混合是高分子加工過程中是一道相當重要的程序，從字面上解釋 可以是混合物（mixture）也可以是混合（mixing）。前者所表示的是 在一個擁有二種或二種以上以一定成份或者是任意比例組合而成的 狀態，而後者則是降低混合不均勻性（nonuniformity）的一種操作 過程，兩者的差別在於一種是狀態（state）而另一是一種程序
（mechanism）。然而，要達到混合的效果可經由以下途徑：
1. 分子擴散（molecular diffusion）：通常發生在氣相或黏 度較 小的液 相為主 要相且 具有濃 度梯度 （concentration gradient）的程序中。
2. 渦 流 擴 散 （ eddy diffusion ）： 此 種 狀 況 發 生 在 紊 流
（turbulent flow）流動下，藉由分子與分子間密集的碰撞 所產生的渦流來達到彼此混合的目的。
3. 整體擴散（bulk diffusion）：由於流體粒子在流動系統下 從空間中的某一位置移動到另一位置所帶來主要成份相與添 加成分相兩者界面面積增加的一種機制。
從以上三點看來，一般由於高分子流體本身是一種黏度相當高的 物質且在加工過程中我們均以層流混合（laminar mixing）來處理，
若從分子擴散及渦流擴散的角度去分析似乎無法達成，所以若是以能 將次要相均勻分佈在主要相中做分配式混合的話，我們是採流體通過 一 靜 止 混 合 器 （ motionless mixer ） 造 成 流 體 的 重 新 排 列
（rearrangement）為一原則以達整體擴散。
2.2 混合元件設計要點
一般混合元件設計上需注意下面列舉之要點：
1. 高分子流體通過混合元件時，須消耗較小的壓力降，以利高 分子融熔液的輸送。
2. 高分子融熔液必須以流線流動，以順利通過混合元件，避免 造 成 停 滯 (dead spot) 現 象 發 生 ， 而 使 高 分 子 產 生 劣 化
（degradation）降低品質。
3. 混合元件應該完全掠掃過套筒筒壁，如此以利熱流的傳導，
以及清除附著於壁上的殘餘高分子。
4. 混合元件要容易拆裝清洗及不容易損壞。
5. 混合元件要容易製造及價格要合理且便宜。
根據這些要點所設計出來的混合元件大致分為二類，一種為分配 式混合元件，另一種為分散式混合元件。分配式混合元件主要是藉由 在流場中增加其流動的阻力，不斷的分割其流場，一方面可以增加主 成分與添加成分的接觸面積，將添加成分均勻分佈於主成分中，達到 均勻分配的效果，另一方面亦可以增加高分子熔融液在流道中滯留的 時間，但相對的是會造成出料減少的狀況，因此我們在壓降及推進高 分子熔融液的能力上必須考慮到此一因素，應避免選用太過於複雜或 者是較易損耗壓降的混合元件。高分子流體是一種對溫度相當敏感的 物料，在通過分配式混合元件時，我們必須使其以流線流動，盡量避 免停滯的產生，否則高分子物料會因為過度的加熱而超過其玻璃轉換 溫度（glass transition temperature）進而產生劣化，最後影響到 出料的品質。在加工過程中，我們在乎的不僅是物料在成分上是否混 合均一，更要考慮到在溫度上是否也達到受熱均一的效果，較佳的混 合元件是要增加而不是降低熱傳效應，因此混合元件在選擇上應避免
與套筒筒壁間有溝槽，應完整掠掃過套筒筒壁。在業界有許多不同的 混合元件一直在推陳出新，但有一些仍無法進入實用的階段，原因是 有些混合元件對操作員而言在使用上不容易上手，以致在組裝、清 洗、試車、甚至是拆卸都過於繁雜，從經濟效益的觀點看來，任何的 加工過程只要在時間上能掌握先機，就能夠獲得最大的利益，所以我 們在選擇混合元件上也必須考量到機械的熟稔度。然而在成本的考量 下，另一個關鍵便是混合元件的製作，原則上當然是以便宜、耐用為 第一要件，因為過於精細的混合元件，往往單價都不斐，此外也不一 定會達到更好的分配效果，需視情況而定。
而在混合元件的設計歷程中，最早可溯及 1950 年當時已有混合 元件的專利發表。如 Braibanti 等人在 1952 年做出數種 Pin mixing elements；Dulmage 於 1956 年申請了 Dulmage mixing element 的專 利；Saxton 於 1961 年製造出 Saxton mixing element；Barr 等人也 在 1970 年做出數種 Pin mixing elements 的改良混合元件。而 Rauwendaal 將各種不同的分配式混合元件根據壓降、流線流動、套 筒掠掃、操作員熟稔、機械成本、剪切形變及分裂重新位向等不同的 程度做一歸納比較，而得到表 1。總評上看來 Saxton 為最佳的混合 元件，此外，Double blockhead 亦有不錯的分散能力。
2.3 分配式混合元件的發展
針對一個有效率的分配式混合元件而言必須要有兩項特性，一是 流體須受到大量的剪切形變（shear strain），二是流體元素需高頻 率的受到分裂而達到重新排列。因此，專家學者們掌握以上原則便發 展了許多不同幾何形狀的混合元件，有些因為效果不佳所以僅只限於 專利發表，但也有些已大量在業界中使用。
基本上任何可以擾動螺桿內的速度分布即會造成分配混合效 應，一般分配式混合元件如 pin mixing section，如圖 2 所示，這 些 pin 會擾亂速度分布而造成混合，現今已有很多不同關於 pin 混合 元件的專利被發表，而大部分只有改變一些細部構造使其可發揮最大 效率。
另一種我們常見的 Dulmage mixing section， 如圖 3 所示，
Dulmage 混合元件是一種多重板的混合器，周圍有許多擋板所形成的 溝槽環繞於圓柱上，高分子融熔體被分割而後進入許多狹窄的溝道中 再會合，而後再一次分割會合的步驟。這種混合專利是 40 年前 Dow chemical 公司所發展出來的[18]，但這混合元件的缺點是周圍環繞 紋路的設計，讓擋板與擋板間的間隙與與軸向垂直，使套筒上的高分 子無法完全被螺桿所掃除，這將會造成高分子的滯留以及降低融熔高 分子及套筒間的熱傳效應。
另一種類似 Dulmage 混合元件構造的混合元件為 Saxton 混合元 件，如圖 4 所示，而 Saxton 與 Dulmage 混合元件之不同處為 Saxton 之周圍溝槽分布較 Dulmage 的方向更為螺旋形，即擋板與擋板間的間 隙與與軸向成螺旋形，其優點是 Saxton 比 Dulmage 更能完全掃除套 筒表面，這樣大大降低高分子停滯，及融熔高分子與套筒間的熱傳導 不良的機會，而這螺桿的專利時 1961 年時由杜邦公司發展出來的 [19]。
此外一種常用的混合元件為 pineapple mixer，如圖 5 所示，
pineapple 混合元件是由 Saxon 混合元件改良過來的，其攪拌葉瓣呈 現菱形，而 pineapple 混合元件是由 Rios 做實驗及經過邊界元素法 (boundary element method)模擬其流動所發展出來的[20，21]。
此外有一種簡易的幾何形狀的螺桿叫 Slotted extruder screw，
如圖 6 所示，是由瑞典的 Axon 公司發展，並擁有許多歐洲的專利[22]。
還有一種新款式的混合螺桿由 J.Fogarty 所發展出來的[23]，如 圖 7 所示。這種螺桿叫渦輪螺桿(Turbo-Screw)，它擁有長方形開口 建構於螺桿的擋板上，可以增強混合及熱傳效率的提昇。專利提到這 種螺桿的幾何形狀構造須考量到擋板的高度，而這種設計如要應用在 押出操作上則擋板需要較深的考量，不然擋板上的開口過小會造成高 分子融熔體無法通過開口，使其混合及熱傳的效率無法發揮[24]。例 如用於發泡塑膠的押出中，螺桿的擋板較深，被用於第二台押出機中 來降低融熔高分子的溫度，現在渦輪螺桿已經被廣泛應用於發泡塑膠 押出上，並已經改進大押出量時的混合效率及熱傳量。
另 一 種 分 配 式 混 合 機 制 叫 孔 洞 傳 送 混 合 (cavity transfer mixing-CTM)，如圖 8 所示，這種混合方式是由 RAPRA 公司的 Gale 所 研發出來的。早於 1961 年的專利中就有詳細探討橫向孔洞混合裝置 的概念[23]。CTM 混合裝置中孔洞分布於套筒殼表面及螺桿旋轉部分 的表面上，它可使高分子融熔體做剪切及重新配向的效果很好。另一 種混合元件類似 CTM 混合元件其比 CTM 更早由德國 Barmag 發展出來 [25]，這種混合裝置據說擁有分散及分配混合的功能，可以將混合的 顆粒材質降到 10-6m 的範圍左右。
類似 CTM 混合裝置的元件我們稱為 Staromix，它的孔洞與 CTM 最大不同點為 Staromix 位於軸向的孔洞呈現橢圓形。德國另有一家 押出機製造公司則將橢圓孔洞設計成在軸向呈螺旋形。其他也有數種 混合裝置其特點與 CTM 相當類似，大部分皆是從 RAPRA 的專利所衍生 出來的。CTM 跟之前一些分配式混合元件有著同樣的缺點，就是螺桿 無法完全掃除套筒表面，還有 CTM 非常難清理並可能造成動作停滯。
於此 CTM 這裝置不方便經常更換不同的物料，以及短時間的操作，因
為更換一次物料的時間相當耗時，其清洗的時間大約就需花費兩至三 個小時。除了以上的缺點外，CTM 裝置非常昂貴，且沒有產生壓力的 能力，所以基於以上種種於是 CTM 的使用並不廣泛。
此外有一種特徵與 CTM 相當類似的混合裝置，由紐西蘭的大學所 研發出來，且在多個國家擁有專利[26]。這種混合器叫做 Twente Mixing Ring or TMR。這種混合器在螺桿上也有與 CTM 相類似的半 圓孔洞，然而它在套筒內表面並沒有孔洞[27，28]，它的構造如圖 9 所示，螺桿外有一套管，其套管與螺桿為一體之裝置，如圖 10 所示，
且套管與螺桿各鑿上孔洞，如此一來高分子流體便可藉由套管與螺桿 間之空隙，以及套管與套筒間之空隙進行流動，如此一來便可增加切 割流場的的範圍與次數。環的運動在 TMR 中是靠螺桿給它的拖曳運 動，但其轉速較慢，可是高分子流體通過螺桿、套管、套筒三者間的 模式與 CTM 相類似。而 TMR 比 CTM 好的優點為 TMR 中其套筒內表面不 須另外在上面鑿洞，這樣可以省下不少金錢，而且就可多運用在其他
且套管與螺桿各鑿上孔洞，如此一來高分子流體便可藉由套管與螺桿 間之空隙，以及套管與套筒間之空隙進行流動，如此一來便可增加切 割流場的的範圍與次數。環的運動在 TMR 中是靠螺桿給它的拖曳運 動，但其轉速較慢，可是高分子流體通過螺桿、套管、套筒三者間的 模式與 CTM 相類似。而 TMR 比 CTM 好的優點為 TMR 中其套筒內表面不 須另外在上面鑿洞，這樣可以省下不少金錢，而且就可多運用在其他