Modellierung des Einflusses flüssiger Umgebungsmedien auf die mechanischen Eigenschaften teilkristalliner Kunststoff- bauteile mithilfe einer Multiskalen-Simulationskette
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kunststoffe sind während ihres Einsatzes zwangsläufig einer Vielzahl unterschiedlicher Umgebungsmedien ausgesetzt, die ihre Werkstoffeigenschaften maßgeblich beeinflussen können. Ein Beispiel hierfür ist das Verhalten von Polyamiden unter Einfluss von Wasser. Die Abnahme der Steifigkeit auf der Makroskala wird maßgeblich durch die kristalline Struktur auf der Mikroskala sowie den chemischen Aufbau auf der Nanoskala beeinflusst. Gleichzeitig spielt der Kristallisationsgrad auf der Mikroskala eine entscheidende Rolle für die Menge an Wasser, die absorbiert wird. Die Reduktion der Steifigkeit ist auf die Einlagerung von Wassermolekülen zwischen die Wasserstoffbrückenbindungen des Polyamids zurückzuführen. Um eine Berücksichtigung dieser Effekte zu ermöglichen und den Einfluss eines Mediums auf teilkristalline Thermoplaste vorhersagen zu können, wurde in diesem Projekt eine Multiskalen-Simulationskette entwickelt. Dabei wurden auf der Nanoskala Polymer-Lösungsmittel- Interaktionen mittels atomistischer Simulationen untersucht. Auf der Mikroskala wurden Diffusionssimulationen unter Berücksichtigung des Kristallisationsgrades durchgeführt, der mittels Spritzgießsimulationen auf der Makroskala ermittelt wurde. Die so erhaltenen Daten wurden homogenisiert, und anschließend auf der Makroskala einer mechanischen Belastung ausgesetzt und mit experimentellen Daten verglichen. Insgesamt war es unter Einsatz der beschriebenen Multiskalen-Simulationskette möglich, eine qualitative Beschreibung des Materialverhaltens unter Medieneinfluss zu erreichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Calculation of the macroscopic mechanical properties of polyamide 6.6 underwater influence using molecular dynamics simulations, hyperelastic material modeling of the amorphous fraction, and homogenization schemes. Polymers for Advanced Technologies, 34(12), 3722-3734.
Pilz, Tim; Melzer, Felix; Dahlmann, Rainer & Hopmann, Christian
