Micromechanics

The paper presents an assessment of the effect of fiber orientation on the strength properties of products made from wood-polymer composites by the injection molding process based on micromechanical analysis. For this purpose numerical analysis was carried out for the product model with geometry of the sample intended for the uniaxial tensile test. To determine the actual fiber orientation after the manufacturing process, the orientation tensor values were calculated using Auto-desk Moldflow Insight 2016 software. The micromechanical calculations were performed using Digimat FE commercial code. The results (stress-strain characteristics) of the numerical simulations taking into account the calculated fiber orientation ten-sor were compared to the experiment. To produce the wood-polymer composite, the polypropylene polymer matrix was Moplen HP 648T. As the filler Lignocel C120 wood fibers made by Rettenmeier & Sohns company were applied. A composite with a 10 vol.% content of wood fibers in the polymer was manufactured in the extrusion process by means of a Zamak EHP 25 extruder. For specimen manufacturing a Dr. Boy 55E injection molding machine equipped with a two cavity injection mold was used. Before the numerical simulations the uniaxial tensile test was performed using a Zwick Roell Z030 testing machine. The specimens were tested at the speed of 50 mm/min according to the PN-EN ISO 527 standard. The obtained stress-strain characteristics were used as a verification criterion for further numerical analysis. Moreover, the mechanical properties of the same composite products were predicted for hypothetical fiber orientation types. It was noted that the selection of fiber orientation has a significant impact on the quality of the obtained results compared to the experiment. PROGNOZOWANIE WPŁYWU ORIENTACJI WŁÓKIEN NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE KOMPOZYTÓW TYPU DREWNO-POLIMER Przedstawiono ocenę wpływu orientacji włókien na właściwości wytrzymałościowe wyrobów kompozytowych na przyk-ładzie wyrobów z kompozytu typu drewno-polimer formowanych w technologii wtryskiwania. Przeprowadzono analizę numeryczną dla modelu wyrobu o geometrii próbki przeznaczonej do próby jednoosiowego rozciągania. W celu uzyskania danych o powtryskowej orientacji włókien w matrycy polimerowej przeprowadzono analizę numeryczną procesu wtryski-wania za pomocą oprogramowania Autodesk Moldflow Insigth 2016. Uzyskano w ten sposób wartości tensora orientacji włókien dla zadanych parametrów technologicznych procesu wytwarzania wyrobu. Obliczenia mikromechaniczne (analizy właściwości struktury kompozytu) przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania Digimat FE. Wyniki analizy numerycznej dla obliczonej wartości tensora orientacji włókien porównano z eksperymentem. Ponadto, w celu ułatwienia definiowania w systemach CAE właściwości kompozytu wykonano prognozowanie jego właściwości mechanicznych dla hipo-tetycznych, uproszczonych przypadków orientacji włókien. Potwierdzono, iż dobór orientacji napełniacza (włókien) ma zna-czący wpływ na zgodność prognozowanych właściwości kompozytu z wynikami badań eksperymentalnych.

In this paper a novel way of a digital analysis of fibers orientation with a five-step algorithm was presented. In the study, a molded piece with a dumbbell shape prepared from wood-polymer composite was used. The injection molding process was examined in experimental and numerical way. Based on the developed mathematical algorithm , a significant compliance of fiber orientation in different areas of the molded piece was obtained. The main aim of this work was fiber orientation analysis of wood-polymer composites. An additional goal of this work was the comparison of the results reached in numerical analysis with results obtained from an experiment. The results of this research were important for the scientific and also from the practical point of view. In future works the prepared algorithm could be used to reach optimal parameters of the injection molding process.