Die Bedeutung des Viskositätsmodells

Die Viskosität von Materialien ist ein essentielles Schlüsselmerkmal beim Spritzgießen. Genauso wichtig ist das mathematische Modell, das die Viskosität in den Simulationen darstellt. In diesem Artikel gehen wir auf die wichtigsten Modelle in Moldex3D ein und worauf der Anwender achten sollte, bevor er mit den Simulationen beginnt. Der Fokus liegt dabei auf Thermoplasten.

Die Viskosität, die Eigenschaft einer Flüssigkeit, die ihren Fließwiderstand bestimmt, spielt beim Spritzgießen eine entscheidende Rolle. Das Verständnis und die genaue Modellierung der Viskosität des geschmolzenen Kunststoffmaterials ist für die Vorhersage des Fließverhaltens, der Druckverteilung, der Temperaturgradienten und der Bauteilqualität von entscheidender Bedeutung.

Die Modellierung der Viskosität in Spritzgießsimulationen ist keine einfache Aufgabe. Geschmolzene Kunststoffe sind nicht-newtonsche Flüssigkeiten, d. h. ihre Viskosität ändert sich mit der Scherrate und der Temperatur. Mehrere Faktoren erschweren den Modellierungsprozess:

_ Nicht-Newtonsches Verhalten: Geschmolzene Kunststoffe zeigen häufig ein scherverdünnendes Verhalten, d. h. sie werden mit zunehmender Scherrate weniger viskos. Dieses Verhalten kann bei verschiedenen Polymeren sehr unterschiedlich sein, so dass die Auswahl eines geeigneten Viskositätsmodells von entscheidender Bedeutung ist.
_ Temperaturempfindlichkeit: Die Viskosität reagiert sehr empfindlich auf Temperaturänderungen. Genaue Temperaturprofile in der gesamten Form sind entscheidend für eine genaue Vorhersage des Fließverhaltens.
_ Druckeffekte: Die Viskosität kann auch druckabhängig sein, insbesondere bei hohen Drücken, wie sie beim Spritzgießen auftreten. Diese Druckempfindlichkeit muss bei dem gewählten Viskositätsmodell berücksichtigt werden.

Die Wahl eines geeigneten Viskositätsmodells hat erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit von Spritzgusssimulationen. Es gibt mehrere gängige Viskositätsmodelle, darunter das Power-Law-Modell, das Carreau-Yasuda-Modell und das Cross-WLF-Modell, die jeweils ihre Stärken und Grenzen haben.

_ Power-Law-Modell: Dieses Modell ist einfach und leicht zu implementieren, so dass es sich für schnelle Schätzungen eignet. Es kann jedoch das Scherverdünnungsverhalten einiger Polymere nicht genau erfassen.
_ Carreau-Yasuda-Modell: Das Carreau-Yasuda-Modell ist komplexer und bietet eine bessere Darstellung des Scherverdünnungsverhaltens.
_ Cross-WLF-Modell: Dieses Modell berücksichtigt sowohl scherverdünnende als auch druckabhängige Effekte und ist daher für eine größere Anzahl von Materialien sehr genau.
_ Herschel-Bulkley-Modell: Dieses Modell berücksichtigt Materialien, die ein bestimmtes Maß an Spannung (Fließspannung) benötigen, um zu fließen. Dieses Modell ist z. B. für Materialien mit hohem Füllgrad erforderlich.

Eine genaue Viskositätsmodellierung ist von grundlegender Bedeutung für die Vorhersage des Fließverhaltens, der Druckverteilung und der Temperaturgradienten innerhalb der Form, was sich letztendlich auf die Qualität des Endprodukts auswirkt. Moldex3D Labor führt eine vollständige Materialcharakterisierung einschließlich der Viskosität durch und wählt das optimalste Modell, um das Material und die Produktionsanforderungen zu erfüllen.