聚氨酯灌注(PU pouring)及反應射出成型(PU RIM)
Reaction Injection Molding (RIM)，反應射出成型，是將反應性的混合物射入至關閉的模具中，經化學反應熱固成型的過程。
傳統的灌注pouring，或稱澆鑄casting，使用的ＰＵ材料反應通常較慢，黏度較大，大多低壓機加工混合。灌注顧名思義是開模時靠人工或機械方式倒入（pouring）原料於模具中，最終在經過熱烘道將物料加溫固化，整體cycle time以小時計算。
然而材料的演進，固化反應速度越來越快，cycle time僅以分鐘計算，再加上自動化的普及性以及必要性，業界中逐漸傾向往自動化的RIM製程發展。高壓混合機的高精準、自清潔、不須溶劑、低汙染且維修率低等特性，成為多個產業中RIM製程或自動化liquid casting製程的首選機種。以下以RIM工藝為基礎，簡述PU高壓混合機台的原理與特點:
以易碩騰高壓機為例，將聚氨酯的兩組份物料，經加熱後降低其黏度，在設備內中循環以控制反應前狀態。射出時，兩液體按照一定的比例通過計量泵，使兩組份物料加壓產生的能量，再經過小口徑的噴嘴轉化成更高的動能，相對噴射，進行衝擊混合後，緊接著注入模具中，混合均勻的物料在模具中反應成型固化。易碩騰設備，可用作於聚氨酯(PU)、聚脲、環氧樹脂、或其他雙液型的化學熱固材料。
聚氨酯反應射出成型的特點
PU RIM，屬於低溫低壓射出
- 吐出壓力 2 bar，模內壓力最高只有 8bar，所需模具夾持力低，相較於傳統塗裝，底材的需求度較低。
- 由於化學反應過程中，屬放熱反應，所需的溫度低，例如:料溫20-90℃，模溫40-90℃之間。
- 綜合以上優勢，耗能較傳統注塑機少30%以上。
PU RIM原料屬於純液態不含溶劑的化學品
- 配方選擇自由度大，可設計成多種結構可背多種材料增強，可完全訂製物性、化性極為寬廣的RIM材料。一般而言:
- 密度範圍: 300kg/m3~1400 kg/m3 。
- 硬度範圍: Shore 0 A ~ shore 85 D
- 繞曲強度: 無增強材 200-700 Mpa
- RIM PU 一般是由 聚醚多元醇 (Polyols)及二異氰酸酯(Isocynate)作為主要雙組份原料組成。其他還有擴鏈劑/交聯劑、催化劑、發泡劑、及其他助劑組成。若加入不同增強材於聚醚多元醇中，如玻纖、雲母、矽灰石等，進行混合射出，則稱為RRIM( Reinforcement Reaction Injection Molding)，可以大幅強化物性。
取自BASF官網-http://www.polyurethanes.basf.de/
- RIM PU 按照密度以及發泡程度可以簡單區分為，硬質發泡、半硬質發泡、軟質發泡、彈性體。更多製成品案例可見 >> 易碩騰-產業應用
PU RIM自動化程度高
- 混合頭可機械性自潔，相較於PU低壓設備，維修需求少，生產效率高，適於大規模生產。
- 根據生產線設計，一台RIM可供應多座模座/工位。
- 從原料的工料，直到製品的後修飾，均有充足自動化的可能及案例。
反應射出成型原理與高壓機構成
目前RIM設備的主流為高壓機，高壓機的名稱，原因是出自於混合頭的高壓碰撞混合原理，透過計量泵輸出約200 bar 左右壓力，兩個物料 ( POLY & ISO)各自經過極小的側孔後，兩料產生爆炸性的霧化噴射後，於混合室高速地碰撞混合。然而，若是開模灌注，從混合頭吐出的流體壓力約只有2~3 bar ，是比水龍頭還小的流出壓力。相較於低壓機，高壓機有環保低汙染以及適用於成型快速原料等特色。
高壓機的原理示意如下，
引用自科思創官網-https://www.polyurethanes.covestro.com
高壓機歸納以下特點，
- 混合室小，混合精度效果好。不同於低壓機，無攪拌機構，不須經常性更換密封，也不需要經常性校準流量
- 一般有L型頭，具有自清潔設計，不需仰賴溶劑清洗管線，環保節約
- 停機後，返工快速有效率，不須進行管線清潔及流量調適
- 吐出、成型、固化、脫模快速 。維修率低，自動化程度高，適於大批量生產
- 對於特別高黏度或有加填料的原料，因可透過加溫降低物料黏度來降低加工難度
按易碩騰PSM 90的機台構成為例，設備設計的概念及說明如下:
- 儲料罐:保證物料在儲存過程中具有良好的流動性、均勻性與溫度可控性。
一般裝備有溫度控制器、攪拌裝置(80 rpm)、殘料指示計、壓力計、氮氣或乾燥空氣充氣(約1~2.5 bar)、壓力安全閥(3 bar)、或是搭載自動進料泵自動進料至儲罐中。 - 計量泵:保證吐料的固定流量，並將其推送至混合頭，保證計量的準確性，精度要求。在出泵位置設有壓力計，偵測出料背壓，實時監控並顯示於屏幕。
ISOTHERM計量方式如下圖所示，
以流量控制閥與流量計搭配閉環循環控制系統，確保輸入計量汽缸的油流量穩定，間接計量吐料流量。
優勢:以液壓單衝程柱塞泵計量，壓力穩定，少波動，受物料黏度影響小，適於流量小應用。不同於一般高壓機的旋轉泵設計。 - 混合頭:在注射前，物料會從料罐經過循環泵送至混合頭，再迴流至料罐，以確保混合前的狀態是被精確的控制。而在混合頭內噴嘴閥打開後，兩種料分別從混合頭內的兩個測孔，進入混合室進行高壓碰撞混合(約140-210 bar間)，以達到最佳混合效果。經由吐料通道流入模具中。兩料在混合室中，理想混合撞擊速率可達100 m/s左右，如果黏度太大、或者流量太小，則不能抵達此速率，則可經由混合室的結構設計來優化為100 m/s。ISOTHERM含有多種混合室型號，具備不同的孔徑大小，可以經由更換混合室或者經由插入減徑環調整。
- 液壓控制系統:
以易碩騰為例，液壓系統主要有為兩個控制單元，- Metering circuit: 控制計量柱塞泵的運作。
- Control circuit: 控制高低壓切換閥的切換、清潔柱塞運作、混合針閥的運作。
- 溫控系統:
易碩騰採用雙夾套式保溫，並且加溫油與物料的循環方向相反，以達到精準控制的目的；於低溫處理，支持外接水冷系統。