Schaumausdehnung simulieren

Wir simulieren die erwartete Schaumausdehnung durch maschengestrickte Textilien mit unserer Simulationsplattform CoRheoS und vergleichen unsere Ergebnisse mit den experimentell an der TU Chemnitz hergestelleten Proben der Polyurethan-Schäume.

RIM-Verfahren von Polyurethan-Schäumen für die Entwicklung von Verbundmaterialien

Projekt FoamInTextil

Verbundwerkstoffe gelten als stabil und leicht. Textilverstärkte Verbundwerkstoffe aus Polyurethan (PU)-Schäume sind dabei aufgrund ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften besonders prädestiniert. Mit unserer Simulationsplattform CoRheoS und unserer Software FLUID bilden wir den Formfüllprozess der Schäume ab.

Vergleich der Schaumausdehnung der Probe der TU Chemnitz und der Vorhersage durch CoRheoS
© TU Chemnitz / Fraunhofer ITWM

Ein Vergleich der Schaumausdehnung zeigt die große Übereinstimmung der experimentell erzeugten Probe der TU Chemnitz und unserer Vorhersage durch eine Simulation von CoRheoS.

PU-Schäume komplex und schwer zu untersuchen

Beim RIM-Prozess (RIM = Reaction Injection Moulding) von PU-Schäumen wird ein Polymergemisch in eine Form gepresst, in der sich das Material nach wenigen Sekunden von einer Emulsion mit niedrigem Molekulargewicht durch Polymerisation zu einem komplexen Polymerschaum entwickelt.

Die Produktionsphase, die durch Vormischen der Reaktionspartner eingeleitet wird, weist zusammen mit der Entwicklung des Fließverhaltens, der Hitze, Gasbildung und Ausdehnung ein komplexes physikalisches Verhalten auf. Dies macht PU-Schäume extrem schwierig zu untersuchen. Deshalb entwerfen wir mathematische Modelle, die bei der Schaumausdehnung die auftretende Dynamik vorhersagen und wenden diese an, um den Formfüllprozess im Reaktionsspritzguss zu untersuchen.

Optimale Simulationswerkzeuge für industrielle Anwendung entwickeln

Mit der Plattform CoRheoS und der Software FLUID führen wir die numerischen Untersuchungen durch. Dabei ermitteln wir die erforderliche Menge an Material, um die Form vollständig zu füllen, und die Verteilung der Schaumanteile im ausgedehnten Material.

Um den Ausdehnungsprozess durch Textilstrukturen, insbesondere Abstandsgewirke, zu untersuchen, ermitteln wir per TexMath – einer von uns entwickelten Software für die Modellierung und Analyse von textilen Materialien – die relevanten Durchlässigkeits-Tensoren. TexMath ermöglicht die Analyse von räumlichen Variationen der Tensoren, die durch ungleichmäßige Kompression entstehen. Die so gewonnenen Daten nutzen wir in FLUID und erweitern damit unsere numerischen Untersuchungen um die Vorhersage der Schaumausdehnung durch maschengestrickte Textilien.

RIM-Prozess eines PU-Schaums mit Abstandsgewirke
© TU Chemnitz

Mit dem RIM-Prozess (Reaction Injection Moulding) wird an der TU Chemnitz ein Polyurethan-Schaum hergestellt.

Unsere Softwarelösungen

Zur Simulation der Formfüllprozesse von Schäumen verwendeten wir folgende Softwarelösungen:

FLUID und CoRheoS

Unsere Simulationsplattform CoRheoS und unsere Software FLUID sind in der Lage, komplexe Fluide zu simulieren und somit effiziente und robuste Lösungen für Anwendungsprobleme zu finden.

TexMath

Die Software befasst sich mit der Modellierung und Simulation von Faserstrukturen sowie technischen Textilien.