多層膜之界面缺陷會大幅影響產品性質，如透明度(transparency)、層 間接著力(layer adhesion)等，如圖 1-4[6]。而塑料之基本流變性質及流動行 為是決定界面缺陷產生之關鍵，因此高分子流變性質對於設計共押出模具 及進料區塊極為重要，且當選擇共押出產品之材料時必須考慮到塑料之流 動行為，以減少界面缺陷之產生。一般傳統加工中，均是以經驗及試誤法 (trial and error)調整加工參數來解決共押出製程之界面缺陷問題，相當費時 費力及消耗成本，因此在要求高精密度之加工製程中，必須藉助模擬分析 解決。
(A)
(B)
圖 1-4 界面不穩定對膜之清晰度影響[6]
(A)近距離清晰度 (B)相隔 3 英吋遠清晰度
第一章 緒論
1.2.1 界面不穩定現象(Interfacial instability)
非牛頓流體之黏度為押出溫度及剪切率之函數，而押出溫度及剪切率 之函數在模具內會不斷改變，特別是當塑料為靠近壁面處之外層塑料更會 有極大之剪切率，因此也造成流動不穩定(flow instability)現象發生。流動 不穩定會造成流體界面扭曲，甚至於不同層塑料之內部混合(intermixing)。
界面不穩定現象包括高度不規律之鋸齒形不穩定(zig-zag instability)及較規 律之波浪形不穩定(wave instability)。鋸齒形不穩定為小振幅高頻率之界面 缺陷，而波浪形不穩定為高振幅低頻率之界面缺陷，如圖 1-5[7]。
圖 1-5 界面不穩定現象 (A)鋸齒形 (B)波浪形
(A)
(B)
第一章 緒論
最常見之界面不穩定現象為鋸齒形不穩定，其鋸齒尖端指向於流體流 動方向。文獻[8]中指出，當流速極低時，界面相當平穩，無任何流動不穩 定現象，如圖 1-6 (A)。當流速增加，界面逐漸開始出現波浪般之震幅，但 仍不明顯且可能不至於影響薄膜性質，如圖 1-6(B)。而當流速極大時，界 面扭曲現象明顯變得極為嚴重。當愈多波浪形震幅發生，模具內之速度梯 度會將波峰往前推擠成為似摺痕之狀況，愈多摺痕使流體界面愈雜亂甚至 出現不同層塑料之內部混合，此現象稱為鋸齒形不穩定現象，如圖 1-6(C)。Schrenk[8, 9]亦指出押出多層膜之鋸齒型不穩定是由界面間過大的剪 切應力造成。
(A) (B)
(C)
圖 1-6 鋸齒形(zig-zag)不穩定現象示意圖[8]
界面初形成時，是波浪形不穩定是否發生之關鍵，因上下層不同塑料 之流速及流變性質差異，使進料區塊內部流體匯合處發生波浪形不穩定現 象。此不穩定現象如同一連串橫跨於寬度方向之拋物線，向流動方向凸 出。當外層塑料厚度相對於內層塑料較薄時，波浪形不穩定更易發生。鄰 近層間塑料之拉伸黏度差異亦是波浪形不穩定發生原因之ㄧ。流動系統或 幾何之不對稱性更使得波浪形不穩定愈加嚴重。
第一章 緒論
1.2.2 層間不均勻性(Layer-to-layer non-uniformity)
由於不同高分子塑料擁有不同之流變參數，故其流動特性也不相同，
當以兩種或兩種以上不同之高分子塑料同時押出時，流體界面會因上下層 流體之流動特性差異而產生包覆現象，一般傳統加工皆是將成品邊緣裁切 丟棄，如圖 1-7[10]。黏度為影響包覆現象原因之ㄧ，低黏度之塑料會流向 高剪切率之壁面並包覆高黏度之塑料。高分子彈性對於界面包覆現象之影 響亦相當重要[10-13]，彈性性質明顯之高分子塑料會產生垂直於押出方向之 二次流動(secondary flow)，進而使流體界面產生包覆現象，且流動路徑愈 長包覆程度愈加明顯至完全包覆，如圖 1-8[14]。
圖 1-7 界面包覆現象示意圖[10]
為改善流體界面之不均勻性問題，經由特殊設計之進料區塊可藉由改 變內部流道之幾何形狀，使上下層流體之流量均勻化，並減輕包覆現象發 生之趨勢，如圖 1-9。此特殊設計雖可減輕流體界面之包覆現象，但實際 上不同之高分子塑料流變性質差異極大及其流動特性相當複雜，故此特殊 設計之效果及適用範圍不大。
第一章 緒論
出口截面包覆角度(℃)
無因次化流道長度
(L/D)
高黏度塑料 低黏度塑料
圖1-8 界面包覆發展示意圖[14]
Action Result
Result
Action Result
Result
Action Result
Result
Action Result
Result
圖 1-9 進料區塊設計及其效益 ηA＜ηB
ηA＜ηB
ηA＜ηB
ηA＜ηB
第一章 緒論