V evropské průmyslové výrobě se začíná prosazovat trend vedoucí k využívání obnovitelných materiálů, ke kterým mj. patří přírodní vlákna. Vývojáři nových výrobků se setkávají s požadavky na aplikační využití plastových materiálů vyztužených přírodními vlákny, jako je sisal, konopí, len atd. (viz obr. 1). Objevuje se tak nová výzva: výrobky z plastových materiálů obsahujících přírodní vlákna (NFC) se chovají při výrobě odlišně v porovnání s plastovými díly, které obsahují dosud používané typy vláken (skelná, karbonová, ocelová…). Jiří Gabriel; Plasty Gabriel, s. r. o., www.cadmould.cz
Důvodem odlišného tečení tavenin s přírodními vlákny jsou jejich vlastnosti: přírodní vlákna jsou v průměru delší a pružnější, což mj. způsobuje jejich nižší hustotu a vyšší objemový podíl při stejném hmotnostním poměru, pokud je porovnáváme s plnivem ze skleněných vláken. Z tohoto důvodu není možné k simulačním analýzám použít výpočtový model pro skleněná vlákna. Výše uvedené bylo hlavním důvodem, proč se německá firma Simcon GmbH, dodavatel simulačních softwarů Cadmould® a Varimos® pro optimalizaci vstřikování plastů, zapojila do výzkumného projektu s názvem „Materiálové a tokové modely pro vstřikované materiály s obsahem přírodních vláken, podpora použití přírodních vláken v automobilovém průmyslu“. Na projektu spolupracovala řada dalších významných firem a institucí jako např. Ford, Univerzita ve Wisconsin-Madisonu, Univerzita v Brémách, WKI Hannover, Institut Fraunhofer, International Automotive Components, LyondellBasell a další. V rámci výzkumného projektu byly postupně provedeny následující kroky: Na univerzitě v Madisonu byl vytvořen mikromechanický model pro popis chování přírodních vláken při proudění s bilancí sil působících na jednotlivá vlákna. Na univerzitě v Brémách a na WKI Hannover byla zjištěna orientace přírodních vláken v reálných tělesech pomocí mikro-CT-snímků. Nový výpočtový modul byl vložen do výpočtového jádra softwaru Cadmould® a návazně byla provedena řada porovnávacích měření s využitím počítačové tomografie. Pro zamezení kvalitativních vad byly současně stanoveny nové technologické parametry vstřikování plastových materiálů obsahujících přírodní vlákna. Vhodné parametry jsou poněkud odlišné od dosud běžně používaných hodnot. K dalšímu ověření nového simulačního modulu posloužily crash testy, při kterých bylo porovnáváno crash chování reálných dílů se simulačními matematickými výpočty. Orientace přírodních vláken vypočítaná softwarem Cadmould® byla s využitím programu Cadmould® Converse přenesena do softwarů LS-DYNA a RADIOSS, ve kterých byly provedeny strukturální výpočty. Při všech porovnáních byly nalezeny dobré shody mezi simulacemi a výsledky reálných měření. Na obr. 2 je doložena shodnost deformačního výpočtu s reálnou deformací dílu. Výsledkem výzkumného projektu je nový funkční simulační modul softwaru Cadmould®, vycházející z mikromechanického modelu zpracovaného na univerzitě v Madisonu, který umožní analýzy plastových výrobků s obsahem přírodních vláken. Simulace tak dokážou komplexně pokrýt požadavky průmyslu. Dalším úkolem firmy Simcon je pak dále rozvíjet a zdokonalovat nový simulační modul s cílem dosáhnout co nejlepších simulací materiálů obsahujících různé typy přírodních vláken.