化學發泡成型的案例
Moldex3D模流分析之轉注成型的化學發泡
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，與醫療工業如病床床墊、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) 反應而成，藉由此反應可使分子成長，并形成交聯的網狀結構。若原料加入水作為發泡劑，異氰酸酯則與水反應產生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發泡體。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或軟質聚氨酯發泡體。
聚氨酯發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，接著再藉由發泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學發泡反應釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯反應的進行而不斷升高。同時化學反應導致的放熱效應也會使模內溫度增高，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，直到模穴內充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。
化學發泡成型制程的挑戰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的發泡行為會產生大量廢料。藉由化學發泡成型模塊的仿真可以更準確地預測聚氨脂的充填行為與注入原料的優化。
展開 Moldex3D模流分析之化學發泡成型模塊概論與建構
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，與醫療工業如病床床墊、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) 反應而成，藉由此反應可使分子成長，并形成交聯的網狀結構。若原料加入水作為發泡劑，異氰酸酯則與水反應產生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發泡體。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或軟質聚氨酯發泡體。
聚氨酯發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，接著再藉由發泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學發泡反應釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯反應的進行而不斷升高。同時化學反應導致的放熱效應也會使模內溫度增高，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，直到模穴內充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。
化學發泡成型制程的挑戰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的發泡行為會產生大量廢料。藉由化學發泡成型模塊的仿真可以更準確地預測聚氨脂的充填行為與注入原料的優化。
展開 Moldex3D模流分析之化學發泡 (CFM) (Chemical Foaming Molding(CFM) Module)
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，與醫療工業如病床床墊、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) 反應而成，藉由此反應可使分子成長，并形成交聯的網狀結構。若原料加入水作為發泡劑，異氰酸酯則與水反應產生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發泡體。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或軟質聚氨酯發泡體。
聚氨酯發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，接著再藉由發泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學發泡反應釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯反應的進行而不斷升高。同時化學反應導致的放熱效應也會使模內溫度增高，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，直到模穴內充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。
化學發泡成型制程的挑戰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的發泡行為會產生大量廢料。藉由化學發泡成型模塊的仿真可以更準確地預測聚氨脂的充填行為與注入原料的優化。
展開 Moldex3D模流分析之化學發泡成型模塊分析
注：對于計算參數，充填設定步驟與傳統射出成型相同。
5. 后處理
如要檢視化學發泡成型模塊的分析結果，在窗口中展示流域分布圖標。基本步驟如下：
步驟1：從Studio工作區中選擇適合的項目：
•選擇想要的組別。
•在分析結果（Result）中選擇想要的結果。
•選擇特定的結果，例如：流動波前時間、密度、溫度、轉化率、發泡轉化率等。
步驟2：如下圖所示，從顯示工具欄中選擇圖標，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的流動波前時間結果，在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run）> 分析結果（Result）> 充填分析（Filling）> 流動波前時間（Melt-front time）。不同充填百分比的結果顯示如下。
檢視充填階段時的多段結果
由于Moldex3D化學發泡成型模塊的充填分析到發泡結束時間；因此充填階段的結果可藉由選擇不同的多段時間點而得，如下圖所示。
化學發泡成型常見結果項
密度：由于發泡反應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：由于發泡反應進行會大量放熱，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，如下圖切剖面結果。
轉化率：轉化率代表化學交聯反應的程度，轉化率愈高代表產品愈接近固化，溫度愈高轉化速率愈快。
發泡轉化率：發泡轉化率代表化學發泡反應的程度，發泡轉化率愈高代表愈多氣體產生，溫度愈高發泡轉化速率愈快。
展開 
Moldex3D模流分析之PU化學發泡成型
化學發泡成型(Chemical Foaming Molding, CFM)是一種藉由化學反應產生氣體而填滿模穴的成型工藝；聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型則為化學發泡成型中常見的一種。聚氨酯發泡體具可撓性與高彈性，可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅；冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，以及醫療工業如病床床墊、手模等等。
聚氨酯發泡制程中的挑戰是短射現象。如果注入的原料過少，加上發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，但后續的發泡行為就會產生大量廢料。
Moldex3D PU化學發泡模塊目前支持的聚氨酯發泡制程，透過CAE模擬考慮熔膠在模腔中的固化動力學 (Curing Kinetics)和發泡動力學(Foaming Kinetic)計算。透過聚氨酯發泡模擬分析，使用者能更準確地預測充填和發泡階段的動態行為，并且優化注塑條件與原料注入，改善產品設計。
在Moldex3D的發泡參數設定中，可以控制由熔膠與產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。同時在進階設定中可控制發泡計算的結束時間，以及在分析結果中，使用者可選擇觀看特定的結果，例如：流動波前時間、密度、溫度、轉化率、發泡轉化率、氣泡尺寸大小、氣泡數目與密度，翹曲變形等。
此外有幾項重要因素也會影響發泡結果顯示的行為，包括重力、逃氣設定、不同水(發泡劑濃度)比率、是否使用發泡旋轉成型等。在重力作用下，低黏度PU發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，沒有排氣的區域則會產生壓縮空氣，提高熔膠流動阻力(圖二)；另外，水為主要的發泡劑，水的比率越高則發泡越快速，可縮短填充時間(圖三)。
展開 Moldex3D模流分析之發泡參數設定
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，與醫療工業如病床床墊、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) 反應而成，藉由此反應可使分子成長，并形成交聯的網狀結構。若原料加入水作為發泡劑，異氰酸酯則與水反應產生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發泡體。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或軟質聚氨酯發泡體。
聚氨酯發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，接著再藉由發泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學發泡反應釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯反應的進行而不斷升高。同時化學反應導致的放熱效應也會使模內溫度增高，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，直到模穴內充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。
化學發泡成型制程的挑戰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的發泡行為會產生大量廢料。藉由化學發泡成型模塊的仿真可以更準確地預測聚氨脂的充填行為與注入原料的優化。
發泡參數設定
在發泡參數設定頁應詳細輸入發泡設定的信息。
展開 Moldex3D模流分析之Chemical Foaming
為什么使用化學發泡分析?
化學發泡成型是模穴先透過熔膠做部分填充，再由化學發泡反應所產生的氣體導致材料膨脹使得模穴完全填充。聚氨酯（PU）發泡成型是化學發泡成型中常見的成型方式。一般PU發泡的產品可分為兩類：剛性發泡和軟性發泡。 剛性發泡產品變型后無法復元；但軟性發泡產品在施力產生變形后，可以恢復到原始狀態。聚氨酯發泡產品的優點是可以讓產品本身減輕重量，節省材料成本，并且增加使用舒適性，具有抵抗腐蝕性、隔熱和吸音的效果。
挑戰
? 成形條件難以掌控（熱力分析中的不穩定狀態難以控制）
? 未知的發泡過程（對于溫度與壓力變化的不確定）
? 期望發展可靠的CAE技術
Moldex3D 解決方案
? 透過發泡動力學分析不同產品所經歷的化學發泡過程
? 支持發泡旋轉成型
? 模擬成型過程中的充填行為并預測最后的產品重量
? 估算氣泡大小、數目、密度分布等結果，評估產品減重比率
? 透過重力和逃氣位置分析可優化澆口位置
? 可視化發泡動力所影響的密度變化
? 可評估發泡轉化率與熔膠轉化率的影響
發泡轉化率 轉化率
應用產業
? 汽車工業（儀表板，方向盤，座椅）
? 制冷工業（冰箱保溫層，保溫夾層）
? 制鞋工業（鞋底）
? 醫療工業
展開 Moldex3D仿真分析之聚氨酯發泡產品的抵抗腐蝕性、隔熱和吸音效果
為什么使用化學發泡分析?
化學發泡成型是模穴先透過熔膠做部分填充，再由化學發泡反應所產生的氣體導致材料膨脹使得模穴完全填充。聚氨酯（PU）發泡成型是化學發泡成型中常見的成型方式。一般PU發泡的產品可分為兩類：剛性發泡和軟性發泡。 剛性發泡產品變型后無法復元；但軟性發泡產品在施力產生變形后，可以恢復到原始狀態。聚氨酯發泡產品的優點是可以讓產品本身減輕重量，節省材料成本，并且增加使用舒適性，具有抵抗腐蝕性、隔熱和吸音的效果。
挑戰
? 成形條件難以掌控（熱力分析中的不穩定狀態難以控制）
? 未知的發泡過程（對于溫度與壓力變化的不確定）
? 期望發展可靠的CAE技術
Moldex3D 解決方案
? 透過發泡動力學分析不同產品所經歷的化學發泡過程
? 支持發泡旋轉成型
? 模擬成型過程中的充填行為并預測最后的產品重量
? 估算氣泡大小、數目、密度分布等結果，評估產品減重比率
? 透過重力和逃氣位置分析可優化澆口位置
? 可視化發泡動力所影響的密度變化
? 可評估發泡轉化率與熔膠轉化率的影響
發泡轉化率 轉化率
應用產業
? 汽車工業（儀表板，方向盤，座椅）
? 制冷工業（冰箱保溫層，保溫夾層）
? 制鞋工業（鞋底）
? 醫療工業
展開 全球模流分析技術的應用現況與發展
除了標準注塑成型制程的模擬分析之外，模流分析功能現已涵蓋射出壓縮成型、壓縮成型、金屬粉末注塑成型等特殊制程。短纖與長纖的纖維強化復材在射出成型過程中的纖維排向與FEA集成分析，更是Moldex3D被公認的先進功能，并已獲得全球先進汽車制造商與工程塑料廠商的一致認同與采用。Moldex3D 2022更進一步將這些優點擴展至纖維復材的壓縮成型制程分析，協助用戶設計、優化大型纖維強化復材的制造工藝。
除了完整支持纖維強化復材制程之外，隨著汽車輕量化與低油耗的要求逐年提升，Moldex3D早已將氣體輔助注塑、水輔助注塑、微細發泡（代表性技術：Trexel公司的MuCell?）、熱塑性塑料化學發泡等先進成型技術納入模擬預測的范圍，并已取得很好的驗證數據與使用經驗。的 2022化學發泡成型模塊更新增支持的聚氨酯(Polyurethane, PU)發泡制程，考慮熔膠在模腔中的交聯動力學 (Curing Kinetics)和發泡動力學(Foaming Kinetics)計算。透過聚氨酯發泡模擬分析，用戶就能夠更了解制造過程并準確地預測充填和發泡階段的動態行為、確認注塑條件與原料注入的優化控制，并藉此優化產品設計，更容易評估和決定適合的生產條件。
圖五 PU化學發泡成型制程的應用案例
近年來模內裝飾的注塑成型生產雖已普及，但仍面臨許多油墨沖刷、皺折變形等成型工藝的挑戰，造成產品開發的成本攀升與時程延宕。Moldex3D 2022提供專用的分析功能，在模內裝飾仿真前處理流程中支持薄膜邊界選項，協助用戶以更快速、簡單且精準的方式，處理飾件網格層。同時提供「沖刷指數」讓產品設計者預測沖刷狀況，確保高質量模內裝飾產品的產出。
展開 物理發泡注塑成型
物理發泡注塑成型
高性能螺桿針對化學發泡及長玻纖材料的加工解決方案
■ KraussMaffei / 劉濤 技術經理
前言
自1925 年開發出首臺手搖式射出機開始，克勞斯瑪菲(KraussMaffei) 一直致力于針對塑料材料的加工成型與技術開發；隨著塑料材料性能的提升以及結合諸多的創新技術，塑料的應用已經不局限于常規認知范圍內；包括將發泡成型技術結合長玻纖材料的應用，在減重的同時極大的提高了塑料產品的適用范圍，甚至突破了原本屬于其它材料范疇的應用場景。當然，材料性能的提高以及創新技術的應用需要射出系統最強大的核心作為支持；克勞斯瑪菲(KraussMaffei) 高性能螺桿HPS-AT 針對化學發泡技術及特殊的長玻纖材料應用，在保證化學發泡技術效果的同時，玻纖完成分散并使得玻纖長度得到最大限度的保留。
長玻纖增強聚丙烯材料結合發泡技術的應用
化學發泡技術結合長玻纖材料應用
將發泡技術引入到塑料注射成型過程中，早在上個世紀六七十年代便有類似嘗試；發展至今，從化學發泡劑到專用原材料的開發及應用，從失重計量與混合喂料系統，再到注射成型設備及開創性的加工技術；汽車行業正以更嚴苛的視角重新審視發泡技術的應用。這里化學發泡劑以母粒形式混合使用，主流化學發泡劑包含小蘇打(sodium bicarbonate) 與檸檬酸(citric acid) 等組份，商業產品以Clariant Hydrocerol? 系列為代表。考慮到此類發泡劑的正常工作溫度范圍，其多與聚烯烴類材料共同使用，如汽車行業中多為聚丙烯。化學發泡劑在塑化加工過程中分解出氣體，并通過背壓等工藝控制將產生出的氣體溶解到塑料熔體中并形成單相熔體，以備后續注射成型。在化學發泡的工藝控制過程中，是否能將有限的發泡劑(2%-4%) 釋放出的氣體與塑料熔體混合均勻并使之溶解其中將直接影響產品泡孔結構及發泡均勻性。
展開 
塑料發泡成型技術介紹
塑料發泡成型技術介紹
微細物理發泡成型工藝
微細物理發泡成型工藝
物理發泡注塑成型常見缺陷解析
物理發泡注塑成型常見缺陷解析
Moldex3D模流分析之發泡射出成型后處理
后處理
如要檢視發泡射出成型模塊的分析結果，在窗口中展示流域分布圖標。基本步驟如下：
步驟1：從Studio工作區中選擇適合的項目：
•選擇想要的組別。
•在分析結果（Result）中選擇想要的結果。
•選擇特定的結果，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，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的流動波前時間結果，在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run） > 分析結果（Result） > 充填分析（Filling） > 流動波前時間（Melt-front time）。不同充填百分比的結果顯示如下。
2. 檢視充填／保壓階段的屬性
Moldex3D發泡射出成型模塊的充填分析包含保壓分析；因此，保壓階段的結果能從對應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（氣泡數量密度1/cm3）的信息可在充填／保壓結束時檢視，如下圖所示，在Studio工作區中選擇組別（Run） > 分析結果（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果，點擊結果剖面功能（Slicing function）以顯示模型內部區域的結果。
用結果切片功能顯示塑件內部的氣泡尺寸與氣泡密度。
4.
展開 