Nell'ambito di un progetto di collaborazione con Toyota, Renault, Sogefi, Hexagon Manufacturing Intelligence e Arobas Technologies, Domo Chemicals presenta un nuovo strumento di simulazione predittiva per lo sviluppo di applicazioni in poliammide a contatto con acqua e refrigeranti. Thermofip consente di prevedere l'evoluzione della resistenza delle parti dopo l'invecchiamento, supportando i progettisti nella definizione delle giuste geometrie per i loro nuovi pezzi, senza la necessità di effettuare numerosi test.

I principali esempi di applicazione dei compound in poliammide 66 rinforzati nel settore automobilistico sono i componenti sotto-cofano a contatto con il liquido di raffreddamento. Questo vale non solo per i veicoli con motore a combustione interna, ma anche per i veicoli elettrici e ibridi e persino per i veicoli a celle a combustibile. In risposta alla necessità di ridurre le emissioni di CO2 e ai conseguenti cambiamenti nell'architettura dei motori, l'industria delle materie plastiche riconosce sempre più la necessità di un'accurata tecnologia di simulazione predittiva.

Le interazioni tra gli ingredienti principali del compound (poliammide e carica) e i componenti principali del refrigerante, acqua e glicole etilenico, sono complesse. Comprendono la plastificazione, che riduce significativamente la temperatura di transizione vetrosa del compound e quindi le proprietà meccaniche in condizioni operative standard. Inoltre, si verificano fenomeni che comprendono la degradazione chimica, attraverso l'idrolisi delle catene di poliammide, e la concentrazione del refrigerante, che può variare da un lato all'altro del pezzo. Ciò comporta variazioni nei livelli di prestazioni meccaniche del materiale in diversi punti della geometria del pezzo e nel corso del tempo. Inoltre, è necessario considerare anche le conseguenze dell'orientamento delle fibre di vetro. A causa di tutte queste variabili, fino a ora, è stato molto difficile prevedere le prestazioni delle parti stampate attraverso i processi di simulazione.

Thermofip rappresenta una vera e propria innovazione nel settore, consentendo non solo la simulazione del comportamento delle parti statiche, ma anche la simulazione dei componenti attivi nelle loro diverse posizioni, con i relativi effetti di sollecitazione locale.

“Quando si calcolano le proprietà meccaniche finali di un componente in resina poliammidica rinforzata con fibra di vetro, la simulazione integrativa offre il vantaggio di prendere in considerazione anche il design del pezzo. Questo apre nuove possibilità per l'ottimizzazione delle parti, con una significativa riduzione del peso di circa il 20%. Nell'ambito del progetto Thermofip, abbiamo creato un modello matematico (cinetico) che simula l'influenza di acqua e refrigeranti sul progressivo infragilimento dei materiali, al fine di individuare nuovi modi per realizzare pezzi ancora più leggeri", ha dichiarato Gilles Robert, senior Materials Expert di Domo.

Il nuovo modello di simulazione, progettata in collaborazione con Hexagon e Arobas Technologies, consente di prevedere sia i livelli di deterioramento del materiale causati dall'invecchiamento, sia l'evoluzione del comportamento meccanico del materiale per i diversi orientamenti delle fibre. I risultati dello studio sono stati convalidati da test empirici. Un esempio è il test eseguito su un prototipo multifunzionale, utilizzato per dimostrare e valutare le tensioni e le deformazioni localizzate in specifiche aree di un componente. Il prototipo è stato progettato e stampato da Domo Chemicals. L'obiettivo perseguito era quello di escludere cedimenti in prossimità di alcuni inserti metallici. Thermofip va ad aggiungersi all’offerta di simulazione MMI di Domo, che già combina simulazione meccanica, modellazione dei materiali e simulazione del processo di stampaggio a iniezione.

Un primo caso di studio è stato eseguito su un filtro olio Sogefi Filtration, realizzato con una soluzione Technyl rinforzata con fibre di vetro. I risultati della simulazione rivelano alcune tendenze interessanti e un buon livello di correlazione tra test e simulazione. Un punto chiave è che il guasto non si verifica sul filtro dove l’effetto della scissione idrolitica è più intensa. Si verifica invece nelle aree caratterizzate da una combinazione sfavorevole in termini di sollecitazione meccanica (stress localizzati), orientamento delle fibre e idrolisi. Questo evidenzia la necessità di implementare un modello di simulazione avanzato, che consideri i molteplici parametri in gioco per prevedere i meccanismi di guasto nei componenti complessi.

I prossimi passi del progetto prevedono l'estensione del modello ad altri liquidi refrigeranti commerciali. Il database dei materiali sarà ampliato per includere nuovi materiali a marchio Techly e, ancor più importante, saranno necessari ulteriori casi di studio per dimostrare che questa nuova tecnologia può cambiare il modo in cui vengono progettate le parti in poliammide destinate al contatto con il liquido refrigerante.