三明治注塑成型：如何在保持表面质量的同时降低材料成本

三明治注塑成型，亦称为共注塑成型，是一种多材料成型工艺，可在成型产品的壁厚方向形成分层结构。

 

 

在典型的顺序注射工艺中：

     1.  表层材料首先注入型腔，并沿着模具表面流动。

     2.  在型腔尚未填满之前，注入芯层材料。

     3.  芯层材料沿着仍处于熔融状态的表层材料中央向前推进。

     4.  可选择在最后再次注入表层材料，以封闭浇口区域，并协助将芯层完全包覆。

完成后的产品通常具有「表层／芯层／表层」的截面结构，产品可见表面主要由表层材料决定，而内部芯层则可根据成本、刚性、重量、再生材料含量或其他功能需求进行选择。

这与传统的双色注塑成型不同，双色注塑通常是将不同材料配置于产品不同的可见区域；而三明治注塑成型则是将不同材料配置于相同截面的不同层次。

 

 

 

其主要的经济优势来自于材料配置。

这种计算方式，比直接宣称可节省固定百分比更具可靠性。

 

假设某产品重量为 1 kg。

项目	全部使用高级树脂产品	三明治注塑成型产品
表层材料价格	USD 2.00/kg	USD 2.00/kg
芯层材料价格	不适用	USD 1.00/kg
表层比例	100%	55%
芯层比例	0%	45%
每件产品树脂成本	USD 2.00	USD 1.55

在此范例中，在尚未计入设备、模具、工艺及质量成本之前，每件产品可节省 USD 0.45 的树脂成本，相当于 22.5%。

 

 

 

 

表层可使用原生树脂或外观等级树脂，而芯层则可使用相容的再生粉碎回料、工业后再生材料，或符合规范的消费后再生材料。

一项经同行评审的研究案例，以芯层使用 45 wt% 再生材料制造可重复使用的聚丙烯（PP）物流箱。研究亦指出一项重要限制：再生料中的污染物对以刚性为主的性能影响不大，但会影响以强度及耐冲击性能为主的特性。这也表示，即使产品具有良好的外观，仍不能省略机械性能验证。

 

发泡芯层可降低产品重量与材料用量，而致密的表层则有助于控制产品外观质量。

在适当的产品几何条件下，发泡三明治结构亦有助于减少缩痕，最终效果仍取决于产品壁厚、模具温度、发泡条件以及表层包覆程度。工业上的三明治注塑成型案例，包括采用实心 PP 表层搭配发泡 PP 再生粉碎回料芯层的产品。

 

表层材料可根据颜色、光泽、耐化学性、触感或耐候性进行选择；而芯层则可根据刚性、重量、再生材料含量或成本另行选择。

如此即可避免将高成本材料用于整个壁厚，而其高性能实际上仅需应用于产品表面。

 

 

 

 

表面质量是通过在芯层材料注入之前及注入过程中，形成足够且连续的表层来保持的。

芯层材料必须保持在产品内部。当芯层超越表层熔体前沿并到达模具表面时，此缺陷通常称为芯层穿透或芯层外露。

 

第一次表层注射必须提供足够的材料，以覆盖型腔表面，并在芯层推进时保持连续。

若过早切换至芯层，可能产生：

• 芯层外露
• 颜色不均
• 表面流痕
• 在转角或薄壁区域覆盖不足

若切换过晚，则可能降低可实现的芯层比例，限制经济效益。

表层／芯层比例并没有通用标准，工业设备供应商曾公布不同项目的芯层比例约介于 15%～65%；另有实际应用案例达到约 45 wt% 再生芯层或 60% 再生粉碎回料芯层。这些数据应视为特定应用案例的成果，而非一般设计保证。

 

表层材料与芯层材料之间的相对黏度，会影响芯层的形状、厚度及渗透深度。

实验与数值模拟研究显示，芯层渗透情况会受到下列因素影响：

• 表层黏度
• 芯层黏度
• 熔体温度
• 注射速度
• 芯层开始注射的延迟时间

较高的芯层黏度可能形成较厚但较短的芯层区域；而表层温度的变化则可能改变表层厚度及芯层渗透深度。

因此，工艺工程师应在实际剪切速率及加工温度下评估材料黏度，而非仅比较材料规格书上的熔体流动速率（MFR）。

 

芯层通常沿着熔体流动路径的中央推进，其分布会受到以下因素影响：

• 壁厚变化
• 锐角
• 加强筋与柱位
• 流动滞留区
• 熔接线
• 浇口位置
• 流长

相较于尖锐的转角，圆角过渡通常能提供更容易控制的流动路径。

熔接线区域需特别注意，因为芯层在此处的渗透方式可能与周围的壁厚不同。

薄壁产品亦可能限制稳定芯层的形成空间。一家工业设备供应商建议，若希望达到较高的芯层比例，产品壁厚至少应为 1.5 mm；但实际可行的下限仍取决于材料流变特性、产品几何形状及所需的表层厚度。

延伸阅读：薄壁注塑成型：高效、轻量化工艺的关键技术

 

浇口与流道系统必须支持预定的注射顺序，同时避免表层材料过早凝固或芯层材料不受控制地外露。

根据注塑机及模具配置不同，系统可能采用：

• 专用共注塑喷嘴
• 特殊流道配置
• 项目专用热流道系统

不能假设所有三明治注塑成型项目都需要相同的浇口或阀浇口系统。

适当的设计必须依据产品、模具、材料组合及所需的包覆效果来决定。

延伸阅读：直浇道、流道、浇口差在哪？注塑模具设计关键指南

 

采用相同聚合物家族的材料通常较容易作为起始方案，例如：

• 原生 PP 搭配再生 PP
• 原生 ABS 搭配相容的 ABS 再生粉碎回料

不同聚合物之间可能需要使用：

• 相容剂
• 黏结层
• 其他材料策略

相近的加工温度并不代表一定具有足够的层间结合力。

正式量产前应评估下列特性：

• 加工温度范围
• 实际成型条件下的材料黏度
• 模具收缩率
• 层间附着力
• 热膨胀系数
• 吸湿性
• 添加剂相容性
• 最终使用环境中的耐化学性与耐温性

产品在刚完成成型时，即使表面看起来没有问题，仍可能因分层、翘曲、冲击载荷或热循环而发生失效。

 

 

 

在材料、模具及工艺条件尚未完成验证之前，任何工艺都不应保证可获得与实心产品完全相同的表面质量。

当表层形成完整且连续时，产品可见表面通常可保持表层材料原有的颜色、光泽、纹理及外观。然而，表面质量仍可能受到以下因素影响：

• 芯层穿透
• 材料切换时产生的流痕
• 表层厚度不均
• 缩痕
• 翘曲
• 浇口外观
• 再生材料污染
• 各成型周期之间的工艺变异

 

 

 

 

当产品具有较大的材料用量，且表面需求与内部需求不同时，三明治注塑成型最具应用价值。

 

物流箱、周转箱、托盘、料箱及类似产品，可采用具有受控表面质量的材料作为表层，搭配再生材料或发泡芯层。

由于这类产品通常具有足够的壁厚，且每件产品消耗的树脂量相对较高，因此非常适合进行可行性评估。

 

家电面板、工具外壳、家具零件及其他具有外观要求的产品，可采用外观等级表层材料，搭配相容的再生材料或功能性芯层。

但仍须根据最终的层状分布，验证以下性能：

• 耐冲击性
• 螺丝柱强度
• 跌落测试

 

内饰盖板、把手及饰板等零件，可借由将外观需求与刚性或重量需求分离，而获得效益。

汽车应用仍需完成以下验证：

• 尺寸稳定性
• 气味（Odor）
• VOC 挥发性有机化合物符合性
• 温度循环测试
• 耐冲击性能
• 材料长期老化性能

 

共注塑成型可将阻隔材料或功能性材料配置于包装结构的壁厚内部。

若最终的表层封口阶段控制得当，顺序式共注塑亦可在浇口位置将芯层完全包覆。

对于食品接触产品而言，完整包覆芯层并不代表已符合食品法规要求。

仍须评估以下事项：

• 树脂法规认证
• 迁移性能
• 浇口及修边后是否露出芯层
• 制造条件
• 销售目的地国家的法规要求

 

 

 

 

在下列情况下，此工艺可能不是最佳选择：

• 壁厚过薄，无法形成稳定的芯层。
• 产品具有大量尖角转折或复杂的熔接线区域。
• 芯层材料可能因加工、修边或磨损而外露。
• 产品要求高度一致的机械性能，但再生材料质量波动过大。
• 年产量不足以支持模具及工艺开发成本。
• 两种材料的加工温度或收缩率不相容。
• 产品无法接受层状分布的变化。
• 表层与芯层性能无法分别完成验证。

在选择设备或修改模具之前，应先完成可行性评估。

 

 

 

方法	主要原理	表面考虑	最适合的应用
三明治共注塑成型	将不同材料配置于产品壁厚内部	表面主要由表层材料控制	需要兼顾可见表面质量与不同内部材料的产品
发泡成型	在聚合物内部形成发泡孔洞	表面流痕或纹理可能需要额外控制	轻量化、缩痕控制及结构性产品
薄壁注塑成型	降低产品整体壁厚	表面仍可保持均匀，但充填要求较高	包装产品及大批量生产的薄壁产品
将再生料混入原生树脂	将再生材料均匀混合于整个产品	颜色及表面差异仍可能可见	无外观要求或内部使用产品
添加填充材料	改变刚性、收缩率或材料成本	玻璃纤维或矿物填料可能影响外观	结构性或不可见零件

因此，三明治注塑成型应被视为整体材料与产品设计策略中的其中一种方案，而非所有降低成本方法的通用替代方案。

 

 

 

要建立稳定的共注塑成型工艺，通常需要具备以下功能。

 

表层材料与芯层材料需要各自独立塑化，并能分别控制：

• 料筒温度
• 螺杆转速
• 背压
• 注射速度
• 注射压力
• 注射量
• 切换位置
• 保压条件

 

控制系统必须能协调：

• 表层材料注射
• 芯层材料注射
• 最后一次表层封口注射（选配）

稳定且可重复的切换控制至关重要，因为即使注射量或切换位置只有细微变化，都可能改变产品可见表面以及内部层状分布。

 

 

 

华嵘持续进行混合注塑与三明治注塑成型应用的试模与工艺开发。

HRM 系列采用独立的表层注射单元与芯层注射单元，搭配共注塑流道系统及协调式工艺控制，此配置可让操作人员按照预定的表层／芯层注射顺序，设定注射量、切换点、注射速度、注射压力及保压条件。

此次展出的机型为 HRM-200，一台 200 吨三明治注塑成型机，同一套多重注塑开发平台亦可评估其他成型效果，例如大理石纹、分流纹理或渐变过渡。然而，这些效果均需搭配不同的喷嘴、流道、模具、材料及控制配置，因此不应视为所有标准配置均可在无需修改的情况下实现的功能。

 

 

 

华嵘将于 TaipeiPLAS 2026 展出 HRM-200 三明治注塑成型机。

展览将于 2026 年 9 月 15 日至 19 日，在台北南港展览馆 1 馆举行。本届展会官方主题聚焦于智能制造、创新材料、可持续发展及循环经济。

建议准备导入三明治注塑成型项目的参观者携带以下资料：

• 产品图纸
• 壁厚信息
• 目前使用及计划使用的树脂牌号
• 年产量
• 表面质量要求
• 再生材料使用目标
• 机械性能及法规要求

通过这些信息，可更有效评估可实现的芯层分布、注塑机配置、模具设计及预期经济效益。

 

 

 

 

不是。三明治注塑成型是在单一成型产品的壁厚方向形成不同材料层；而传统双色注塑成型通常是利用模具移位、旋转或不同型腔，将不同材料配置于产品不同的可见区域。

 

可以，再生材料是三明治注塑成型最主要的潜在应用之一。然而，再生树脂仍须评估其熔体稳定性、污染程度、含水率、气味、收缩率及机械性能，产品拥有良好的外观表面，并不代表内部的再生材料一定能够满足耐冲击性、耐疲劳性及长期可靠性等性能要求。

 

有可能。现有模具的浇口、流道、排气及产品几何形状，必须能够支持两种材料依次流动，部分模具可通过修改后继续使用；但其他产品则可能需要重新制作模具，或采用专用的共注塑流道设计。

 

 

 

三明治注塑成型可通过仅在需要外观或性能的位置使用高价材料，并在内部芯层使用另一种材料，以降低材料成本，其成效并非仅取决于注塑机本身，材料流变特性、产品几何形状、浇口设计、层状分布、再生材料质量及工艺重复稳定性，都必须经过完整验证。

对于适合的产品而言，此工艺提供了一种兼顾表面质量、再生材料应用、轻量化设计及功能性材料配置的实用方案，可在单一注塑成型产品中同时实现多项设计目标，华嵘 HRM 系列正持续开发，以独立注射控制及专用共注塑配置，支持此类分层结构及混合材料注塑成型应用。

 

 

 

• 集团名称: 华嵘集团
• 品牌: 华嵘、煜达、南嵘
• 服务项目: 注塑机、立式射出机、成型设备取出装置
• 服务电话: (06)7956777
• 集团总部: 台南市西港区庆安里中州21之6号
• 官方网站: https://www.huarong.com.tw/