三明治射出成型：如何在維持表面品質的同時降低材料成本

三明治射出成型（Sandwich Injection Molding），亦稱為共射射出成型（Co-Injection Molding），是一種多材料成型製程，可在成型產品的肉厚方向形成分層結構。

 

 

在典型的順序射出製程中：

     1. 表層材料首先射入模穴，並沿著模具表面流動。

     2. 在模穴尚未填滿之前，射入芯層材料。

     3. 芯層材料沿著仍處於熔融狀態的表層材料中央向前推進。

     4. 可選擇於最後再次射入表層材料，以封閉澆口區域，並協助將芯層完全包覆。

完成後的產品通常具有「表層／芯層／表層」的截面結構，產品可見表面主要由表層材料決定，而內部芯層則可依成本、剛性、重量、回收材料含量或其他功能需求進行選擇。

這與傳統的雙色射出成型不同，雙色射出通常是將不同材料配置於產品不同的可見區域；而三明治射出成型則是將不同材料配置於相同截面的不同層次。

 

 

 

其主要的經濟優勢來自於材料配置。

此種計算方式，比直接宣稱可節省固定百分比更具可靠性。

 

假設某產品重量為 1 kg。

項目	全部使用高級樹脂產品	三明治射出成型產品
表層材料價格	USD 2.00/kg	USD 2.00/kg
芯層材料價格	不適用	USD 1.00/kg
表層比例	100%	55%
芯層比例	0%	45%
每件產品樹脂成本	USD 2.00	USD 1.55

在此範例中，在尚未計入設備、模具、製程及品質成本之前，每件產品可節省 USD 0.45 的樹脂成本，相當於 22.5%。

 

 

 

 

表層可使用原生樹脂或外觀等級樹脂，而芯層則可使用相容的回收粉碎料、工業後回收材料，或符合規範的消費後回收材料。

一項經同儕審查的研究案例，以芯層使用 45 wt% 回收材料製造可重複使用的聚丙烯（PP）物流箱。研究亦指出一項重要限制：回收料中的污染物對以剛性為主的性能影響不大，但會影響以強度及耐衝擊性能為主的特性。這也表示，即使產品具有良好的外觀，仍不能省略機械性能驗證。

 

發泡芯層可降低產品重量與材料用量，而緻密的表層則有助於控制產品外觀品質。

在適當的產品幾何條件下，發泡三明治結構亦有助於減少縮痕，最終效果仍取決於產品肉厚、模具溫度、發泡條件以及表層包覆程度。工業上的三明治射出成型案例，包括採用實心 PP 表層搭配發泡 PP 回收粉碎料芯層的產品。

 

表層材料可依顏色、光澤、耐化學性、觸感或耐候性進行選擇；而芯層則可依剛性、重量、回收材料含量或成本另行選擇。

如此即可避免將高成本材料使用於整個肉厚，而其高性能實際上僅需應用於產品表面。

 

 

 

 

表面品質是透過在芯層材料射入之前及射入過程中，形成足夠且連續的表層來維持的。

芯層材料必須保持在產品內部。當芯層超越表層熔膠前緣並到達模具表面時，此缺陷通常稱為芯層穿透或芯層外露。

 

第一次表層射出必須提供足夠的材料，以覆蓋模穴表面，並在芯層推進時保持連續。

若過早切換至芯層，可能產生：

• 芯層外露
• 顏色不均
• 表面流痕
• 在轉角或薄肉區域覆蓋不足

若切換過晚，則可能降低可達成的芯層比例，限制經濟效益。

表層／芯層比例並沒有通用標準，工業設備供應商曾公布不同專案的芯層比例約介於 15%～65%；另有實際應用案例達到約 45 wt% 回收芯層或60% 回收粉碎料芯層。這些數據應視為特定應用案例的成果，而非一般設計保證。

 

表層材料與芯層材料之間的相對黏度，會影響芯層的形狀、厚度及滲透深度。

實驗與數值模擬研究顯示，芯層滲透情形會受到下列因素影響：

• 表層黏度
• 芯層黏度
• 熔膠溫度
• 射出速度
• 芯層開始射出的延遲時間

較高的芯層黏度可能形成較厚但較短的芯層區域；而表層溫度的變化則可能改變表層厚度及芯層滲透深度。

因此，製程工程師應於實際剪切速率及加工溫度下評估材料黏度，而非僅比較材料規格表上的熔融指數。

 

芯層通常沿著熔膠流動路徑的中央推進，其分布會受到以下因素影響：

• 肉厚變化
• 銳角
• 肋骨與柱位
• 流動遲滯區
• 熔接線
• 澆口位置
• 流長

相較於尖銳的轉角，圓角過渡通常能提供較容易控制的流動路徑。

熔接線區域需特別注意，因為芯層在此處的滲透方式可能與周圍的肉厚不同。

薄肉產品亦可能限制穩定芯層的形成空間。一家工業設備供應商建議，若希望達到較高的芯層比例，產品肉厚至少應為 1.5 mm；但實際可行的下限仍取決於材料流變特性、產品幾何形狀及所需的表層厚度。

延伸閱讀：薄壁射出成型：高效、輕量化製程的關鍵技術

 

澆口與流道系統必須支援預定的射出順序，同時避免表層材料過早凝固或芯層材料不受控制地外露。

依機台及模具配置不同，系統可能採用：

• 專用共射出射嘴
• 特殊流道配置
• 專案專用熱流道系統

不能假設所有三明治射出成型專案都需要相同的澆口或閥式澆口系統。

適當的設計必須依據產品、模具、材料組合及所需的包覆效果來決定。

延伸閱讀：直澆道、流道、澆口差在哪裡？射出模具設計關鍵指南

 

採用相同聚合物家族的材料通常較容易作為起始方案，例如：

• 原生 PP 搭配回收 PP
• 原生 ABS 搭配相容的 ABS 回收粉碎料

不同聚合物之間可能需要使用：

• 相容劑
• 黏結層
• 其他材料策略

相近的加工溫度並不代表一定具有足夠的層間結合力。

正式量產前應評估下列特性：

• 加工溫度範圍
• 實際成型條件下的材料黏度
• 模具收縮率
• 層間附著力
• 熱膨脹係數
• 吸濕性
• 添加劑相容性
• 最終使用環境中的耐化學性與耐溫性

產品在剛完成成型時，即使表面看起來沒有問題，仍可能因分層、翹曲、衝擊載荷或熱循環而發生失效。

 

 

 

任何製程在材料、模具及製程條件尚未完成驗證之前，都不應保證可獲得與實心產品完全相同的表面品質。

當表層形成完整且連續時，產品可見表面通常可保有表層材料原有的顏色、光澤、紋理及外觀。然而，表面品質仍可能受到以下因素影響：

• 芯層穿透
• 材料切換時產生的流痕
• 表層厚度不均
• 縮痕
• 翹曲
• 澆口外觀
• 回收材料污染
• 各成型週期之間的製程變異

 

 

 

 

當產品具有較大的材料用量，且表面需求與內部需求不同時，三明治射出成型最具應用價值。

 

物流箱、周轉箱、棧板、料箱及類似產品，可採用具受控表面品質的材料作為表層，搭配回收材料或發泡芯層。

由於這類產品通常具有足夠的肉厚，且每件產品消耗的樹脂量相對較高，因此非常適合進行可行性評估。

 

家電面板、工具外殼、家具零件及其他具有外觀要求的產品，可採用外觀等級表層材料，搭配相容的回收材料或功能性芯層。

但仍須依據最終的層狀分布，驗證以下性能：

• 耐衝擊性
• 螺絲柱強度
• 落摔測試

 

內裝飾蓋、把手及飾板等零件，可藉由將外觀需求與剛性或重量需求分離，而獲得效益。

汽車應用仍需完成以下驗證：

• 尺寸穩定性
• 氣味（Odor）
• VOC 揮發性有機物符合性
• 溫度循環測試
• 耐衝擊性能
• 材料長期老化性能

 

共射射出成型可將阻隔材料或功能性材料配置於包裝結構的肉厚內部。

若最終的表層封口階段控制得當，順序式共射出亦可在澆口位置將芯層完全包覆。

對於食品接觸產品而言，完整包覆芯層並不代表已符合食品法規要求。

仍須評估以下事項：

• 樹脂法規認證
• 遷移性表現
• 澆口及修邊後是否露出芯層
• 製造條件
• 銷售目的地國家的法規要求

 

 

 

在下列情況下，此製程可能不是最佳選擇：

• 肉厚過薄，無法形成穩定的芯層。
• 產品具有大量尖角轉折或複雜的熔接線區域。
• 芯層材料可能因加工、修邊或磨耗而外露。
• 產品要求高度一致的機械性能，但回收材料品質變異過大。
• 年產量不足以支持模具及製程開發成本。
• 兩種材料的加工溫度或收縮率不相容。
• 產品無法接受層狀分布的變化。
• 表層與芯層性能無法分別完成驗證。

在選擇設備或修改模具之前，應先完成可行性評估。

 

 

 

方法	主要原理	表面考量	最適合的應用
三明治共射出成型	將不同材料配置於產品肉厚內部	表面主要由表層材料控制	需要兼顧可見表面品質與不同內部材料的產品
發泡成型	在聚合物內部形成發泡孔洞	表面流痕或紋理可能需要額外控制	輕量化、縮痕控制及結構性產品
薄壁射出成型	降低產品整體肉厚	表面仍可保持均勻，但充填要求較高	包裝產品及大量生產的薄壁產品
將回收料混入原生樹脂	將回收材料均勻混合於整個產品	顏色及表面差異可能仍然可見	無外觀要求或內部使用產品
添加填充材料	改變剛性、收縮率或材料成本	玻璃纖維或礦物填料可能影響外觀	結構性或不可見零件

因此，三明治射出成型應被視為整體材料與產品設計策略中的其中一種方案，而非所有降低成本方法的通用替代方案。

 

 

 

要建立穩定的共射出成型製程，通常需要具備以下功能。

表層材料與芯層材料需要各自獨立塑化，並能分別控制：

• 料管溫度
• 螺桿轉速
• 背壓
• 射出速度
• 射出壓力
• 射出量
• 切換位置
• 保壓條件

 

控制系統必須能協調：

• 表層材料射出
• 芯層材料射出
• 最後一次表層封口射出（選配）

穩定且可重複的切換控制至關重要，因為即使射出量或切換位置只有些微變化，都可能改變產品可見表面以及內部層狀分布。

 

 

 

華嶸持續進行混合射出與三明治射出成型應用的試模與製程開發。

HRM 系列採用獨立的表層射出單元與芯層射出單元，搭配共射射出流道系統及協調式製程控制，此配置可讓操作人員依照預定的表層／芯層射出順序，設定射出量、切換點、射出速度、射出壓力及保壓條件。

此次展出的機型為 HRM-200，一台 200 噸三明治射出成型機，同一套多重射出開發平台亦可評估其他成型效果，例如大理石紋、分流紋理或漸層過渡。然而，這些效果皆需搭配不同的射嘴、流道、模具、材料及控制配置，因此不應視為所有標準配置皆可在無須修改的情況下實現的功能。

 

 

 

華嶸將於 TaipeiPLAS 2026 展出 HRM-200 三明治射出成型機。

展覽將於 2026 年 9 月 15 日至 19 日，在 台北南港展覽館 1 館舉行。本屆展會官方主題聚焦於智慧製造、創新材料、永續發展及循環經濟。

建議準備導入三明治射出成型專案的參觀者攜帶以下資料：

• 產品圖面
• 肉厚資訊
• 目前使用及規劃使用的樹脂牌號
• 年產量
• 表面品質要求
• 回收材料使用目標
• 機械性能及法規要求

透過這些資訊，可更有效評估可達成的芯層分布、機台配置、模具設計及預期經濟效益。

 

 

 

不是。三明治射出成型是在單一成型產品的肉厚方向形成不同材料層；而傳統雙色射出成型通常是利用模具移位、旋轉或不同模穴，將不同材料配置於產品不同的可見區域。

 

可以，回收材料是三明治射出成型最主要的潛在應用之一。然而，回收樹脂仍須評估其熔膠穩定性、污染程度、含水率、氣味、收縮率及機械性能，產品擁有良好的外觀表面，並不代表內部的回收材料一定能滿足耐衝擊性、耐疲勞性及長期可靠性等性能要求。

 

有可能。現有模具的澆口、流道、排氣及產品幾何形狀，必須能支援兩種材料依序流動，部分模具可透過修改後繼續使用；但其他產品則可能需要重新製作模具，或採用專用的共射出流道設計。

 

 

 

三明治射出成型可透過僅在需要外觀或性能的位置使用高價材料，並於內部芯層使用另一種材料，以降低材料成本，其成效並非僅取決於射出成型機本身，材料流變特性、產品幾何形狀、澆口設計、層狀分布、回收材料品質及製程重複穩定性，都必須經過完整驗證。

對於適合的產品而言，此製程提供了一種兼顧表面品質、回收材料應用、輕量化設計及功能性材料配置的實用方案，可在單一射出成型產品中同時實現多項設計目標，華嶸 HRM 系列正持續開發，以獨立射出控制及專用共射出配置，支援此類分層結構及混合材料射出成型應用。

 

 

 

• 集團名稱: 華嶸集團
• 品牌: 華嶸、煜達、南嶸
• 服務項目: 射出成型機、立式射出機、成型設備取出裝置
• 服務電話: (06)7956777
• 集團總部: 台南市西港區慶安里中州21之6號
• 官方網站: https://www.huarong.com.tw/