高分子押出與共押出製程

押出製程為一主要之高分子塑料加工製程。高分子原料經由熔化 (melting)、傳送(transportation)及模具成型(shaping)等步驟之連續製程可得 到所要求之產品形狀、熱性質及機械性質等。目前常見的高分子加工方法 有押出成型、射出成型、吹壓成型、熱壓成型、發泡成型、壓延加工、塗 布等，依照不同的產品需求，選擇適當的加工方法與設備。押出成型是最 常用的高分子加工方法，主要是利用押出機把粉狀、粒狀或丸狀的高分子 材料與添加劑，加熱熔融後經由螺桿的輸送，再把這熔融物質從定型模頭 裡連續不斷地擠出，經過冷卻以後，可以形成連續的產品。這些產品包括 膠管、膠片、各種異型剖面製品等。押出成型包含薄膜押出、管材押出、

板材押出及異型押出等。其中薄膜(film)為高分子重要產品之一，在工業上 廣泛應用於食品包裝、藥品包裝等包裝薄膜，而各種薄膜產品依用途要求 需 具 有 阻 水 性 (water barrier) 、 阻 氧 性 (oxygen barrier) 、 抗 紫 外 線 (UV barrier)、高機械強度(high mechanical strength)、光澤或透明性等多種功 能。共押出成型的目的主要是提升材料特性跟降低成本，雖然單一高分子 塑料製作之單層薄膜無法同時滿足上述要求，但共押出製程則改善了此種 狀況。

一般塑膠板、膜使用多層化之優點如下：

(1)可提升材料組合顏色或透明度不同之塑料，以提升遮光或透視效果。

(2)合不同塑料以達到特殊之性質要求。

(3)層膜之ㄧ部分加以發泡或強化，可增加整體強度。

但亦有以下缺點及問題：

(1)多層膜製造設備成本高於單層膜成形機。

(2)多層膜之再生利用困難。

(3)模具及成形法之專利很多。

(4)不同塑料間之接著性。

(5)多層膜之界面不穩定現象。

共押出製程(coextrusion)以單一模具同時押出兩種或兩種以上高分子塑 料成為層狀結構(lamellar structure)之板材、薄膜或管材等產品，經由同時 押出多種高分子塑料可得到獨特之產品特性以及減少成本花費，在高分子 加工業上極受重視。共押出薄膜可由吹模製程(blown film)或平模製程(flat die)得到。本論文中僅探討平模製程之共押出流動問題，而平模製程製造 多層板、膜時，大致上可分為兩種方法：

1. 多歧管模具(Multi-manifold)：

高分子熔膠分別流過各自歧管模具(manifold die)並形成所要求之形 狀，之後匯流成層狀離開模口成形，如圖 1-1。此方法可針對不同高分子 之流變性質及操作溫度分別設計其分歧管通道，避免不同層之高分子熔膠 有較大之流體性質差異時，產生界面不穩定等問題。此方法有以下優缺 點：

優點:

(1) 可精準調整各層膜之厚度。

(2) 適用流動特性差異極大(如分子量相差很大)之高分子塑料，因此 可成形之材料範圍較廣。

缺點:

(1) 各歧管間之絕熱設計不易克服。

下述之進料區塊較為有利。

圖 1-1 多重分歧管模具(multi-manifold die)示意圖

2. 進料區塊(Feedblock)/單歧管模具[2, 4]：

不同於前述方法，此方法將多層高分子熔膠預先經由進料區塊組合為 層狀再進入歧管模具，如圖 1-2。此方法為使用舊有之傳統模具在前端接 一進料區塊整合來自不同押出機之塑料再進入模具內成為多層共押出物，

此進料區塊之作用在整合(combine)與分配(arrange)不同之高分子使之以均 勻厚度通過模口，以提供多元共押出加工(coextrusion)生產多層板、膜時之 調整彈性，如各層厚度等。此方法有以下優缺點：

優點:

(1) 構造簡單且可沿用舊有之押出機及模具。

(2) 極易增加層數。

缺點:

不同層高分子熔膠之流動特性不可相差太多(如黏度及剪切率等)，否則 極易在多層板、膜之界面產生流動不穩定現象及失去厚度分佈均勻性 (uniformity)。

因此共押出模具設計需要對於三維共押出流動有深入之了解[4]。儘管有以 上缺點，但進料區塊/單歧管模具比起多歧管仍然較為廣泛使用。

圖 1-2 共押出進料區塊/單歧管模具(feedblock)示意圖