Mechanical Characterisation of Injection Moulded Integral Foam Structures Produced with Low-Pressure Physical Foaming Processes

Sammanfattning

Denna masteruppsats undersöker inverkan av Ku-Fizz®-skumningsteknik på de mekaniska egenskaperna hos glasfiberförstärkt polypropen (PP) för tunga fordonsapplikationer. Tunga fordon bidrar avsevärt till utsläpp av växthusgaser, och Europeiska unionen har satt strikta mål för koldioxidminskning för att sänka utsläppen. Trots det växande införandet av ellastbilar kvarstår utmaningar när det gäller att optimera lastkapaciteten och minska fordonsvikten för att förbättra räckvidd och effektivitet. Denna studie behandlar den kritiska frågan om att balansera viktminskning i ellastbilar, vilket är avgörande för att öka lastkapaciteten, minska batteriförbrukningen och förbättra körsträckan, samtidigt som de mekaniska egenskaperna bibehålls. Tidigare forskning har inte fullt ut utforskat potentialen hos Ku-Fizz®-tekniken i detta sammanhang, vilket lämnar en kunskapslucka som denna studie syftar till att fylla. För att lösa detta problem använde studien Ku-Fizz®-skumningsteknik för att producera skummade prover av glasfiberförstärkt PP genom formsprutning. De mekaniska egenskaperna hos dessa prover jämfördes med de hos kompakta prover som producerats med konventionell formsprutning. Undersökningen fokuserade på draghållfasthet, böjhållfasthet och slaghållfasthet, samt värmeledningsförmåga. Resultaten visade att dragmodulen och hållfastheten minskade med minskande densitet, vilket indikerar att dragegenskaperna är starkt beroende av den totala densiteten och cellstrukturen hos de skummade proverna. Böjegenskaperna visade en mindre minskning jämfört med dragegenskaperna då de primärt påverkas av det kompakta ytskiktet. Slaghållfastheten var lägre för skummade prover på grund av förlusten av effektiv tvärsnittsarea. Värmeledningsförmågan minskade linjärt med densitetsminskningen, då cellstrukturen stör den fasta fasens värmeledning. Studien undersökte också påverkan av glasfiberhalten på mekaniska egenskaper och fann att drag- och böjmodul och hållfasthet ökade med högre glasfiberhalt för prover med dominerande fiberorientering parallellt med provets belastningsriktning. Närvaron av sammanflytningslinjer minskade drag- och böjegenskaperna avsevärt, med större inverkan på hållfastheten än modulen. Studien jämförde också de mekaniska egenskaperna hos testplattor med verkliga komponenter i form av stänkskärmar. Testplattorna visade högre böjegenskaper för prover med fiberorientering parallellt med provets belastningsriktning, medan verkliga komponenter uppvisade högre böjegenskaper för tvärgående fiberorientering på grund av en mer generell slumpmässig fiberorientering. Verkliga komponenter uppvisade också avsevärt högre slaghållfasthet, vilket tillskrivs bättre energiavledning från den slumpmässiga fiberorienteringen. Sammanflytningslinjer i verkliga komponenter resulterade i en mindre minskning av böjhållfastheten men en högre minskning av böjmodulen jämfört med testplattorna. Detta belyser vikten av att undersöka verkliga komponenter, eftersom deras egenskaper kan skilja sig avsevärt från testplattor på grund av tillverkningsvariationer och mer komplexa förhållanden. Resultaten i denna uppsats bidrar till förståelsen av viktminskningsstrategier för ellastbilar och ger insikter i tillämpningen av Ku-Fizz®-tekniken. Resultaten kan vägleda framtida forskning och utveckling inom bilindustrin, vilket möjliggör produktion av lättare och effektivare ellastbilar.