admin 百科大全 2023-01-10 20:33:50

Moldex3D模流分析之化学发泡成型模块概论与建构

化学发泡成型概论

化学发泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化学反应产生气体而达成填满模穴的成型工艺，聚氨酯(polyurethane, PU)发泡成型为化学发泡成型中最常见的一种。聚氨酯发泡体根据其机械性质可区分为硬质及软质发泡体两大类，硬质发泡体为施加载重后会破坏而不能回复者，软质发泡体则为去除载重后会回复原形，并具可挠性与高弹性。聚氨酯发泡体可应用于汽车工业如仪表板、方向盘、座椅，冷冻工业如冰箱的隔热层、保温夹层，制鞋工业如鞋底，与医疗工业如病床床垫、手模等等。聚氨酯树脂为主要为由含有OH基团的聚酯或聚醚类等多元醇(Polyol)与异氰酸酯 (Isocyanate) 反应而成，藉由此反应可使分子成长，并形成交联的网状结构。若原料加入水作为发泡剂，异氰酸酯则与水反应产生CO₂并形成多孔隙之聚氨酯发泡体。藉由原料成分或比例配方的改变，可制造出具有不同密度的硬质或软质聚氨酯发泡体。

聚氨酯发泡成型的基本制程为，将多元醇、异氰酸酯，与水等原料混合均匀后注入模穴。通常注入阶段不会完全填满，接着再藉由发泡膨胀填满模穴剩余的空间。在此过程中聚氨酯会因化学发泡反应释出二氧化碳气体，聚氨酯的黏度也会因交联反应的进行而不断升高。同时化学反应导致的放热效应也会使模内温度增高，进一步使二氧化碳在相对高温的状况下不断释入于聚氨酯中，直到模穴内充满聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化为止。

化学发泡成型制程的挑战是如何使用较少的原料充满模穴而不短射。如果注入的原料过少，同时若发泡量也不足或聚氨酯固化速率过快，就会造成短射。但如果注入的原料过多，虽然能充饱模穴但后续的发泡行为会产生大量废料。藉由化学发泡成型模块的仿真可以更准确地预测聚氨脂的充填行为与注入原料的优化。

聚氨酯发泡制程示意图

转注成型是一种广泛应用于橡胶加工产业的制程，而发泡橡胶则常被用来生产汽车、电子、建筑等产品。但是当橡胶加入发泡剂时，其制程会变得与传统转注成型的有点不同。如下图所示，一热固性预填料被放入料槽后，再由柱塞施加压力让橡胶流进加热的模穴中。柱塞之后则快速回抽让原来料槽变得像是溢流区，以此释放模穴中发泡过程产生的多余压力来强化发泡产品的质量。