臺灣博碩士論文加值系統

本研究以聚乳酸(PLA)作為高分子基材，以碳纖維(CF)作為補強材。其中以馬來酸酐接枝聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯共聚物(SEBS-g-MA)及利用反應押出技術製備之馬來酸酐接枝聚乳酸(PLA-g-MA)作為相容劑改善PLA及CF之相容性。並利用熔融共混法製備導電複合材料。其中以拉伸、彎曲、衝擊測試評估PLA/CF複合材料的機械性質；以示差熱掃描分析與偏光顯微鏡評估PLA/CF複合材料的熱行為；以電子顯微鏡進行衝擊破壞斷面的觀察；最後經過表面電阻值測試以及EMI SE測試來評估PLA/CF複合材料，分別得到導電性質與電磁性能。綜合以上測試研究相容劑添加量對於PLA/CF複合材料各項性能之影響，來進行系列性探討。
本研究中PLA添加12 wt%的CF得到最佳化製程參數，而相容劑的添加量以8 wt%之SEBS-g-MA，及添加6 wt%之PLA-g-MA為最佳。從機械測試結果中可知，CF的高強度與高模量之特性可大幅提升PLA的機械性質，而SEBS-g-MA與PLA-g-MA的加入能有效改善PLA/CF複合材料相容性，並隨著添加量的增加使機械性質提升。其中最佳化參數之相容劑，能提升耐衝擊強度達29 %左右。SEM的結果顯示，PLA與CF間所存在的間隙與拔出孔洞，隨著相容劑的添加量增加可以明顯觀察到間隙的減少，以及CF被包覆的情形。而熱行為的結果顯示，由於CF的存在會促使結晶度提高，加上相容性提升後亦會增加結晶性。其中最佳化參數之相容劑，能提升其結晶性達10 %以上，達到改善PLA/CF複合材料之熱穩定性的效果。而CF的導電特性能夠賦予PLA優良的電性能，隨著最佳化參數之相容劑添加，可以使表面電阻值降低至103 Ω/sq，而EMI SE則是提升達37 dB左右。本研究從各項測試結果中證明界面相容性的改善有效提升PLA/CF複合材料各項性能。

第一章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.1.1 綠色環保複合材料介紹 1
1.1.2 聚乳酸 3
1.1.3 導電複合材料介紹 6
1.1.4 填充型導電複合材料 7
1.1.5 碳纖維 8
1.1.6 苯乙烯嵌段共聚物SEBS 10
1.1.7 引發劑DCP 12
1.1.8 表面特性與改質 14
1.1.9 靜電現象與防靜電材料 14
1.1.10 電磁波危害與防護 15
1.2 文獻回顧 19
1.3 相關專利 23
1.4 研究動機 31
1.5 研究目的 33
第二章 研究原理 35
2.1 混練加工原理 35
2.2 射出成型原理 36
2.3 填充導電複合材料之導電原理 38
2.4 彈性體的增韌機制 40
2.5 PLA與DCP/MA之反應機制 41
2.6 專有名詞解釋 42
第三章 實驗 43
3.1 實驗材料 43
3.2 實驗流程與說明 44
3.2.1 PLA/CF導電複合材料實驗流程與說明 44
3.2.2 PLA/CF/SEBS-g-MA導電複合材料實驗流程與說明 46
3.2.3 PLA-g-MA相容劑實驗流程與說明 48
3.2.4 PLA/CF/PLA-g-MA 導電複合材料實驗流程與說明 50
3.3 研究方法 52
3.3.1 拉伸性能測試 52
3.3.2 彎曲性能測試 52
3.3.3 Izod缺口衝擊性能測試 53
3.3.4 SEM掃描式電子顯微鏡觀測 54
3.3.5 POM偏光顯微鏡 54
3.3.6 DSC示差熱掃描儀 55
3.3.7 表面電阻值測試 56
3.3.8 電磁波屏蔽效益測試 56
3.3.9 NMR核磁共振圖譜 56
3.3.10 FTIR紅外線光譜分析 57
3.4 實驗器材與設備 58
第四章 結果與討論 59
4.1 PLA/CF導電複合材料之性質分析 59
4.1.1 CF對PLA機械性質之影響 59
4.1.2 CF對PLA 表面型態之觀察 65
4.1.3 CF對PLA 熱行為之影響 71
4.1.4 CF對PLA等溫結晶成長之影響 72
4.1.5 CF對PLA電性能之影響 75
4.2 PLA/CF/SEBS-G-MA導電複合材料之性質分析 78
4.2.1 SEBS-g-MA對PLA/CF導電複合材料機械性質之影響 78
4.2.2 SEBS-g-MA對PLA/CF導電複合材料表面型態之影響 84
4.2.1 SEBS-g-MA對PLA/CF導電複合材料熱行為之觀察 89
4.2.2 SEBS-g-MA對PLA/CF導電複合材料結晶成長之影響 91
4.2.3 SEBS-g-MA對PLA/CF導電複合材料電性能之影響 94
4.3 PLA/DCP/MA PLA接枝改質共混物之性質分析 97
4.3.1 DCP/MA對PLA接枝改質之NMR核磁共振光譜 97
4.3.2 DCP/MA 對PLA接枝改質之FTIR紅外線光譜 98
4.4 PLA/CF/PLA-G-MA導電複合材料之性質分析 99
4.4.1 PLA-g-MA對PLA/CF導電複合材料機械性質之影響 99
4.4.2 PLA-g-MA對PLA/CF導電複合材料表面型態之影響 106
4.4.3 PLA-g-MA對PLA/CF導電複合材料熱行為之觀察 112
4.4.4 PLA-g-MA對PLA/CF導電複合材料結晶成長之影響 115
4.4.5 PLA-g-MA對PLA/CF導電複合材料電性能之影響 118
4.5 本研究成果製品可應用之工業及民生用途 121
第五章 結論 122
第六章 建議 124