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Moldex3D纤维配向预测带来长纤维复合材料的益处
Dressing udstyr   2018年03月15日 星期四 浏览人次: [2931]

由於长纤维强化热塑性复合材料(LCFRT)能满足产品安全和耐用的需求,且碳纤维的机械特性也比天然纤维强韧,因此常被用来作为轻量化的汽车材料。在实务上,从射出成型的纤维产品上,可观察到典型层状结构,如皮层、核心层等。长纤维的非等向性纤维配向,会影响成品的机械性质。然而在处理长纤维以及纤维浓度高的产品时,如何预测非等向性纤维配向,是一项很大的挑战。到目前为止,以模拟的方式探讨各种纤维复材的纤维配向变化之案例并不多。

Moldex3D纤维配向预测带来长纤维复合材料的益处

本案例以聚丙烯(PP)和聚?涞6,6(PA66)的高分子聚合物组合进行探讨。使用的原料是长纤维强化热塑性复合材料,包含了50wt% LCF/PP和50% LCF/PA66。

图1为边缘浇囗模具充填的PNNL板状产品,由西北太平洋国家实验室(PNNL)所设计,尺寸为178mm x 178mm x 3.175mm。有别於过去模式,透过塑胶射出CAE软体Moldex3D的创新纤维配向理论模式━━iARD-RPR模型,只需要三个叁数,能够精确预测出射出成型制程中的纤维配向。图2为该产品中间区域(B区,平板的中间)厚度方向的纤维配向分布,可看出模拟预测与实验结果所呈现的数据相当一致。

复合材料的性质分析模拟软体Digimat-MF(MSC Software和e-Xstream engineering) 是透过微观力学模型Mori-Tanaka模式,来计算纤维强化热塑性复材的机械性质。根据所预测的纤维配向资讯,我们运用Digimat-MF得出一个在流动方向的杨氏模数E1。图3是标准化产品厚度的杨氏模数分配,经比较後发现50wt% LCF/PA66 > 50wt% LCF/PP。平均厚度系数E1值与实验结果如图4所示。大致上而言,预测的E1结果准确度尚隹。而在添加了一样纤维浓度的50wt% LCFs之後,发现PA66的强化效果比PP还要好(图5)。

整体而言,目前汽车用的长纤维强化热塑性复合材料之纤维排向,已可透过整合Moldex3D纤维配向预测结果和 Digimat-MF获得准确预测,并确保其结构强度。要设计高品质且几何度复杂的塑胶产品,牵涉到流动方向的变化、是否有肋条设计,以及厚度和孔洞的变化等;因此如何决定最适合的叁数组合,以得到最隹的纤维排向,在未来的研究中的一大关键。

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