跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.101.84) 您好!臺灣時間:2023/09/25 14:52
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:邱柏書
研究生(外文):Po-Shu Chiu
論文名稱:碳纖維補強石墨塊物性分析
論文名稱(外文):Mechanical Characterization of Carbon Fiber Reinforced Graphite Blocks
指導教授:郭文雄郭文雄引用關係
指導教授(外文):Wen-Shyong Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:航太與系統工程所
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:碳纖維預浸材石墨
外文關鍵詞:GraphitePrepregcarbon fiber
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:239
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本文利用天然石墨鱗片(Natural graphite flake)壓錠成塊狀,作為散熱材料的基礎,並在中間或表面黏貼預浸材(pre-impregnated fiber,或簡寫為Prepreg),增加其強度以及改善石墨鱗片脫落的問題。本實驗主要探討使用兩種預浸材(prepreg):單向性與編織布預浸材做出兩批黏貼不同預浸材的試片,每批各有三種試片有在1塊厚度6mm的石墨塊表面黏貼2層的預浸材、2塊厚度3mm的石墨塊在表面及中間黏貼共3層的預浸材和4塊厚度1.5mm石墨塊在表面及中間黏貼共5層的預浸材,並對材料進行壓縮、剪切、衝擊、短樑(層間剪力) 與磨耗等測試,觀察其機械性質與影響。實驗發現,除了黏貼不同預浸材的試片外,預浸材層數的增加也會對機械性質有明顯的改善。經由顯微觀察破壞面,發現石墨塊中石墨鱗片的排列有方向性,為層狀的堆疊。
Natural graphite flakes have been compressed to make graphite compacts, which can be used as heat conducting materials. Carbon/epoxy prepregs are used to insert on the surface and in the middle layer of the graphite compact in order to prevent the loss of the graphite particles. This experiment use two types of prepreg, one is unidirectional carbon fiber/epoxy prepreg and another is woven fabric carbon fiber /epoxy prepreg. We have two types of materials, and each has three kind of specimens. The first is the one piece graphite compact with a thickness 6mm and with the prepreg on the surface, The second type are two pieces graphite compact of thickness 3mm and the prepreg on the surface and middle layer, total three prepreg layers. The third type are four pieces graphite compact of thickness 1.5mm and prepreg on the surface and middle layer, totally five prepreg layers. The mechanical tests conducted include compression, transverse shear, impact, short-beam strength test and abrasion resistance test. The results indicate that the addition of the prepreg layers and using difference type prepreg can significantly strengthen the materials. The fractured surfaces were examined by the electron microscopes. The images reveal that the graphite flakes were oriented along the in-plane directions.
目錄
誌 謝 i
摘 要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xiii

第一章 前言 1
1.1 引言 1
1.2 研究動機 2
第二章 理論與文獻回顧 4
2.1 石墨 4
2.1.1 石墨簡介 4
2.1.2 石墨的特性與用途 8
2.1.3 石墨的結晶結構 11
2.1.4 石墨的種類 12
2.1.5 石墨的化學與物理性質 13
2.2 粉末加工 14
2.2.1 成型現象 14
2.2.2 生胚內的粒間結合 16
2.2.3 回彈 17
2.2.4 粉末特性的影響 17
2.3 預浸材 18
2.3.1 預浸材料之定義與特性 18
2.3.2 樹脂性質影響纖維與基材之鍵結強度 19
2.3.3 纖維含浸環氧樹脂預浸料之製作 20
2.3.4 預浸材料之檢測 23
第三章 實 驗 25
3.1 實驗流程 25
3.2 實驗材料 26
3.3 實驗設備 27
3.4 試片種類與編號 28
3.5 試片製作 29
3.6 碳纖維補強石墨塊之機械性質測試 32
3.6.1 表觀密度(Apparent Density) 32
3.6.2 塊狀密度(Bulk density) 32
3.6.3 開放性空孔之測量 33
3.6.4 壓縮測試 33
3.6.5 剪切測試 35
3.6.6 衝擊測試 36
3.6.7 短樑強度測試 39
3.6.8 磨耗測試 41
3.7 加熱升溫曲線 43
3.8 掃描式電子顯微鏡觀察 44
第四章 結果與討論 45
4.1 實驗試片 45
4.1.1 試片之外觀 45
4.1.2 試片密度 46
4.1.3 壓錠壓力與試片密度關係 47
4.1.4 開放性空孔含有率 48
4.2 壓縮測試分析 52
4.2.1 試片破壞之外觀 52
4.2.2 應力與應變關係 57
4.2.3 最大應力與模數分析 60
4.2.4 碳纖維補強試片與電鍍、環氧樹脂塗層試片之比較 62
4.2.5 壓縮破壞觀察 63
4.3 剪切測試分析 65
4.3.1 試片破壞之外觀 65
4.3.2 負載與位移曲線關係 67
4.3.3 各種試片最大剪應力 71
4.3.4 剪切測試顯微結果觀察 72
4.4 衝擊測試分析 80
4.4.1 試片破壞之外觀 80
4.4.2 測試結果分析 82
4.4.3 碳纖維補強試片與電鍍、環氧樹脂塗層試片之比較 83
4.5 短樑強度測試分析 84
4.5.1 試片破壞之外觀 84
4.5.2 短樑強度測試結果分析 85
4.5.3 短樑強度分析 89
4.5.4 短樑破壞觀察 90
4.6 磨耗測試分析 92
4.6.1 試片破壞之外觀 92
4.6.2 磨耗測試曲線 93
第五章 結論 94
參 考 文 獻 97


圖目錄

圖2.1 石墨薄膜 6
圖2.2 碳常見的分子結構 6
圖2.3 石墨的結晶結構 7
圖2.4 石墨晶體層狀結構中原子的中心位置 11
圖2.5 石墨的晶體結構 11
圖2.6 粉末壓縮成形意示圖 14
圖2.7 強化纖維一般分類 20
圖2.8 溶劑型單向纖維預浸料之製作程序 22
圖2.9 熱熔型預浸料製作流程說明圖 22
圖2.10 纖維預浸材料檢驗流程圖 24
圖3.1 實驗流程圖 25
圖3.2 30×50MM與30×30MM試片冷壓模具 29
圖3.3 壓錠示意圖 29
圖3.4 30×50MM與30×30MM試片鋁板模具 30
圖3.5 鋁板模堆疊示意圖 31
圖3.6 真空烘箱熱壓成形示意圖 31
圖3.7 有支撐壓縮測試示意圖 34
圖3.8 剪切測試示意圖 36
圖3.9 IZOD衝擊試驗示意圖 37
圖3.10 衝擊測試示意圖 38
圖3.11 短樑強度測試示意圖 40
圖3.12 磨耗測試示意圖 42
圖3.13 升溫曲線 43
圖3.14 高解晰可變真空掃描式電子顯微鏡 44
圖4.1 試片外觀 45
圖4.2 WNP試片的表觀密度與塊狀密度圖 46
圖4.3 UDNP試片的表觀密度與塊狀密度圖 47
圖4.4 壓錠壓力與密度關係圖 48
圖4.5 WNP2開放性空孔含有率與壓錠壓力關係圖 49
圖4.6 UDNP2開放性空孔含有率與壓錠壓力關係圖 50
圖4.7 WNP系列開放性空孔含有率 50
圖4.8 UDNP系列開放性空孔含有率 51
圖4.9 試片正面破壞圖 53
圖4.10 試片側面破壞圖 53
圖4.11(A) UDNP2壓縮測試曲線圖 54
圖4.11(B) UDNP2壓縮測試破壞順序圖 54
圖4.12(A) UDNP3壓縮測試曲線圖 55
圖4.12(B) UDNP3壓縮測試破壞順序圖 55
圖4.13(A) UDNP5壓縮測試曲線圖 56
圖4.13(B) UDNP5壓縮測試破壞順序圖 56
圖4.14(A) WNP2試片之應力應變圖 57
圖4.14(B) WNP3試片之應力應變圖 58
圖4.14(C) WNP5試片之應力應變圖 58
圖4.14(D) UDNP2試片之應力應變圖 59
圖4.14(E) UDNP3試片之應力應變圖 59
圖4.14(F) UDNP5試片之應力應變圖 60
圖4.15 各試片壓縮-最大應力比較圖 61
圖4.16 各試片壓縮-模數比較圖 61
圖4.17各試片與電鍍及環氧樹脂塗層試片之壓縮-最大應力比較圖 62
圖4.18(A) WNP系列試片側面破壞 63
圖4.18(B) UDNP系列試片側面破壞 64
圖4.19 WNP5試片光學顯微觀察 64
圖4.20 剪切測試試片正面破壞圖 65
圖4.21 剪切測試試片側面破壞圖 66
圖4.22 (A) WNP2試片之剪切負載位移圖 67
圖4.22 (B) WNP3試片之剪切負載位移圖 68
圖4.22 (C) WNP5試片之剪切負載位移圖 68
圖4.22 (D) UDNP2試片之剪切負載位移圖 69
圖4.22 (E) UDNP3試片之剪切負載位移圖 69
圖4.22 (F) UDNP5試片之剪切負載位移圖 70
圖4.23 各試片剪切測試-最大剪應力比較圖 71
圖4.24 剪切位置示意圖 71
圖4.25 剪切測試-試片石墨鱗片斷面處SEM圖 73
圖4.26(A) 剪切測試-WNP2試片斷面處SEM圖 73
圖4.26(B) 剪切測試-WNP2試片斷面處SEM圖 74
圖4.26(C) 剪切測試-WNP2試片斷面處SEM圖 74
圖4.26(D) 剪切測試-WNP2試片斷面處SEM圖 75
圖4.27(A) 剪切測試-UDNP2試片斷面處SEM圖 75
圖4.27(B) 剪切測試-UDNP2試片斷面處SEM圖 76
圖4.27(C) 剪切測試-UDNP2試片斷面處SEM圖 76
圖4.27(D) 剪切測試-UDNP2試片斷面處SEM圖 77
圖4.28(A) 剪切測試-UDNP2試片中間段介面破壞觀察 77
圖4.28(B) 剪切測試-UDNP2試片中間段介面破壞觀察 78
圖4.28(C) 剪切測試-UDNP2試片中間段介面破壞觀察 78
圖4.28(D) 剪切測試-UDNP2試片中間段介面破壞觀察 79
圖4.28(E) 剪切測試-UDNP2試片邊角介面破壞觀察 79
圖4.29(A) 衝擊測試-側面破壞圖 81
圖4.29(B) 衝擊測試-側面破壞圖 81
圖4.30 試片衝擊能量吸收比較圖 82
圖4.31 各試片與電鍍及環氧樹脂塗層試片之衝擊能量吸收比較圖 83
圖4.32(A) 短樑強度測試-側面破壞圖 84
圖4.32(B) 短樑強度測試-側面破壞圖 85
圖4.33(A) 短樑強度負載位移比較圖 86
圖4.33(B) 短樑強度負載位移比較圖 86
圖4.33(C) 短樑強度負載位移比較圖 87
圖4.33(D) 短樑強度負載位移比較圖 87
圖4.33(E) 短樑強度負載位移比較圖 88
圖4.33(F) 短樑強度負載位移比較圖 88
圖4.34 短樑強度比較圖 89
圖4.35(A) 短樑破壞模式觀察 90
圖4.35(B) 短樑破壞模式觀察 91
圖4.36 磨耗測試試片正面破壞圖 92
圖4.37 磨耗測試曲線圖 93
表目錄

表3.1 預浸材規格參數表 26
表3.2 試片編號 28
表3.3 壓縮試驗規格 33
表3.4 剪切試驗規格 35
表3.5 短樑強度測試之規格表 39
表3.6 磨耗測試之規格表 41
1.許明發、郭文雄, 複合材料, 高立出版社(1998)。
2.許明發、郭文雄, 複合材料纖維學, 全威出版社(2002)。
3.袁澄波、石作民、陳汝翼, 石墨材料之開發利用, 復漢出版社(1999)。
4.Geim A.K.,and Kim P., 甘錫安譯, “一支筆畫出奈米碳網”, 科學人雜誌, 第75期(2008)。
5.潘冠彰, “新世紀碳材料”, 環保月刊 9月第3期(2001)。
6.江文彥, “石墨與碳纖”, 化工技術(2005)。
7.梁碧?], 材料化學, 滄海書局(2009)。
8.林聖賢, 陳徹, 李迎龍, 固態化學基礎簡介 (一)晶體結構, 滄海書局(2003)。
9.Kukesh J. S. , Pauling L. , “The Problem of The Graphite Structure”, American Mineralogist, 35, p.125 (1950).
10.Ian A.S. Edwards etal. , Introduction to Carbon Science, Ed. Harry Marsh, London Boston : Butterworths, p.5(1989).
11.任學平、康永林, 粉末塑型加工原理及其應用, 冶金工業出版社(1998)。
12.German 原著 伍祖璁、黃錦鐘 譯, 粉末冶金, 高立出版(1996)。
13.蘇英源、郭金國, 粉末冶金學, 全華科技圖書股份有限公司(2001)。
14.汪建民, 粉末冶金技術手冊, 中華民國產業科技發展協進會(1994)。
15.材料應用部門, 氮化硼產品說明, 金絢豐開發有限公司。
16.Hewitt R. L., Wallace W., and Demalherbe M. C., “Plastic Deformation in Metal Powder Compaction” , Powder Met., 17, 1-12(1974).
17.徐新榮 譯, 機械元件之粉末冶金法, 全華科技圖書股份有限公司(1992)。
18.Duwez P. and Zell L., “Pressure Distribution in Metal Powder Compacts”, Trans. AIME, Vol.185, pp.137-144 (1949).
19.Cooper A. R. and Eaton L. E., “Compaction Behavior of Several Ceramic Powders”, J. Amer. Ceramic Soc., Vol.45, pp.97-101 (1962).
20.Easterling K. E., and Tholen A. R., “The Role of Surface Energy and Powder Geometry in Powder Compaction”, Powder Met., Vol.16, pp.112-118 (1973).
21.German R. M., “Strength Dependence on Porosity for PM Compacts”, Inter. J. Powder Met. Powder Tech., Vol.13, pp.259-271 (1977).
22.陳克紹, 粉末冶金概論, 全華科技圖書股份有限公司(1985)。
23.Klar E. and Shafer W.M., “On Green Strength and Compressibility in Metal Powder Compaction” , Modern Developments in Powder Metallurgy, vol.9, Metal Powder Industries Federation, Princeton, NJ, 91-113(1977).
24.Kostenlink M.C., Kludt F.H., and Beddow J.K., “The Initial Stage of Compaction of Metal Powder in a Die”, Inter. J. Powder Met., vol. 4,19-28(1968).
25.許明發、柯澤豪、劉顯光、郭文雄, 複合材料入門, 中華民國尖端材料科技協會(2005)。
26.黃振賢、蔡錫鐃, 材料實驗, 新文京開發出版有限公司(2004)。
27.白佳弘, 石墨塊壓製與物性分析, 逢甲大學航太與系統工程學系碩士論文(2008)。
28.溫展兆, 強化石墨塊物性分析, 逢甲大學機械與航空工程研究所博士論文計畫書(2009)。
29.Yasmin A., and Daniel I. M., “Mechanical and Thermal Properties of Graphite Platelet/Epoxy Composites”, Polymer ,45, pp.8211-8219 (2004).
30.冼杏娟、李端?? 複合材料破壞分析及微觀圖譜, 科學出版社(1993) 。
31.吳人潔、段維新、翁慶隆、郭永聖, 複合材料, 新文京開發出版有限公司(2004)。
32.Robert E. Reed-Hill, Reza Abbaschian 原著 劉偉隆、林淳杰、曾春風、陳文照 譯, 物理冶金, 全華科技圖書股份有限公司(2002)。
33.Luo J. J., and Daniel I. M.,“Characterization and modeling of mechanical behavior of polymer/clay nanocomposites”, Compos Sci Technol, 63, 1607-1616(2003).
34.吳成義, 張麗英, 粉體成形力學原理, 冶金工業出版社(2003)。
35.鄒泓, 含石墨片鋁塊粉末冶金物性分析, 航太與系統工程學系碩士論文(2009)。
36.彭仁君, 針縫複合材料之壓縮與剪切性質, 航太與系統工程學系碩士論文(2007)。
37.羅子森, 三次元碳/碳複合材料之製程與物性分析, 逢甲大學紡織工程學系碩士論文(2000)。
38.張慶義, 石墨化對三次元碳/碳複合材料顯微結構與物性之影響, 逢甲大學機械工程學系碩士論文(2002)。
39.林永崑, 厚複材積層板壓縮破裂行為分析, 逢甲大學機械航空工程博士學位學程博士論文(2008)。
40.鄧一安, 預浸材基重對複合材料結構設計之影響, 逢甲大學紡織工程學系碩士論文(2004)。
41.Chen J.Y., “Processing, Characterization, and Modeling of Nanoparticle Reinforced Fiber Composites”, DAI ,Vol. 68-11, Section: B, page: 7417(2007).
42.Hardman J. S., and Lilley B. A., “Mechanisms of Compaction of Powder metals”, Proc. Royal Soc. London part A, 333, 183-199(1973).
43.Agranovich V. M., and Semenov L. P.,“A contribution of the theory of the effect of irradiation on certain properties of graphite”, J Nucl Energy Parts A/B, 18, 141-147(1964).
44.Yasmin A., Luo J.J., and Daniel I.M., Processing of Graphite Nanosheet Reinforced Polymer Nanocomposites, 19th International Conference on American Society for Composites, Georgia Institute of Technology (2004).
45.Kukesh J. S., Pauling L. , “The Problem of The Graphite Structure”, American Mineralogist, 35, p.125 (1950).
46.Crow D.C., Principles and Applications of Electrochemistry, London Chapman and Hall New York Wiley(1994).
47.Xian X.J., et al., Advanced Structural Materials, Elsevier Science Publishers, B.V., 245-250 (1991).
48.Kelly A. and Mileiko S.T. (eds.), Fabrication of Composites, Handbook of Composites, Vol.4, North-Holland, Amsterdam, (1983).
49.Ting T. C. T., and Chen T. Y., “Poisson’s ratio for anisotropic elastic materials can have no bounds”, Quart J Mech Appl Math, 58, 73-82(2005).
50.Riley D. P., “The thermal expansion of graphite: part II. Theoretical”, Proc Phys Soc, 57, 486-495(1945).
51.Blakslee O. L., Procto r D. G., Seldin E. J., Spence G. B., and Weng T., “ Elastic constants of compression-annealed pyrolytic graphite”, J Appl Phys, 41, 3373-3382(1970).
52.Jansen H. J. F., and Freeman A. J., “Structural and electronic properties of graphite via an all-electron total-energy local-density approach”, Phys Rev B, 35, 8207-8214(1987).
53.Komatsu K., “Interpretation of the specific heat of various graphites at very low temperature”, J Phys Chem Solids, 25, 707-712(1964).
54.Jenkins G. M., and Jouquet G., “The effect of short-term neutron irradiation on the shear compliance of hot-worked pyrolytic graphite”, Carbon, 6, 85-88(1968).
55.ASTM C20-00, “Standard Test Methods for Apparent Porosity, Water Absorption, Apparent Specific Gravity, and Bulk Density of Burned Refractory Brick and Shapes by Boiling Water”, (Reapproved 2005).
56.ASTM D570-98, “Standard Test Method for Water Absorption of Plastics”,(Reapproved 2005).
57.Hessabi Z. R., Majidi B., and Aghazadeh J., “Effects of Stacking Sequence on Fracture Mechanisms in Quasi-isotropic Carbon/Epoxy Laminates under Tensile Loading”, Iranian Polymer Journal, 14 (6), 531-538, (2005).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top