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研究生:陳榮志
研究生(外文):Rong-Zhi Chen
論文名稱:乾摩擦下溫度對壓克力/氧化鋁奈米複材之摩擦與磨耗之影響
論文名稱(外文):Thermal Effects on the Friction and Wear Performances of PMMA/Al2O3 Nano-Composite in the Condition of Dry Sliding
指導教授:羅斯維
指導教授(外文):Sy-Wei Lo
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:奈米複材奈米Al2O3磨耗摩擦
外文關鍵詞:wearfrictionnano aluminum oxidenano-composite
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本論文將壓克力(PMMA)與重量比1%、3%、5%的奈米氧化鋁(Nano Al2O3)混合而成奈米複合材料,製成直徑4mm、厚1mm的實驗試片,將試片於柱-盤(pin-on-disk)磨耗試驗機上,搭配加溫水槽,使用隔水加熱方式加熱磨盤,在改變溫度、速度及負載條件下,來探討實驗參數對摩擦係數與磨耗率的影響,實驗後使用光學顯微鏡觀察試片表面形態,研究其巨觀磨耗性質。

實驗結果發現,當荷重增加時,摩擦係數有降低的現象,添加奈米氧化鋁後,在溫度25℃下1%的奈米氧化鋁摩擦係數最低,當實驗溫度升高,整體摩擦係數會下降,3%的氧化鋁摩擦係數有較佳的表現,整體摩擦係數在0.4以下。添加奈米氧化鋁對抗磨耗能力沒有提升;在50℃與75℃的條件下,速度對抗磨耗能力沒有明顯影響,荷重增加則抗磨耗能力有較好的表現,整體來看溫度條件對於摩擦係數與磨耗率的影響最大。
In the thesis, the polystyrene and nano aluminum oxide are mixed by so-gel to make nano-composites in four weight ratios of 1%, 3%, 5% AL2O3. Specimens with diameter 4 mm and thickness 1 mm are then produced and fixed on a pin-on-disk wear tribometer. A series of wear tests are conducted under different temperatures using a steel wear disk, which is embedded in a water bath with assigned temperature. The effects of temperature, sliding velocity, and loading on the friction coefficient and wear are investigated. The post wear topographies are recorded, using the optical microscopy as well.
It is found that the friction coefficient decreases with increasing loading. The lowest friction coefficient at 25oC occurs when the 1% ingredient composite is tested; however, the whole friction coefficients drop at enhanced temperature and among them, the 3% one shows better performance where the coefficient is below 0.4. Adding the nano aluminum oxide to the polystyrene makes no difference in the resistance to wear. Sliding velocity does not affect the wear resistance ability at 50 and 70 oC, while increasing the loading can improve the resistance to wear. In conclusion, the working temperature plays the most vital role in determining the friction and wear behaviors.
目 錄
中文摘要 ---------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 ---------------------------------------------------------------------------- ii
致謝 ---------------------------------------------------------------------------------- iii

目錄 ---------------------------------------------------------------------------------- iv

表目錄 ------------------------------------------------------------------------------ vi

圖目錄 ------------------------------------------------------------------------------ vii

第一章 緒論------------------------------------------------------------------------- 1
1.1研究動機與目的------------------------------------------------------ 1
1.2 文獻回顧-------------------------------------------------------------- 1
1.2.1 高分子材料的磨耗性質--------------------------------- 1
1.2.2 奈米複合材料的磨耗------------------------------------ 3
第二章 實驗材料與設備---------------------------------------------------------- 6
2.1 奈米氧化鋁----------------------------------------------------------- 6
2.2 壓克力(Polymethyl Methacrylate,PMMA)-------------------- 7
2.3 溶膠-凝膠法(Sol-Gel)---------------------------------------------- 8
2.4 實驗試片-------------------------------------------------------------- 9
2.5 實驗試片性質分析-------------------------------------------------- 11
2.5.1 熱重量分析(Thermogravimetric Analysis,TGA)----- 11
2.5.2 示差掃描熱分析(Differential Scanning Calorimeter,DSC)----------------------------------------
14
2.5.3 動態機械分析(Dynamic Mechanical Analyzer,DMA)--------------------------------------------------------
18
2.6 實驗設備-------------------------------------------------------------- 20
2.6.1 柱-盤(Pin-On)磨耗試驗機------------------------------- 20
2.6.2 位移感測器------------------------------------------------- 23
2.6.3 OP-AMP運算放大器的使用---------------------------- 24
2.6.4 柱-盤磨耗試驗機台特性--------------------------------- 25
2.6.5 直流(DC)伺服馬達與程控介面介紹------------------- 25
2.6.6 加溫水槽---------------------------------------------------- 26
2.6.7 磨盤的製作------------------------------------------------- 27
2.6.8 試片夾持座設計------------------------------------------- 28
2.6.9 洛氏硬度量測儀------------------------------------------- 29
2.6.10 白光干涉儀------------------------------------------------- 29
2.6.11 光學顯微鏡------------------------------------------------- 30
第三章 實驗方法------------------------------------------------------------------- 31
3.1 實驗前的準備-------------------------------------------------------- 31
3.1.1 柱-盤磨耗試驗機台校正--------------------------------- 31
3.1.2 磨耗直徑的量測------------------------------------------- 33
3.2 磨耗實驗流程-------------------------------------------------------- 34
3.2.1 磨耗實驗之參數設定------------------------------------- 34
3.2.2 實驗程序---------------------------------------------------- 35
3.3 實驗流程圖----------------------------------------------------------- 36
3.4 實驗後的清理與檢查----------------------------------------------- 36
第四章 實驗結果與討論---------------------------------------------------------- 37
4.1 實驗參數對摩擦係數之影響-------------------------------------- 37
4.1.1 溫度對摩擦係數之影響---------------------------------- 37
4.1.2 滑動速度對摩擦係數之影響---------------------------- 41
4.1.3 荷重對摩擦係數之影響---------------------------------- 41
4.1.4 氧化鋁含量對摩擦係數之影響------------------------- 43
4.2 實驗參數對試片磨耗率之影響-------------------------------- 44
4.3 PV值對試片磨耗率之影響----------------------------------- 52
第五章 結論與建議---------------------------------------------------------------- 56
5.1 結論-------------------------------------------------------------------- 56
5.2 未來展望-------------------------------------------------------------- 56
參考
文獻 ------------------------------------------------------------------------------- 58

自傳 ------------------------------------------------------------------------------- 59
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[11] 奇美實業股份有限公司
[12] 永朕企業股份有限公司
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