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研究生:陳政陞
研究生(外文):Chen, Cheng-Sheng
論文名稱:多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料之分散製程穩健設計與機械性能研究
論文名稱(外文):Robust Design of Dispersion Processing for Multi-Walled Carbon Nanotubes/Epoxy Composite and Mechanical Properties Investigation
指導教授:吳德和蔡循恒蔡循恒引用關係
指導教授(外文):Wu, Der-HoTasi, Hsun-Heng
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:96
中文關鍵詞:多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料田口品質工程法機械性能電性能有限元素分析實驗模態分析
外文關鍵詞:MWCNT/Epoxy CompositeTaguchi MethodMechanical PropertyElectrical PropertyFinite Element Analysis(FEA)Experimental Modal Analysis(EMA)
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奈米碳管具有獨特的機械和電性能,可當作複合材料的增強劑,為新世代高性能奈米結構材料。近年來,利用多壁奈米碳管(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)高強度、高硬度、高導電性和高導熱性之特性,期望能提升多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料特性。但是奈米碳管的分散和介面鍵合力為主要影響奈米碳管增強複合材料性質主要因素。所以多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料分散製程之研究為重要研究項目。
本研究目的利用田口品質工程法(Taguchi Method)針對多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料進行穩健最佳化分散製程設計,獲得分散製程之最佳參數。同時對不同多壁奈米碳管含量之複合材料之阻尼比、電阻、阻抗和導電率進行分析研究。並利用有限元素分析(finite element analysis, FEA)及結合實驗模態分析(experimental modal analysis, EMA),進行多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料懸臂樑試片模型驗證,求得此結構之模態參數,即自然頻率與模態振型。及利用掃瞄電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)觀察多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料的分散情況。
Carbon nanotubes have the exceptional machine and electrical properties, and regard as reinforcement of the composite material for new generation high performance nanostructure materials. Recently, the properties high strength, high hardness, and high conductivity with high transmit heat of characteristic of MWCNT are widely expected to promote MWCNT/epoxy composite characteristic. But the dispersion and the interfacial bonding force of carbon nanotubes are considered as the main influences of carbon nanotubes-reinforced composites material factor. Therefore, the study of dispersion processing for MWCNT/epoxy composite is very importance research issue.
The purpose of this thesis is to use Taguchi Method to aim at MWCNT/epoxy composite to obtain the robust optimal parameters of dispersion processing. In the meantime, the damping ratio, resistance, impedance with conductivity of different wt. percentage of MWCNT content composite, are studied in detail. The finite element analysis (FEA) and experimental modal analysis (EMA) are to perform model verification for MWCNT/Epoxy composite cantilever beam, and to obtain modal parameters, such as natural frequency and mode shape. Finally, the scanning electron microscope (SEM) is used to observe the dispersion condition of MWCNT/epoxy composite.
摘要 I
Abstract...II
誌謝...IV
目錄...V
表目錄...X
圖目錄...XII
符號索引...XVI
第1章 緒論...1
1.1 研究背景與動機...1
1.2 全文概述...3
第2章 文獻回顧...4
2.1 奈米碳管結構...4
2.2 奈米碳管製造方法...7
2.3 奈米碳管力學性能及電學特性...9
2.3.1 力學性能...9
2.3.2 電學特性...12
2.4 奈米碳管/環氧基樹脂複合材料...13
2.4.1 環氧樹脂...13
2.4.2 奈米碳管/環氧基樹脂複合材料機械、電和阻尼性能...17
第3章 田口法原理...21
3.1 品質損失函數定義...21
3.1.1 傳統品質損失函數...21
3.1.2 品質損失函數(二次品質損失函數)...22
3.2 品質特性(目標函數值)的種類...23
3.3 直交表...24
3.4 田口法分析程序...25
3.4.1 定義目標函數...25
3.4.2 定義設計參數與水準...25
3.4.3 選擇直交表...25
3.4.4 平均數分析(ANOM)...26
3.4.5 變異數分析(ANOVA)...27
第4章 多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料分散製程穩健設計...30
4.1 靜態最佳化設計...30
4.1.1 定義目標函數...32
4.1.2 定義設計參數水準與直交表...32
4.2 實驗方法與步驟...33
4.2.1 試片規格...33
4.2.2 實驗材料...34
4.2.3 實驗儀器...35
4.2.4 執行實驗...40
4.3 平均數分析(ANOM)...40
4.4 交互作用...43
4.5 變異數分析(ANOVA)...45
4.6 SEM分析...47
第5章 多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料機電性質...50
5.1 多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料之機械性質研究...50
5.2 多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料導電性之檢測...53
5.2.1 LCR Meter原理...53
5.2.2 電阻與電導關係...53
5.2.3 阻抗與導納關係...54
5.2.4 實驗量測與儀器使用步驟...55
5.3 多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料之阻尼比特性...61
5.3.1 理論公式...61
5.3.2 試片製作過程...63
5.3.3 阻尼比實驗...64
第6章 多壁奈米碳管/環氧基樹脂複合材料之模型驗證...70
6.1 MWCNT/Epoxy複合材料懸臂樑製作過程...70
6.2 問題定義與分析目標...71
6.2.1 問題定義...71
6.2.2 分析目標...72
6.3 有限元素分析...73
6.4 實驗模態分析...74
6.4.1 實驗儀器架構...74
6.4.2 量測點規劃與實驗方法...75
6.5 結果與討論...75
6.5.1 MWCNT/Epoxy懸臂樑試片頻率響應函數驗證...75
6.5.2 Epoxy懸臂樑試片頻率響應函數驗證...78
6.5.3 MWCNT/Epoxy與Epoxy懸臂樑試片頻率響應函數比較...80
6.5.4 模態參數驗證...81
第7章 結論與建議...88
7.1 MWCNT/Epoxy複合材料之分散製程穩健設計方面...88
7.2 MWCNT/Epoxy複合材料之機電性質...88
7.3 MWCNT/Epoxy複合材料之模型驗證...89
7.4 檢討與建議...89
7.5 未來發展...90
參考文獻...91
作者簡介...95
1.王栢村(2002)振動學。全華科技圖書股份有限公司,台北市,第2章。
2.成會明(2004)奈米碳管。五南圖書出版股份有限公司,台北市,676頁。
3.朱屯、王福明、王習東(2003)奈米材料技術。五南圖書出版股份有限公司,台北市,460頁。
4.吳德和、陳政陞、陳信華、陳文照(2005)單壁奈米碳管之振動分析。2005年ANSYS台灣區年度應用研討會與用戶聯誼大會,花連縣,4-51-4-58頁。
5.李輝煌(2000)田口方法品質設計的原理與實務。高立圖書有限公司,臺北縣,85-117頁。
6.杜祥光(2004)氮化鋁填充高導熱複合材料之開發研究。國立成功大學化學工程研究所碩士論文,84頁。
7.馬振基(1995)高分子複合材料(上冊)。國立編譯館,台北市,744頁。
8.馬振基(2003)奈米材料科技原理與應用。全華科技圖書股份有限公司,台北市,第5章。
9.許明發、郭文雄(2004)複合材料。高立圖書有限公司,台北縣,500頁。
10.陳依湘(2005)環氧樹酯/二氧化矽混成材料之製備及其在金屬防蝕上之應用研究。中原大學化學研究所碩士論文,75頁。
11.陳政陞、吳德和、王栢村、陳文照(2005)MWCNT/Epoxy複合材料懸臂樑之模型驗證。中華民國力學學會第29屆全國力學會議論文集(三),H014-1-H014-8頁。
12.黃建霖(2003)經互穿網狀(IPN)途徑對聚醯亞胺與環氧樹脂二高分子材料低介電化。國立成功大學化學工程研究所碩士論文,165頁。
13.黃國偉(2003)最佳製程平均數設定之研究。南台科技大學工業管理研究所碩士論文,99頁。
14.黃德歡(2002)改變世界的奈米技術。瀛舟出版社,台北市。
15.賴柏洲(1999)基本電學。全華科技圖書股份有限公司,台北市,第3章。
16.賴耿陽(1993)。環氧樹脂應用實務。復漢出版社,台南市,451頁。
17.羅錦興(1999)田口品質工程指引。中國生產力中心,臺北縣,1-37頁。
18.蘇百增(1994)基本電學。千立出版社,高雄縣,438頁。
19.蘇朝墩(2005)品質工程。中華民國品質學會,台北市,431頁。
20.Allaoui, A., S. Bai, H. M. Cheng, and J. B. Bai (2002) Mechanical and electrical properties of a MWNT/epoxy composite. Composites Science and Technology 62: 1993-1998.
21.Breton, Y., G. Désarmot, J. P. Salvetat, S. Delpeux, C. Sinturel, F. Béguin, and S. Bonnamy (2004) Mechanical properties of multiwall carbon nanotubes/epoxy composites: influence of network morphology. Carbon 42: 1027-1030.
22.Cornwell, C. F., and L. T. Wille (1997) Elastic properties of single-walled carbon nanotubes in compression. Solid State Communications 101(8): 555-558.
23.Ebbesen, T. W., and P. M. Ajayan (1992) Large-scale synthesis of carbon nanotubes. Nature 358: 220-222.
24.Ebbesen, T. W., H. J. Lezec, H. Hiura, J. W. Bennett, H. F. Ghaemi, and T. Thio (1996) Electrical conductivity of individual carbon nanotubes. Nature 382: 54-56.
25.Fan, S., M. G. Chapline, N. R. Franklin, T. W. Tombler, A. M. Cassell, and H. Dai (1999) Self-oriented regular arrays of carbon nanotubes and their field emission properties. Science 283(5401): 512-514.
26.Hsu, W. K., M. Terrones, J. P. Hare, H. Terrones, H. W. Kroto, and D. R. M. Walton (1996) Electrolytic formation of carbon nanostructures. Chemical Physics Letters 262: 161-166.
27.Iijima, S. (1991) Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 354: 56-58.
28.Iijima, S., C. Brabec, A. Maiti, and J. Bernholc (1996) Structural flexibility of carbon nanotubes. The Journal of Chemical Physics 104(5): 2089-2092.
29.Jin, Y., and F. G. Yuan (2003) Simulation of elastic properties of single-walled carbon nanotubes. Composites Science and Technology 63: 1507-1515.
30.Krishnan, A., E. Dujardin, T. W. Ebbesen, P. N. Yianilos, and M. M. J. Treacy (1998) Young’s modulus of single-walled nanotubes. Physical Review B 58(20): 14013-14019.
31.Lau, K. T., M. Chipara, H. Y. Ling, and D. Hui (2004) On the effective elastic moduli of carbon nanotubes for nanocomposite structures. Composites: Part B 35: 95-101.
32.Liao, Y. H. (2003) Processing technique and mechanical properties of functionalized SWNT-reinforced composites. MS thesis. Ames, Florida: The Florida State University, Department of Industrial Engineering.
33.Liu, J. Z., Q. Zheng, and Q. Jiang (2001) Effect of a rippling mode on resonances of carbon nanotubes. Physical Review Letters 86(21): 4843-4846.
34.Ounaies, Z., C. Park, K. E. Wise, E. J. Siochi, and J. S. Harrison (2003) Electrical properties of single wall carbon nanotube reinforced polyimide composites. Composites Science and Technology 63: 1637-1646.
35.Poncharal, P., Z. L. Wang, D. Ugarte, and W. A. D. Heer (1999) Electrostatic deflections and electromechanical resonances of carbon nanotubes. Science 283: 1513-1516.
36.Saether, E., S. J. V. Frankland, and R. B. Pipes (2003) Transverse mechanical properties of single-walled carbon naontube crystals. Part I: determination of elastic moduli. Composites Science and Technology 63: 1543-1550.
37.Sandler, J., M. S. P. Shaffer, T. Prasse, W. Bauhofer, K. Schulte, and A. H. Windle (1999) Development of a dispersion process for carbon nanotubes in an epoxy matrix and the resulting electrical properties. Polymer 40: 5967-5971.
38.Song, Y. S., and J. R. Youn (2005) Influence of dispersion states of carbon nanotubes on physical properties of epoxy nanocomposites. Carbon 43: 1378-1385.
39.Thess, A., R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, G. E. Scuseria, D. Tomanek, J. E. Fischer, and R. E. Smalley (1996) Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes. Science 273(5274): 483-487.
40.Tsotra, P., and K. Friedrich (2003) Electrical and mechanical properties of functionally graded epoxy-resin/carbon fibre composites. Composites: Part A 34: 75-82.
41.Valentini, L., and J. M. Kenny (2005) Novel approaches to developing carbon nanotube based polymer composites: fundamental studies and nanotech applications. Polymer 46: 6715-6718.
42.Wang, G. W., Y. P. Zhao, and G. T. Yang (2004) The stability of a vertical single-walled carbon nanotube under its own weight. Materials and Design 25: 453-457.
43.Wang, X. Y., and X. Wang (2004) Numerical simulation for bending modulus of carbon nanotubes and some explanations for experiment. Composites: Part B 35: 79-86.
44.Wang, Z. L., R. P. Gao, P. Poncharal, W. A. D. Heer, Z. R. Dai, and Z. W. Pan (2001) Mechanical and electrostatic properties of carbon nanotubes and nanowires. Materials Science and Engineering C 16: 3-10.
45.Wong, E. W., P. E. Sheehan, and C. M. Lieber (1997) Nanobeam mechanics: elasticity, strength, and toughness of nanorods and nanotubes. Science 277: 1971-1975.
46.Wu, D. H., W. T. Chien, C. S. Chen, and H. H. Chen (2006) Resonant frequency analysis of fixed-free single-walled carbon nanotube-based mass sensor. Sensors and Actuators A 126: 117-121.
47.Zhang, Z., J. Peng, and H. Zhang (2001) Low-temperature resistance of individual single-walled carbon nanotubes: A theoretical estimation. Applied Physics Letters 79(21): 3515-3517.
48.Zhou, X., E. Shin, K. W. Wang, and C. E. Bakis (2004) Interfacial damping characteristics of carbon nanotube-based composites. Composites Science and Technology 64: 2425-2437.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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