本解析事例では、OpenFOAMのVOF法のソルバーであるinterFoamをカスタマイズし、硬化反応を考慮した粘度モデルを追加したソルバーで計算しました。熱硬化性樹脂の流入口高さを変更した計算を2ケース実施し、樹脂内に取り残される気泡(エアートラップ)の位置を比較します。図1にモデル図を示します。計算は、非定常-3次元-非圧縮性解析とします。

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)]

2.　熱硬化性樹脂の粘度モデル

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ました。式中の赤字は、材料固有の未知パラメータで、昇温速度を変更したDSCやキャピラリーレオメータ等の測定データから、パラメータフィッティングする必要があります。

3.　解析結果

樹脂が充填してく様子(上)と、空気がトラップされる様子(下)を示します。 流入口の位置によって、エアートラップの発生状況が変化する様子を確認できます。

図5.　樹脂が充填していく様子(上段：樹脂、下段：空気)

続いて、硬化反応の進行状況示します。青い箇所は反応が進行していない事を、水色から赤になるほど反応が進行している事を示します。熱硬化性樹脂では反応が進行するほど粘度が高くなり、流動性は低下します。