Im zweistufigen Streckblasprozess werden etwa 70 % der Produktionskosten von
Kunststoffflaschen für das zu verarbeitende Material aufgewendet. Daher sind die
Unternehmen der Streckblasbranche bestrebt, die Gesamtkosten zur Flaschenherstellung über
einen reduzierten Materialeinsatz zu senken. Der Schlüsselfaktor liegt in der Auslegung des
Preforms und der Bestimmung der dazugehörigen Verarbeitungseinstellungen. Die Preformund
Prozessauslegung wird in der Industrie zunehmend durch Simulationswerkzeuge
unterstützt, sodass Entwicklungszeiten und -kosten reduziert werden können. Für die effiziente
Auslegung der Preforms bis in den Grenzbereich der Materialien sind Kenntnisse des
Materialverhaltens bis zum Materialversagen notwendig.
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war daher die Kalibrierung und Implementierung eines
Versagenskriteriums in die integrative Simulation des zweistufigen Streckblasprozesses zur
Vorhersage eines möglichen Materialversagens bei der Verarbeitung leichter Preforms. Die
Basis für die Vorhersage möglichen Materialversagens bildet ein Materialmodell, welches bis
zum Bereich des Versagens kalibriert wurde. Dazu wurde ein Membran-Inflations-Rheometer
modifiziert, sodass dehnrheologischen Materialdaten von Polyethylenterephthalat-Folien
(PET) unter biaxialer Dehnung mit variierenden Verstreckgeschwindigkeiten in einem weiten
Temperaturbereich bis zum Materialversagen ermittelt werden können. Mit diesen Messdaten
wurde ein temperatur- und dehnratenabhängiges Yeoh-Modell zur Beschreibung des
Materialverhaltens für die Umformsimulation kalibriert. Das Versagensmodell ist temperaturund
dehnratenabhängig und beschreibt die Dehnung und Spannung im Versagenszustand. Als
Materialversagen wurde der sogenannte Weißbruch definiert, d. h. die bei hoch verstreckten
teilkristallinen Kunststoffen auftretende Weißfärbung. Weiterhin wurde auch das
Materialversagen beschrieben, bei dem ein Bruch des Materials auftritt. Das Versagensmodell
wurde mit den mittels Membran-Inflations-Rheometer ermittelten Materialdaten kalibriert. Die
Validierung erfolgt qualitativ im Streckblasprozess. Im kalibrierten Bereich des
Materialmodells kann die Prozesssimulation den Streckblasprozess sehr gut abbilden und
sowohl Weißbruch als auch Materialbruch vorhersagen. Damit bietet die Simulation ein
wichtiges Werkzeug für die Auslegung leichter Preforms bei extremen Verstreckgraden knapp
unterhalb der Versagensgrenze.
Das Ergebnis des Forschnungsvorhabens sind ein Maximaldehnungs- und
Maximalspannungsversagenskriterium für PET im Streckblasprozess und deren Bewertung.
Neben diesem direkten Ergebnis wurde ein Erkenntnisgewinn im Bereich der hohen
Verstreckung von PET angestrebt, der dazu genutzt werden kann, bei sehr leichten Preforms
weiter Material einzusparen.
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