化學(xué)發(fā)泡成型概論

化學(xué)發(fā)泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而達(dá)成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發(fā)泡成型為化學(xué)發(fā)泡成型中最常見的一種。聚氨酯發(fā)泡體根據(jù)其機械性質(zhì)可區(qū)分為硬質(zhì)及軟質(zhì)發(fā)泡體兩大類，硬質(zhì)發(fā)泡體為施加載重后會破壞而不能回復(fù)者，軟質(zhì)發(fā)泡體則為去除載重后會回復(fù)原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發(fā)泡體可應(yīng)用于汽車工業(yè)如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業(yè)如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業(yè)如鞋底，與醫(yī)療工業(yè)如病床床墊、手模等等。聚氨酯樹脂為主要為由含有OH基團的聚酯或聚醚類等多元醇(Polyol)與異氰酸酯 (Isocyanate) 反應(yīng)而成，藉由此反應(yīng)可使分子成長，并形成交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。若原料加入水作為發(fā)泡劑，異氰酸酯則與水反應(yīng)產(chǎn)生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發(fā)泡體。藉由原料成分或比例配方的改變，可制造出具有不同密度的硬質(zhì)或軟質(zhì)聚氨酯發(fā)泡體。

聚氨酯發(fā)泡成型的基本制程為，將多元醇、異氰酸酯，與水等原料混合均勻后注入模穴。通常注入階段不會完全填滿，接著再藉由發(fā)泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學(xué)發(fā)泡反應(yīng)釋出二氧化碳?xì)怏w，聚氨酯的黏度也會因交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行而不斷升高。同時化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的放熱效應(yīng)也會使模內(nèi)溫度增高，進(jìn)一步使二氧化碳在相對高溫的狀況下不斷釋入于聚氨酯中，直到模穴內(nèi)充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。

化學(xué)發(fā)泡成型制程的挑戰(zhàn)是如何使用較少的原料充滿模穴而不短射。如果注入的原料過少，同時若發(fā)泡量也不足或聚氨酯固化速率過快，就會造成短射。但如果注入的原料過多，雖然能充飽模穴但后續(xù)的發(fā)泡行為會產(chǎn)生大量廢料。藉由化學(xué)發(fā)泡成型模塊的仿真可以更準(zhǔn)確地預(yù)測聚氨脂的充填行為與注入原料的優(yōu)化。

發(fā)泡參數(shù)設(shè)定

在發(fā)泡參數(shù)設(shè)定頁應(yīng)詳細(xì)輸入發(fā)泡設(shè)定的信息。射出控制由體積百分比 (%)： 表示熔膠與產(chǎn)生的氣體混合的總澆注體積比例到整個模穴體積的指定比例時停止?jié)沧ⅰ?strong>射出控制由射出體積 (cm3)：表示熔膠與產(chǎn)生的氣體混合的總澆注體積到指定體積時停止?jié)沧ⅰ?strong>射出控制由射出量 (g)：表示與熔膠的澆鑄重量到指定重量時停止?jié)沧ⅰ?/p>

在進(jìn)階設(shè)定中可控制發(fā)泡計算的結(jié)束時間：

?若選擇發(fā)泡成型持續(xù)到冷卻過程結(jié)束：將根據(jù)設(shè)定的冷卻時間計算到冷卻過程結(jié)束的時間。

?若選擇自動決定發(fā)泡時間：會計算到固化程度平均值大于凝膠點固化程度（αg）。

?若選擇發(fā)泡成型持續(xù)時間，并設(shè)定如60秒：以射出控制切換時間加發(fā)泡成型持續(xù)時間 (60秒) 做為發(fā)泡計算結(jié)束時間。

旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)定

Moldex3D的化學(xué)發(fā)泡成型模塊(CFM)支持化學(xué)發(fā)泡旋轉(zhuǎn)模具分析，其中，模具旋轉(zhuǎn)發(fā)泡計算和動畫輸出支持模具旋轉(zhuǎn)周期和角速度設(shè)置、通過重力和離心力來模擬模具旋轉(zhuǎn)過程的流動行為、支持發(fā)泡動畫輸出，使用者可以透過模具旋轉(zhuǎn)觀察熔膠流動和發(fā)泡的均勻性。

設(shè)定一旋轉(zhuǎn)原點(以點)及一旋轉(zhuǎn)軸(以向量)來決定模腔旋轉(zhuǎn)的3D方向。再來是設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度，先設(shè)定好最大角速度的值再點擊角速度多段設(shè)定來定義旋轉(zhuǎn)速度依時間的變化(類似流率與壓力的多段設(shè)定只是有負(fù)值)。

4. 開始分析 (Run Analysis)

上述設(shè)定完成后即可進(jìn)行分析。返回Moldex3D Studio，點擊射出分析2 –F W 進(jìn)行充填與翹曲的分析并選擇開始分析 (Run now)。將會出現(xiàn)工作監(jiān)控器，顯示實時的計算狀態(tài)。

注：對于計算參數(shù)，充填設(shè)定步驟與傳統(tǒng)射出成型相同。

5. 后處理 (Post-processing)

如要檢視化學(xué)發(fā)泡成型模塊的分析結(jié)果，在窗口中展示流域分布圖標(biāo)。基本步驟如下：

步驟1：從Studio工作區(qū)中選擇適合的項目：

?選擇想要的組別。

?在分析結(jié)果（Result）中選擇想要的結(jié)果。

?選擇特定的結(jié)果，例如：流動波前時間、密度、溫度、轉(zhuǎn)化率、發(fā)泡轉(zhuǎn)化率等。

步驟2：如下圖所示，從顯示工具欄中選擇圖標(biāo)，在窗口中指定想要的模型特征與組件。下列為范例。

檢視充填階段時的流動波前時間

在后處理的階段，提供充填保壓與冷卻階段時的屬性。例如：為顯示組別1的流動波前時間結(jié)果，在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run）> 分析結(jié)果（Result）> 充填分析（Filling）> 流動波前時間（Melt-front time）。不同充填百分比的結(jié)果顯示如下。

檢視充填階段時的多段結(jié)果

由于Moldex3D化學(xué)發(fā)泡成型模塊的充填分析到發(fā)泡結(jié)束時間；因此充填階段的結(jié)果可藉由選擇不同的多段時間點而得，如下圖所示。

化學(xué)發(fā)泡成型常見結(jié)果項

密度：由于發(fā)泡反應(yīng)進(jìn)行會放出大量氣體，因此隨著充填過程時間增加，密度會愈來愈輕。

溫度：由于發(fā)泡反應(yīng)進(jìn)行會大量放熱，因此隨著充填過程時間增加，溫度會增加，但若內(nèi)部溫度高于模溫則溫度會從模壁進(jìn)行散熱，如下圖切剖面結(jié)果。

轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率代表化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的程度，轉(zhuǎn)化率愈高代表產(chǎn)品愈接近固化，溫度愈高轉(zhuǎn)化速率愈快。

發(fā)泡轉(zhuǎn)化率：發(fā)泡轉(zhuǎn)化率代表化學(xué)發(fā)泡反應(yīng)的程度，發(fā)泡轉(zhuǎn)化率愈高代表愈多氣體產(chǎn)生，溫度愈高發(fā)泡轉(zhuǎn)化速率愈快。