臺灣博碩士論文加值系統

指導教授推薦書
口試委員審定書
致謝 iii
摘要 iv
Abstract vi
目錄 vii
圖目錄 xi
表目錄 xviii
第一章 緒論 - 1 -
第二章 文獻回顧 - 3 -
2.1 聚碳酸酯(Polycarbonate - PC) - 3 -
2.2 聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride - PVDF ) - 5 -
2.3奈米填充材 - 7 -
2.3.1奈米碳管 - 7 -
2.3.2石墨烯 - 9 -
2.3.3碳黑 - 10 -
2.3.4奈米黏土 - 11 -
2.4 PVDF與PC奈米複合材料 - 14 -
2.4.1 PVDF奈米複合材料 - 14 -
2.4.2 PC奈米複合材料 - 15 -
2.4.3不相容摻合體為基材奈米複合材料 - 16 -
第三章實驗 - 20 -
3.1 材料 - 20 -
3.2 儀器設備 - 21 -
3.3 實驗流程圖 - 24 -
3.4 實驗步驟 - 25 -
3.5性質分析 - 28 -
3.5.1微差掃描熱卡計 (DSC) - 28 -
3.5.2 熱重損失分析儀 (TGA) - 28 -
3.5.3 掃描式電子顯微鏡 (SEM) - 28 -
3.5.4 穿透式電子顯微鏡 (TEM) - 28 -
3.5.5 廣角X-ray繞射儀 (XRD) - 29 -
3.5.6 拉伸測試 (Tensile tester) - 29 -
3.5.7 彎曲測試 (Flexural tester) - 29 -
3.5.8 流變儀 (Rheometer) - 29 -
3.5.9 動態機械分析儀 (DMA) - 30 -
3.5.10 高阻抗率計 (Resistance Meter) - 30 -
第四章 結果與討論 - 31 -
4.1奈米複合材料的相形態 - 31 -
4.2晶體結構 - 57 -
4.3熱穩定性 - 60 -
4.4結晶行為 - 69 -
4.4.1 非等溫結晶行為 - 69 -
4.4.2 非等溫結晶後的熔融行為 - 79 -
4.5流變性質 - 89 -
4.6拉伸與彎曲性質 - 97 -
4.7動態機械性質 - 111 -
4.8導電性 - 116 -
第五章 結論 - 120 -
參考文獻 122

 
圖目錄
圖2-1 奈米碳管的三種結構[4] - 8 -
圖2-2 二維的石墨烯作為碳材料的基本單元[5] - 9 -
圖2-3 蒙脫土化學結構[6] - 13 -
圖4-1-1 C7F3摻合體EDS分析 - 31 -
圖4-1-2 C7F3摻合體與3種不同程序摻混CNT複合材料(蝕刻後)SEM照片：(A) C7F3；(B) C7F3T1；(C)C7T1F3；(D)F3T1C7 - 36 -
圖4-1-3 3種不同程序進行摻混CNT複合材料之SEM照片：(A) C7F3T1；(B)C7T1F3；(C)F3T1C7 - 37 -
圖4-1-4 C7F3摻合體與添加入了1 WT% CNT、GNP、CB和15A之SEM圖(小倍率)：(A) C7F3；(B) C7F3T1；(C) C7F3P1；(D) C7F3B1；(E) C7F3A1 - 38 -
圖4-1-5 不同比例PC/PVDF/CNT三成分系統複合材料之SEM圖(小倍率)：(A) C7F3T0.5；(B) C7F3T1；(C) C7F3T1.5；(D) C7F3T2；(E) C7F3T3 - 40 -
圖4-1-5(續) 不同比例PC/PVDF/CNT三成分系統複合材料之SEM圖(大倍率)：(A) C7F3T0.5；(B) C7F3T1； (C) C7F3T1.5；(D) C7F3T2；(E) C7F3T3 - 41 -
圖4-1-6 不同比例PC/PVDF/CB三成分系統複合材料之SEM圖(小倍率)：(A) C7F3B0.5；(B) C7F3B1；(C) C7F3B1.5；(D) C7F3B2；(E) C7F3B3 - 42 -
圖4-1-6(續) 不同比例PC/PVDF/CB三成分系統複合材料之SEM圖(大倍率)：(A) C7F3B0.5；(B) C7F3B1；(C) C7F3B1.5；(D) C7F3B2；(E) C7F3B3 - 43 -
圖4-1-7 不同比例PC/PVDF/GNP三成分系統複合材料之SEM圖(小倍率)：(A) C7F3P1；(B) C7F3P2 - 44 -
圖4-1-7(續) 不同比例PC/PVDF/GNP三成分系統複合材料之SEM圖(大倍率)：(A) C7F3P1；(B) C7F3P2 - 44 -
圖4-1-8 C7F3T1、C7F3P1、C7F3B1複合材料添加入了1 WT%15A的SEM圖(小倍率)：(A) C7F3T1A1；(B) C7F3P1A1；(C) C7F3B1A1 - 45 -
圖4-1-8(續) C7F3T1、C7F3P1、C7F3B1複合材料添加入了1 WT%15A的SEM圖(大倍率)：(A) C7F3T1A1；(B) C7F3P1A1；(C) C7F3B1A1 - 46 -
圖4-1-9 CT2與FT2雙成分系統複合材料之SEM圖(小倍率)：(A) CT2；(B) FT2 - 47 -
圖4-1-9(續) CT2與FT2雙成分系統複合材料之SEM圖(大倍率)：(A) CT2；(B) FT2 - 47 -
圖4-1-10 C7F3T1P1、C7F3T1B1、C7F3B1P1三成分系統複合材料之SEM圖(小倍率)：(A) C7F3T1P1；(B) C7F3T1B1；(C) C7F3B1P1 - 48 -
圖4-1-10(續) C7F3T1P1、C7F3T1B1、C7F3B1P1三成分系統複合材料之SEM圖(大倍率)：(A) C7F3T1P1；(B) C7F3T1B1；(C) C7F3B1P1 - 49 -
圖4-1-11 C5F5T2複合材EDS分析 - 50 -
圖4-1-12 C3F7摻合體EDS分析 - 50 -
圖4-1-13 C3F7T2複合材EDS分析 - 51 -
圖4-1-14 各樣品之SEM圖(小倍率)：(A) C7F3；(B) C7F3T2；(C) C5F5；(D) C5F5T2；(E) C3F7；(F) C3F7T2 - 52 -
圖4-1-14 各樣品之SEM圖(大倍率)：(A) C7F3；(B) C7F3T2；(C) C5F5；(D) C5F5T2；(E) C3F7；(F) C3F7T2 - 53 -
圖4-1-15樣品之粒徑分析圖：(A)不同程序粒徑分析圖；(B)不同填充材粒徑分析圖；(C) 不同比例CNT粒徑分析圖；(D) 不同比例CB粒徑分析圖；(E) 不同比例GNP粒徑分析圖；(F)碳材添加黏土粒徑分析圖 - 54 -
圖4-1-15(續) 樣品之粒徑分析圖：(G)兩種不同填充材粒徑分析圖；(H)不同比例PC/PVDF粒徑分析圖 - 55 -
圖4-1-16 C7F3T1與添加15A之TEM圖：(A)(B) C7F3T1； (C)(D) C7F3T1A1 - 56 -
圖4-2-1 為純的PC、PVDF與C7F3摻合體經過5 ℃/MIN降溫處理後之XRD圖譜 - 58 -
圖4-2-2 為C7F3摻合體添加CNT、GNP、CB的複合材料經過5 ℃/MIN降溫處理後之XRD圖譜 - 58 -
圖4-2-3 為C7F3摻合體添加CNT、15A的複合材料經過5 ℃/MIN降溫處理後之XRD圖譜 - 59 -
圖4-3-1樣品於氮氣環境下以20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失分析圖 - 62 -
圖4-3-2樣品於空氣環境下以20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失分析圖 - 62 -
圖4-3-3不同比例CNT於氮氣環境下以20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失分析圖 - 65 -
圖4-3-4不同比例CB於氮氣環境下以20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失分析圖 - 66 -
圖4-3-5不同比例GNP於氮氣環境下以20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失分析圖 - 67 -
圖4-3-6樣品於氮氣環境下以20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失分析圖 - 68 -
圖4-4-1 以5 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 71 -
圖4-4-2以40 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 71 -
圖4-4-3以5 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 73 -
圖4-4-4以40 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 73 -
圖4-4-5以5 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 75 -
圖4-4-6以40 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 75 -
圖4-4-7以5 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 77 -
圖4-4-8以40 ℃/MIN降溫之DSC圖譜 - 77 -
圖4-4-9以5 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 81 -
圖4-4-10以40 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 81 -
圖4-4-11以5 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 83 -
圖4-4-12以40 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 83 -
圖4-4-13以5 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 85 -
圖4-4-14以40 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 85 -
圖4-4-15以5 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 87 -
圖4-4-16以40 ℃/MIN降溫後以20 ℃/MIN DSC圖 - 87 -
圖4-5-1流變分析-ɳ*:各樣品對C7F3摻合體的影響 - 91 -
圖4-5-2流變分析-ɳ*:CNT對C7F3摻合體的影響 - 91 -
圖4-5-3流變分析-ɳ*:CB對C7F3摻合體的影響 - 92 -
圖4-5-4流變分析-ɳ*:GNP對C7F3摻合體的影響 - 92 -
圖4-5-5流變分析-G':各樣品對C7F3摻合體的影響 - 93 -
圖4-5-6流變分析-G':CNT對C7F3摻合體的影響 - 93 -
圖4-5-7流變分析-G':CB對C7F3摻合體的影響 - 94 -
圖4-5-8流變分析-G':GNP對C7F3摻合體的影響 - 94 -
圖4-5-9流變分析-G'':各樣品對C7F3摻合體的影響 - 95 -
圖4-5-10流變分析-G'': CNT對C7F3摻合體的影響 - 95 -
圖4-5-11流變分析-G'': CB對C7F3摻合體的影響 - 96 -
圖4-5-12流變分析-G'': GNP對C7F3摻合體的影響 - 96 -
圖4-6-1各樣品拉伸模數比較 - 99 -
圖4-6-2各樣品延伸率比較 - 99 -
圖4-6-3不同比例碳材拉伸模數比較 - 100 -
圖4-6-4不同比例碳材延伸率比較 - 100 -
圖4-6-5各樣品拉伸模數比較 - 101 -
圖4-6-6各樣品延伸率比較 - 101 -
圖4-6-7各樣彎曲模數比較 - 106 -
圖4-6-8不同比例碳材樣品彎曲模數比較 - 106 -
圖4-6-9各樣品彎曲模數比較 - 107 -
圖4-7-1各樣品之儲存模數對溫度作圖 - 112 -
圖4-7-2不同比例CNT之儲存模數對溫度作圖 - 112 -
圖4-7-3不同比例CB之儲存模數對溫度作圖 - 113 -
圖4-7-4 添加2WT%不同填充劑樣品之儲存模數對溫度作圖 - 113 -
圖4-7-5各樣品之TAN Δ對溫度作圖 - 114 -
圖4-7-6不同比例CNT之TAN Δ對溫度作圖 - 114 -
圖4-7-7不同比例CB之TAN Δ對溫度作圖 - 115 -
圖4-7-8 添加2WT%不同填充劑樣品之TAN Δ對溫度作圖 - 115 -
圖4-8-1不同比例碳材電阻率(RESISTIVITY)的關係圖 - 117 -
圖4-8-2樣品電阻率(RESISTIVITY)的關係圖 - 117 -

 
表目錄
表4-1氮氣環境下20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失數據 - 63 -
表4-2空氣環境下20 ℃/MIN升溫之之TGA熱重損失數據 - 64 -
表4-3 氮氣環境下20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失數據 - 65 -
表4-4 氮氣環境下20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失數據 - 66 -
表4-5氮氣環境下20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失數據 - 67 -
表4-6氮氣環境下20 ℃/MIN升溫之TGA熱重損失數據 - 68 -
表4-7 DSC分析-非等溫結晶(5 ℃降溫、40 ℃降溫) - 72 -
表4-8 DSC分析-非等溫結晶(5 ℃降溫、40 ℃降溫) - 74 -
表4-9 DSC分析-非等溫結晶(5 ℃降溫、40 ℃降溫) - 76 -
表4-10 DSC分析-非等溫結晶(5 ℃降溫、40 ℃降溫) - 78 -
表4-11各樣品非等溫結晶後的DSC升溫圖譜數據 - 82 -
表4-12 不同比例CNT非等溫結晶後的DSC升溫圖譜數據 - 84 -
表4-13不同比例CB非等溫結晶後的DSC升溫圖譜數據 - 86 -
表4-14 不同比例GNP非等溫結晶後的DSC升溫圖譜數據 - 88 -
表4-15 各樣品拉伸測試數據 - 102 -
表4-16 不同比例碳材拉伸測試數據 - 103 -
表4-17 各樣品拉伸測試數據 - 104 -
表4-18各樣品彎曲測試數據 - 108 -
表4-19不同比例碳材彎曲測試數據 - 109 -
表4-20各樣品彎曲測試數據 - 110 -
表4-21不同比例碳材電阻率(RESISTIVITY)數據 - 118 -
表4-22各樣品電阻率(RESISTIVITY)數據 - 119 -

[1] R. Gregorio, "Determination of the α, β, and γ crystalline phases of poly(vinylidene fluoride) films prepared at different conditions, " Journal of Applied Polymer Science, vol. 100, pp. 3272-3279, 2006
[2] A. J. Lovinger, "Annealing of Poly(viny1idene fluoride) and Formation of a Fifth Phase, "Macromolecules, vol. 15, pp. 40-44, 1982.
[3] S. Iijima, "Helical microtubules of graphitic carbon," Nature, vol.354, pp. 56-58, 1991.
[4] A. Galano, " Carbon nanotubes: promising agents against free radicals," The Royal Society of Chemistry, vol.373, pp. 373-380, 2010.
[5] A. K. Gein and K. S. Novoselov, "The rise of graphene, "Nature Materials, vol. 6, pp. 183-191, 2007.
[6] M. Alexandre and P. Dubois, “Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials,” Materials Science and Engineering R, vol. 28, pp. 1–63, 2000.
[7] J. Yu, X. Huang, C. Wu and P. Jiang, " Permittivity, Thermal Conductivity and Thermal Stability of Poly(vinylidene fluoride)/Graphene Nanocomposites," Polymer Science and Engineering, vol. 471, pp. 478-484, 2011.
[8] N. E. El Bounia and P. M. Piccione, " Experimental investigation of the rheological and electrical properties of Poly(vinylidene fluoride) composites based on carbon black and carbon nanotubes synergy ," Journal of Polymer Engineering, vol. 28, pp. 141-154, 2008.
[9] Q. Y. Peng, P. H. Cong, X. J. Liu, T. X. Liu, S. Huang and T. S. Li, " The preparation of PVDF/clay nanocomposites and the investigation of their tribological properties ," Wear, vol. 266, pp. 713-720, 2009.
[10] P. Pötschke, T. D. Fornes and D. R. Paul, " Rheological behavior of multiwalled carbon nanotube / polycarbonate composites," Polymer, vol. 43, pp. 3247-3255, 2002.
[11] H. Kim and C. W. Macosko, " Processing-property relationships of polycarbonate/graphene composites," Polymer, vol. 50, pp. 3797-3809, 2009.
[12] K. Hilarius, D. Lellinger, I. Aliget, T. Villmow, S. Pegel and P. Pötschke, " Influence of shear deformation on the electrical and rheological properties of combined filler networks in polymer melts: Carbon nanotubes and carbon black in polycarbonate," Polymer, vol. 54, pp. 5865-5874, 2013.
[13] C. Su, L. Su. C. Zhang and J. Zhu, " Selective location and conductive network formation of multiwalled carbon nanotubes in polycarbonate/poly(vinylidene fluoride) blends," Composites Science and Technology, vol. 71, pp. 1016-1021, 2011.
[14] Y. H. Wang, Y. Y. Shi, J. Dai, J. H. Yang, T. Huang, N. Zhang, Y. Peng and Y. Wang, " Morphology and property changes of immiscible polycarbonate/poly(L-lactide) blends induced by carbon nanotubes," Polymer, vol. 62, pp.957-965, 2013.
[15] I. S. Han, Y. K. Lee, H. S. Lee, H. G. Yoon and W. N. Kim, " Effects of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) dispersion and compatibilizer on the electrical and rheological properties of polycarbonate/poly(acrylonitrile–butadiene–styrene)/MWCNT composites," Journal of Materials Science, vol. 49, pp.4522-4529, 2014.
[16] J. P. Cao, J Zhao, X. Zhao, F. You, H. Yu, G. H. Hu and Z. M. Dang, " High thermal conductivity and high electrical resistivity of poly(vinylidene fluoride)/polystyrene blends by controlling the localization of hybrid fillers," Composites Science and Technology, vol. 89, pp.142-148, 2013.
[17] L. Li, W. H. Ruan, M. Q. Zhang and M. Z. Rong, " Studies on the selective localization of multi-walled carbon nanotubes in blends of poly(vinylidene fluoride) and polycaprolactone," eXPRESS Polymer Letters, vol. 9, pp.77-83, 2015
[18] J. Chen, H. Y. Lu, J. H. Yang, Y. Wang, X. T. Zheng, C. L. Zhang and G. P. Yuan, " Effect of organoclay on morphology and electrical conductivity of PC/PVDF/CNT blend composites," Composites Science and Technology, vol. 94, pp.30-38, 2014.
[19] N. Moussaif and R. Jerome, " Compatibilization of immiscible polymer blends (PV/PVDF) by the addition of a third polymer (PMMA): analysis of phase morphology and mechanical properties," Polymer, vol. 40, pp.3919-3932, 1999.
[20] M. Sumita, K. Sakata, S. Asai, K. Miyasaka and H. Nakagawa, " Dispersion of fillers and the electrical conductivityof polymer blends filled with carbon black," Polymer Bulletin, vol. 25, pp.265-271, 1991.
[21] X. Zhao, J. Zhao, J. P. Cao, D. Wang, G. H. Hu, F. Chen and Z. M. Dang, " Effect of the selective localization of carbon nanotubes in polystyrene/poly(vinylidene fluoride) blends on their dielectric, thermal,and mechanical properties," Materials and Design, vol. 56, pp.807-815, 2014.
[22] K. P. Promoda, A. Mohamed, I. Y. Phang and T. Liu, " Crystal transformation and thermomechanical properties of poly(vinylidene fluoride)/clay nanocomposites," Polymer Science, vol. 54, pp.226-232, 2005.
[23] M. S. Han, Y. K. Lee, C. H. Yun, H. S. Lee, C. J. Lee and W. N. Kim, " Bent-shape effects of multi-walled carbon nanotube on the electrical conductivity and rheological properties of polycarbonate/multi-walled carbon nanotube nanocomposites," Synthetic Metals, vol. 161, pp.1629-1634, 2011.