在過去已有許多研究人員從事於高分子兩相流之研究，主要研究模具 內兩相流體可能造成界面不均勻及製程成本之界面變化現象[14-16]，以及會 嚴重影響產品性質及價值之界面不穩定現象[15, 17]，這些研究皆著重在影響 界面形狀變化及界面不穩定之兩相流體流動機制。
1.3.1 界面不穩定文獻回顧
Chisholm與Schrenk[2]首先於 1971 年獲得共押出進料區塊(feedblock)專 利。Schrenk[17]並提出界面不穩定之發生與界面剪切應力之臨界值有關，當 超過此臨界值即發生界面不穩定現象，藉由減少界面剪切應力可有效避免 界面不穩定現象發生，而此研究所指為鋸齒形不穩定現象。Schrenk[8]提出 可採取以下措施減少界面剪切應力之影響：
(1) 增加多層膜外層厚度(使界面位置離開有較高剪切應力之模壁面)。
(2) 加大模唇(die lip)出口尺寸(使模具內各處剪切應力下降)。
(3) 降低押出率(使模具內各處剪切應力下降)。
(4) 降低外層塑料黏度(使模具內各處剪切應力下降)。
上述之最後一項雖可降低剪切應力，但會造成不同高分子塑料之黏度差異 並產生包覆現象而失去多層膜之界面均勻性，但在Schrenk[8]之研究中使用 冪次流體模型(power law fluid)無法觀察到此現象。在Han[18]之研究中指出 Schrenk之臨界剪切應力理論會受層間重整(layer rearrangement)及厚度影 響，其實驗並指出各層流體之黏度比及彈性比與界面不穩定現象有關。
Mavridis及Shroff[6]在其 1994 年之研究中提出藉由減少界面剪切應力及鄰近 層間高分子彈性差異以緩和界面不穩定現象。
Ramanathan[7]等人在 1996 年首先將界面不穩定現象分為鋸齒形及波浪 形，1996 年前則皆稱為界面不穩定之不規則(irregularity)現象。Tzoganakis
第一章 緒論
及Perdikoulias[19]於 2000 年實驗研究指出波浪形不穩定與高分子塑料拉伸 性質及流體匯流處(merging area)之流體形變有關，隨後Zatloukal[20-22]及 Martyn[23-25]等人於 2001-2004 年之研究中，以TNSD (total normal stress difference)作為探討第一正向應力差對於波浪不穩定現象之指標，如圖 1-10。
除上述主要之研究以外，另有其他許多關於黏度差[26-28]、表面張力
[29]、臨界剪切應力[8, 30]、流動模型之黏度參數[31-33]以及彈性[9, 34-41]等對於界 面不穩定影響之研究。
圖 1-10 界面不穩定時之TNSD變化[20]
1.3.2 層間不均勻性文獻回顧
在許多實驗研究中[14-16, 41-44]皆指出高分子塑料之黏度差異會使得低黏 度流體趨向包覆高黏度流體。Everage[14]提出包覆現象可分為兩個部份：第
第一章 緒論
一部分為靠近流體匯流處發生快速之流體重整(rapid fluid rearrangement)現 象，如圖 1-11(B)，第二部份則為逐漸增加之包覆現象，如圖 1-11(C)，但 在其研究中並未合理解釋包覆現象逐漸增加之原因。相對於黏度差異之影 響，White[45]指出擁有較高二次正向應力差(second normal stress difference) 之流體會形成突起形狀(即是被另一流體包覆)，但其研究中並未考慮到黏 度之影響。然而在Lee及White[43]隨後之實驗研究中證實低黏度流體包覆高 黏度流體之現象，但包覆現象與流體間之彈性差異無關，因此指出黏度差 異為影響界面形狀之主要因素。Southern[44]及Khan[46]之研究中提出黏度比 對於包覆現象之影響更甚彈性比，但在其研究中使用了極多之假設，與實 際共押出情況可能有差異。Gifford[47]則針對雙層共押出牛頓流體通過矩形 流道時，兩流體間之黏度比、流量比、模口形狀與分界面(separation plane) 對三維共押出流體界面扭曲度(Degree of Distortion)之影響進行探討。
圖 1-11 界面包覆階段示意圖[14](A)初始界面 (B)流體重整 (C)包覆增加
高黏度 高黏度 高黏度
低黏度
低黏度 低黏度
(A) (B) (C)
黏度對於界面不均勻性之影響已有較多之了解，近年來之研究則多著 重於第二正向應力差。在Debbaut及Dooley[10-13, 48, 49]等人之研究中使用不同 染色之相同高分子塑料討論第二正向應力差對於流動之影響，如圖 1-12，
指出流體界面扭曲現象是因黏彈流體之二次流動所造成，而二次流動是由 第二正向應力差造成，並以數值解與實驗結果對照。Uwaji及Legat[50]使用 黏彈模型進行三維分析，指出第二正向應力差可能影響界面形狀之發展。
第一章 緒論
Takase[51]等人使用三維黏彈數值模擬進料區塊之流動，並指出包覆現象不 僅受流體黏性影響，亦受流體彈性及系統非線性影響。
圖 1-12 高分子塑料於方形流道中之二次流動現象[47]