmekapazität
• Hochdruckdilatometer zur Messung des spezifischen Volumens in Abhängigkeit von Druck und Temperatur (pvT-Daten)
• Quarzrohr-Dilatometer zur Messung orientierungsabhängiger thermischer Längenausdehnungskoeffizienten
• Zugprüfmaschine mit laseroptischer Dehnungsmessung und temperierbarer Kammer zur Ermittlung temperaturabhängiger Elastizitätsmoduln und Querkontraktionszahlen
• Spritzgieß- und Presswerkzeuge zur Herstellung geeigneter Probekörper
• Software zur numerischen Anpassung der Messwerte an die jeweiligen Materialmodelle

Materialdatensatz für die Spritzgießsimulation mit Cadmould Material: Ultradur B 4300 G6 (PBT-GF30)