JP7149374B1 - Method and program for predicting swelling behavior of anisotropic resin molding - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂組成物の組成によることなく、薬液浸透挙動、および異方性膨潤挙動を予測する方法を提供する。【解決手段】異方性フィラーを含有する樹脂材料からなる異方性樹脂成形体における、薬液の浸透挙動および膨潤挙動のうち一方または両方を予測する方法であって、異方性フィラーの配向状態解析用モデルを作成するステップ、液体浸透量解析用モデルを作成するステップ、物性値取得用モデルを作成するステップ、構造解析用モデルを作成するステップ、の各ステップを含むステップの後、異方性フィラーの配向状態、異方性樹脂成形体の膨潤率、およびベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を用いて構造解析を行い、異方性樹脂成形体における膨潤状態を算出する予測方法である。【選択図】図１A method for predicting chemical penetration behavior and anisotropic swelling behavior without depending on the composition of a resin composition is provided. A method for predicting one or both of permeation behavior and swelling behavior of a chemical in an anisotropic resin molded article made of a resin material containing an anisotropic filler, the method comprising the orientation state of the anisotropic filler. After the steps including the steps of creating a model for analysis, creating a model for liquid permeation analysis, creating a model for obtaining physical property values, and creating a model for structural analysis, the anisotropic This is a prediction method for calculating the swelling state of an anisotropic resin molding by performing structural analysis using the orientation state of the filler, the swelling rate of the anisotropic resin molding, and the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin. . [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、異方性樹脂成形体の薬液浸透挙動の予測および異方性膨潤挙動の予測方法およびその予測プログラムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for predicting chemical permeation behavior of an anisotropic resin molding and an anisotropic swelling behavior, and a prediction program therefor.
従来から自動車の分野では、車体の軽量化のために、熱可塑性樹脂の射出成形体からなる樹脂成形体によって、金属部品を代替する動きが進められている。熱可塑性樹脂の中でも耐薬品性、特に耐燃料性に優れる組成物においては、燃料油と直接接触する部品、例えば燃料ポンプモジュール、燃料ポンプインペラー等に代表される燃料搬送ユニット等の大型部品にも用いられている。 BACKGROUND ART Conventionally, in the field of automobiles, in order to reduce the weight of vehicle bodies, there has been a movement to replace metal parts with resin moldings made of thermoplastic resin injection moldings. Among thermoplastic resins, a composition with excellent chemical resistance, especially fuel resistance, can be used for parts that come into direct contact with fuel oil, such as fuel pump modules, fuel pump impellers, and other large parts such as fuel transfer units. used.
しかし、それらの樹脂成形体を、自動車のように長期間にわたって用いられる製品に用いた場合、樹脂成形体を燃料に長期間にわたって浸漬させたときに膨潤が発生することで、成形品寸法が変わり、場合によっては部品間のクリアランスがなくなることにより、燃料供給に不具合が生じる原因になることが懸念されている。そのため、膨潤挙動の予測及び解析の手法や、対策が求められている。 However, when these resin moldings are used in products that are used for a long period of time, such as automobiles, swelling occurs when the resin moldings are immersed in fuel for a long period of time, resulting in changes in molded product dimensions. In some cases, there is concern that the lack of clearance between parts may cause problems in fuel supply. Therefore, methods for predicting and analyzing swelling behavior and countermeasures are required.
また、昨今では、バイオディーゼル燃料のように燃料成分が多様化しており、自動車部品用の樹脂成形体では、耐薬品性、寸法安定性のさらなる向上が求められている。 In addition, fuel components are diversifying such as biodiesel fuel these days, and further improvements in chemical resistance and dimensional stability are required for resin moldings for automobile parts.
このような観点から、例えば特許文献１には、樹脂成形体の薬品浸漬による破壊箇所の予測方法が記載されている。 From this point of view, for example, Patent Literature 1 describes a method of predicting a broken portion of a resin molding due to immersion in a chemical.
しかし、この方法では膨潤挙動は求められないため、膨潤挙動の予測手法が求められていた。また、特許文献２には、異方性樹脂成形体の構造解析方法が示されている。
However, since this method does not require swelling behavior, a method for predicting swelling behavior has been required. Further,
この方法では異方性フィラーを含有する異方性樹脂成形体の異方性熱膨張挙動、弾性率異方性について考慮して、荷重や強制変位に対する発生応力、発生ひずみの評価、熱による変形などを計算にて予測が可能であるが、異方性を示す膨潤挙動に関しては求められない。そして、ガラス繊維など、繊維状のフィラーを含む熱可塑性樹脂では、膨潤挙動に異方性があるため、燃料等の薬品の浸漬による、異方性樹脂成形体の寸法変化予測及び解析も困難であった。 In this method, considering the anisotropic thermal expansion behavior and elastic modulus anisotropy of an anisotropic resin molding containing anisotropic filler, the generated stress and generated strain against load and forced displacement are evaluated, and deformation due to heat is evaluated. etc. can be predicted by calculation, but the anisotropic swelling behavior cannot be obtained. Since thermoplastic resins containing fibrous fillers such as glass fibers have anisotropic swelling behavior, it is difficult to predict and analyze dimensional changes of anisotropic resin moldings due to immersion in chemicals such as fuels. there were.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、無機物フィラーを含んだような樹脂組成物の組成によることなく、薬液浸透挙動、膨潤挙動を予測する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for predicting chemical penetration behavior and swelling behavior without depending on the composition of a resin composition that contains an inorganic filler. With the goal.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、計算機支援工学（ＣＡＥ）による流動解析と構造解析を組み合わせて、薬品浸漬に伴う膨潤挙動を予測し、また、膨潤挙動の予測に基づいて製品形状の設計を変更することあるいは、膨潤が少ない樹脂組成物を変更して、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
より具体的に、本発明は、以下のものを提供する。
The present inventors have made intensive studies to solve the above problems. As a result, by combining flow analysis and structural analysis by computer aided engineering (CAE), it is possible to predict the swelling behavior accompanying chemical immersion, and to change the design of the product shape based on the prediction of the swelling behavior. The inventors have found that the above problems can be solved by changing a small number of resin compositions, and have completed the present invention.
More specifically, the present invention provides the following.
異方性フィラーを含有する樹脂材料からなる異方性樹脂成形体における、薬液の浸透挙動および膨潤挙動のうち一方または両方を予測する方法であり、
前記異方性樹脂成形体を複数の第１領域に要素分割して、前記異方性樹脂成形体を得るときの前記異方性フィラーの配向状態解析用モデルを作成する第１領域準備ステップ（Ｓ１）と、
前記複数の第１領域のそれぞれについて、前記異方性フィラーの配向状態を算出する配向状態算出ステップ（Ｓ２）と、
前記異方性フィラーを含有しない前記樹脂材料であるベース樹脂からなる特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記成形体の寸法変化量と浸透時間の測定値から、前記寸法変化量の時間依存性を算出する寸法変化率算出ステップ（Ｓ３）と、
前記特定形状と同一の形状を有する樹脂成形体を複数の第２領域に要素分割して、液体浸透量解析用モデルを作成する第２領域準備ステップ（Ｓ４）と、
前記複数の第２領域のそれぞれについて、前記寸法変化量の時間依存性から、前記特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を求める液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）と、
前記異方性フィラーと、前記樹脂材料が複合された成形体モデルを構成し、前記成形体モデルを、前記異方性フィラーからなる領域と前記樹脂部からなる領域とが区別された複数の第３領域に要素分割して物性値取得用モデルを作成する第３領域準備ステップ（Ｓ６）と、
少なくとも、前記複数の第３領域のそれぞれに当てはまる前記異方性フィラーまたは前記樹脂部の物性値と、前記ベース樹脂の前記液体浸透量の時間依存性の値から、前記異方性樹脂成形体における膨潤率の分布を算出する膨潤率算出ステップ（Ｓ７）と、
前記配向状態解析用モデルを基に構造解析用モデルを得る構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）と、
前記構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）で得られる構造解析用モデルに基づいて、前記配向状態算出ステップ（Ｓ２）で得られる前記異方性フィラーの配向状態と、前記膨潤率算出ステップ（Ｓ７）で得られる前記異方性樹脂成形体の膨潤率と、前記液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）で得られる前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を用いて構造解析を行い、前記異方性樹脂成形体における膨潤状態を算出する膨潤状態算出ステップ（Ｓ９）と
を含む、予測方法。
A method for predicting one or both of permeation behavior and swelling behavior of a chemical in an anisotropic resin molded article made of a resin material containing an anisotropic filler,
A first region preparation step ( S1) and
an orientation state calculation step (S2) of calculating the orientation state of the anisotropic filler for each of the plurality of first regions;
When a molded body having a specific shape made of the base resin, which is the resin material that does not contain the anisotropic filler, is immersed in a liquid, the measured values of the dimensional change amount and permeation time of the molded body are used to determine the dimensional change amount. a dimensional change rate calculation step (S3) for calculating the time dependence;
a second region preparation step (S4) of creating a liquid permeation amount analysis model by dividing a resin molded body having the same shape as the specific shape into a plurality of second regions;
For each of the plurality of second regions, from the time dependence of the amount of dimensional change, the amount of liquid permeation obtained by obtaining the time dependence of the amount of liquid permeation of the base resin when the molded body having the specific shape is immersed in the liquid. a calculation step (S5);
A molded body model in which the anisotropic filler and the resin material are combined is formed, and the molded body model is divided into a plurality of regions in which the region composed of the anisotropic filler and the region composed of the resin part are distinguished. A third region preparation step (S6) for creating a physical property value acquisition model by dividing elements into three regions;
At least, from the physical property values of the anisotropic filler or the resin portion that apply to each of the plurality of third regions and the value of the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin, the anisotropic resin molded body a swelling rate calculation step (S7) for calculating the distribution of the swelling rate;
a structural analysis model creation step (S8) for obtaining a structural analysis model based on the orientation state analysis model;
Based on the structural analysis model obtained in the structural analysis model creation step (S8), the orientation state of the anisotropic filler obtained in the orientation state calculation step (S2) and the swelling ratio calculation step (S7) Structural analysis is performed using the swelling ratio of the anisotropic resin molded body obtained in and the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin obtained in the liquid permeation amount calculation step (S5), and the anisotropic A prediction method, comprising a swelling state calculation step (S9) for calculating the swelling state of the resin molding.
本発明は、異方性樹脂成形体の薬液浸透挙動の予測および異方性膨潤挙動の予測方法であって、異方性樹脂成形体の薬品浸漬による薬液浸透挙動および異方性膨潤挙動の予測する方法を提供することができる。 The present invention is a method for predicting chemical permeation behavior and anisotropic swelling behavior of an anisotropic resin molded article, which predicts the chemical permeation behavior and anisotropic swelling behavior of an anisotropic resin molded article when immersed in a chemical. can provide a way to
以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。 Specific embodiments of the present invention will be described in detail below. The present invention is by no means limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the object of the present invention.
＜薬液浸透挙動、膨潤挙動の予測方法＞
本発明の予測方法は、異方性フィラーを含有する樹脂材料からなる異方性樹脂成形体における、薬液の浸透挙動および膨潤挙動のうち一方または両方を予測する方法であり、
前記異方性樹脂成形体を複数の第１領域に要素分割して、前記異方性樹脂成形体を得るときの前記異方性フィラーの配向状態解析用モデルを作成する第１領域準備ステップ（Ｓ１）と、
前記複数の第１領域のそれぞれについて、前記異方性フィラーの配向状態を算出する配向状態算出ステップ（Ｓ２）と、
前記異方性フィラーを含有しない前記樹脂材料であるベース樹脂からなる特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記成形体の寸法変化量と浸透時間の測定値から、前記寸法変化量の時間依存性を算出する寸法変化率算出ステップ（Ｓ３）と、
前記特定形状と同一の形状を有する樹脂成形体を複数の第２領域に要素分割して、液体浸透量解析用モデルを作成する第２領域準備ステップ（Ｓ４）と、
前記複数の第２領域のそれぞれについて、前記寸法変化量の時間依存性から、前記特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を求める液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）と、
前記異方性フィラーと、前記異方性フィラーが混合される樹脂部とを含んだ前記樹脂材料の成形体モデルを構成し、前記成形体モデルを、前記異方性フィラーからなる領域と前記樹脂部からなる領域とが区別された複数の第３領域に要素分割して、物性値取得用モデルを作成する第３領域準備ステップ（Ｓ６）と、
少なくとも、前記複数の第３領域のそれぞれに当てはまる前記異方性フィラーまたは前記樹脂部の物性値と、前記ベース樹脂の前記液体浸透量の時間依存性の値から、前記異方性樹脂成形体における膨潤率の分布を算出する膨潤率算出ステップ（Ｓ７）と、
前記配向状態解析用モデルを基に構造解析用モデルを得る構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）と、
前記構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）で得られる構造解析用モデルに基づいて、前記配向状態算出ステップ（Ｓ２）で得られる前記異方性フィラーの配向状態と、前記膨潤率算出ステップ（Ｓ７）で得られる前記異方性樹脂成形体の膨潤率と、前記液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）で得られる前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を用いて構造解析を行い、前記異方性樹脂成形体における膨潤状態を算出する膨潤状態算出ステップ（Ｓ９）とを含む。
<Method for Predicting Chemical Permeation Behavior and Swelling Behavior>
The prediction method of the present invention is a method of predicting one or both of the permeation behavior and swelling behavior of a chemical solution in an anisotropic resin molded article made of a resin material containing an anisotropic filler,
A first region preparation step ( S1) and
an orientation state calculation step (S2) of calculating the orientation state of the anisotropic filler for each of the plurality of first regions;
When a molded body having a specific shape made of the base resin, which is the resin material that does not contain the anisotropic filler, is immersed in a liquid, the measured values of the dimensional change amount and permeation time of the molded body are used to determine the dimensional change amount. a dimensional change rate calculation step (S3) for calculating the time dependence;
a second region preparation step (S4) of creating a liquid permeation amount analysis model by dividing a resin molded body having the same shape as the specific shape into a plurality of second regions;
For each of the plurality of second regions, from the time dependence of the amount of dimensional change, the amount of liquid permeation obtained by obtaining the time dependence of the amount of liquid permeation of the base resin when the molded body having the specific shape is immersed in the liquid. a calculation step (S5);
A molded body model of the resin material including the anisotropic filler and a resin portion in which the anisotropic filler is mixed is configured, and the molded body model is composed of a region made of the anisotropic filler and the resin A third region preparation step (S6) for creating a physical property value acquisition model by dividing the element into a plurality of third regions distinguished from regions consisting of parts;
At least, from the physical property values of the anisotropic filler or the resin portion that apply to each of the plurality of third regions and the value of the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin, the anisotropic resin molded body a swelling rate calculation step (S7) for calculating the distribution of the swelling rate;
a structural analysis model creation step (S8) for obtaining a structural analysis model based on the orientation state analysis model;
Based on the structural analysis model obtained in the structural analysis model creation step (S8), the orientation state of the anisotropic filler obtained in the orientation state calculation step (S2) and the swelling ratio calculation step (S7) Structural analysis is performed using the swelling rate of the anisotropic resin molded body obtained in the step (S5) and the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin obtained in the liquid permeation amount calculation step (S5), and the anisotropic and a swelling state calculation step (S9) for calculating the swelling state of the resin molding.
図１は、燃料等の薬品の浸漬による、薬液浸透挙動、膨潤挙動予測方法の一例を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flow chart showing an example of a method for predicting chemical solution permeation behavior and swelling behavior due to immersion in chemicals such as fuel.
＜流動解析用モデル作成ステップＳ１＞
Ｓ１は、異方性樹脂成形体を複数の第１領域に要素分割して、前記異方性樹脂成形体を得るときの前記異方性フィラーの配向状態解析用モデルを作成する第１領域準備ステップである。
<Flow analysis model creation step S1>
S1 divides the anisotropic resin molded body into a plurality of first regions, and prepares a first region preparation model for analyzing the orientation state of the anisotropic filler when obtaining the anisotropic resin molded body. is a step.
流動解析用モデル作成ステップＳ１では、樹脂成形体を微小な領域に分割して、繊維配向状態の解析の実施に必要なモデルを作成する。例えば、先ず、ＣＡＤインターフェース等を利用して、樹脂成形体の形状をパソコン等に取り込む、あるいはＣＡＤシステムにより樹脂成形体の形状を作成し、モデル化範囲を設定する。次いで、要素分割プリプロセッサ等で有限要素法等の要素分割を行うことで樹脂成形体を複数の領域に分割して、解析用のモデルを作成する。 In the flow analysis model creation step S1, the resin molding is divided into minute regions to create a model necessary for analyzing the state of fiber orientation. For example, first, using a CAD interface or the like, the shape of the resin molded body is imported into a personal computer or the like, or the shape of the resin molded body is created by a CAD system, and the modeling range is set. Next, an element division preprocessor or the like performs element division using the finite element method or the like to divide the resin molded body into a plurality of regions, thereby creating a model for analysis.
要素の形状は、四面体１次要素、２次要素、六面体１次要素、２次要素等が選択可能である。また、要素分割数が十分細かくないと、高い計算精度が得られない。一方、要素分割数が多い場合、計算時間が多大になるため、要素数は少ないことが求められる。したがって、計算精度、計算時間等を考慮して、適宜好ましい分割数を採用する。 As for the shape of the element, a tetrahedral primary element, a secondary element, a hexahedral primary element, a secondary element, or the like can be selected. Also, if the number of element divisions is not fine enough, high calculation accuracy cannot be obtained. On the other hand, when the number of element divisions is large, the calculation time becomes long, so the number of elements is required to be small. Therefore, considering calculation accuracy, calculation time, etc., a suitable number of divisions is adopted.
また、今回のように有限要素法を用いた樹脂流動解析により配向状態を取得する場合、異方性樹脂成形体の肉厚方向に対し、５分割以上で要素分割することが好ましい。５分割以上であると構造解析の精度が安定する。 When obtaining the orientation state by resin flow analysis using the finite element method as in this case, it is preferable to divide the anisotropic resin molded body into five or more elements in the thickness direction. If the number of divisions is 5 or more, the accuracy of structural analysis is stabilized.
異方性フィラーとしては、繊維状、楕円体状、粒状、板状フィラーなどが挙げられる。具体例としては、タルク、マイカ、カオリン、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ガラスビーズ、ガラス繊維、カーボン繊維等が想定される。 Examples of anisotropic fillers include fibrous, ellipsoidal, granular, and plate-like fillers. Specific examples include talc, mica, kaolin, glass flakes, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, silicon carbide, silicon nitride, glass beads, glass fibers, carbon fibers, and the like.
＜繊維配向計算ステップＳ２＞
Ｓ２は、前述の複数の第１領域のそれぞれについて、前記異方性フィラーの配向状態を算出する配向状態算出ステップである。
繊維配向計算ステップＳ２では、樹脂流動解析を用い、Ｓ１にて得られたモデルを用い、配向状態をシミュレートするのが好ましい。
<Fiber Orientation Calculation Step S2>
S2 is an orientation state calculation step of calculating the orientation state of the anisotropic filler for each of the plurality of first regions described above.
In the fiber orientation calculation step S2, it is preferable to use the resin flow analysis and the model obtained in S1 to simulate the orientation state.
樹脂流動解析の手法を用いた繊維配向状態のシミュレートは特に限定されるものでなく、公知の有限要素法を用いた樹脂流動解析ソフトウェアを用いて行うことができる。例えば、ＡＵＴＯＤＥＳＫ社製のＡＵＴＯＤＥＳＫ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ ＭＯＬＤＦＬＯＷ ＩＮＳＩＧＨＴや、東レエンジニアリング社製の３Ｄ ＴＩＭＯＮ、Ｃｏｒｅ Ｔｅｃｈ社製のＭｏｌｄｅｘ ３Ｄ等を用いることができる。 The simulation of the fiber orientation state using the method of resin flow analysis is not particularly limited, and can be performed using known resin flow analysis software using the finite element method. For example, AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW INSIGHT manufactured by AUTODESK, 3D TIMON manufactured by Toray Engineering, and Moldex 3D manufactured by Core Tech can be used.
配向状態の種類は特に限定されるものでなく、例えば、配向度、配向方向等が挙げられる。 The type of alignment state is not particularly limited, and examples thereof include degree of alignment, direction of alignment, and the like.
配向度に関する配向度情報は、通常３×３のマトリクスにて表現される。このマトリクスから、３方向の固有ベクトル、固有値を求める。それぞれの固有ベクトルから配向方向が得られる。またそれぞれの固有値から配向度が得られる。 Orientation degree information regarding the orientation degree is usually represented by a 3×3 matrix. From this matrix, eigenvectors and eigenvalues in three directions are obtained. The orientation direction is obtained from each eigenvector. Also, the degree of orientation is obtained from each eigenvalue.
＜ベース樹脂部分膨張率測定ステップＳ３＞
Ｓ３は、異方性フィラーを含有しない前記樹脂材料であるベース樹脂からなる特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記成形体の寸法変化量と浸透時間の測定値から、前記寸法変化量の時間依存性を算出する寸法変化率算出ステップである。
<Base resin partial expansion rate measurement step S3>
In step S3, when a molded body having a specific shape made of the base resin, which is the resin material that does not contain an anisotropic filler, is immersed in a liquid, the dimensional change is calculated from the measured values of the dimensional change amount and permeation time of the molded body. This is a dimensional change rate calculation step for calculating the time dependence of the amount.
ベース樹脂部分膨張率測定ステップＳ３では、樹脂組成物の内、ベースとなる樹脂部分のみの場合にて薬液浸透による寸法変化の浸透時間依存性を測定する。なお、膨潤率計算の精度向上のため、フィラーを含有している樹脂組成物と同じ形状を用いることが望ましい。 In the base resin partial expansion rate measurement step S3, in the case of only the base resin portion of the resin composition, the permeation time dependency of the dimensional change due to the permeation of the chemical solution is measured. In order to improve the accuracy of swelling ratio calculation, it is desirable to use the same shape as the resin composition containing the filler.
＜構造解析用モデル作成ステップＳ４＞
Ｓ４は、特定形状と同一の形状を有する樹脂成形体を複数の第２領域に要素分割して、液体浸透量解析用モデルを作成する第２領域準備ステップである。
<Structural Analysis Model Creation Step S4>
S4 is a second region preparation step for creating a liquid permeation amount analysis model by dividing the resin molded body having the same shape as the specific shape into a plurality of second regions.
構造解析用モデル作成ステップＳ４では、薬液浸透による寸法変化の浸透時間依存性を測定する際に用いた形状のＣＡＤデータを作成し、要素分割を行う。次に、要素分割プリプロセッサ等で有限要素法等の要素分割を行うことで樹脂成形体を複数の領域に分割して、解析用のモデルを作成する。薬液浸透は、肉厚方向にも進展するため、薬液浸透状態の解析精度を考慮すると、流動解析用モデル作成ステップＳ１と同様な肉厚方向の分割方法が望ましい。 In the structural analysis model creation step S4, CAD data of the shape used for measuring the permeation time dependency of the dimensional change due to the permeation of the chemical solution is created, and element division is performed. Next, an element division preprocessor or the like performs element division such as the finite element method to divide the resin molded body into a plurality of regions, thereby creating a model for analysis. Since the chemical permeation progresses in the thickness direction as well, the dividing method in the thickness direction similar to the flow analysis model creation step S1 is desirable in consideration of the analysis accuracy of the chemical permeation state.
＜非定常薬液浸透量計算ステップＳ５＞
Ｓ５は、複数の第２領域のそれぞれについて、前記寸法変化量の時間依存性から、前記特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を求める液体浸透量算出ステップである。
<Unsteady chemical permeation amount calculation step S5>
S5 determines the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin when the molded body having the specific shape is immersed in the liquid from the time dependence of the dimensional change amount for each of the plurality of second regions. This is the permeation amount calculation step.
非定常薬液浸透量計算ステップＳ５では、Ｓ４にて得られた構造解析用のモデルを用いて、薬液浸透量の計算をする。薬液浸透の計算方法は以下に示す。 In the non-steady chemical permeation amount calculation step S5, the chemical permeation amount is calculated using the structural analysis model obtained in S4. The calculation method for chemical penetration is shown below.
薬液浸透の挙動は、下記式（ａ）に示されるＦｉｃｋの拡散方程式に従い、樹脂に膨潤した薬液の濃度Ｃに比例して、寸法が拡大するものとする。 The chemical permeation behavior is assumed to increase in size in proportion to the concentration C of the chemical swollen in the resin according to Fick's diffusion equation shown in the following equation (a).
このうち、拡散係数Ｄは、下記式（ｂ）によって求められる。この式における、透過係数Ｐ、溶解度係数Ｓ、密度ρは、温度、薬液の種類、浸透する樹脂の状態等によって変動する。 Among them, the diffusion coefficient D is obtained by the following formula (b). The permeability coefficient P, the solubility coefficient S, and the density ρ in this formula vary depending on the temperature, the type of chemical solution, the state of the permeating resin, and the like.
Ｆｉｃｋの拡散方程式は、ポアソン方程式とも呼ばれ、非定常熱伝導方程式と同形であるため、例えば伝熱解析を行うことで、薬液の拡散に関する挙動を予測できる。より具体的には、薬液の濃度を温度に置き換え、伝熱解析に用いられる比熱と熱伝導率の比率をＤに置き換え、且つ、膨潤挙動の時間依存性を測定した結果を膨張挙動の線膨張率に置き換えることにより、簡単な実験と計算によって予測できる。さらに、樹脂の結晶化度が高いほど拡散係数Ｄは小さくなるため、Ｆｉｃｋの拡散方程式を用いることで、樹脂の結晶化度による影響も考慮することができる。 The Fick's diffusion equation is also called Poisson's equation, and is isomorphic to the unsteady heat conduction equation. Therefore, for example, by performing heat transfer analysis, the behavior of the chemical solution regarding diffusion can be predicted. More specifically, the concentration of the chemical solution is replaced with temperature, the ratio of the specific heat and thermal conductivity used in the heat transfer analysis is replaced with D, and the time dependence of the swelling behavior is measured. By replacing it with a rate, it can be predicted by simple experiments and calculations. Furthermore, since the diffusion coefficient D decreases as the crystallinity of the resin increases, the influence of the crystallinity of the resin can be taken into account by using the Fick's diffusion equation.
上記の手法により、薬液の濃度が判れば、膨潤量が計算できる。膨潤量は薬液の濃度に比例することが知られているため、薬液による膨潤ひずみεｓは、 If the concentration of the chemical solution is known by the above method, the amount of swelling can be calculated. Since it is known that the amount of swelling is proportional to the concentration of the chemical solution, the swelling strain εs due to the chemical solution is
と計算できる。
上記の式にて薬液浸透度による膨潤係数Asは、ガラス繊維などのフィラーを含む場合は、射出成形時の流動状態に応じて配向状態が決まり、フィラーの形状によって異方性を持つ場合がある。樹脂種によっては、樹脂自体に異方性がある場合も想定される。加熱による樹脂組成物の線膨張係数はＳｃｈａｐｅｒｙ、Ｃｈａｍｂｅｒｌａｉｎ、Ｒｏｓｅｎ－Ｈａｓｈｉｎモデルなどが知られているが、薬液浸透による異方性膨潤挙動への適用は知られていないため、Ｓ１、Ｓ２に示すような代表体積要素を用いる方法が望ましい。 In the above formula, the swelling coefficient As, which depends on the degree of penetration of the chemical solution, may be anisotropic depending on the shape of the filler, as the orientation state is determined according to the flow state during injection molding when a filler such as glass fiber is included. . Depending on the type of resin, it is assumed that the resin itself may have anisotropy. Schapery, Chamberlain, Rosen-Hashin models, etc. are known for the coefficient of linear expansion of the resin composition due to heating, but application to anisotropic swelling behavior due to chemical penetration is not known, so as shown in S1 and S2 A method using a representative volume element is desirable.
膨潤量は薬液の濃度に比例することが知られているが、膨潤挙動に異方性がある場合、薬液による異方性膨潤ひずみεｓＸ 、εｓＹ , εｓＺ は、異方性膨潤係数ＡｓＸ , ＡｓＹ 、ＡｓＺを用いて計算できる。 It is known that the amount of swelling is proportional to the concentration of the chemical solution . , AsY and AsZ.
εｓＸ ：対象材料の主軸方向の膨潤ひずみ
εｓＹ ：材料主軸方向に直交する方向の膨潤ひずみ
εｓＺ ：材料主軸方向に直交する方向の膨潤ひずみ
εｓＹ ≧ εｓＺ という関係を有する。
ε sX : Swelling strain in the principal axis direction of the target material ε sY : Swelling strain in the direction orthogonal to the material principal axis direction ε sZ : Swelling strain in the direction orthogonal to the material principal axis direction ε sY ≥ ε sZ .
ＡｓＸ ：対象材料の主軸方向の膨潤係数
ＡｓＹ ：材料主軸方向に直交する方向の膨潤係数
ＡｓＺ ：材料主軸方向に直交する方向の膨潤係数
ＡｓＹ ≧ ＡｓＺ という関係を有する。
A sX : swelling coefficient in the principal axis direction of the target material A sY : swelling coefficient in the direction orthogonal to the material principal axis direction A sZ : swelling coefficient in the direction orthogonal to the material principal axis direction A sY ≥ A sZ .
薬液浸透による膨潤量の計算は、濃度を熱に置き換えることにより、熱膨張として、公知の構造解析用計算プログラムを用いることができる。より具体的には、Ａｎｓｙｓ Ｉｎｃ．社製のＡＮＳＹＳ、Ｄａｓｓａｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｓ．Ｅ社製のＡＢＡＱＵＳ等を用いることができる。 Calculation of the amount of swelling due to permeation of the chemical solution can be performed using a known structural analysis calculation program as thermal expansion by replacing the concentration with heat. More specifically, Ansys Inc. manufactured by ANSYS, Dassault Systems S.A. E company's ABAQUS etc. can be used.
＜代表体積要素作成ステップＳ６＞
Ｓ６は、異方性フィラーと、前記異方性フィラーと、前記樹脂材料が複合された成形体モデルを構成し、前記成形体モデルを、前記異方性フィラーからなる領域と前記樹脂部からなる領域とが区別された複数の第３領域に要素分割して、物性値取得用モデルを作成する第３領域準備ステップである。
<Representative volume element creation step S6>
S6 constitutes a molded body model in which the anisotropic filler, the anisotropic filler, and the resin material are combined, and the molded body model is composed of the region made of the anisotropic filler and the resin part. It is a third region preparation step of creating a physical property value acquisition model by dividing the model into a plurality of third regions that are distinguished from each other.
代表体積要素作成ステップＳ６では、単純化されたフィラー部形状とそれを包含する樹脂部のモデルを作成し、それぞれの領域を要素分割することで、物性値取得用の解析用モデルを準備する。 In the representative volume element creation step S6, a model of the simplified filler part shape and the resin part including it is created, and each region is divided into elements to prepare an analysis model for obtaining physical property values.
図２は、樹脂部、フィラー部の代表体積要素における要素分割の状態の一例を示す。 FIG. 2 shows an example of the state of element division in representative volume elements of the resin portion and the filler portion.
＜異方性膨潤解析用物性値取得ステップＳ７＞
Ｓ７は、少なくとも、前記複数の第３領域のそれぞれに当てはまる前記異方性フィラーまたは前記樹脂部の物性値と、前記ベース樹脂の前記液体浸透量の時間依存性の値から、前記異方性樹脂成形体における膨潤率の分布を算出する膨潤率算出ステップである。
<Anisotropic swelling analysis physical property value acquisition step S7>
S7 determines the anisotropic resin based on at least the physical property values of the anisotropic filler or the resin portion applicable to each of the plurality of third regions and the time dependence value of the liquid permeation amount of the base resin. This is a swelling rate calculation step for calculating the distribution of the swelling rate in the compact.
異方性膨潤解析用物性値取得ステップＳ７では、樹脂部、フィラー部それぞれに弾性率、ポアソン比、線膨張率を入力し、構造解析を行い、変形あるいは温度荷重を与え、フィラー長手方向に沿った方向、フィラー長手方向に垂直となる方向の応力、寸法から物性値を得る。 In the anisotropic swelling analysis physical property value acquisition step S7, the elastic modulus, Poisson's ratio, and linear expansion coefficient are input to the resin portion and the filler portion, respectively, structural analysis is performed, deformation or temperature load is applied, and the filler along the longitudinal direction Physical properties are obtained from the stress and dimensions in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the filler.
この際、特許文献２に示す方法で、数式を用いて異方性膨潤解析用物性値を取得することも可能であるが、この場合、ベース樹脂部分に異方性物性がある場合には数式を変更する必要があり、フィラーが複数種類存在する場合などに対して物性値の取得が難しい。代表体積要素を用いる方法により、様々なフィラー/樹脂の組み合わせに対し、物性値取得が容易になる。
At this time, it is possible to obtain physical property values for anisotropic swelling analysis using mathematical formulas by the method shown in
＜構造解析用モデル作成ステップＳ８＞
Ｓ８は、配向状態解析用モデルを基に構造解析用モデルを得る構造解析用モデル作成ステップである。
<Structural analysis model creation step S8>
S8 is a structural analysis model creating step for obtaining a structural analysis model based on the orientation state analysis model.
構造解析用モデル作成ステップＳ８では、Ｓ１にて得られた流動解析用のモデルの内、節点、要素を構造計算用ソフトウェアに応じたフォーマットにあわせて作成していく。その際、参考文献２に示すように流動解析用の要素分割と構造解析用の要素分割を別として、流動解析にて得られた結果情報を構造解析用の境界条件として用いることも可能である。
In the structural analysis model creation step S8, the nodes and elements of the flow analysis model obtained in S1 are created in accordance with the format corresponding to the structural calculation software. At that time, as shown in
しかしながら、繊維配向情報をより詳細に得るためには肉厚方向に5分割以上で要素分割することが望ましく、その状態で計算精度を上げるために要素アスペクト比などの要素分割品質を上げることが求められ、要素数が膨大となり、構造解析時点での計算コストが増大する。そのため、本手法では流動解析用のモデルを変換することにより、計算コストを低減させることを事例として用いた。 However, in order to obtain more detailed fiber orientation information, it is desirable to divide the elements into 5 or more divisions in the thickness direction. Therefore, the number of elements becomes enormous, and the calculation cost increases at the time of structural analysis. Therefore, in this method, the calculation cost is reduced by converting the model for flow analysis as an example.
＜膨潤状態計算ステップＳ９＞
Ｓ９は、構造解析用モデル作成ステップＳ８で得られる構造解析用モデルに基づいて、配向状態算出ステップＳ２で得られる異方性フィラーの配向状態と、膨潤率算出ステップＳ７で得られる異方性樹脂成形体の膨潤率と、液体浸透量算出ステップＳ５で得られるベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を用いて構造解析を行い、異方性樹脂成形体における膨潤状態を算出する膨潤状態算出ステップである。
<Swelling State Calculation Step S9>
S9 calculates the orientation state of the anisotropic filler obtained in the orientation state calculation step S2 and the anisotropic resin obtained in the swelling rate calculation step S7 based on the structural analysis model obtained in the structural analysis model creation step S8. A swelling state calculation step for calculating the swelling state of the anisotropic resin molded body by performing structural analysis using the swelling rate of the molded body and the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin obtained in the liquid permeation amount calculation step S5. is.
構造解析ステップＳ９は、Ｓ８にて作成した構造解析モデルに基づいて異方性樹脂成形体の構造解析を行うステップである。このステップでは、Ｓ２にて作成したフィラー配向状態の情報と、Ｓ７にて設定した物性情報と、Ｓ５にて求めた薬液浸透濃度の時間依存性を含む構造解析モデル情報を用い、構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して構造解析を実行する。 Structural analysis step S9 is a step of performing structural analysis of the anisotropic resin molding based on the structural analysis model created in S8. In this step, using the information on the filler orientation state created in S2, the physical property information set in S7, and the structural analysis model information including the time dependence of the chemical permeation concentration obtained in S5, the structural analysis software Run the program to perform structural analysis.
計算結果から、異方性樹脂成形体の変形をシミュレートできる。 From the calculation results, the deformation of the anisotropic resin molding can be simulated.
ここで、フィラーの材質はガラス繊維などの無機物が対象となり、樹脂組成物に含まれる一般的な無機物フィラーの場合、薬液浸透はほぼ０と見なして計算する。従ってベース樹脂部分の薬液浸透時の濃度時間依存性を用いることができる。 Here, the material of the filler is an inorganic substance such as glass fiber, and in the case of a general inorganic filler contained in the resin composition, the chemical solution permeation is assumed to be almost zero for the calculation. Therefore, it is possible to use the concentration-time dependency of the base resin portion at the time of permeation of the chemical solution.
フィラーの材質が例えば樹脂を用いた繊維など、薬液浸透がベース樹脂部分に対して無視できない場合は、別途Ｓ６にて用いた代表体積要素を用いて拡散係数を求め、Ｓ９にて計算することも可能である。 If the material of the filler is, for example, fiber using resin, and the penetration of the chemical solution cannot be ignored with respect to the base resin portion, the diffusion coefficient can be obtained using the representative volume element separately used in S6 and calculated in S9. It is possible.
＜解析プログラム＞
本発明における流動解析用モデル及び構造解析用モデルの要素分割や、薬液浸透量、膨潤状態の計算は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現されることが好ましい。
<Analysis program>
The element division of the flow analysis model and the structure analysis model in the present invention, and the calculation of the chemical permeation amount and swelling state are preferably realized by the cooperation of software and hardware resources.
図３は、一連の解析プログラムを実現するためのハードウェア資源Ｈの一例を示す。ハードウェア資源Ｈは、情報処理装置１と、設計者からの各種要求を受け付ける入力装置２と、情報処理装置１が行った解析結果を出力する出力装置３とを備えている。また、情報処理装置１は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４に接続されている。
FIG. 3 shows an example of hardware resources H for implementing a series of analysis programs. The hardware resource H includes an information processing device 1, an
情報処理装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成される主記憶装置２０と、入力装置２及び出力装置３との間でデータ授受を行うＩ／Ｏインタフェース３０と、ハードディスク等により構成される補助記憶装置４０と、ネットワークＮＷに接続されている装置との間で行うデータ授受の制御を行うネットワークインタフェース（ＮＷインタフェース）５０と、を備える。
The information processing apparatus 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 10, a
補助記憶装置４０には、上述した一連のステップを情報処理装置１に実行させるための解析プログラム４１が格納されている。解析プログラム４１は、代表体積要素分割プログラム４１Ａと、流動解析用の要素分割プログラム４１Ｂと、構造解析用要素変換プログラム４１Ｃと、Ｓ４を情報処理装置１に実行させるための流動解析・繊維配向計算プログラム４１Ｄと、構造解析を用いた薬液浸透量計算プログラム４１Ｅと、構造解析を用いた薬液浸透量計算プログラム４１Ｆを含んで構成される。本発明に係る構造解析方法は、ＣＰＵ１０が補助記憶装置４０に格納されている解析プログラム４１を主記憶装置２０にロードして実行することにより実現される。
The
上記の実施形態では、第１領域準備ステップＳ１から破壊発生予測ステップＳ５に至るまでの各ステップは、複数のプログラムが組み合わせられて実行されることで行われているが、これに限られることなく、最初から一体として構築されたプログラムでもよく、また、実行されるコンピュータの形態や規模、設置場所等も限定されるものではない。 In the above embodiment, each step from the first area preparation step S1 to the destruction occurrence prediction step S5 is performed by executing a combination of a plurality of programs, but the present invention is not limited to this. , the program may be constructed integrally from the beginning, and the form, scale, installation location, etc. of the computer to be executed are not limited.
以下、実施態様を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by showing embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments.
〔実施態様１〕
〔流動解析用モデル作成ステップＳ１〕
寸法 １００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み３ｍｍの平板形状をＣＡＤデータとして作成し、これにランナー、ゲート等を書き加えた流動解析モデルを作成した。このときの流動解析モデルの全体図を図４に示す。このＣＡＤモデルについて、有限要素分割を行った。
要素：四面体１次要素（分割数３７６０３３）
[Embodiment 1]
[Flow analysis model creation step S1]
A flat plate shape with dimensions of 100 mm×100 mm and a thickness of 3 mm was created as CAD data, and a flow analysis model was created by adding runners, gates, etc. to this. An overall view of the flow analysis model at this time is shown in FIG. A finite element division was performed on this CAD model.
Element: tetrahedral primary element (number of divisions: 376033)
〔繊維配向解析ステップＳ２〕
繊維配向状態を求めるために使用した樹脂流動解析には、ＡＵＴＯＤＥＳＫ社ＡＵＴＯＤＥＳＫ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ ＭＯＬＤＦＬＯＷ ＩＮＳＩＧＨＴを用いた。成形条件を境界条件として与え、解析を実行した。
[Fiber orientation analysis step S2]
AUTODESK AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW INSIGHT was used for the resin flow analysis used to determine the fiber orientation state. The molding conditions were given as boundary conditions and the analysis was performed.
樹脂：カーボン繊維２０％強化ポリオキシメチレン（ポリプラスチックス社製ジュラコン（登録商標）、ＣＨ－２０）
樹脂の温度：２１０℃
成形型の温度：８０℃
射出流量：１２．６ｃｍ３／ｓ
保圧圧力：７０ＭＰａ
保圧時間：３０秒
冷却時間：１０秒
Resin: 20% carbon fiber reinforced polyoxymethylene (Duracon (registered trademark) manufactured by Polyplastics, CH-20)
Resin temperature: 210°C
Mold temperature: 80°C
Injection flow rate: 12.6 cm 3 /s
Holding pressure: 70MPa
Holding pressure time: 30 seconds Cooling time: 10 seconds
樹脂流動解析によって得られる異方性フィラーの配向方向分布を図５に示す。 FIG. 5 shows the orientation distribution of the anisotropic filler obtained by resin flow analysis.
〔ベース樹脂膨潤率測定ステップＳ３〕
≪試験片の作成≫
図４に示すような寸法 １００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み３ｍｍの平板形状を用いて、以下に示す樹脂、成形条件にて射出成型を行い、試験片を得た。
樹脂：非強化ポリオキシメチレン（ポリプラスチックス社製ジュラコン（登録商標）、Ｍ９０－４４）
樹脂の温度：２１０℃
成形型の温度：８０℃
射出流量：１２．６ｃｍ３／ｓ
保圧圧力：７０ＭＰａ
保圧時間：３０秒
冷却時間：１０秒
[Base resin swelling rate measurement step S3]
≪Preparation of test piece≫
Using a flat plate shape having dimensions of 100 mm×100 mm and a thickness of 3 mm as shown in FIG. 4, injection molding was performed under the following resin and molding conditions to obtain a test piece.
Resin: non-reinforced polyoxymethylene (Duracon (registered trademark) manufactured by Polyplastics, M90-44)
Resin temperature: 210°C
Mold temperature: 80°C
Injection flow rate: 12.6 cm 3 /s
Holding pressure: 70MPa
Holding pressure time: 30 seconds Cooling time: 10 seconds
≪寸法変化率測定≫
４０℃に保った恒温水槽にて試験片を水中に一定期間浸漬させた時の質量および寸法変化率を測定した。試験片を浸漬させる前に、５０℃乾燥機中に２４時間放置後、デシケーター中にて放冷した。試験片を水中に浸漬させ取り出した後、２３℃/５０％Ｒｈに２４時間放置し、各流動方向、流動垂直方向の寸法変化率の浸漬時間依存性を測定した。
≪Dimensional change rate measurement≫
The mass and dimensional change rate were measured when the test piece was immersed in water for a certain period of time in a constant temperature water bath maintained at 40°C. Before immersing the test piece, it was allowed to stand in a 50° C. dryer for 24 hours and then allowed to cool in a desiccator. After the test piece was immersed in water and taken out, it was allowed to stand at 23° C./50% Rh for 24 hours, and the immersion time dependence of the dimensional change rate in each flow direction and the flow perpendicular direction was measured.
〔構造解析用モデル作成ステップＳ４〕
ベース樹脂部の膨潤率は別の形状、別の条件でも求められるが、今回の膨潤率の測定はベース樹脂、フィラーを含む樹脂組成物とも同じ平板形状を用いたため、Ｓ１にて作成した要素分割モデルを構造解析ソフト用に要素、節点のフォーマットを変換したモデルを用いた。
[Structural analysis model creation step S4]
The swelling rate of the base resin part can be obtained with a different shape and under different conditions. A model converted from element and node formats for structural analysis software was used.
〔非定常薬液浸透量計算ステップＳ５〕
Ｓ４にて作成したモデルを用い、物性データ、境界条件を与え薬液浸透時の濃度の浸漬時間依存性を計算する。薬液拡散の濃度を温度と見なして伝熱解析を用い計算する。
境界条件として、「Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃによる数値解析プログラム、黒田英夫著、ＣＱ出版、２００２年４月２０日、ｐ１１８－１４９」に示すような熱放射境界条件を用いた。得られた結果は１℃を１％と換算する。
[Unsteady chemical permeation amount calculation step S5]
Using the model created in S4, given the physical property data and boundary conditions, the immersion time dependency of the concentration at the time of permeation of the chemical solution is calculated. It is calculated using heat transfer analysis assuming the concentration of chemical solution diffusion as temperature.
As a boundary condition, a thermal radiation boundary condition as shown in "Numerical Analysis Program by Visual Basic, Hideo Kuroda, CQ Publishing, Apr. 20, 2002, pp. 118-149" was used. The results obtained are converted from 1°C to 1%.
境界条件：平板部分の表面を熱放射境界として、熱放射率を設定温度１００℃、初期条件温度を０℃とした。
物性値 比熱 １３７０ 熱伝導率 ０．３７ 密度 １．４Ｅ－９
Boundary conditions: The surface of the flat plate portion was used as a thermal radiation boundary, the thermal emissivity was set at a set temperature of 100°C, and the initial condition temperature was 0°C.
Physical properties Specific heat 1370 Thermal conductivity 0.37 Density 1.4E-9
Ｓ３にて得られた寸法変化率を元に、薬液浸透度による膨潤係数Ａｓを飽和膨潤時の膨張率0.20％と設定し、膨潤率の浸漬時間依存性を実測値に近くなるように放射率を増減させて、最適値を求める。構造解析用計算プログラムとして、株式会社アライドエンジニアリング製のＡＤＶＥＮＴＵＲＥ ＣＬＵＳＴＥＲを用いた。図１２はＣＡＥなどにより飽和膨潤浸漬時間と１００％飽和濃度について各放射率の算出結果を示したものである。 Based on the dimensional change rate obtained in S3, the swelling coefficient As due to the degree of chemical solution penetration was set to 0.20% at the time of saturated swelling, and the emissivity was adjusted so that the dependence of the swelling rate on immersion time was close to the measured value. is increased or decreased to find the optimum value. ADVENTURE CLUSTER manufactured by Allied Engineering Co., Ltd. was used as a calculation program for structural analysis. FIG. 12 shows the calculation results of each emissivity with respect to the saturation swelling immersion time and 100% saturation concentration by CAE or the like.
図６に測定終了時の寸法変化率を１００％として、各浸漬時間における寸法変化率との比、およびＳ４にて熱放射率を３と設定した場合の相対膨潤率を示す。図１１に浸漬時間４８時間後の濃度分布を示す。 FIG. 6 shows the ratio of the dimensional change rate at each immersion time to the dimensional change rate at the end of measurement as 100%, and the relative swelling rate when the thermal emissivity is set to 3 in S4. FIG. 11 shows the concentration distribution after immersion for 48 hours.
上記の例から、本予測方法により、フィラーを含有しない樹脂組成物成形体において薬液浸透状態を精度よく予測が可能であることが分かる。 From the above examples, it can be seen that the present prediction method can accurately predict the state of penetration of the chemical solution in a filler-free resin composition molded article.
〔代表体積要素作成ステップＳ６〕
樹脂組成物における膨潤率を求めるために、樹脂部、フィラー部の密度、フィラー部の寸法、フィラーの体積含有率から、樹脂部の中にフィラー部が含まれるＣＡＤ形状を作成し、それぞれを要素分割する。上記のような形状は単純であるため、ソフトウェア上でＣＡＤ形状作成から要素分割までをＡｌｔａｉｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｃ.製
Ｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｄｅｓｉｇｎｅｒを用いて図２に示す代表体積要素を作成した。
[Representative volume element creation step S6]
In order to obtain the swelling rate of the resin composition, a CAD shape containing the filler part in the resin part is created from the density of the resin part and the filler part, the dimensions of the filler part, and the volume content of the filler. To divide. Since the shape as described above is simple, a representative volume element shown in FIG. 2 was created using Multiscaledesigner manufactured by Altair Engineering Inc. from CAD shape creation to element division on software.
〔異方性膨潤解析用物性値取得ステップＳ７〕
Ｓ６にて作成した代表体積要素を用い、樹脂組成物における膨潤率を求める。代表体積要素モデルに温度荷重１００℃を与え、図７に示すＸＹＺ方向（フィラー主配向方向、フィラー垂直方向、フィラー肉厚方向）における寸法変化から、フィラーを含む樹脂組成物の膨張率を求めた。また、実際の射出成形品の繊維配向はフィラーの方向の分散、フィラーの方向の向きは一様ではない。
[Anisotropic swelling analysis physical property value acquisition step S7]
Using the representative volume element created in S6, the swelling rate of the resin composition is determined. A temperature load of 100° C. was applied to the representative volume element model, and the expansion coefficient of the resin composition containing the filler was obtained from the dimensional changes in the XYZ directions (filler main orientation direction, filler vertical direction, filler thickness direction) shown in FIG. . In addition, the fiber orientation of the actual injection-molded product is dispersed in the direction of the filler, and the orientation of the direction of the filler is not uniform.
そこで、Ｍｏｌｄｆｌｏｗ上の繊維配向計算仮定であるフィラーの分散度の比、
フィラー主配向方向：フィラー垂直方向：フィラー肉厚方向＝１００：８０：２０
から、異方性膨潤係数ＡｓＸ 、ＡｓＹ、ＡｓＺはそれぞれ、
ＡｓＸ：５．２５×１０－６
ＡｓＹ：１．４５×１０－５
ＡｓＺ：１．５６×１０－５
と設定した。
Therefore, the dispersity ratio of the filler, which is a fiber orientation calculation assumption on Moldflow,
Filler main orientation direction: Filler vertical direction: Filler thickness direction = 100:80:20
, the anisotropic swelling coefficients A sX , A sY and A sZ are, respectively,
A sX : 5.25×10 −6
A sY : 1.45×10 −5
A sZ : 1.56×10 −5
and set.
〔構造解析用モデル作成ステップＳ８〕
Ｓ１にて作成した要素分割モデルから、ゲート部、ランナー部、スプルー部を消去し、平板部を構造解析ソフト用に要素、節点のフォーマットを変換したモデルを用いた。要素分割後のモデルを図８に示す。
[Structural analysis model creation step S8]
A model was used in which the gate, runner, and sprue portions were deleted from the element division model created in S1, and the element and node formats of the plate portion were converted for structural analysis software. The model after element division is shown in FIG.
〔膨潤状態計算ステップＳ９〕
Ｓ８にて作成した要素分割モデルに、Ｓ２で求めた繊維配向状態、Ｓ５にて求めた薬液浸透時の濃度時間依存性、Ｓ７にて求めた異方性膨潤解析用物性値を与え、拘束条件として、１点を、ＸＹＺ方向を拘束、別の1点をＹＺ方向に、別の１点をＺ方向に与えた。構造解析用計算プログラムとして、株式会社アライドエンジニアリング製のＡＤＶＥＮＴＵＲＥ ＣＬＵＳＴＥＲを用いた。膨張後の変形の様子を図９に示す。
[Swelling state calculation step S9]
The fiber orientation state obtained in S2, the concentration-time dependence during chemical liquid penetration obtained in S5, and the physical property values for anisotropic swelling analysis obtained in S7 are given to the element division model created in S8. , 1 point was given to the XYZ direction, another 1 point was given to the YZ direction, and another 1 point was given to the Z direction. ADVENTURE CLUSTER manufactured by Allied Engineering Co., Ltd. was used as a calculation program for structural analysis. FIG. 9 shows the state of deformation after expansion.
より詳細には各浸漬時間において、すべての要素において濃度を求める。その濃度を元に、異方性膨潤係数ＡｓＸ 、ＡｓＹ、ＡｓＺに比例させて膨張させる。構造計算にて要素間の結合、位置関係を考慮して、各時間における流動方向、流動垂直方向全体の膨張量を求めた。 More specifically, the concentration is determined for all elements at each immersion time. Based on the concentration, it is expanded in proportion to the anisotropic swelling coefficients AsX, AsY and AsZ. Considering the connection between elements and the positional relationship in the structural calculation, the amount of expansion in the flow direction and the flow vertical direction at each time was obtained.
＜実測値との比較＞
Ｓ３に示す非強化ポリオキシメレンにて求めた寸法変化率と同じ方法、同じ条件でカーボン繊維２０％強化ポリオキシメチレンを用い寸法変化率の薬液浸透時間依存性をもとめた。これを実測値として図１０に示す。Ｓ９にてもとめた、膨張率の薬液浸透時間依存性を同時に示す。
<Comparison with measured values>
Using the same method and under the same conditions as those for the non-reinforced polyoxymethylene shown in S3, 20% carbon fiber reinforced polyoxymethylene was used to determine the chemical permeation time dependence of the dimensional change. This is shown in FIG. 10 as an actual measurement. The chemical permeation time dependency of the expansion rate determined in S9 is also shown.
図１０に示される通り、実施態様１において予測された薬品の浸漬に伴うフィラーを含む樹脂組成物の薬液浸透時の膨潤率時間依存性の傾向は、平板部樹脂流動方向、流動垂直方向とも実測値とほぼ一致した。 As shown in FIG. 10, the trend of the time dependence of the swelling rate of the filler-containing resin composition during chemical permeation, which was predicted in Embodiment 1, was measured both in the flow direction of the resin in the plate portion and in the direction perpendicular to the flow. almost matched the value.
従って、本発明の方法によれば、薬品浸漬に伴う樹脂成形体の破壊の予測及び、耐薬品性に優れた樹脂成形体の作製が可能であることがわかる。 Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to predict the breakage of a resin molded article due to immersion in chemicals and to produce a resin molded article having excellent chemical resistance.
Ｈ ハードウェア資源
１ 情報処理装置
２ 入力装置
３ 出力装置
４ ＣＡＤ装置
１０ ＣＰＵ
２０ 主記憶装置
３０ Ｉ／Ｏインタフェース
４０ 補助記憶装置
４１ 解析プログラム
４１Ａ 代表体積要素分割プログラム
４１Ｂ 流動解析用要素分割プログラム
４１Ｃ 構造解析用要素変換プログラム
４１Ｄ 繊維配向状態計算プログラム
４１Ｅ 薬液浸透量計算プログラム
４１Ｆ 異方性膨潤状態計算プログラム
５０ ネットワークインタフェース
ＮＷ ネットワーク
H Hardware resource 1
20 main storage device 30 I/
Claims (8)
前記異方性樹脂成形体を複数の第１領域に要素分割して、前記異方性樹脂成形体を得るときの前記異方性フィラーの配向状態解析用モデルを作成する第１領域準備ステップ（Ｓ１）と、
前記複数の第１領域のそれぞれについて、前記異方性フィラーの配向状態を算出する配向状態算出ステップ（Ｓ２）と、
前記異方性フィラーを含有しない前記樹脂材料であるベース樹脂からなる特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記成形体の寸法変化量と浸透時間の測定値から、前記寸法変化量の時間依存性を算出する寸法変化率算出ステップ（Ｓ３）と、
前記特定形状と同一の形状を有する樹脂成形体を複数の第２領域に要素分割して、液体浸透量解析用モデルを作成する第２領域準備ステップ（Ｓ４）と、
前記複数の第２領域のそれぞれについて、前記寸法変化量の時間依存性から、前記特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を求める液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）と、
前記異方性フィラーと、前記樹脂材料が複合された成形体モデルを構成し、前記成形体モデルを、前記異方性フィラーからなる領域と前記ベース樹脂からなる領域とが区別された複数の第３領域に要素分割して物性値取得用モデルを作成する第３領域準備ステップ（Ｓ６）と、
少なくとも、前記複数の第３領域のそれぞれに当てはまる前記異方性フィラーまたは前記ベース樹脂の物性値と、前記ベース樹脂の前記液体浸透量の時間依存性の値から、前記異方性樹脂成形体における膨潤率の分布を算出する膨潤率算出ステップ（Ｓ７）と、
前記配向状態解析用モデルを基に構造解析用モデルを得る構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）と、
前記構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）で得られる構造解析用モデルに基づいて、前記配向状態算出ステップ（Ｓ２）で得られる前記異方性フィラーの配向状態と、前記膨潤率算出ステップ（Ｓ７）で得られる前記異方性樹脂成形体の膨潤率と、前記液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）で得られる前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を用いて構造解析を行い、前記異方性樹脂成形体における膨潤状態を算出する膨潤状態算出ステップ（Ｓ９）と
を含む、予測方法。 A method for predicting one or both of permeation behavior and swelling behavior of a chemical in an anisotropic resin molded article made of a resin material containing an anisotropic filler,
A first region preparation step ( S1) and
an orientation state calculation step (S2) of calculating the orientation state of the anisotropic filler for each of the plurality of first regions;
When a molded body having a specific shape made of the base resin, which is the resin material that does not contain the anisotropic filler, is immersed in a liquid, the measured values of the dimensional change amount and permeation time of the molded body are used to determine the dimensional change amount. a dimensional change rate calculation step (S3) for calculating the time dependence;
a second region preparation step (S4) of creating a liquid permeation amount analysis model by dividing a resin molded body having the same shape as the specific shape into a plurality of second regions;
For each of the plurality of second regions, from the time dependence of the amount of dimensional change, the amount of liquid permeation obtained by obtaining the time dependence of the amount of liquid permeation of the base resin when the molded body having the specific shape is immersed in the liquid. a calculation step (S5);
The anisotropic filler and the resin material are combined to form a molded body model, and the molded body model is divided into a plurality of regions in which a region composed of the anisotropic filler and a region composed of the base resin are distinguished. A third region preparation step (S6) for creating a physical property value acquisition model by dividing elements into three regions;
At least, from the physical property values of the anisotropic filler or the base resin that apply to each of the plurality of third regions and the time dependence value of the liquid permeation amount of the base resin, the anisotropic resin molded body a swelling rate calculation step (S7) for calculating the distribution of the swelling rate;
a structural analysis model creation step (S8) for obtaining a structural analysis model based on the orientation state analysis model;
Based on the structural analysis model obtained in the structural analysis model creation step (S8), the orientation state of the anisotropic filler obtained in the orientation state calculation step (S2) and the swelling ratio calculation step (S7) Structural analysis is performed using the swelling ratio of the anisotropic resin molded body obtained in and the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin obtained in the liquid permeation amount calculation step (S5), and the anisotropic A prediction method, comprising a swelling state calculation step (S9) for calculating the swelling state of the resin molding.
前記異方性樹脂成形体を複数の第１領域に要素分割して、前記異方性樹脂成形体を得るときの前記異方性フィラーの配向状態解析用モデルを作成する第１領域準備ステップ（Ｓ１）と、
前記複数の第１領域のそれぞれについて、前記異方性フィラーの配向状態を算出する配向状態算出ステップ（Ｓ２）と、
前記異方性フィラーを含有しない前記樹脂材料であるベース樹脂からなる特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記成形体の寸法変化量と浸透時間の測定値から、前記寸法変化量の時間依存性を算出する寸法変化率算出ステップ（Ｓ３）と、
前記特定形状と同一の形状を有する樹脂成形体を複数の第２領域に要素分割して、液体浸透量解析用モデルを作成する第２領域準備ステップ（Ｓ４）と、
前記複数の第２領域のそれぞれについて、前記寸法変化量の時間依存性から、前記特定形状の成形体を液体に浸漬したときの、前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を求める液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）と、
前記異方性フィラーと、前記樹脂材料が複合された成形体モデルを構成し、前記成形体モデルを、前記異方性フィラーからなる領域と前記ベース樹脂からなる領域とが区別された複数の第３領域に要素分割して物性値取得用モデルを作成する第３領域準備ステップ（Ｓ６）と、
少なくとも、前記複数の第３領域のそれぞれに当てはまる前記異方性フィラーまたは前記ベース樹脂の物性値と、前記ベース樹脂の前記液体浸透量の時間依存性の値から、前記異方性樹脂成形体における膨潤率の分布を算出する膨潤率算出ステップ（Ｓ７）と、
前記配向状態解析用モデルを基に構造解析用モデルを得る構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）と、
前記構造解析用モデル作成ステップ（Ｓ８）で得られる構造解析用モデルに基づいて、前記配向状態算出ステップ（Ｓ２）で得られる前記異方性フィラーの配向状態と、前記膨潤率算出ステップ（Ｓ７）で得られる前記異方性樹脂成形体の膨潤率と、前記液体浸透量算出ステップ（Ｓ５）で得られる前記ベース樹脂の液体浸透量の時間依存性を用いて構造解析を行い、前記異方性樹脂成形体における膨潤状態を算出する膨潤状態算出ステップ（Ｓ９）と
を含む、予測プログラム。 A program for predicting one or both of permeation behavior and swelling behavior of a chemical in an anisotropic resin molded body made of a resin material containing an anisotropic filler,
A first region preparation step ( S1) and
an orientation state calculation step (S2) of calculating the orientation state of the anisotropic filler for each of the plurality of first regions;
When a molded body having a specific shape made of the base resin, which is the resin material that does not contain the anisotropic filler, is immersed in a liquid, the measured values of the dimensional change amount and permeation time of the molded body are used to determine the dimensional change amount. a dimensional change rate calculation step (S3) for calculating the time dependence;
a second region preparation step (S4) of creating a liquid permeation amount analysis model by dividing a resin molded body having the same shape as the specific shape into a plurality of second regions;
For each of the plurality of second regions, from the time dependence of the amount of dimensional change, the amount of liquid permeation obtained by obtaining the time dependence of the amount of liquid permeation of the base resin when the molded body having the specific shape is immersed in the liquid. a calculation step (S5);
The anisotropic filler and the resin material are combined to form a molded body model, and the molded body model is divided into a plurality of regions in which a region composed of the anisotropic filler and a region composed of the base resin are distinguished. A third region preparation step (S6) for creating a physical property value acquisition model by dividing elements into three regions;
At least, from the physical property values of the anisotropic filler or the base resin that apply to each of the plurality of third regions and the time dependence value of the liquid permeation amount of the base resin, the anisotropic resin molded body a swelling rate calculation step (S7) for calculating the distribution of the swelling rate;
a structural analysis model creation step (S8) for obtaining a structural analysis model based on the orientation state analysis model;
Based on the structural analysis model obtained in the structural analysis model creation step (S8), the orientation state of the anisotropic filler obtained in the orientation state calculation step (S2) and the swelling ratio calculation step (S7) Structural analysis is performed using the swelling ratio of the anisotropic resin molded body obtained in and the time dependence of the liquid permeation amount of the base resin obtained in the liquid permeation amount calculation step (S5), and the anisotropic A prediction program including a swelling state calculation step (S9) for calculating the swelling state of the resin molding.
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