既減重又增強的雙贏工藝–微發泡射出成型

隨著塑膠射出成型設備已臻成熟，唯有不斷優化製程才能延續市場競爭力。微發泡射出成型工藝(MuCell)可被用以降低塑件重量、縮短成型週期、提升耐衝擊強度，或延長產品壽命等，富強鑫(FCS)為您解析MuCell日益受到重視的要因及相關應用，替汽機車部件、家用五金、包裝容器等不同產品特性打造最佳成型方案。

→點我探索：微發泡成型的應用優勢

面臨居高不下的碳排放量，美國推行節能減碳政策，允諾2025年將減少26~28%，汽車產業首當其衝，需對產品實行輕量化。微孔發泡(MuCell)製程技術，在不失原有物性下有效降低重量，並提高衝擊性、降低翹曲與提升尺寸安定性。FCS於五年前已成功導入此製程技術，先後於LM(二板機)、HT(曲肘機)、FA(高效節能機)、CT-e(全電機)、FB(雙色機)等不同機種進行整合驗證，成功銷售十餘套並持續協助客戶開發測試其MuCell新製程應用。

Mucell射出成型原理
MuCell射出成型是將氣體(N₂或CO₂)加壓至超臨界狀態(圖1)後注入料管熔膠中，透過螺桿將兩者混練成單相流體。超臨界流體在射出過程中因瞬間壓降造成熱力學不平衡，使得流體進入模穴後氣體得以從熔膠當中擴散成核，並長成均勻微細氣泡(圖2)。含有微細氣泡的熔膠經模具冷卻固化得到如蜂巢般的內部構造成品。
 

圖1-相態圖	圖2-MuCell成品切面圖

MuCell射出成型製程設備 

MuCell射出成型製程採用特殊螺桿設計，搭配氣體注入設備達到此製程功能，相關零件說明如下：
1. 止逆射嘴：加料過程射嘴關閉使料管維持壓力，避免發泡產生。
2. MuCell螺桿：特殊設計使熔膠與超臨界流體均勻混合成單相溶液。
3. 熔體壓力感測器：監控料管內熔膠壓力，提供背壓調整依據。
4. 氣體注入設備與接頭：將氮氣增壓直至超臨界狀態，再注入以使與熔膠混合。

製程與應用優勢
1. 降低射出壓力與鎖模力：提高塑料流動性，進而減少射出壓力與降低鎖模力(圖 4)。
2. 減少塑件重量：塑件透過發泡結構達到減重效果。
3. 降低生產能耗：當射出壓力與鎖模力降低，可減少驅動單元負荷，且塑料用量降低亦可節省儲料與加熱消耗功率，有效降低整體生產耗能。
4. 縮短成型週期：MuCell射出成型可免去保壓時間，且因塑料量減少，加工熱量大幅降低，從而縮短冷卻時間與成型週期(圖 5)。
 

除了減重，MuCell製程另一重要效益是改善產品因先天不利條件所致的成型不良問題，如克服長型產品翹曲，或防止厚件產品縮水等。除了汽機車配件業外，MuCell於其他產業也有豐富運用案例，如食品容器業(圖 6)，減重即非關鍵因素，此產業運用MuCell可有效阻隔內容物與空氣之接觸達到保溫保冷效果。
 

圖6-MuCell® + PET

圖片來源: Trexel Inc. (https://trexel.com/)

MuCell射出成型關鍵製程參數
MuCell射出成型關鍵製程參數有射出速度、射出壓力、料管溫度、模具溫度及進氣量等。
1. 射出速度：射速越慢，先充填的塑料發泡時間相對長，導致氣泡孔徑先後大小不均。且射速慢，塑料固化增加流動阻力，發泡狀態相對較差。因此射速越快可提高發泡密度且縮小氣泡孔徑，泡孔分布相對較均勻。
2. 熔膠溫度：越高則氣體溶解度與擴散係數提高，有效降低黏度並提高混練度，搭配高射速可提升發泡密度與均勻氣孔分布。
3. 模具溫度：模溫增高有助提升發泡密度並改善表面品質(MuCell製程表面會產生氣痕)。但因冷卻時間較長，氣孔相對有較多時間成長變大。
4. 進氣量：提升即提高超臨界流體比例，當臨界流體增加時有助提升氣泡密度，產生較多氣泡核，縮小氣泡尺寸。

物理發泡(MuCell) VS.化學發泡
MuCell射出成型製程屬於物理發泡，優點除了機械強度較佳外，發泡的密度與孔隙較化學發泡控制容易，且屬於無毒製程，可為環保盡一份心力。
 

	化學發泡	物理發泡 (MuCell)
機械強度	不穩定	極佳
發泡空隙與大小	不好控制	可調整
發泡密度	不好控制	可控制
發泡劑使用範圍	受高溫塑膠材料限制	適用於多種材料
發泡使用元素	有毒化學元素	大自然氣體-氮氣