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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊景雄
研究生(外文):Ching-Hsiung Yang
論文名稱:塑膠粒發泡旋轉成型製程之研究與開發
論文名稱(外文):Rotational Molding of Polyethylene Foam by Pellets
指導教授:劉士榮劉士榮引用關係
指導教授(外文):Shih-Jung Liu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:旋轉成型聚乙烯發泡
外文關鍵詞:rotational moldingpolyethylenefoam
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本研究主要是開發以線性低密度聚乙烯(LLDPE)塑膠顆粒來取代LLDPE粉末在旋轉成型方面的新製程,並在LLDPE中加入發泡劑以比較使用LLDPE發泡塑膠粒與發泡塑膠粉末成品性質的差異。
以混煉製成的發泡塑膠粒,經單軸旋轉之旋轉成型機加工後,得到發泡塑膠件,並藉此進行塑膠粒發泡旋轉成型塑膠製程之開發。其中產品外觀、物理性質(包括有收縮、翹曲、內表面平滑度、成品厚度、密度、尺寸穩定性、耐溫性及吸水性等)、強度(進行衝擊和拉伸試驗,彎曲試驗)等皆是本研究所要探討的要點。此外,並進行泡體顯微觀察及計量、結晶度、及裂解程度檢驗,以瞭解發泡程度和泡體的孔徑大小、分佈狀況、及塑料成型、老化、裂解對發泡塑膠件性質的影響。

Rotational molding of polyethylene foams has increasingly become an important process in industry because of its resultant thicker walls, low sound transfer, high stiffness and good thermal insulation. This report is to assess the rotomoldability of two-layer polyethylene foamed parts. The polymeric material used is linear low density polyethylene and the foaming material used is endo-thermal chemical blowing agent. Two different molding methods, by powder and by pellet, were used to mold the multi-layer-foamed parts. Rotational molding experiments were carried out in a laboratory scale uniaxial machine, which is capable of measuring internal mold temperature in the cycle. Characterization of molded part properties was performed after molding.
Optical microscopy was also employed to determine the bubble distribution in foamed parts. The final goal of this study was to investigate how the blowing agent and processing conditions can influence the process of rotational molding and the final product quality. It was found that the rotational molding of two-layer polyethylene foams produced parts of better impact properties as well as fine outside surfaces. In addition, rotational molding of foamed parts by pellets saves the cost of powder.

授權書………………………………………………………………….Ⅲ
博碩士論文電子檔案上網授權書……………………………………Ⅳ
致謝…………………………………………………………………Ⅴ
中文摘要……………………………………………………….……Ⅵ
英文摘要…………………………………………………………….Ⅶ
目錄……………………………………………………………….…Ⅷ
圖目錄……………………………………………………………….ⅩⅡ
表目錄……………………………………………………………….ⅩⅤ
第一章 、研究背景、動機和目標
1.1 研究背景、動機…………………………………………………1
1.2 研究目標……………………………………………………...….1
第二章 、文獻回顧
2.1 旋轉成型製程……………………………………………………2
2.2 旋轉成型之熱傳…………………………………………………6
2.3 發泡劑之種類………………………………….……………..….8
2.4 發泡塑膠旋轉成型之雙層結構製程…………………………12
2.5 旋轉成型的成品性質…………………………………………14
2.5.1 旋轉成型成品的收縮與翹曲………………………………14
2.5.2 旋轉成型成品的拉伸與衝擊強度…………………………19
2.5.3 影響旋轉成型成品結晶的因素………………………….20
2.5.4 發泡旋轉成型泡體形成之成因………………………….22
第三章 、研究方法及進行步驟
3.1 塑膠粒發泡旋轉成型製程之描述……………………………23
3.1.1 雙層塑膠粉發泡旋轉成型法…………………………….23
3.1.2 雙層塑膠粒發泡旋轉成型法……………………………….24
3.2 實驗設備及方法…………………………………………………25
3.2.1 實驗設備…………………………………………………….25
3.2.2 實驗方法……………………….……………………………26
3.2.2.1 塑膠粉末與發泡劑之混和………………………...…...26
3.2.2.2 發泡塑膠旋轉成型之成品加工………………………..28
3.3 旋轉成型成品試驗步驟…………………………………………29
3.3.1 模內溫量測………………………………………………….29
3.3.2 成品外觀、發泡程度量測………………………………….29
3.3.2.1 收縮量測………………………………………………..29
3.3.2.2 翹曲量測………………………………………………..30
3.3.2.3 內表面平滑度量測……………………………………..30
3.3.2.4 密度量測…………………………………………….….31
3.3.2.5 厚度量測………………………………………………..31
3.3.3 成品物理性能量測………………………………………….32
3.3.3.1 尺寸穩定性試驗………………………………………..32
3.3.3.2 吸水性試驗……………………………………………..33
3.3.4 成品耐溫性試驗…………………………………………….34
3.3.5 泡體顯微觀察與計量……………………………………….35
3.3.6 成品力學性能試驗………………………………………….36
3.3.6.1 拉伸試驗………………………………………………..36
3.3.6.2 衝擊試驗………………………………………………..38
3.3.6.3 彎曲強度試驗…………………………………………..40
3.3.7 成品TGA(熱重分析儀)量測………………………………41
3.3.8 成品DSC(熱示差掃瞄卡量計)量測………………………42
第四章 、結果與討論
4.1 成品密度量測分析………………………………………………44
4.2 實驗模內溫量測分析……………………………………………45
4.3 成品外觀、發泡程度量測分析…………………………………47
4.3.1 收縮量測分析……………………………………………….47
4.3.2 翹曲量測分析……………………………………………….48
4.3.3 內表面平滑度量測分析…………………………………….49
4.3.4 密度、厚度量測分析……………………………………….50
4.4 成品物理性能量測分析…………………………………………51
4.4.1 尺寸穩定性試驗分析…………………………………….…51
4.4.2 吸水性試驗分析…………………………………………….52
4.5 成品耐溫性試驗分析……………………………………………53
4.6 成品泡體觀察、量測分析………………………………………..55
4.6.1 泡體顯微觀察分析………………………………………….55
4.6.2 泡體計量結果分析………………………………………….56
4.7 成品力學性能分析………………………………………………57
4.7.1 拉伸試驗結果分析………………………………………….57
4.7.2 衝擊試驗結果分析………………………………………….58
4.7.3 彎曲強度試驗結果分析…………………………………….60
4.8 成品TGA量測分析……………………………………………..61
4.9 成品DSC量測分析……………………………………………..63
第五章、結論………………………………………..……………………66
參考文獻………………………………………………………………..69
附錄
附錄A、旋轉成型法的優缺點………………………………………….72
附錄B、旋轉成型法、射出成型、吹瓶成型特性與性能比較………..74
附錄C、發泡塑膠之特性……………………………………………….75
附錄D、DSC熔融曲線圖……..……………………………………….79
附錄E、發泡劑資料………………………………………………..…..81
附錄F、Rotational Molding of Polyethylene Foam by Pellets…………83
圖目錄
圖2-1、雙軸旋轉成型法流程示意圖…………………………………..3
圖2-2、模具內溫度變化曲線…………………………………………..6
圖2-3、旋轉成型試品向外產生翹曲圖……………………………….15
圖2-4、旋轉成型試品不同冷卻方式收縮情形………………………..16
圖2-5、旋轉成型試品向內產生翹曲圖……………………………….16
圖2-6、不同發泡倍率與收縮率的關係……………………………….18
圖2-7、不同Peak Air Temperature的衝擊能量圖……………………19
圖2-8、不同冷卻方式之PE結晶度……………………………………21
圖3-1、雙層塑膠粉發泡旋轉成型法流程圖………………………….24
圖3-2、雙層塑膠粒發泡旋轉成型法流程圖………………………….24
圖3-3、實驗模具圖…………………………………………………….25
圖3-4、實驗用單軸旋轉成型機……………………………………….25
圖3-5、外層紅色LLDPE粉末………………………………………..26
圖3-6、內層白色LLDPE粉末………………………………………..26
圖3-7、實驗用發泡劑………………………………………………….26
圖3-8、實驗用LLDPE發泡粒…………………………………………26
圖3-9、LLDPE粉末尺寸分佈圖………………………………………27
圖3-10、粒發泡旋轉成型試品…………………………………………28
圖3-11、粉發泡旋轉成型試品…………………………………………28
圖3-12、無發泡旋轉成型試品………………………………………….28
圖3-13、模內溫量測示意圖……………………………………………29
圖3-14、千分儀…………………………………………………………30
圖3-15、恆溫真空烘箱…………………………………………………32
圖3-16、電子微量天平…………………………………………………33
圖3-17、恆溫烘箱………………………………………………………34
圖3-18、OLYMPUS B061實體顯微鏡………………………………..35
圖3-19、影像擷取系統-OPTIMAS 5.22……………………………..35
圖3-20、ASTM D638-89拉伸試片……..………………………….…36
圖3-21、拉伸試驗機……………………………………………………37
圖3-22、ASTM D256衝擊試片……………………………………….38
圖3-23、衝擊試驗機……………………………………………………39
圖3-24、JIS K 7203-1982硬質塑膠彎曲試驗方法……………………40
圖3-25、熱重分析儀(TGA)…………………………………………41
圖3-26、熱示差掃瞄卡量計(DSC)…………………………………42
圖3-27、儀器專用鋁盤…………………………………………………42
圖3-28、儀器專用壓片機………………………………………………42
圖3-29、HDPE的DSC熔融曲線……………………………………..43
圖4-1、不同加工溫度之成品密度變化圖…………………………….44
圖4-2、不同塑料之模內溫度比較…………………………………….45
圖4-3、風冷、水冷之收縮率比較…………………………………….47
圖4-4、不同塑料之翹曲情形比較…………………………………….48
圖4-5、轉速與內表面平滑度之關係………………………………….49
圖4-6、不同塑料之試品厚度比較…………………………………….50
圖4-7、不同塑料之試品密度比較…………………………………….50
圖4-8、不同塑料之試品尺寸變化率………………………………….51
圖4-9、不同塑料之吸水性比較……………………………………….52
圖4-10、不同塑料之重量變化率比較…………………………………53
圖4-11、不同塑料之體積變化率比較…………………………………53
圖4-12、不同塑料之密度變化率比較…………………………………54
圖4-13、粒發泡件顯微剖面圖(15×)………………………………55
圖4-14、粉發泡件顯微剖面圖(15×)………………………………55
圖4-15、不同塑料之拉伸強度比較……………………………………57
圖4-16a、不同塑料之衝擊能量比較………………………………….59
圖4-16b、單位厚度之耐衝擊能量比較……………………………….59
圖4-17、不同塑料之彎曲彈性率比較…………………………………60
圖4-18、不同塑料之TGA重量變化率曲線圖……………………….61
圖4-19、不同塑料之TGA重量百分比對加熱溫度的導函數曲線圖...62
圖4-20、試片沿厚度方向結晶度變化圖….…………………………..63
圖4-21、試片沿厚度方向熔點變化圖………………………………...64
表目錄
表一、無機發泡劑的發泡性能…………………………………………11
表二、實驗塑料之尺寸與重量…………………………………………27
表三、泡體顯微計量……………………………………………………56

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