現實生活中共射成型技術是製造多材質產品之有效方法，然而，因為須同時整合許多設計與操作參數，特別是如何有效控制不同材料所構成之中間界面。另一方面，為能大量生產降低成本，許多產品生產牽涉到應用多模穴共射系統，但現階段此等系統內部之機理與操作，也仍未全然掌握有鑑於此，本研究鎖定非幾何對稱之多模穴共射系統，首先我們將探索在不同材料黏度效應組合時，皮層與芯層所構成之中間界面將如何變化。以低黏度A及高黏度B排列三種不同皮層/芯層組合：A/A系統、A/B系統及B/A系統。在A/A組合系統中，當我們固定皮層與芯層比例，以及固定充填流率時，改變其他操作條件幾乎都無法有效改變皮層與 芯層之中間界面之行為變化。在A/B組合系統中，對比於A/A系統，它形成較長且較窄之中間界面。在B/A組合系統中，反而形成較短且寬之中間界面。另外，在A/A組合系統中，當射出充填速度增加時，芯層之滲透距離將減少；此種中間界面滲透距離減少現象也同時可在A/B系統及B/A系統中觀察到。最後，實驗驗證結果顯示，實驗與數值分析預測相當吻合。

Co-injection molding, one of the multi-component molding methods, is commonly used in our daily life product. However, there are too many combinations of designs and parameters, how to properly control of co-injection is very challenge. Furthermore, co-injection with multi-cavity system is still not fully understood yet. In this study, we have focused on a nonsymmetrical multi-cavity system. First, we tried to find out how the viscosity difference effects on the variation of the interface between skin and core layers in co-injection molding. In A/A system, with a unique skin-to-core ratio and a fixed flow rate, general operation parameters have no significant effect on the change of the interface between skin and core. In A/B system, it generates longer and narrower locus than that of A/A system. On the other hand, in B/A system, it generates shorter and wider locus than that of A/A system. Moreover, in the presence of flow rate variation, as flow rate increased, the penetration distance of interface between the skin and core is reduced for A/A system. This reduction phenomenon on the penetration distance of the interface is also observed in A/B and B/A systems. Finally, the experimental study is also performed to verify the numerical predictions on the viscosity difference effects. Specifically, in the presence of flow rate variation, the numerical prediction on the interface between the skin and core is in a good agreement with the experimental data in trend.

目錄
目錄	IV
表目錄	VIII
圖目錄	X
符號說明	XV
第一章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 文獻回顧	3
1.3 研究動機與目的	11
1.4 論文架構	12
第二章 射出成型及共射成型製程及相關理論介紹	13
2.1 射出成型簡介	13
2.2 共射成型簡介	18
2.3 CAE 與共射成型之關聯	20
2.4 共射成型製程的理論背景與模擬數學理論模式	21
2.4.1 主控方程式	21
2.4.2 材料特性	24
第三章 研究方法與流程	26
3.1 研究流程	26
3.2 理論模擬分析與相關資訊	29
3.2.1 CAE模流分析設備系統	29
3.2.2 軟體	29
3.2.3 理論模擬專案之建立	29
3.2.3.1 產品幾何及模具設計	30
3.2.3.2 網格模型建立	32
(a) 模型網格元素	32
(b) 網格品質	33
(c) 網格收斂性	34
3.2.3.1 數值模擬分析步驟	35
(a) 匯入網格	35
(b) 材料種類選定與其特性	36
(c) 加工操作條件設定與其響應探討	45
3.2.4 分析定量	50
3.2.4.1 平衡度	50
3.3 實驗分析研究	53
3.3.1 共射成型機	53
3.3.2 循環油溫控制系統	55
3.3.3 塑料乾燥機	56
3.3.4 實驗材料物性整理	57
3.3.5 實驗模具設計	59
3.3.6 共射實驗步驟	60
3.3.7 共射成品表皮層/核心層界面探索	62
第四章 結果與討論	64
4.1 共射成型理論模擬分析	64
4.1.1 單一成份射出成型分析	64
4.1.2 操作條件變化對共射成型之影響	66
4.1.3 不同材料組合對共射產品界面成形之影響	79
4.2 共射成型實驗分析與驗證	84
4.2.1 單一成份射出成型分析	84
4.2.2 操作條件變化對共射成型之影響	86
4.2.3 不同材料組合對共射產品界面成形之影響	87
4.3 材料特性差異與組合對皮層/芯層界面變化之機制探索	89
第五章 結論	96
5.1 數值模擬研究結論	96
5.2 實驗驗證研究結論	97
第六章 未來研究方向及建議	98
第七章 參考文獻	100
附錄(A) 實驗操作問題彙整	103
作者簡介	104
 
表目錄
表 3.2.1皮層/芯層比例效應參數表	46
表 3.2.2模溫效應參數表	46
表 3.2.3料溫效應參數表	46
表 3.2.4流率效應參數表	47
表 3.2.5芯層流率效應參數表	47
表 3.2.6皮層流率效應參數表	47
表 3.2.7數值模擬成形條件參數表	49
表 3.2.8材料效應參數表	49
表 3.3.1立式共射出成型機規格表	53
表 3.3.2油循環溫度模溫機規格表	55
表 3.3.3塑料乾燥機規格表	56
表 3.3.4 GPPS POLYREX PG-22材料物性表	57
表 3.3.5 GPPS POLYREX PG-383材料物性表	58
表 3.3.6工業電子顯微鏡規格表	62
表 4.1.1不同皮層/芯層比例效應平衡度表	67
表 4.1.2不同模溫效應導致模穴平衡度結果	69
表 4.1.3不同料溫效應導致模穴平衡度結果	70
表 4.1.4皮層/芯層為60/40不同流率效應平衡度表	73
表 4.1.5固定皮層流率改變芯層流率效應平衡度表	75
表 4.1.6固定芯層流率改變皮層流率效應平衡度表	77
 
圖目錄
圖 1.2.1模擬時所考慮的方程式及實驗模擬流動短射驗證[6]	4
圖 1.2.2實驗流動短射瞬照圖[10]	6
圖 1.2.3產品設計導致流動前期變動影響最後芯層分佈[15]	7
圖 1.2.4剪切不平衡造成流動差異以高速攝影流動情形[24]	9
圖 2.1.1射出成型的循環流程	14
圖 2.1.2塑料預熱射出機狀態示意圖[27]	15
圖 2.1.3合模步驟示意圖[27]	15
圖 2.1.4充填步驟示意圖[27]	16
圖 2.1.5保壓步驟示意圖[27]	16
圖 2.1.6產品冷卻步驟示意圖[27]	17
圖 2.1.7產品開模頂出示意圖[27]	17
圖 2.2.1共射成型流程示意圖[28]	19
圖 2.2.2利用共射成型製造的耳機掛鉤[28]	19
圖 3.1.1理論模擬研究分析流程圖	27
圖 3.1.2實驗分析研究分析流程圖	28
圖 3.2.1電腦輔助工程分析流程	30
圖 3.2.2幾何模型與流道模穴之尺寸大小	31
圖 3.2.3模座及水路尺寸佈局	31
圖 3.2.4網格型態種類	32
圖 3.2.5模穴及流道實體網格圖	33
圖 3.2.6多模穴系統網格品質圖	34
圖 3.2.7不同網格層數進澆口壓力圖	35
圖 3.2.8 GPPS POLYREX PG-22黏度對剪切率之關係圖	37
圖 3.2.9 GPPS POLYREX PG-22比容對溫度在不同壓力關係圖	37
圖 3.2.10 GPPS POLYREX PG-22材料熱焓對溫度之關係圖	38
圖 3.2.11 GPPS POLYREX PG-22材料熱傳對溫度之關係圖	38
圖 3.2.12 GPPS POLYREX PG-22材料加工溫度	39
圖 3.2.13 GPPS POLYREX PG-383-黏度對剪切率之關係圖	40
圖 3.2.14 GPPS POLYREX PG-383比容對溫度在不同壓力關係圖	40
圖 3.2.15 GPPS POLYREX PG-383材料熱焓對溫度之關係圖	41
圖 3.2.16 GPPS POLYREX PG-383材料熱傳對溫度之關係圖	41
圖 3.2.17 GPPS POLYREX PG-383材料加工溫度	42
圖 3.2.18比對兩材料黏度對剪切速率之關係圖	43
圖 3.2.19比對兩材料熱擴散係數對溫度之關係圖	44
圖 3.2.20模擬模穴平衡度說明圖	52
圖 3.2.21實驗模穴平衡度說明圖	52
圖 3.3.1立式雙射出成型機	54
圖 3.3.2 OHD-10 油循環溫度模溫機	56
圖 3.3.3實驗模具設計圖	59
圖 3.3.4射出實驗流程圖	61
圖 3.3.5工業電子顯微鏡儀器設備[37]	63
圖 4.1.1多模穴系統模擬流動波前圖	64
圖 4.1.2以GPPS Polyrex PG-22在10 cm3 /s.時的單射剪切率分佈	65
圖 4.1.3以GPPS Polyrex PG-22在10 cm3 /s.時的單射總速度分佈	65
圖 4.1.4不同皮層/芯層比例效應	67
圖 4.1.5不同模溫效應所引導共射結果	69
圖 4.1.6不同料溫效應所引導共射結果	69
圖 4.1.7皮層/芯層為72/28改變流率芯層料抵達第一個流道終點流動波前圖	71
圖 4.1.8皮層/芯層為72/28改變流率充填結束瞬間圖	71
圖 4.1.9皮層/芯層為60/40不同流率效應	72
圖 4.1.10模擬解析A/A系統及60/40中不同流率效應導致平衡度下降圖	73
圖 4.1.11改變芯層流率的效應圖	75
圖 4.1.12改變芯層流率進之澆口流率圖	75
圖 4.1.13改變芯層流率進之澆口壓力圖	76
圖 4.1.14改變皮層流率的效應圖	77
圖 4.1.15改變皮層流率進之澆口流率圖	77
圖 4.1.16 A/A系統下操作條件因子對模穴間相對平衡度響應圖	78
圖 4.1.17皮層/芯層為70/30時不同材料之組合對芯層材料滲透分佈情況之影響	80
圖 4.1.18模擬解析A/B系統及60/40中不同流率效應導致平衡度下降圖	82
圖 4.1.19模擬解析B/A系統及60/40中不同流率效應導致平衡度下降圖	82
圖 4.1.20 A/B系統下操作條件因子對模穴間相對平衡度響應圖	83
圖 4.1.21 B/A系統下操作條件因子對模穴間相對平衡度響應圖	83
圖 4.2.1單射模擬分析與實驗結果充填之瞬照圖	84
圖 4.2.2共射模擬分析與實驗結果充填之瞬照圖	85
圖 4.2.3在A/B組合系統中改變不同充填流率對芯層滲透分佈情況之影響	86
圖 4.2.4在A/B組合系統中改變不同充填流率對芯層滲透分佈情況之影響	87
圖 4.2.5在B/A 組合系統中改變不同充填流率對芯層滲透分佈情況之影響	88
圖 4.3.1厚度中間剖面比對不同材料組合芯層材料充填約88%芯層材料於模穴2滲透分佈圖	90
圖 4.3.2厚度中間剖面比對不同材料組合當流率控制轉壓力控制時芯層材料於模穴2滲透分佈圖	90
圖 4.3.3時間t1不同材料組合厚度中間剖面剪切率分佈圖	92
圖 4.3.4時間t2不同材料組合厚度中間剖面剪切率分佈圖	92
圖 4.3.5時間t1不同材料組合厚度中間剖面黏度分佈圖	93
圖 4.3.6時間t2不同材料組合厚度中間剖面黏度分佈圖	94
圖 4.3.7時間t1不同材料組合厚度中間剖面剪切應力分佈圖	95
圖 4.3.8時間t2不同材料組合厚度中間剖面剪切應力分佈圖	95

[1]	錢伯章, 長纖維增強熱塑性速烙發展動向. CPRJ, 2012.
[2]	Garner, P.J. and D.F. Oxley, British Patent 1,156,217, 1971.
[3]	Goodship, V. and J.C. Love, Multi-Material Injection Moulding. 2002, Rapra Review Report.
[4]	Seldén, R., Co-injection molding: Effect of processing on material distribution and mechanical properties of a sandwich molded plate. Polymer Engineering & Science, 2000. 40(5): p. 1165-1176.
[5]	黃德坤, 雙料共射出成型製程特性及成品品質研究, in 機械工程學系. 2000, 中原大學: 桃園縣.
[6]	Liu, Q., et al., Numerical simulation of the sequential coinjection molding process based on level set method. Polymer Engineering & Science, 2015. 55(8): p. 1707-1719.
[7]	Kim, N.H. and A.I. Isayev, Birefringence and interface in sequential co-injection molding of amorphous polymers: Simulation and experiment. Polymer Engineering & Science, 2015. 55(1): p. 88-106.
[8]	White, J.L. and B.-L. Lee, An experimental study of sandwich injection molding of two polymer melts using simultaneous injection. Polymer Engineering & Science, 1975. 15(7): p. 481-485.
[9]	Gomes, M., et al., Co-injection molding of immiscible polymers: Skin-core structure and adhesion studies. Polymer Engineering & Science, 2011. 51(12): p. 2398-2407.
[10]	Watanabe, D., et al., Flow Behavior of Sandwich Injection Molding in Sequential and Simultaneous Injection. International Polymer Processing, 2003. 18(2): p. 199-203.
[11]	Ilinca, F. and Jean‐François Hétu, Numerical Simulation of the Flow Behavior and Breakthrough Phenomenon in Co‐Injection Molding. AIP Conference Proceedings, 2007. 908(1): p. 313-318.
[12]	Wang Li-xia, Lu Song-tao, Zhu Wen-na ,and Shen Chang-yu, 共注射成型中芯/殼層材料黏度比對追趕距離的影響. 高分子材料科學與工程, 2010. 26(3): p. 116-118,122.
[13]	Shih-Po Sun, Chih-Yu Hs, Chao-Tsai Huang, Kuo-Chou Huang, and Shi-Chang Tseng The Skin/Core Material Distribution of a Co-Injection Molding Process： The Effect ofProcessing Conditions and Material Selection. SPE ANTEC 2012.
[14]	Jackie Yang, Chao-Tsai (CT) Huang, Hsien-Sen Chiu, Jimmy C.Chien, and Anthony Wen-Hsien Yang, Dynamic Behavior of Core-material Penetration in Multi-Cavity Co-Injection Molding. SPE ANTEC, 2015: p. 1-5.
[15]	Chao-Tsai (CT) Huang, Chih-Chung Hsu, Rong-Yeu Chang, and Shi-Chang Tseng, Cavity Effect on Core Penetration in Co-Injection Multi-Cavity Molding SPE  ANTEC, 2016: p. 1040-1044 
[16]	Yang, W.M. and Yokoi H., Visual analysis of the flow behavior of core material in a fork portion of plastic sandwich injection molding. Polymer Testing, 2003. 22(1): p. 37-43.
[17]	孫雨涵, 探討共射成型條件對多模穴料量平衡之影響, in 電腦應用工程研究所. 2012, 遠東科技大學: 台南市. p. 45.
[18]	John P. Beaumont, J.H. Young, and M.J. Jaworski, Mold Filling Imbalances in Geometrically Balanced Runner Systems. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 1999. 18(6): p. 572-590.
[19]	John P. Beaumont, Intra-Cavity Filling Imbalances. Technical Brief, Beaumont Runner Technologies Inc, 2001.
[20]	Chien, J.C., et al., True 3D CAE visualization of intra-cavity filling imbalance in injection. SPE ANTEC 2006: p. 1153-1157.
[21]	Kevin R. Takarada, John P. Coulter,, Mason Myers,and John P. Beaumont, The effect of primary runner length on fill-imbalance in a geometrically balanced eight cavity polymer injection mold. SPE  ANTEC, 2006: p. 1098-1102.
[22]	Raymond W.McKee , Joshua A. Hoover, and Penn State Erie. , The effect of sharp corners and runner length on melt flow imbalances. SPE  ANTEC, 2006: p. 2868-2872.
[23]	Qi Li and John P. Beaumont & Alicyn M. Rhoades, Effects of melt rotation on resulting localized material properties throughout injection molded polymeric products. 2014.
[24]	Qi Li, Sung Rok Cho., John P. Coulter, John P. Beaumont ,and Alicyn M. Rhoades,, An investigation of real-time monitoring of shear induced cavity filling imbalances during polymer injection molding. SPE  ANTEC, 2016.
[25]	張榮語, 射出成型模具設計–操作實務. 高立圖書有限公司, 1995.
[26]	Strong, A.B., Plastics Materials and Processing.
[27]	魏綸群, 塑膠射出成型製程時間最佳化設計, in 機械工程學系. 2008, 元智大學: 桃園縣. p. 35.
[28]	Moldex3D R14 Online Help. http://support.moldex3d.com/r14/moldex3d/module-introduction/solution-add-ons/co-injection/.
[29]	劉大佼, 高分子加工原理與應用. 揚智文化事業股份有限公司, 1996.
[30]	Chih-Chung Hsu, Chao-Tsai Huang, and, Rong-Yeu Chang, Simulation of dynamic gas penetrations on fingering behaviors during gas-assisted injection molding, in Journal of Polymer Engineering. 2017.
[31]	Dymond, J.H. and R. Malhotra, The Tait equation: 100 years on. International Journal of Thermophysics, 1988. 9(6): p. 941-951.
[32]	Moldex3D R14 Online Help. http://support.moldex3d.com/r14/moldex3d/user-interface/model-preparing/moldex3d-mesh/mesh-function-solid-mesh/.
[33]	Moldex3D R14 Online Help. http://support.moldex3d.com/r14/moldex3d/user-interface/model-preparing/moldex3d-mesh/mesh-quality-definition/.
[34]	Beaumont, J.P., Runner and Gating Design Handbook 
[35]	大愛機械有限公司. www.chinese-machinery.com/taai, (新北市).
[36]	奇美實業股份有限公司. http://www.chimeicorp.com/zh-tw/products/plastic-series/ps/, (台南市).
[37]	OLYMPUS. http://www.olympus-ims.com/en/metrology/ols4100/.
[38]	Chao-Tsai (CT) Huang, Numerical visualization and optimization on the core penetration in multi-cavity co-injection molding with a bifurcation runner structure. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017.
[39]	Moldex3D® R14材料資料庫.