Ascend Performance Materials ist ein weltweit führender Hersteller von Spezialmaterialien und Chemikalien mit besonderem Schwerpunkt auf Nylon. Das Unternehmen wurde im Jahr 2009 gegründet und hat seinen Hauptsitz in Houston, Texas, USA.
Das Produktportfolio von Ascend umfasst eine breite Palette von Nylon 6,6 Granulaten und Compounds, die in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden, darunter die Automobil-, Elektronik- und Konsumgüterindustrie.
Zusätzlich zu seinem Produktangebot hat sich Ascend der Nachhaltigkeit verpflichtet und mehrere Initiativen zur Verringerung seiner Umweltauswirkungen ins Leben gerufen. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, die Intensität seiner Treibhausgasemissionen bis 2030 um 80 % zu reduzieren, und hat verschiedene Programme zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Abfallreduzierung eingeführt.
Im Rahmen einer Kooperation zur Unterstützung der Kunden bei der Entwicklung und Simulation neuer Produkte stellen Ascend Performance Materials und PART Engineering umfassende Materialdaten für eine ganzheitliche Simulation bereit.
PART Engineering entwickelt Software im Bereich der Struktursimulation. Dazu gehören die simulationsorientierte Aufbereitung von Materialdaten und die Erstellung von Materialkarten (MatScape), die ganzheitliche Simulation zur Erfassung von Fertigungseinflüssen auf Bauteileigenschaften (Converse) sowie die Festigkeitsbewertung von Simulationsergebnissen (S-Life).
Vydyne®
Vydyne ist ein Markenname für Nylon 6,6 & Nylon 6 Granulate und Compounds, die von Ascend Performance Materials hergestellt werden. Es handelt sich dabei um synthetische Polymere, die aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden.
Ascend Performance Materials stellt eine Reihe von Vydyne-Produkten her, die auf spezifische Leistungsanforderungen zugeschnitten sind, wie z. B. hohe Hitzebeständigkeit, Schlagfestigkeit oder geringe Feuchtigkeitsaufnahme.
Demonstrator Druckbehälter Korrelation
Bei der Entwicklung von Materialdaten für ihre Hochleistungswerkstoffe liefert Ascend nicht nur die Zugdaten, sondern auch richtungsabhängige Daten und sogar Bauteiltests bei verschiedenen Temperaturen, um komplette Materialdatensätze für die Produktdesigns ihrer Kunden zu liefern.
Um die bestmögliche Leistung in einem fasergefüllten Bauteil zu erreichen, ist eine realistische anisotrope Simulation des Bauteils in der Entwicklungsphase eines neuen Produkts unerlässlich. Deshalb stellt Ascend Materialtestdaten für die Materialdatenbank in der PART Engineering Software MatScape zur Verfügung (Bild 1). Das bedeutet, dass jeder Anwender Zugriff auf temperaturabhängige anisotrope Materialdaten in Bezug auf mechanische und thermische Eigenschaften sowie auf das CT-Scan-Ergebnis der Orientierung des Vydyne-Materials hat.
Mit diesen Daten kann das realistische Materialverhalten einschließlich der Fasern von den PART Software Anwendern innerhalb der Prozess-Struktur-Kopplungs-Software Converse genutzt werden. Converse ordnet die Faserorientierung aus der Spritzgießsimulationssoftware und die kalibrierten anisotropen Materialkarten dem Struktur-Solver-Modell des Teils zu, indem es einfach Solver-Befehle im Textformat verwendet, so dass das Mapping in der nativen Solver-Umgebung verwendet werden kann.
Anhand eines von Ascend erstellten Spritzgussteils für Druckbehälter werden diese Materialmodelle getestet, um auch das Verhalten des Teils in Bezug auf Schweißnähte darzustellen. Es gibt zwei Varianten mit unterschiedlichen Angusspositionen, eine an der Oberseite (Bild 3) und eine an der Seite (Bild 4). Mit dem seitlichen Anguss wird eine kritische Schweißnaht an einer Seite des Druckbehälters platziert, die zu einem Versagen in diesem Bereich führt.
Die Ergebnisse mit seitlichem Anguss zeigen ein völlig anderes Verhalten, das offensichtlich nicht erkannt werden kann, wenn die Faserinformationen weggelassen und die Simulation mit einem abgeschätzten isotropen Materialmodell durchgeführt wird. In diesem Fall würden beide Ergebnisse gleich sein und die beste Position für den Anguss würde nicht erkannt werden. Dies ist für das Beispiel eines Druckbehälters offensichtlich, gilt aber auch für komplexere Strukturen, insbesondere wenn es mehrere Schweißnähte gibt.
Wie gezeigt werden konnte, wird dies bei höherem Fasergehalt noch wichtiger, da die Auswirkungen der Bindenähte noch größer sind.
Vorkalibrierte Materialmodelle
Die Erstellung realistischer Materialmodelle für die Simulation auf der Grundlage spärlicher Materialdaten ist möglich, kann aber recht mühsam sein. Mit den hochwertigen Materialdaten von Ascend Performance Materials ist es möglich, die bereits kalibrierten Materialmodelle in MatScape und Converse direkt zu verwenden (Bild 2). Die einzigen Voraussetzungen sind korrekte Faserorientierungsergebnisse aus der Spritzgusssimulation des Anwenders und ein mechanischer Solver.
Das Faserorientierungsergebnis sowie die Materialkarten können dann mit Converse zugeordnet werden und auch die Bindenahtpositionen können berücksichtigt werden, um die reduzierte Materialfestigkeit in diesem Bereich vorherzusagen.
Das Versagen kann durch die Verwendung eines anisotropen Versagenskriteriums, z. B. Tsai-Hill, in der Software S-Life Plastics oder durch Hinzufügen von Elementlöschung zur mechanischen Simulation angezeigt werden, um den Bruch darzustellen.
Zusammenfassung
Mit den Softwareprodukten von PART und den Materialdaten von Ascend ist eine ganzheitliche Simulation in der CAE-Prozesskette des Anwenders einfach zu realisieren. Durch die Berücksichtigung des realistischen anisotropen Verhaltens des Materials kann das Bauteilversagen korrekt dargestellt werden und prozessbedingte Einflüsse wie Faserorientierung, Schweißnähte und Temperatur können genutzt werden, um die Leistung des Bauteils vorherzusagen, bevor kostspielige Prototypen hergestellt werden.
Die Materialdatenbank von MatScape wird regelmäßig mit neuen Versionen erweitert und es werden sogar exklusive, nicht öffentlich verfügbare Materialdaten bereitgestellt. Dies hilft dabei, das bestmögliche Design für spritzgegossene Kunststoffteile zu erreichen.
Das gezeigte Beispiel zeigt gut, dass das gleiche Teil, aber mit unterschiedlichen Angusspositionen, zu völlig unterschiedlichem Verhalten führt. Wird dies nicht bereits in einem frühen Entwurfsstadium berücksichtigt, kann das zu unerwünschtem Verhalten und kostspieligen Design- und Werkzeugänderungen führen.
Autoren:
Sascha Pazour, Simulation and Sales Engineer,PART Engineering GmbH, Bergisch Gladbach, Germany
Ganesh Singh, Global Thermal Application Leader, Ascend Performance Materials, Royal Oak, MI, USA
Vahid Mortazavian, Global Lead CAE, Ascend Performance Materials, Royal Oak, MI, USA
