多模穴共射射出成型系統與技術(Co-injection multi-cavity system)已經廣泛地應用於汽車、結構件、日常生活等許多產品。然而，由於影響因子眾多包括：產品與模具設計、材料特性、皮層/核心層比例(skin/core ratio)、以及操作條件，造就了多模穴共射系統非常複雜。共射射出成型製程是將兩種不同材料成型於同一產品上，當此製程使用於多模穴量產時，容易因兩種塑膠流動性質不同及塑膠競流效應造成每一模穴中材料分佈情形各有不同，導致產品良率不佳。本研究中之系統為非平衡流道系統，其影響效應非常大，僅透過調整成型參數來改善核心層材料(core materials)之分佈情形之效果並不明顯，故本研究以探討模穴幾何變異為主，成型參數改變為輔，對於產品良率不佳之問題進行優化與改善。明確而言，本研究利用Moldex3D R14模流分析軟體進行分離式不平衡多模穴系統，探索發現此系統最大問題為模具間極度不平衡問題，進而導致核心層材料分佈不均問題；經深入探究發現當皮層/核心層比例固定為70/30時，不論是嘗試改變不同操作條件或使用不同材料，都無法有效改善此等問題，因為產品的設計(模穴設計)主導了整個產品的成型機制。為此，本研究特別引入連通區域建構結合型多模穴系統，從充填初始就改變流場，進而改善模穴間極度不平衡問題與核心層材料分佈不均問題。具體而言，從原始設計分離式不平衡多模穴系統至改良式結合型多模穴系統之演進，我們確認透過模穴幾何改變可使平衡度的表現有良好的提升，特別是在模穴1的部份，有幾乎100%的平衡度提升，且三個模穴相對平衡度差距都是在都5%以下的高品質。

Multi-cavity co-injection molding has been used in daily accessories, car parts, and structural-reinforcement product. However, there are too many combinations of designs, materials, core/skin ratio, and process condition, how to have suitable control of co-injection is very challenge. The manufacturing process of co-injection multi-cavity system is to mix two kinds of material and form it into another product. When we use this method to manufacture products, it often caused different kinds of distribution between each cavity because of its properties and the effect of flow，so the quality of product is poor. Because of the system in this research is unbalance, the  important operation parameters are quite large.  It is very difficult to make the suitable control by adjusting some operation conditions.  Hence, in this study, first, we have applied Moldex3D software to analyze the separated multi-cavity system. The results showed that, at fixed skin/core ratio of 70/30, the crucial problem of the inter-cavity imbalance is almost unsolved by modified various operation conditions or even by changing materials. This inter-cavity imbalance property will further induce poor core material distribution for final co-injection product. To solve this problem, we have introduced some connection area between cavities based on flow-lead concept.  The basic idea is that through the modification of the flow field at the early age of filling stage, the inter-cavity balance can be improved significantly. The core material distribution of the system can be further improved.  Based on the final revised design, the inter-cavity balance degree has been improved.

目錄
	
目錄	I
圖目錄	IV
表目錄	VIII
符號說明	IX
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	9
第二章、共射成型原理與相關資訊介紹	11
2-1射出成型簡介	11
2-2共射成型簡介	13
2-3共射成型內部機理與理論背景說明	15
2-3.1主控方程式	15
2-3.2 材料特性方程式	17
2-3.3 本質方程式	20
第三章、研究方法與流程	22
3-1研究方法與流程說明	22
3-2數值模擬分析研究	26
3-2.1CAE模流分析介紹與設定	27
3.2.2研究專案之建立	29
3.2.2.1產品幾何系統說明與比較	29
3.2.2.2幾何模型與網格建立	31
3.2.2.3材料選定與其特性說明	35
3.2.2.4操作條件設定說明	39
3-3實驗研究流程	41
3-4研究設備介紹	43
3-4.1射出成型機機台與設備說明	43
3-4.2油循環溫度模溫機	46
3-4.3塑料乾燥機	47
3-4.4模具介紹	49
3-4.5拋光用研磨機	54
3-5 皮層/核心層界面量測流程與技術建立	57
第四章、結果與討論	61
4-1分離式多模穴系統（模型1）	61
4-1.1流動充填現象與皮層/核心層界面變化探討	61
4-1.2流動不平衡與品質掌控問題探討	63
4-2結合型多模穴系統（模型2、模型3、模型4）	68
4-2.1流動充填現象與皮層/核心層界面變化探討	68
4-2.2流動不平衡與品質掌控問題探討	70
4-3 改良式結合型多模穴系統（模型5~模型7-2）	72
4-3.1流動充填現象與皮層/核心層界面變化探討	72
4-3.2流動不平衡與品質掌控問題探討	76
4-4實驗研究與結果驗證	80
4-4.1分離式多模穴系統（模型1）	80
4-4.2結合型多模穴系統（模型2、模型3、模型4）	81
4-4.3流率影響之驗證	84
4-4.4翹曲變形驗證	86
4-5皮層/核心層界面品質定義與量測	90
4-5.1相對平衡度定義	90
4-5.2絕對平衡度定義	90
第五章、結論	92
第六章、未來研究方向之建議	94
第七章、參考文獻	95
作者簡介	100
 
		圖目錄
圖1-1、CAE應用於射出成形式意圖 [18]	10
圖2-1、射出成型工作週期	12
圖2-2、共射出成型示意圖 [32]	14
圖2-3、共射出成型產品 [33]	14
圖3-1、研究流程示意圖	23
圖3-2、不同網格層數進澆口壓力隨時間變化	27
圖3-3、系統定義及標示	30
圖3-4、網格種類	32
圖3-5、模型實體網格圖（模型1）	32
圖3-6、模型網格品質（模型1）	34
圖3-7、GPPS POLYREX PG-22 [36]	36
圖3-8、GPPS POLYREX PG-383 [36]	38
圖3-9、通用型黑色色母	38
圖3-10、共射實驗流程圖	42
圖3-11、大愛立式共射出成型機	44
圖3-12、油循環溫度模溫機	46
圖3-13、塑料乾燥機	48
圖3-14、塑料乾燥機尺寸標示[39]	49
圖3-15、一模三穴實驗成品設計模型 1	50
圖3-16、一模三穴實驗成品設計模型 2	50
圖3-17、一模三穴實驗成品設計模型 3	51
圖3-18、本研究使用模具的詳細內部結構圖	52
圖3-19、金相試樣研磨拋光機	54
圖3-20、拋光粉（氧化鋁粉）	55
圖3-21、水砂紙及研磨布（數字越大越細）	56
圖3-22、界面量測流程圖	58
圖3-23、共射成品切割流程與觀察模穴中垂直流動方向及翹曲變形量測流程示意圖	59
圖3-24、實驗成品翹曲變形量測位置定義	59
圖3-25、數值分析翹曲變形量測方法	60
圖4-1、改變不同充填速率之流動行為；當核心層熔膠抵達L1(流道1終點)或L2(流道2終點)之流動行為	62
圖4-2、核心層在流道滲透之剖面圖	62
圖4-3、核心層在流到垂直流動方向滲透之剖面示意圖；(a)為低流率(b)為高流率	63
圖4-4、模型1在充填結束瞬間不同充填速率之流動行為	64
圖4-5、模型1充填短射圖	65
圖4-6、模型1在相同流速(流率10 cm3/s)及應用不同材料之情況下：共射成型充填結果	65
圖4-7、模型1在相同流速(流率50 cm3/s)及應用不同材料之情況下：共射成型充填結果	66
圖4-8、模型1模溫改變對共射系統核心層滲透現象之影響	66
圖4-9、模型1料溫改變對共射系統核心層滲透現象之影響	67
圖4-10、不同幾何設計影響皮層/核心層界面變化，其中黑色虛線為產品的部分	70
圖4-11、不同幾何設計影響皮層/核心層界面變化，其中黑色虛線為產品的部分	75
圖4-12、透過不同導流板之設計，可有效控制皮層/核心層界面變化	75
圖4-13、連通區域體積對平衡度影響	78
圖4-14、模型1單射實驗短設驗證	80
圖4-15、模型1共射成型實驗短設驗證	81
圖4-16、模型2單射實驗短設驗證	82
圖4-17、模型3單射實驗短設驗證	82
圖4-19、模型3共射實驗短設驗證	83
圖4-20、模型1流率影響驗證	84
圖4-21、模型2流率影響驗證	85
圖4-22、模型3流率影響驗證	85
圖4-23、三個模穴中心點垂直流動方向剖面圖	87
圖4-24、模穴1翹曲變形後厚度比較	88
圖4-25、模穴2翹曲變形後厚度比較	88
圖4-26、模穴3翹曲變形後厚度比較	89
圖4-27、平衡度之定義與操作	91
 
表目錄
表3-1、模型尺寸表	31
表3-2、網格品質定義的數值範圍 [34]	34
表3-3、各模型網格品質表	35
表3-4、GPPS POLYREX PG-22物性表 [37]	37
表3-5、共射成形之操作條件	40
表3-6、研究使用之軟體	43
表3-7、實驗設備與材料	43
表3-8、大愛立式共射出成型機規格表[37]	45
表3-9、油循環溫度模溫機規格表[38]	47
表3-10、塑料乾燥機規格表[39]	49
表3-11、模具零組件清單	53
表3-12、金相試樣研磨拋光機規格表	55
表4-1、不同成型條件之平衡度	67
表4-2、各模型的相對平衡度	79

1.	P.J. Garner and D.F. Oxley, British Patent 1,156,217, 1971.
2.	V. Goodship and J.C. Love, “Multi-Material Injection Molding”, Rapra Review Reports 145, 13, pp. 1-31, 2002.
3.	S.-P. Sun, C.-C. Hsu, C.-T. Huang, K,-C. Huang and S.-C. Tseng, SPE ANTEC Tech. Paper, Paper No. 1258422, 2012.
4.	R. Seldén, Polymer Engineering & Science, 40, 1165, 2000.
5.	Ilinca, J.F.Hetu, A.Derdouri, “Numerical investigation of the flow front behaviour in the co-injection moulding process”, Wiley InterScience, Canda, 2005.
6.	M. Gomes, D. Martino, A.J. Pontes, and J.C. Viana, Polymer Engineering & Science, DOI: 10.1002 /pen.22012, 2011.
7.	D. Messaoud, B. Sanschagrin, A. Derdouri, Polymer composites, Vol. 26, No. 3, pp.265-275, 2005.
8.	W.M. Yang, H. Yokoi, Polymer Testing, 22, pp 37-43, 2003.
9.	Hsiu-Hui Yang, Chao-Tsai Huang, Hsien-Sen Chiu, Jimmy C.Chien, and Anthony Wen-Hsien Yang, SPE ANTEC, 2015.
10.	Chao-Tsai Huang, Chih-Chung Hsu, Rong-Yeu Chang, and Shi-Chang Tseng, ”Cavity Effect on Core Penetration in Co-Injection Multi-Cavity Molding”, SPE ANTEC Tech. Paper, 2016.
11.	Che-Ping Lin, Shih-Po Sun, Chao-Tsai Huang, “Investigation on warpage and its mechanism in co-injection molding ,” ANTEC conferences, 2014.
12.	蔡明宏, “射出成形模具模穴內(Intra-Cavity)流動不平衡問題探討與改善對策“, 科盛科技股份有限公司, 新竹, 台灣。
13.	黃品儒、曾世昌, “共射射出成型觀察多模穴流動情形與翹曲變形之研究”, 國立雲林科技大 學機械工程學系, 碩士論文, (2016)。
14.	Sai S. Young, James L. White, Edward S. Clark, and Yasushi Oyanagi，”A Basic Experimental Study of Sandwich Injection Molding with Sequential Injection”，Polymer Engineering And Science, vol. 20, No. 12, August, 1980. 
15.	C. T. Li, A. I. Isayev, “Interface development and encapsulation in simultaneous coinjection molding. I. Two-dimensional modeling and formulation “, Ohio, Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 88: 2300–2309, 2003.
16.	A.I. Isayev,Nam Hyung Kim, ”Co-Injection Molding of Polymers”, Injection Molding Technology and Fundamentals, Pages 851-915, 2009.
17.	張榮語, ”射出成型模具設計-模具設計”, 高立圖書有限公司, 2001.
18.	張榮語, ”射出成型模具設計-操作實務”, 高立圖書有限公司, 2001.
19.	Oswald, Turng, Gramann, Injection Molding Handbook, Hanser Publishers, New York, 2001.
20.	孫雨涵、陳惠俐, “探討共射程行條件對多模穴料量平衡之影響”, 遠東科技大學電腦應用工程研究所, 碩士論文, 2011。
21.	G. Schlatter, J. F. Agassant, A. Davidoff, M. Vincent, “An Unsteady Multifluid Flow Model:Application to Sandwich Injection Molding Process”, France, Polymer Engineering and Science, January, vol. 39, No. 1., 1999.
22.	MeltFlipperTM 多模穴流道平衡專利技術, Beaumont Technologies, Inc., 2000。
23.	F. Ilinca, J.F. Hetu, and A. Derdouri, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 50, 1445, 2006.
24.	M.Gomes, D.Martino, A.J. Pontes, J.C. Viana, “Co-injection Molding of Immiscible Polymers: Skin-Core Structure and Adhesion Studies”, Portugal, Polymer Engineering and Science, 2011. 
25.	韓麗龍、王世捷, “多模穴產品流動不平衡之CAE分析與實際射出研究”, 2013模具暨應用產業技術論文發表會論文集, 2013.
26.	張永彥, 塑膠模具設計學-理論、實務、製圖、設計，全華圖書股份有限公司, 2008.
27.	陳劉旺、丁金超, 高分子加工, 高立圖書有限公司, 2001.
28.	Watanabe, D., et al.,” Flow Behavior of Sandwich Injection Molding in Sequential and Simultaneous Injection”, International Polymer Processing, 18(2): p. 199-203, 2003.
29.	Patcharaphun, S. and G. Mennig,” Simulation and Experimental Investigations of Material Distribution in the Sandwich Injection Molding Process”, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 45(6): p. 759-768, 2006.
30.	Ilinca, F. and J.F. Hétu,” Numerical Simulation of the Flow Behavior and Breakthrough Phenomenon in Co-Injection Molding”, AIP Conference Proceedings, 908(1): p. 313-318, 2007.
31.	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, 1997.
32.	Moldex3D R14 online help, ” Solution Add-ones進階模組，共射成型模組”.
33.	寧波海鷹塑料機械有限公司，http://www.dhaiying.com/s501974148.html
34.	Moldex3D R14 online help, ” 標準模型, Moldex3D Mesh, 網格品質定義”.
35.	Moldex3D R14 online help, ”標準模型, Moldex3D Mesh, 實體(solid)網格-理論”.
36.	Moldex3D R14,”Moldex3D 材料精靈”.
37.	奇美實業股份有限公司，General PS POLYREX® Characteristics PG-22，No.59-1，May 2, 2013.
38.	大愛機械有限公司，http://www.taaico.com/zh/product/70337.html
39.	蘇州緯吉精機有限公司，http://www.weichigz.com/zh-TW/displayproduct.html?proID=45351
40.	信易電熱機械股份有限公司，文宣，https://www.shiniusa.com/wp-content/uploads/2016/09/SHD-Standard-Hopper-Dryer-Ver.D.pdf
41.	Moldex3D R14 online help, ”分析設定, 後處理, 結果解釋, 充填, 流動波前時間-競流效應”.
42.	Ilinca, F. and J.F. Hétu, “Numerical Simulation of the Flow Behavior and Breakthrough Phenomenon in Co-Injection Molding”, AIP Conference Proceedings, 908(1): p. 313-318, 2007.
43.	James L. White and Biing-Lin Lee, “An Experimental Study of Sandwich Injection Molding of Two Polymer Melts Using Simultaneous Injection”, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, JULY, Vol. 15, No. 7, 1975.
44.	Qingsheng Liu, Jie Ouyang, Wen Zhou, Xiaoyang Xu, Lin Zhang, “Numerical Simulation of the Sequential Coinjection Molding Process Based on Level Set Method”, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, 2015.
45.	Hsiu-Hui Yang, Chao-Tsai Huang, Hsien-Sen Chiu, Jimmy C.Chien, and Anthony Wen-Hsien Yang, SPE ANTEC Tech. Paper, 2015.
46.	Qi Li, Sung Rok Choo and John P. Coulter, “AN INVESTIGATION OF REAL-TIME MONITORING OF SHEAR INDUCED CAVITY FILLING IMBALANCES DURING POLYMER INJECTION MOLDING”, SPE ANTEC™ Indianapolis, 2016.
47.	Chih-Chung Hsu, Chao-Tsai Huang and Rong-Yeu Chang, “Simulation of dynamic gas penetrations on fingering behaviors during gas-assisted injection molding”, J Polym Eng, 2017.
48.	Dymond, J.H. and R. Malhotra, The Tait equation: 100 years on. International Journal of Thermophysics, p. 941-951, 1988.