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研究生:李政軒
研究生(外文):Cheng-Hsuan Lee
論文名稱:聚丙烯/滑石粉之複合材料製備及其物理性質探討
論文名稱(外文):Preparation and Characterization of PP/Talc Composites
指導教授:邱方遒
指導教授(外文):Fang-Chyou Chiu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:聚丙烯滑石粉複合材料機械性質熱性質
外文關鍵詞:PPTalcCompositesMechanical PropertiesThermal Properties
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本研究利用雙螺桿押出機(Twin Screw Extruder)分別以不同方式(一次混煉或分批混煉)將不同比例的聚丙烯(PP)、聚烯烴彈性體(Engage 7467)及滑石粉(Talc:EM、105RZ、MF15J)等混煉成複合材料,希望能獲得具備高剛性與高流動性之聚丙烯複合材料。研究中透過萬能拉力機(Tensile Test Machine)及衝擊試驗機(Impact Test Machine)得到樣品基本的力學特性,再利用熔融指數(MI)測定儀評估樣品之流動性,並透過掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察樣品斷裂面的相形態,同時使用X光繞射儀觀察PP晶體結構並使用微差掃瞄熱卡計(DSC)與熱重分析儀(TGA)測試樣品熱性質。
結果顯示:若是先將滑石粉(Talc) 與 PP 預混再與彈性體(Engage) 進行第二次摻混,則樣品之耐衝擊強度會遠比三種材料一次摻混為佳,但其剛性仍可保持一定水準,不會受到耐衝擊強度的上升而大幅下降。反之,若是先將彈性體(Engage)與PP預混後,再與滑石粉(Talc)進行第二次摻混,樣品之耐衝擊強度依然會遠比三種材料一次摻混為佳,但其剛性則會受到耐衝擊強度的上升而大幅下降。至於PP摻混不同的滑石粉,其複合材料間的機械或物理性質並無太大差異。DSC實驗結果顯示:在結晶或熔融過程中,複合材料中滑石粉(Talc) 或彈性體(Engage)的比例越多,其結晶溫度(Tc)及熔融溫度(Tm)會較純 PP來得低。此外,耐衝擊強度及拉伸強度實驗結果顯示:添加彈性體(Engage)會提升PP的耐衝擊強度;而添加滑石粉(Talc)則會提升PP的抗張強度、楊氏模數、彎曲強度及彎曲模數。TGA熱穩定性評估實驗結果顯示:添加彈性體(Engage)無法提升PP的熱穩定性,而添加滑石粉(Talc)則有助於提升PP的熱穩定性。經由所有的實驗配方與結果,我們可確定滑石粉(Talc)與彈性體(Engage)在改善PP機械性質中所扮演的角色,並能夠予以控制,藉以大幅提昇PP之性質與市場應用性。
The main purpose of this study was to investigate the polypropylene (PP)/Talc composites with different Talc types and different mixing procedures. The composites were prepared through a twin screw extruder. Thermogravimetric analysis (TGA) results indicated that the addition of Talc increased the thermal stability of PP matrix. Differential scanning calorimetry (DSC) results indicated the addition of Talc decreased the Tm and TC of PP matrix, but the melting enthalpy of PP was little affected. The addition of 20 wt.% of Talc enhanced the PP crystallization ability. The X-ray diffraction results showed that both of PP crystals and Talc crystals existed in the PP/Talc composites. Scanning electron microscope (SEM) results showed that Talc was distributed randomly in PP matrix. The mechanical properties of composites, including yield strength, Young’s modulus, flexural strength and flexural modulus increased with the addition of Talc.
封面
指導教授推薦書
口試委員審定書
授權書…………………………………………………………………...iii
誌謝……………………………………………………………………...iv
中文摘要……………………………………………………………….....v
英文摘要…………………………………………………………….….vii
目錄…………………………………………………………………….viii
表目錄…………………………………………………………………..xii
圖目錄………………………………………………………………….xiii
第一章 緒論…………………………………………………………….1
第二章 原理與文獻回顧……………………………………………….2
2.1聚丙烯[Polypropylene,PP].............................................................2
2.1-1 聚丙烯發展歷史.....................................................................2
2.1-2 聚丙烯性質.............................................................................2
2.1-3 聚丙烯製備.............................................................................2
2.1-4 聚丙烯用途.............................................................................3
2.1-5 聚丙烯立體規則性….............................................................3
2.1-6 聚丙烯晶體結構….................................................................4
2.2 高分子填充材料簡介....................................................................5
2.2-1 填充劑種類.............................................................................7
2.2-2 填充劑作用….......................................................................10
2.3 增韌劑..........................................................................................11
2.3-1聚烯烴塑膠體(polyolefin plastomer , POP) .........................11
2.3-2聚烯烴塑膠體(polyolefin elastomer , POE) .........................11
2.3-3馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體(POE-g-MA).........................11
2.4 高分子摻合物.............................................................................12
2.4-1 起源......................................................................................12
2.4-2 製備......................................................................................12
2.5 聚丙烯相關複合材料文獻..........................................................14
第三章 實驗...........................................................................................20
3.1 材料..............................................................................................20
3.2 儀器設備......................................................................................20
3.3 實驗步驟......................................................................................22
3.4 性質分析......................................................................................22
3.4-1 熔融指數測定儀(MI)…………………………………..….22
3.4-2 衝擊試驗機(Impact Test Machine).....................................23
3.4-3 萬能拉力機(Tensile Test Machine)....................................23
3.4-4 微差掃描熱卡計(DSC)......................................................23
3.4-5 熱重分析儀(TGA)..............................................................24
3.4-6 掃描式電子顯微鏡(SEM)..................................................24
3.4-7 廣角X光繞射儀(XRD)…..................................................24
第四章 結果與討論...............................................................................28
4.1 加工性質......................................................................................28
4.2 機械性質......................................................................................28
4.2-1 衝擊試驗分析......................................................................28
4.2-2 拉伸試驗分析......................................................................29
4.2-3彎曲試驗分析........................................................................29
4.3 熱性質..........................................................................................29
4.3-1結晶行為................................................................................29
4.3-2 熔融行為..............................................................................30
4.3-3 結晶度..................................................................................30
4.3-4 熱穩定性..............................................................................31
4.4 相形態..........................................................................................31
4.5 晶體結構......................................................................................32
第五章 結論...........................................................................................33
參考文獻...................................................................................................62

表 目 錄
表3-1-1實驗配方組成.............................................................................26
表4-1-1熔融指數實驗結果....................................................................35
表4-2-1耐衝擊實驗結果.........................................................................35
表4-2-2(a) 硬板拉伸實驗應力結果.......................................................36
表4-2-2(b) 硬板拉伸實驗模數結果.......................................................36
表4-2-3(a) 三點彎曲實驗應力結果.......................................................37
表4-2-3(b) 三點彎曲實驗模數結果.......................................................37
表4-3-1 10m/min降溫實驗DSC結果.....................................................38
表4-3-2 40m/min降溫實驗DSC結果.....................................................38
表4-3-4(a) 氮氣中TGA實驗結果..........................................................38
表4-3-4(b) 空氣中TGA實驗結果........................................................39
表5-1機械性質彙總表……………........................................................61

圖 目 錄
圖2-1 iPP α form 晶體之WAXD 圖...................................................16
圖2-1 iPP β form 晶體之WAXD圖譜.............................................16
圖2-3 代表性mPE的基本分子結構....................................................17
圖2-4 代表性POE-g-MA的分子結構.................................................17
圖2-5 滑石粉與聚丙烯複合材料的機械性質分析…………….....…18
圖2-6 滑石粉與聚丙烯複合材料的WAXD圖譜..................................19
圖2-7 滑石粉與聚丙烯複合材料的斷面形態.......................................19
圖3-1 熔融法摻合物製備之流程...........................................................27
圖4-1-1 熔融指數試驗...........................................................................40
圖4-2-1 耐衝擊試...................................................................................41
圖4-2-2 拉伸試驗Yield Strength............................................................42
圖4-2-3 拉伸試驗之楊氏模數...............................................................43
圖4-2-4 三點彎曲試驗Yield Strength....................................................44
圖4-2-5 三點彎曲試驗之楊氏模數.......................................................45
圖4-3-1(a) 10 ℃/min降溫之DSC圖譜................................................46
圖4-3-1(b) 40 ℃/min降溫之DSC分析圖譜........................................46
圖4-3-2(a) 10 ℃/min降溫後的DSC升溫圖譜....................................47
圖4-3-2(b) 40 ℃/min降溫後的DSC升溫圖譜....................................47
圖4-3-3(a) 10 ℃/min降溫下的結晶度.................................................48
圖4-3-3(b) 40 ℃/min降溫下的結晶度.................................................48
圖4-2-3(a) N2環境下之TGA熱重損失圖譜........................................49
圖4-2-3(b) 空氣環境下之TGA熱重損失圖譜.....................................49
圖4-4-1 PP-30樣品的SEM分析照片...................................................50
圖4-4-2 1/4P樣品的SEM分析照片......................................................50
圖4-4-3 1/4P20E樣品的SEM分析照片................................................51
圖4-4-4 1/1P15E20TE樣品的SEM分析照片........................................51
圖4-4-5(a) EM Talc樣品的SEM分析照片..........................................52
圖4-4-5(b) 1/1P15E20TE樣品的SEM分析照片...................................52
圖4-4-6(a) MF15J樣品的SEM分析照片.............................................53
圖4-4-6(b) 1/1P15E20TM樣品的SEM分析照片.................................53
圖4-4-7(a) 105RZ樣品的SEM分析照片.............................................54
圖4-4-7(b) 1/1P15E20TR樣品的SEM分析照片.................................54
圖4-4-8(a) 1/1P15E20TE樣品2000X 的SEM分析照片.....................55
圖4-4-8(b) 1/1P15E20TE樣品3500X 的SEM分析照片.....................55
圖4-4-9(a) 1/1P15E20TE樣品2000X 的SEM分析照片.....................56
圖4-4-9(b) 1/1P15E20TE樣品3500X 的SEM分析照片.....................56
圖4-4-10(a) 1/1P15E20TE樣品2000X 的SEM分析照片...................57
圖4-4-10(b) 1/1P15E20TE樣品3500X 的SEM分析照片...................57
圖4-5-1 PP/Talc樣品的WAXD 圖譜………………………….…….58
圖4-5-2 PP/Talc/Engage樣品的WAXD 圖譜…………………....….59
圖4-5-3 不同混鍊方式樣品的WAXD 圖譜……………...……..…..60
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17. 黃兆閣、李愛玲、聚丙烯/奈米CaCO3/彈性體材料的研究,高分子工業,第112卷,69,2004
註:本論文之部份數據為與褚明淵同學共同進行實驗所獲得
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