熱硬化性樹脂のポッティング解析事例を示す。流入口の高さを変更した計算を2ケース実施し、トラップされるエアーの位置を比較する。図1にモデル図を示す。計算は、非定常-3次元-非圧縮性解析としとする。
物性値
空気 ： 密度＝1 [kg/m3]
粘性係数＝1.48e-5 [Pa・s]
比熱＝1000 [J/(kg・K)]
樹脂 ： 密度＝1100 [kg/m3]
粘性係数＝Macoskoモデル
比熱＝1800 [J/(kg・K)]
粘度モデル
充填中の硬化反応を考慮するため、kamalモデルによる反応速度とMacoskoモデルによる反応率に依存した粘度変化を再現した。
●解析結果
樹脂が型に充填してく様子(上)と、空気がトラップされる様子(下)を示す。 流入口の位置を変更したことで、エアートラップが改善されました。
ケース1
ケース2
図5. 樹脂が充填していく様子(上段：樹脂、下段：空気)
反応の進行状況を示す。
ケース1では、早い時間に基板と床に挟まれた領域への樹脂の供給が止まるため、流れが停滞し、樹脂温度が上昇します。このため、反応が速く進み粘度も高くなり、空気が抜けにくくなります。一方、ケース2では、直接、基板と床に挟まれた領域に樹脂が供給されるため、最後まで流れが発生し、空気が抜けやすくなっています。
ケース1
ケース2
図6. 反応の進行状況(上：斜め上方向の視点、下：斜め下方向の視点)
まとめ
・OpenFOAMをカスタマイズすることで、硬化反応を考慮したポッティング解析が可能です。
・ボイドトラップが起きにくい成形条件を調査する事が可能です。(成形条件としては、ノズルの位置、ノズルパターン、ベントの位置、重力の向き、部品配置、樹脂の粘度等が考えられます）
・解析を実施する事により、試作回数を削減するだけでなく、適切な成形条件を調査するための期間の短縮も図れます。
