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圖3：聚碳酸酯未發泡和發泡的流動長度 發泡材之應用案例 于廢水中重金屬吸附之應用 作者曾于幾年前和中原大學化學系蔡宗燕老師執行科技部和南非的雙邊合作計劃，探討高分子發泡復材用于廢水中重金屬的吸附研究，在未與南非合作之前，不太了解南非的生態，到了之后，才了解南非因有很多的礦產，挖出來的礦產都是用水來洗滌，故導致水源受到污染。

有鑒于物理發泡技術日趨成熟，通過調整工藝參數可以達到理想的效果，有機會取代化學發泡工藝。因此，「塑膠發泡射出成型」已成為備受關注的重要應用技術。

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。

?進階設定 (Advanced Setting) 點擊進階設定進入發泡成型持續時間 (Foaming duration)設定窗口。從窗口中，選擇發泡時間持續直到EOC、自動設定(Auto-set)或自定義(Custom-determined)。發泡時間持續到冷卻階段結束是理論最大需要的發泡分析時間，而自動決定的發泡時間會參考膠體轉化的αg參數，即材料黏度急遽上升的時機。

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。聚氨酯發泡制程示意圖轉注成型是一種廣泛應用于橡膠加工產業的制程，而發泡橡膠則常被用來生產汽車、電子、建筑等產品。但是當橡膠加入發泡劑時，其制程會變得與傳統轉注成型的有點不同。如下圖所示，一熱固性預填料被放入料槽后，再由柱塞施加壓力讓橡膠流進加熱的模穴中。

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。聚氨酯發泡制程示意圖轉注成型是一種廣泛應用于橡膠加工產業的制程，而發泡橡膠則常被用來生產汽車、電子、建筑等產品。但是當橡膠加入發泡劑時，其制程會變得與傳統轉注成型的有點不同。如下圖所示，一熱固性預填料被放入料槽后，再由柱塞施加壓力讓橡膠流進加熱的模穴中。

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。

下圖簡述了發泡技術的基礎概念。在整體塑件中，如何控制熱力學不穩定的狀態（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重要的議題。注意：MuCell?是Trexel, Inc. 的注冊商標。Moldex3D發泡射出成型模塊功能導覽Moldex3D發泡射出成型模塊能協助產品設計師仿真微細發泡射出成型制程，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。

由于TPE/TPR的應用領域通常是與人直接或間接接觸的領域，因此對于TPE/TPR發泡材料配混體系有較高的要求，TPE/TPR的所有組分，如發泡劑，交聯劑都需要考慮環保的品種，通常EVA鞋材用的AC發泡劑，DCP交聯劑，應用于TPE/TPR發泡，要慎重考慮，要確認客戶對于環保方面的要求如何。

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。

圖三 充填和保壓階段(體積膨脹前)的產品密度以及充填結束后(體積膨脹后)的產品密度Moldex3D軟件中的感應節點是非常實用的功能，讓用戶可清楚洞察模腔內的發泡行為(圖四)。圖四 膨脹區域A (SN5)及非膨脹區域B (SN7)感應節點上的壓力和氣泡尺寸之XY曲線透過模擬分析，能夠清楚調查發泡射出成型抽芯技術的效果。

大綱現今鞋業市場之趨勢走向結構輕量化，逢甲大學研究團隊透過Moldex3D的發泡模組（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構和分布的影響，最終結果也顯示采用發泡射出成型，可替代發泡劑減輕10%產品重量。

大綱現今鞋業市場之趨勢走向結構輕量化，逢甲大學研究團隊透過Moldex3D的發泡模組（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構和分布的影響，最終結果也顯示采用發泡射出成型，可替代發泡劑減輕10%產品重量。

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

注：發泡持續時間 (Foaming duration time) 會影響多段輸出時的發泡階段的時間上限。 發泡頁簽 ?發泡成型設定 (Foaming Setting) 發泡的效益之一就是減輕塑件重量。

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）。

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。

發泡射出成型簡介 (FIM)自1980年代早期由麻省理工學院（MIT）的Dr. Nam Suh與協力者發明發泡批次加工技術后，發泡技術便大量應用于發泡制程中。而發泡技術在往復螺桿式射出成型機臺的應用，則在1998年由Trexel與Engel創建。

塑料發泡射出制程中，會先透過螺桿將超臨界狀態流體(N2或CO2)與融膠混煉成均勻單相流體，而勻相混合物在射出過程中因瞬間釋壓造成熱力學不平衡，使得熔膠中的超臨界流體透過相變化產生數以萬計之微小氣泡，經模具冷卻固化而得到具有泡孔結構之成品。若采用Han and Yoo 氣泡成長動力模型，可以仿真出氣泡成長的過程與氣泡成長動力。

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。