前言
反應射出成型(RIM = Reaction Injection Molding), 是利用高壓碰撞混合原理,將兩個具活性的化學液體混合完成後,澆注或注射入模具而成型的生產製程。不同於傳統的(熱塑)成型技術,RIM是屬於一種「化學固化反應」,也就是在模具內透過兩個化學品之間的交聯或是聚合反應,而不是冷卻固化的物理反應。在製程中,有別於傳統化學固化製程,並不需要高溫(100度C)模具促進固化反應。由於這是兩液體之間進行化學的放熱反應,因此RIM模具反而需要良好的冷卻設計,達到良好的散熱,而成型件的脫模時間往往不到20秒。
設備
第一台商業化的反應射出成型機台(這裡簡稱RIM機)發展於德國,現在市場上已有眾多廠商供貨。RIM機台的基礎配置包含:一、物料調控系統,負責物料的保存、溫度、黏度、均勻度等..的參數控制。二、計量系統,負責物料的輸送、壓力、計量。三:一個或多個高壓碰撞混合頭(俗稱槍頭或灌注頭),負責物料的混合。四:模架,負責開/閉模階段,方便脫模及清潔模具。
不同於傳統的注塑機(塑膠射出),兩個液態的組分混合後,在模具中流動的黏度非常低,只利用從RIM機台吐出時的壓力將模腔填滿並溢出。相較於傳統熱塑機的 5000 psi,RIM的「模內壓力」只有 50 psi 。在這樣的優勢下,許多加工廠可以利用有限的機台以及合模力較小的模架,生產較大型的部件,並達到一定的量產規模。也因為如此,相較於熱塑成型,RIM的模具成本相對較低。
然而,若只以傳統注塑模具的設計規範來製造RIM模具,往往是行不通的。在過往經驗裡,正是因為物料黏度極低的關係,RIM模具的設計需求相當獨特,其他製程的模具設計是無法直接套用的。
低黏度、低模壓、低成本模具等特點,讓RIM技術在少量多樣或是原型製造中,幾乎佔盡優勢。每一個產業應用中,選擇一台合宜的RIM機台,是非常關鍵的。選擇RIM機台時,您應該要考量的有:
1.未來要使用的物料(例如: 是發泡、還是彈性體)
2.產品大小與機台是否適配
3.預估的產能。
由於RIM設備的演進與發展,現在有眾多不同的功能,例如一機多頭、用於多種製程。多種不同的混合頭尺寸、設計,物料或是模具的溫度精準控制,可程序化的注料時間控制、以及製程報警軟件。
物料
早期RIM製程使用的物料為PU,但由於機台功能的演進,也可使用於不同物料體系,例如SILICONE 或 EPOXY。視RIM機台操作的原料而定,PU材料又可分為 軟泡、硬泡、或是彈性體。因此 過去RIM機在加工PU發泡時又常被稱作「發泡機」,應用於灌注/澆注製程時稱為「PU灌注機」。
製程參數
雖然RIM得益於黏度低的原物料,相對地,也有許多缺點必須被加工廠克服。處理這種高活性或是有毒的原物料,必須要有特殊設備或是作業方式,例如溢料清理措施。操作員必須穿著相應的保護衣物、護目鏡、有時必須戴防毒面具。有些物料會在常溫下固化;原物料可能必須在特定溫度保存或運送。
RIM材料黏度低,空氣在充模過程中可能被包封在特定角落;同時,模具也因此不易密封,容易溢料產生飛邊。不過透過物料的選擇、模具的設計、注料時間、以及排氣,只要有相當經驗生產商,這些問題都可以解決。由於PU的高流動性,可以輕易地滲入模具,RIM脫模劑一直都不易開發。早期常用的發泡劑-HCFCs現在被國際間禁用,近代取代性發泡劑的研究越來越被重視。一個成功的RIM模具開發商,必須要經過長久的學習,了解原物料化學操作的方法、模具製造、以及製程參數。由於每一個RIM產品項目都是獨立的長久的研究曲線,導致只有少數的公司供應RIM產品線。
材料特殊設計
嵌入件(inserts)以及強化材料(Reinforcements)可以被使用於RIM製程。強化材包含了玻纖、塑膠碎粒、金屬或是木頭。填料也可以加入其中,增強產品的彈性或是減低收縮率。
引用及參考資料:
1. SZYCHER’S HANDBOOK POLYURETHANES