화학 발포 성형(Chemical Foaming Molding, CFM)은 화학 반응을 통해 기체를 생성함으로써 캐비티를 충전하는 성형 기술로, 대표적인 발포 성형으로는 폴리우레탄(polyurethane, PU) 발포 성형이 있다. 폴리우레탄 발포체는 유연성과 탄력성이 뛰어나 자동차 계기판, 핸들, 의자 등을 생산하는 자동차 공업에 응용할 수 있다. 또한 냉장고의 단열층, 보온층과 같은 냉동 공업, 신발의 바닥면 및 병상 매트리스, 난간 등과 같은 의료공업 분야에도 활용이 가능하다.

폴리우레탄 발포공정에 있어 최대 난관은 바로 미성형 현상이다. 만일 주입한 원료가 지나치게 적고 발포량 또한 부족하거나 또는 고체화 속도가 지나치게 빠른 경우 미성형이 발생한다. 하지만 충분한 양의 원료가 주입되어 캐비티를 완전히 충진하더라도, 후속 발포 행위에 의해 대량의 폐기물이 생산될 수 있다.

Moldex3D PU 화학 발포 모듈은 폴리우레탄 발포 제조 공정을 지원함으로써 캐비티 안에서의 접착제 양생 역학(Curing Kinetics) 및 발포동력학(Foaming Kinetics)을 계산 과정에서 고려할 수 있게 되었다. 폴리우레탄 발포 시뮬레이션 분석을 통해 사용자는 충전과 발포 단계의 동태 행위를 더욱 정확하게 예측하고, 최적의 플라스틱 주입 및 원료 주입 조건을 형성함으로써 제품 설계를 개선할 수 있다.

Moldex3D의 발포 파라미터 설정에서는 글루에 의해 생산되는 기체 혼합 총 몰드의 백분율, 사출체적, 사출량을 제어할 수 있으며, 사출되는 글루의 양 역시 결정할 수 있다. 또한 고급 설정을 통해 계산된 발포 종료 시간을 설정할 수 있으며, 사용자는 분석 결과를 통해 유동전단 시간, 밀도, 온도, 전환율, 발포 전환율, 기포 사이즈, 기포수 및 밀도 왜곡 변형 등과 같은 특정 결과를 선택해 확인할 수 있다.

뿐만 아니라 몇몇 중요한 요소 역시 발포 결과의 표시 행위에 영향을 미칠 수 있는데, 여기에는 중력, 환기 설정, 수분의 비율(발포제 농도), 발포 전환 성형의 사용 여부 등이 포함된다. 중력이 작용하게 되면 저점도 PU 발포는 캐비티 하부를 통해 유동 현상을 일으키게 된다(그림 1). 환기 위치의 경우 환기 간격은 공기를 배출하고 멜트의 유동을 원활하게 할 수 있어야 하며, 공기를 배출하지 않는 구간에서는 압축 공기가 생성되어 글루의 유동에 저항을 발생시키게 된다(그림 2). 또한 물이 주요 발포제로 사용되는 관계로 물의 비율을 높일 경우 발포를 더욱 빠르게 진행하고 충전 시간을 단축시킬 수 있다(그림 3).

그림 1　중력 작용의 유무에 따른 시뮬레이션 분석 결과의 차이

그림 2　서로 다른 환기 간격이 유동 행위에 미치는 영향

그림 3 서로 다른 물의 농도가 기체 발포 반응 속도에 미치는 영향

PU 화학 발포 모듈의 3D 폴리우레탄 화학 발포 공정 시뮬레이션으로 사용자는 충전/큐어링 분석을 진행함으로써, 더욱 쉽고 간편하게 적합한 생산 조건을 결정할 수 있다. 동시에, PU 화학 발포 성형 모듈이 제공하는 스마트 마법사 도구 및 후처리기를 사용함으로써 잠재된 결함을 사전에 파악해 설계의 수정을 진행하고 제품 출시 시기를 효과적으로 단축시킬 수 있다.