物理發(fā)泡注塑成型的案例
物理發(fā)泡注塑成型
物理發(fā)泡注塑成型
物理發(fā)泡注塑成型常見缺陷解析
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物理發(fā)泡注塑成型模具設(shè)計全攻略！
模具設(shè)計師必看！物理發(fā)泡注塑成型模具設(shè)計全攻略！
微細物理發(fā)泡成型工藝
微細物理發(fā)泡成型工藝
塑料發(fā)泡成型技術(shù)介紹
塑料發(fā)泡成型技術(shù)介紹
Moldex3D模流分析之轉(zhuǎn)注成型的化學(xué)發(fā)泡
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)釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯(lián)反應(yīng)的進行而不斷升高。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確地預(yù)測聚氨脂的充填行為與注入原料的優(yōu)化。
展開 Moldex3D模流分析之PU化學(xué)發(fā)泡成型
化學(xué)發(fā)泡成型(Chemical Foaming Molding, CFM)是一種藉由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而填滿模穴的成型工藝；聚氨酯(polyurethane, PU)發(fā)泡成型則為化學(xué)發(fā)泡成型中常見的一種。聚氨酯發(fā)泡體具可撓性與高彈性，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，以及醫(yī)療工業(yè)如病床床墊、手模等等。
聚氨酯發(fā)泡制程中的挑戰(zhàn)是短射現(xiàn)象。如果注入的原料過少，加上發(fā)泡量不足或固化速率過快，就會造成短射；但注入的原料過多，雖能充飽模穴，但后續(xù)的發(fā)泡行為就會產(chǎn)生大量廢料。
Moldex3D PU化學(xué)發(fā)泡模塊目前支持的聚氨酯發(fā)泡制程，透過CAE模擬考慮熔膠在模腔中的固化動力學(xué) (Curing Kinetics)和發(fā)泡動力學(xué)(Foaming Kinetic)計算。透過聚氨酯發(fā)泡模擬分析，使用者能更準確地預(yù)測充填和發(fā)泡階段的動態(tài)行為，并且優(yōu)化注塑條件與原料注入，改善產(chǎn)品設(shè)計。
在Moldex3D的發(fā)泡參數(shù)設(shè)定中，可以控制由熔膠與產(chǎn)生的氣體混合的總澆鑄之體積百分比、射出體積、射出量，決定射出的熔膠量。同時在進階設(shè)定中可控制發(fā)泡計算的結(jié)束時間，以及在分析結(jié)果中，使用者可選擇觀看特定的結(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、氣泡尺寸大小、氣泡數(shù)目與密度，翹曲變形等。
此外有幾項重要因素也會影響發(fā)泡結(jié)果顯示的行為，包括重力、逃氣設(shè)定、不同水(發(fā)泡劑濃度)比率、是否使用發(fā)泡旋轉(zhuǎn)成型等。在重力作用下，低黏度PU發(fā)泡將會沿著模腔底部流動(圖一)；逃氣位置部分，逃氣間隙可排出空氣并使熔體流動暢通無阻，沒有排氣的區(qū)域則會產(chǎn)生壓縮空氣，提高熔膠流動阻力(圖二)；另外，水為主要的發(fā)泡劑，水的比率越高則發(fā)泡越快速，可縮短填充時間(圖三)。
展開 Moldex3D模流分析之化學(xué)發(fā)泡成型模塊分析
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
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。
展開 關(guān)于低發(fā)泡塑料注射成型技術(shù)的幾個問題
不同的低發(fā)泡塑料對模具溫度有不同要求，聚烯烴低發(fā)泡注射的塑件表面質(zhì)量與模溫關(guān)系不大，而聚苯乙烯和ABS等低發(fā)泡注射成型的塑件表面質(zhì)量受模溫影響較大。一般情況下，聚烯烴低發(fā)泡注射成型模溫可在30～40℃內(nèi)選擇，聚苯乙烯和ABS低發(fā)泡注射成型模溫可在30～65℃內(nèi)選擇。
低發(fā)泡注射成型壓力怎樣？
注射壓力對氣泡的形成、大小、分布等均有影響。注射壓力不大時，塑料熔體在澆注系統(tǒng)中流動時就有可能發(fā)泡，充模后成型的塑件內(nèi)氣泡直徑大且不均勻；在較大的注射壓力作用時，熔體在澆注系統(tǒng)內(nèi)不大可能發(fā)泡，所以充模后成型的塑件內(nèi)氣泡直徑較小而分布也較均勻；
如果注射壓力過大，有可能大幅度影響發(fā)泡氣體的擴散，并最終影響發(fā)泡率。注射速度與注射壓力相輔相成，在低發(fā)泡注射成型中，一般都要求使用較大的注射速度以防止塑料熔體在澆注系統(tǒng)提前發(fā)泡。
在低壓發(fā)泡注射成型中，熔體充滿型腔后也需要一定的保壓作用，熔體在保壓作用下將會不斷地發(fā)生癟泡現(xiàn)象。
低發(fā)泡注射成型注射時間和冷卻定型時間怎樣？
低發(fā)泡注射成型中的注射時間概念與普通注射成型中的注射時間概念相同，一般為10s～20s，小的塑件最短甚至可取≤3s。
低發(fā)泡注射成型的冷卻定型時間較長，這是因為塑件外層組織結(jié)構(gòu)緊密，內(nèi)部為疏松泡孔，熱傳導(dǎo)性很差。如果冷卻定型時間不足而過早脫模，雖然表面已固化，但發(fā)泡劑仍有可能繼續(xù)在內(nèi)部發(fā)生作用，這將會導(dǎo)致塑料制件變形，尺寸超差，因此，正確地選擇和控制冷卻定型的時間，是保證低發(fā)泡注射成型塑件質(zhì)量的重要因素之一。
展開 Moldex3D模流分析之化學(xué)發(fā)泡成型模塊概論與建構(gòu)
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)釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯(lián)反應(yīng)的進行而不斷升高。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確地預(yù)測聚氨脂的充填行為與注入原料的優(yōu)化。
展開 Moldex3D模流分析之發(fā)泡射出成型后處理
后處理
如要檢視發(fā)泡射出成型模塊的分析結(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、體積收縮或總位移量等。
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。
1. 檢視充填／保壓的流動波前時間
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。
2. 檢視充填／保壓階段的屬性
Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊的充填分析包含保壓分析；因此，保壓階段的結(jié)果能從對應(yīng)保壓階段的時間段檢視，例如：充填末端（EOF）或0.6秒，然后選擇想要的屬性，如下圖所示。
3. 發(fā)泡射出成型特性：氣泡尺寸、氣泡密度
氣泡尺寸（氣泡直徑μm）與氣泡密度（氣泡數(shù)量密度1/cm3）的信息可在充填／保壓結(jié)束時檢視，如下圖所示，在Studio工作區(qū)中選擇組別（Run） > 分析結(jié)果（Result） > 充填分析（Filling） > 氣泡尺寸（Cell size）／氣泡密度（Cell density）。氣泡尺寸與氣泡密度皆為三維結(jié)果，點擊結(jié)果剖面功能（Slicing function）以顯示模型內(nèi)部區(qū)域的結(jié)果。
用結(jié)果切片功能顯示塑件內(nèi)部的氣泡尺寸與氣泡密度。
4.
展開 
應(yīng)用FLOW-3D模擬IFM發(fā)泡金屬 壓鑄成型
同一個催化劑放置位置，搭配不同的柱塞推動速度，其分布狀況也會不同
發(fā)泡金屬鑄件截面狀況
High Pressure Integral Foam moulding
Fig6. 制程說明
實驗?zāi)＞叱叽缂耙?guī)格
Fig7. FLOW-3D 模擬充型
不同的鑄件厚度其催化劑的分布狀況
接續(xù)的研究主題
1. 催化劑的尺寸與形狀對于充型后催化劑的分布影響
2. 催化劑的數(shù)量對于發(fā)泡的影響
Moldex3D模流分析之發(fā)泡射出成型前處理與分析過程
發(fā)泡射出成型簡介 (FIM)
自1980年代早期由麻省理工學(xué)院（MIT）的Dr. Nam Suh與協(xié)力者發(fā)明發(fā)泡批次加工技術(shù)后，發(fā)泡技術(shù)便大量應(yīng)用于發(fā)泡制程中。而發(fā)泡技術(shù)在往復(fù)螺桿式射出成型機臺的應(yīng)用，則在1998年由Trexel與Engel創(chuàng)建。
關(guān)于此技術(shù)，有四項步驟：
(1)氣體溶解（Gas dissolution）－ 超臨界流體（Supercritical fluid, SCF）射入料管，在高壓下與熔膠形成單相熔體。
(2)成核（Nucleation）－ 當(dāng)熔膠通過噴嘴射入模穴內(nèi)時，因急速的壓力降而形成大量的成核點。
(3)氣泡成長（Cell growth）－ 氣泡成長與合并發(fā)生在成型階段時。
(4)成形（Shaping）－ 最終塑件會在模具內(nèi)固化而成形。
下圖簡述了發(fā)泡技術(shù)的基礎(chǔ)概念。在整體塑件中，如何控制熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)（透過溫度與壓力變化）以得到良好且均勻的微細氣泡是相當(dāng)重要的議題。
注意：MuCell?是Trexel, Inc. 的注冊商標(biāo)。
Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊功能導(dǎo)覽
Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊能協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計師仿真微細發(fā)泡射出成型制程，同時，能模擬熔膠在射出過程中充填模穴時氣泡成核與成長的行為。該模塊提供了氣泡數(shù)量密度分布及氣泡尺寸分布等分析結(jié)果，透過模擬此項復(fù)雜的制程，使用者能更有效率得到最佳加工參數(shù)，并預(yù)防設(shè)計時間時的制程困難。
Moldex3D也提供抽芯（或稱可膨脹模具或機構(gòu)式模具）的特殊發(fā)泡射出成型技術(shù)的模擬。抽芯技術(shù)與射出壓縮成型相反，在射出成型過程中，取代在壓縮之前部分充填模穴，抽芯技術(shù)在公模側(cè)被推回之前會100%充填模穴。
注意：Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊支持Solid與eDesign網(wǎng)格模型。
1.
展開 想要學(xué)習(xí)低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型（ME法），收藏這篇文章就夠了！
結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑成型是比較新穎的注塑技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展了很多種結(jié)構(gòu)發(fā)泡的注塑成型方法。如：單組分法，雙組分法；低壓法，中壓法，高壓法；還有以許多公司進行研究和試驗而命名的方法，如：BASF法、GE法等等。
結(jié)構(gòu)發(fā)泡能制成壁厚在5mm以上或壁厚突變的制品，其制品是一種具有致密的連體發(fā)泡材料，其單位重量的強度和剛度比同種未發(fā)泡的材料高3~4倍，結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品不僅抗彎曲剛性高，可減少加強筋，消除壁厚產(chǎn)生的縮痕，而且制品的內(nèi)部應(yīng)力集中小，使用過程中不易產(chǎn)生大的變形，還具有機械加工性能好的特點。
這里著重介紹低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型。
低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑又稱ME法，低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑方法通常采用化學(xué)發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺或其它化學(xué)發(fā)泡劑。
結(jié)構(gòu)發(fā)泡工藝的優(yōu)點：
1、 普通注射成型中固有的縮痕問題在結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型中不存在，因為結(jié)構(gòu)發(fā)泡壓實了所有表面；
2、 壁厚截面給予整體結(jié)構(gòu)更好的剛性；
3、 低的注塑壓力使操作者可以同時在一臺機器上使用多套模具，這就使運轉(zhuǎn)周期被幾個零件平分，降低了成型費用 。
4、 節(jié)省材料
結(jié)構(gòu)發(fā)泡工藝的缺點：
1、 常情況下，結(jié)構(gòu)發(fā)泡最小壁厚為5mm，這樣即使降低密度，成型零件的質(zhì)量也較大；
2、 成型周期長達3~6min；
3、 對于外觀要求高的地方，漩紋和不一致的表面光潔度需要進行整容加工；
4、 采用結(jié)構(gòu)發(fā)泡工藝的低壓注射很難充滿精密結(jié)構(gòu)的細小區(qū)域。
低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑機的特點：
1、 模板面積大，合模力比普通機低；
2、 注射裝置裝有止逆閥，因此可以使計量和發(fā)泡率穩(wěn)定。
展開 Moldex3D模流分析之發(fā)泡射出成型研究鞋底輕量化應(yīng)用與實踐
大綱
現(xiàn)今鞋業(yè)市場之趨勢走向結(jié)構(gòu)輕量化，逢甲大學(xué)研究團隊透過Moldex3D的發(fā)泡模組（FIM），來探討含氣泡之可回收成型材料（SEBS彈性體）在充填過程中澆口配置的影響及成型壓力的變化。通過模擬和實驗的整合，不但驗證了澆口位置與和厚度變化對泡沫結(jié)構(gòu)和分布的影響，最終結(jié)果也顯示采用發(fā)泡射出成型，可替代發(fā)泡劑減輕10%產(chǎn)品重量。
挑戰(zhàn)
? 研究澆口設(shè)計對熔膠流動和成型品質(zhì)的影響
? 克服產(chǎn)品在傳統(tǒng)成型過程中可能產(chǎn)生的表面缺陷
? 預(yù)測氣泡結(jié)構(gòu)的成長并減少材料的使用量
解決方案
針對本案例之鞋墊產(chǎn)品，以SEBS彈性體做為材料不但可回收及再利用，滿足綠色循環(huán)經(jīng)濟需求，同時也減輕產(chǎn)品重量及克服產(chǎn)品表面收縮的缺陷。而為了分析不同澆口設(shè)計和產(chǎn)品厚度不均勻?qū)α鲃有袨楹桶l(fā)泡特性影響，因此采用Moldex3D進行實驗和模擬。
效益
? 模擬與實驗結(jié)果高度吻合，達成虛實整合
? 產(chǎn)品重量減輕10%以達到產(chǎn)品輕量化
? 實現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟、產(chǎn)品輕量化和了解FIM制程
案例研究
在傳統(tǒng)制鞋產(chǎn)業(yè)中，鞋墊通常由塑膠和化學(xué)發(fā)泡劑倒入模具中制成，制造與材料成本較高。而隨著產(chǎn)品輕量化和綠色經(jīng)濟的發(fā)展趨勢，藉由添加混合氣體的發(fā)泡射出成型（FIM）可同時減少產(chǎn)品的用料和重量。逢甲研究團隊利用SEBS彈性體進行研究，目的是找出適合的澆口位置及優(yōu)化氣泡分布，并驗證模擬和實驗結(jié)果。圖 1 為一具有六澆口的現(xiàn)成模座，以此為樣品建立了產(chǎn)品的3D模型和邊界層網(wǎng)格，并利用Moldex3D觀察產(chǎn)品的流動行為和發(fā)泡特性。
圖1 鞋墊模座及產(chǎn)品
分析結(jié)果顯示不同澆口位置會導(dǎo)致澆口壓力、模穴壓力和氣泡大小的變化（如圖2和圖3所示），當(dāng)塑膠從厚處區(qū)域注入時，由于產(chǎn)品厚度隨著流動方向減少，澆口壓力和模穴壓力會在充填結(jié)束時增加，因此模穴里的高壓將限制氣泡的生長。
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