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研究生:朱松年
研究生(外文):Song-Nian Jhu
論文名稱:超臨界流體微細發泡射出成型對聚烯烴彈性體/蒙脫土奈米複合材料機械與熱性質之研究
論文名稱(外文):Effect of Organoclay and Preparation Method on the Mechanical/Thermal Properties of Microcellular Injection Molded TPO-Clay Nanocomposites
指導教授:黃世欣黃世欣引用關係
指導教授(外文):Shyh-Shin Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
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:2008
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:109
中文關鍵詞:聚烯烴彈性體奈米複合材料蒙脫土超臨界流體微細發泡射出成型
外文關鍵詞:OrganoclayNanocompositesMicrocellularKneaderMelt CompoundingThermoplastic olefin elastomers
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本研究主要是探討聚烯烴彈性體(TPO)/蒙脫土奈米複合材料以兩種不同製備方式(利拿機與雙螺桿押出機)進行混鍊,之後再利用傳統射出成型與超臨界流體微細發泡射出成型製成符合美國材料與試驗協會(ASTM)的標準式片。在實驗的過程中,將使用氮氣(N2)作為發泡劑,並在製程參數保持恆定下,觀測改變蒙脫土的添加含量(0 wt% ~ 9 wt%)對高分子奈米複合材料之機械性質(拉伸、衝擊、耐磨耗)、熱性質(DSC、TGA)、發泡微結構特性(SEM)與奈米結構特性(XRD、TEM)之影響性。結果顯示,在傳統射出方面,兩種製備方式在機械性能(拉伸與衝擊)方面皆非常相近,都會隨著蒙脫土含量的增加而上升之趨勢;而在耐磨耗性能的部份,則以雙螺桿押出機製備的奈米複合材料擁有較好的耐磨性,相信這應該是雙螺桿在混鍊時產生的高剪切力造成加工硬化效應所引起的。在發泡特性方面,以利拿機混鍊方式,具有較好的氣泡尺寸與氣泡密度分佈,故其衝擊性能優於雙螺桿押出機所混鍊的複合材料。在熱性質方面,證明添加適量的蒙脫土的確能有效的提高基材之熔融溫度(Tm)與熱裂解溫度(Td),使其整體的熱穩定性有所提升。在XRD測試方面,則顯示聚烯烴彈性體(TPO)/蒙脫土奈米複合材料是屬於插層型奈米複合材料。而在TEM測試方面,則可驗證蒙脫土的分散型態,並與XRD試驗做個完美的比對。
Thermoplastic olefin elastomers (TPO)/MMT nanocomposites prepared by kneader and melt compounding methods were used in this study. The organoclay TPO nanocomposites were then injection molded by conventional and microcellular methods. Nitrogen was used as the blowing agent. The effect of organoclay content and preparation methods on the mechanical/thermal properties was investigated. The results showed that the mechanical properties increased as the clay content increased both for kneader and melt compounding process. The foaming by kneader had better cell density than that of melt compounding and cell size decreased as the clay loading increased. The addition of MMT also improved the thermal stability of the TPO/clay nanocomposites. The XRD results showed that the nanocomposites having intercalated layered structure..
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 塑膠材料 2
1.2.1 塑膠材料的分類 3
1.2.1.1熱塑性高分子 3
1.2.1.2熱固性高分子 5
1.2.1.3 彈性體 5
1.2.2 熱塑性彈性體 6
1.3 奈米材料簡介 9
1.3.1 奈米原理 10
1.3.2 無機層材料簡介 10
1.4 複合材料簡介 13
1.4.1 傳統複合材料 13
1.4.2 奈米複合材料 14
1.4.3 複合材料的類型與特性 14
1.4.4 高分子奈米複合材料 15
1.5 傳統射出成型與發泡射出成型之概述 19
1.5.1 傳統射出成型 19
1.5.2 傳統發泡射出成型 21
1.5.3 微細發泡發泡射出成型 22
1.5.3.1 超臨界流體簡介 25
1.6 研究動機與目的 27
1.7 論文架構 28
第二章 文獻回顧 30
2.1 奈米複合材料相關文獻 30
2.2 超臨界流體微細發泡相關文獻 31
2.3 熱塑性彈性體高分子相關文獻 34
2.4 文獻總結 35
第三章 實驗方法 36
3.1 實驗規劃與流程 36
3.2 實驗材料 36
3.2.1 熱塑性聚烯烴彈性體 36
3.2.2 改質蒙脫土 38
3.2.3 界面相溶劑-馬來酸酐 39
3.2.4 惰性氣體發泡劑-氮氣 40
3.3 奈米複合材料之混鍊加工簡介 40
3.3.1利拿機(強力混合機)混鍊 40
3.3.2 雙螺桿押出機混鍊 42
3.4 實驗儀器設備 44
3.4.1 射出成型機 44
3.4.2 超臨界流體(SCF)輸送系統、Mucell界面組件 45
3.4.3 除濕乾燥機 47
3.4.4 模具溫控設備 48
3.4.5 除濕防潮箱 49
3.4.6 射出成型加工簡介 49
3.5 機械性質測試 51
3.5.1 拉伸試驗 52
3.5.2 衝擊試驗 53
3.5.3 耐磨耗試驗 54
3.5.4 硬度試驗 55
3.6 熱性質測試 57
3.6.1 示差掃瞄熱分析儀(DSC)測試 57
3.6.2 熱失重分析儀(TGA)測試 58
3.7 奈米結構性質測試 59
3.7.1 X光繞射儀(XRD)測試 59
3.7.2 穿透式電子顯微鏡(TEM)測試 61
3.8 微結構測試 62
3.8.1 掃描式電子顯微鏡( SEM )測試 62
第四章 結果與討論 63
4.1 結果與討論 63
4.1.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之XRD測試 64
4.1.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之XRD測試 65
4.1.3 兩種混鍊方式對XRD試驗的差異性 66
4.2 奈米結構特性測試 67
4.2.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之黏土分散型態 67
4.2.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之黏土分散型態 68
4.3 機械性質測試 68
4.3.1 拉伸性質之測試 69
4.3.1.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之拉伸強度測試 69
4.31.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之拉伸強度測試 71
4.3.1.3 兩種混鍊方式對拉伸強度的差異性 73
4.3.2 衝擊性質之測試 76
4.3.2.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之衝擊強度測試 76
4.3.2.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之衝擊強度測試 77
4.3.2.3 兩種混鍊方式對衝擊強度的差異性 78
4.3.3 耐磨耗性質之測試 80
4.3.3.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之耐磨耗性能測試 80
4.3.3.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之耐磨耗性能測試 81
4.3.3.3 兩種混鍊方式對耐磨耗性能的差異性 83
4.3.4 硬度性質之測試 84
4.3.4.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之洛式硬度性能測試 84
4.3.4.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之洛式硬度性能測試 85
4.3.4.3 兩種混鍊方式對洛式硬度測試的差異性 86
4.4 微細發泡特性之探討 87
4.4.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之發泡性質討 87
4.4.2 雙螺桿壓出機製備蒙脫土奈米複合材之發泡性質探討 90
4.4.3 兩種混鍊方式對發泡性能的差異性 92
4.4.4 不同特性高分子對複合材料發泡性能的差異性 94
4.5 熱性質之探討 96
4.5.1 DSC性質之測試 96
4.5.1.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之DSC性質探討 97
4.5.1.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之DSC性質探討 98
4.5.1.3 兩種混鍊方式對DSC性質的差異性 99
4.5.2 TGA性質之測試 99
4.5.2.1 利拿機製備蒙脫土奈米複合材之TGA性質探討 100
4.5.2.2 雙螺桿押出機製備蒙脫土奈米複合材之TGA質探討 101
4.5.2.3 兩種混鍊方式對材料TGA性質的差異性 102
第五章 結論與未來發展方向 103
5.1結論 103
5.2未來發展方向 105
參考文獻 106
簡歷 110
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