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研究生:劉庚瑋
研究生(外文):Keng-Wei Liu
論文名稱:聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之製備、鑑定與物性、熱性質研究
論文名稱(外文):Preparation,characterization and Physical-Thermal Property studies of PMMA-clay Nanocomposites
指導教授:劉松柏劉松柏引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:機械工程所
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:奈米複合材料聚甲基丙烯酸甲酯蒙脫土機械性質熱性質
外文關鍵詞:Polymer-clay Nanocomposites,PolymethylmethacrylateMontmorillonite,Mechanical Properties.
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本研究主要是以高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/蒙脫土 (Montmorillonite, MMT)的奈米複合材料之機械性質。以聚甲基丙烯酸甲酯為基材,加入改質之蒙脫土,經由塑譜儀混煉後再熱壓的方式製備成奈米複合材料之試片,藉此來探討機械性質(拉伸、彎曲、衝擊、硬度、磨耗)之變化。並以X光繞射儀、掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)來進行鑑定。
結果顯示,在拉伸、彎曲試驗中1 wt%有最好的增強效果,分別提升1.81%、13.94%;在衝擊試驗中1 wt%有最好的增強效果,提升1.81%;硬度及磨耗試驗中3 wt%有最好的增強效果,分別提升14.07%、58.14%。而在TEM測試方面,則可驗證蒙脫土的分散型態,並與XRD試驗做比對。熱性質方面,在熱示差分析得知,其熔點溫度在添加蒙脫土1%時上升最多,由65.04上升至108.82,提升43.78℃。在熱重分析得知,其裂解溫度在添加蒙脫土5%最佳,由358.34上升至374.66,提升了16.32℃。


This experiment uses a plastograph-mixer with the twin-screw mixed method to obtain standard shaped specimens of Polymer-Clay Nanocomposites (PCN), used in the preparation of PMMA/MMT nanocomposites.
Using the processes of wide-angle powder X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM) and Transmission Electron Microscope (TEM), the chemical structure and polymer morphology of these as-synthesized PCN specimens was characterized. In addition, we made these experiment materials in order to probe into its mechanical properties. The tests used are: layer distance of PCN, tensile, flexural, impact, Vickers-hardness and wearing tests.
After the experiment, In the tensile and flexural test, the MMT weight percentage 1wt% has the best result; it increased by 1.81% and 13.94%. In the impact test, the MMT 1wt% strengthened 1.81%. In the hardness test, the MMT 3wt% decreased the effect by 14.07% and 58.14%.


中文摘要.................................................................. i
英文摘要..................................................................ii
誌謝..................................................................... iii
目錄..................................................................... iv
表目錄................................................................... vi
圖目錄...................................................................vii
第一章 緒論............................................................... 1
1.1前言............................................................. 1
1.2奈米複合材料..................................................... 2
1.2.1奈米科技..................................................... 2
1.2.2複合材料......................................................3
1.2.3奈米複合材料之型態與特性......................................5
1.3聚甲基丙烯酸甲酯之介紹........................................... 7
1.4蒙脫土........................................................... 8
1.5研究背景及動機................................................... 9
第二章 文獻回顧.......................................................... 11
第三章 實驗設備、材料與過程介紹...........................................17
3.1實驗材料........................................................ 17
3.2實驗儀器........................................................ 17
3.3聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土之混煉................................... 18
3.4聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之熱壓製程................... 20
3.5物理性質之試驗.................................................. 22
3.5.1拉伸試驗.................................................... 22
3.5.2彎曲試驗.................................................... 26
3.5.3衝擊試驗.................................................... 27
3.5.4蕭氏硬度試驗.................................................31
3.5.5磨耗試驗.....................................................32
3.6熱性質之試驗.................................................... 34
3.6.1微分掃描量熱分析.............................................35
3.6.2熱重分析.....................................................36
3.7X光繞射儀之測試.................................................38
3.8穿透式電子顯微鏡分析............................................ 40
3.9掃描式電子顯微鏡分析............................................ 41
第四章 實驗結果與討論.................................................... 44
4.1奈米特性探討.................................................... 44
4.1.1 XRD之鑑定.................................................. 44
4.1.2 TEM試驗.................................................... 46
4.2聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料物理性質之結果................47
4.2.1拉伸試驗.....................................................47
4.2.2彎曲試驗.....................................................49
4.2.3衝擊試驗.....................................................51
4.2.4蕭氏硬度試驗.................................................54
4.2.5耐磨耗試驗...................................................56
4.3聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料熱性質之結果..................59
4.3.1聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料熱示差分析結果............ 59
4.3.2聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料熱重分析結果.............. 63
第五章 結論............................................................. 67
參考文獻................................................................. 68
簡歷..................................................................... 71









表目錄
表4.1 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土於不同含量之層間距表....................... 44
表4.2 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之拉伸強度比較表................47
表4.3 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之彎曲強度比較表............... 49
表4.4 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之衝擊強度比較表............... 52
表4.5 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之蕭氏硬度比較表................54
表4.6 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之耐磨耗比較表................. 56
表4.7 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之熔點溫度一覽表................59
表4.8 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之裂解溫度一覽表................63




















圖目錄
圖1.1 奈米科學與技術的主要重點........................................... 3
圖1.2 以基材區分複合材料區分圖. ..........................................4
圖1.3 以功能區分複合材料區分圖........................................... 5
圖1.4 複合材料的各種型態表示圖........................................... 5
圖1.5 高分子/層狀黏土奈米複合材料分類.....................................6
圖1.6 聚甲基丙烯酸甲酯分子結構圖......................................... 8
圖1.7 黏土的結晶構造圖................................................... 9
圖3.1 塑譜儀............................................................ 19
圖3.2 PMMA/ MMT製程流程圖............................................ 20
圖3.3 熱壓機............................................................ 21
圖3.4 熱壓模具圖........................................................ 21
圖3.5 PMMA/MMT奈米複合材料熱壓製程之流程圖.......................... 22
圖3.6 拉伸試片尺寸圖.................................................... 23
圖3.7 萬能試驗機........................................................ 23
圖3.8 拉伸示意圖........................................................ 25
圖3.9 拉伸試片圖........................................................ 25
圖3.10 彎曲試驗示意圖.................................................... 26
圖3.11 彎曲試片圖........................................................ 27
圖3.12 衝擊試片之尺寸.................................................... 28
圖3.13 衝擊試驗機........................................................ 28
圖3.14 衝擊示意圖........................................................ 30
圖3.15 衝擊試片圖........................................................ 31
圖3.16 蕭氏硬度試驗機.................................................... 32
圖3.17 磨耗試驗機........................................................ 33
圖3.18 H-18砂輪.......................................................... 34
圖3.19 磨耗試片圖........................................................ 34
圖3.20 DSC定溫掃描圖.................................................... 35
圖3.21 微分掃描量熱分析儀圖.............................................. 36
圖3.22 DSC用鋁錠圖...................................................... 36
圖3.23 熱失重分析儀圖.................................................... 37
圖3.24 入射角等於反射角時產生建設性干涉圖................................ 39
圖3.25 布拉格法則示意圖.................................................. 39
圖3.26 多功能變溫X光繞射儀圖............................................ 40
圖3.27 SEM構造簡圖...................................................... 42
圖3.28 鍍金機示意圖...................................................... 43
圖3.29 掃瞄式電子顯微鏡示意圖............................................ 43
圖4.1聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之XRD圖........................ 45
圖4.2聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之TEM圖........................ 46
圖4.3 聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之拉伸強度...................... 48
圖4.4聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之拉伸荷重-位移圖................ 48
圖4.5聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之彎曲強度....................... 50
圖4.6聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之彎曲荷重-位移圖................ 50
圖4.7聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之衝擊強度....................... 52
圖4.8聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之衝擊破斷面SEM圖.............. 53
圖4.9聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之蕭氏硬度....................... 55
圖4.10聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之磨耗損失量.................... 57
圖4.11聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料之耐磨耗SEM圖................. 58
圖4.12聚甲基丙烯酸甲酯純料之DSC圖...................................... 60
圖4.13聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料1%之DSC圖..................... 60
圖4.14聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料3%之DSC圖..................... 61
圖4.15聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料5%之DSC圖..................... 61
圖4.16聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料於不同含量之DSC重疊曲線圖..... 62
圖4.17聚甲基丙烯酸甲酯純料之TGA圖...................................... 64
圖4.18聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料1%之TGA圖.................... 64
圖4.19聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料3%之TGA圖.................... 65
圖4.20聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料5%之TGA圖.................... 65
圖4.21聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土奈米複合材料於不同含量之TGA重疊曲線圖..... 66


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