Erfolgreiche viskoelastische Strömungssimulation erfordert verlässliche rheologische Daten

Das rheologische Verhalten ist eine der komplexesten und wichtigsten Eigenschaften bei der Polymerverarbeitung. Um eine erfolgreiche Prozesssimulation durchzuführen, sind zuverlässige Materialdaten und Modelle erforderlich. Das Fließen des Polymers kann mit der Annahme von nicht elastischen (verallgemeinerter Newtonscher) Flüssigkeiten und den Messdaten des Kapillarrheometers einigermaßen gut vorhergesagt werden. Die nicht elastische Analyse kann jedoch möglicherweise die viskoelastischen Phänomene nicht beschreiben, da Polymere viskoelastischer Natur sind ...

Die typische Kurve des Moduls und der Viskosität eines amorphen Polymers ist in der obigen Abbildung dargestellt. Grundsätzlich gilt, dass das elastische Verhalten mit abnehmender Temperatur gegenüber dem viskosen Verhalten immer signifikanter wird. Nach der Polymerphysik kann der Zustand eines Polymers in fünf Bereiche eingeteilt werden. (1) glasartiger Bereich; (2) Glasübergang; (3) gummiartiger Bereich; (4) viskoelastisches Fließen; (5) viskoses Fließen. Im viskosen Bereich (5) ist das nicht elastische (oder verallgemeinerte Newtonsche) Modell das geeignete Modell, um die Strömung zu simulieren. Von der viskoelastischen Strömung zur gummiartigen Region gewinnt der elastische Ansatz immer mehr an Bedeutung. Das Material verhält sich vom glasartigen Übergang zum glasartigen Bereich immer mehr feststoffartig (elastisch).

In der Füllphase ist die Schmelzetemperatur aufgrund der viskosen Erwärmung normalerweise höher als die Düsentemperatur, die Temperatur fällt im viskosen Fließbereich ab, was darauf hindeutet, dass die nicht elastischen (verallgemeinerten Newtonschen) Modelle verwendet werden können. In der Füllphase beginnt die Schmelzetemperatur abzukühlen und sie ändert sich von viskoelastisch zu gummiartig, was darauf hindeutet, dass das elastische Verhalten eine entscheidende Rolle zu spielen beginnt. Nach der Nacdruckphase durchläuft das Polymer in der Abkühlphase den Glasübergang und erreicht in der Auswurfphase den glasartigen Bereich.

Zusätzlich zu einem stabilen viskoelastischen Solver sind zuverlässige Materialdaten und Parameter des mathematischen Modells erforderlich, um eine erfolgreiche viskoelastische Strömungssimulation durchzuführen.
Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass die Füllung beim Spritzgießen eine hohe Scherrate und das Fließen bei hohen Temperaturen aufweist. Daher ist das Kapillarrheometer im Allgemeinen das ideale Instrument zur Charakterisierung des Fließverhaltens. Es gibt jedoch bestimmte Bereiche in der Kavität, wie z.B. die Kernschicht oder dickere Bereiche, in denen die Strömung unter einer niedrigen Scherrate liegt.

Darüber hinaus wird besonders in der Nachdruckphase in den äußeren Randschichten eine niedrige Temperatur deutlich werden. Folglich reichen die Viskositätsdaten nur aus dem Kapillarrheometer möglicherweise nicht aus, um den gesamten Prozess genau zu beschreiben. Um den Bereich von Scherrate und Temperatur zu erweitern, werden sowohl Platte-Platte- als auch das Kapillarrheometer eingesetzt. Darüber hinaus können Polymerschmelzen mit ähnlichem Scherverhalten ein sehr unterschiedliches Dehnverhalten zeigen, insbesondere bei stark verzweigten Polymeren.

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