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研究生:林書霆
研究生(外文):Shu-Ting Lin
論文名稱:韌性改質劑對環氧樹脂硬化影響
論文名稱(外文):Effects of Modifiers on the Curing Reaction of Epoxy Resins
指導教授:洪信國
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:化學工程與材料科學學系
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:環氧樹脂、CTBN、PVB、反應級數、殘餘率、硬化、 DSC、FTIR
外文關鍵詞:carboxyl-terminated butadiene acrylonitrile rubber (CTBN), polyvinyl butyral (PVB), cure, epoxy, dicy, adhesive.
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本研究主要探討CTBN和PVB與環氧樹脂摻合硬化性質。熱示差掃描計(DSC)分析加入CTBN與PVB會使反應級數(k)、反應級數(n) 、放熱量( )、活化能(Ea)及殘餘率產生影響,證實改質劑會與環氧樹脂反應並改變反應路徑,PVB會使反應催化而CTBN會抑制反應進行。自紅外線光譜儀(FTIR)得知反應前後官能基變化,並與DSC殘餘率相對比較,証實殘餘率會因改質劑加入造成改變,經掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)型態,發現並無相分離出現。對較多的改質劑加入降低環氧樹脂接著強度、應變、模數。

The effects of carboxyl-terminated butadiene acrylonitrile rubber (CTBN) and polyvinyl butyral (PVB) on the curing reaction of epoxy/dicy system are investigated by using Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), and mechanical test. The results of analyses indicate that the rate constant, activation energy, reaction order, residual dicy content, and exothermic heat of the epoxy system during cure have changed with respect to the presence of CTBN and PVB. The PVB or CTBN modifier could react with the epoxy resin and subsequently affect the curing mechanisms. Henceforth, the curing reaction is catalyzed by PVB but retarded by CTBN. The addition of abundant modifiers would decrease the adhesion strength of the epoxy/dicy adhesive system.

目錄
中文摘要……………………………………………………Ⅰ
英文摘要……………………………………………………Ⅱ
目錄…………………………………………………………Ⅲ
表目錄………………………………………………………Ⅵ
圖目錄………………………………………………………Ⅷ
一、 緒論
1.1 簡介.………………………………………………(1)
1.2 研究方向……………………………………………(2)
二、 文獻回顧
2.1 接著劑之選擇…………………………………………(3)
2.2鍍鋅鋼板之選擇………………………………………(4)
2.3環氧樹脂性質與改質…………………………………(5)
2.4 PVB之研究…………………………………………(7)
2.5 CTBN之研究………………………………………(8)
2.6相分離之研究………………………………………(9)
2.7 雙氰胺之硬化反應……………………………….…(11)
2.8制振原理及相關研究…………………………………(13)

三、 理論分析
3.1 示差掃描熱分析儀(DSC)…………………………(17)
3.2傅式紅外線光譜儀(FTIR) …………………………(20)
3.3 萬能材料拉力機(INSTRON) …………………………(21)
3.4 相分離之觀察………………………………………(23)
四、 實驗部分
4.1 實驗藥品……………………………………………(24)
4.2 實驗儀器……………………………………………(25)
4.3 實驗步驟……………………………………………(26)
4.3.1藥品配製部分……………………………………(26)
4.3.2 DSC實驗部分……………………………………(27)
4.3.3 FTIR實驗部分…………………………………(28)
4.3.4接著劑測試……………………………………(29)
4.3.5 SEM測試...……………………………………(30)
五、 結果與討論
5.1 DSC分析…………………………………………(31)
5.1.1 tp差異…………………………………………(31)
5.1.2 放熱量差異……………………………………(32)
5.1.3 tpc之差異………………………………………(33)
5.1.4 tg之探討…………………………………………(34)
5.1.5反應級數(m、n)與反應速率常數(k)值之探討………(35)
5.1.6活化能之探討……………………………………(36)
5.1.7 DSC殘餘率之探討………………………………(37)
5.2 FTIR分析……………………………………………(38)
5.2.1 FTIR殘餘率之探討……………………………(39)
5.3萬能拉力測試分析……………………………………(40)
5.4 SEM相分力之探討………………………………… (41)
六 、 結論…………………………(43)
七 、參考文獻………………………….(44)
表格…………………………(48)
圖形…………………………(56)







表目錄
表一 DSC恆溫掃描各配方表…………………………(48)
表二 不同配方參與各配方表……………………………(48)
表三 不同配方在不同溫度恆溫時的放熱量 (J/g) ………(49)
表四 不同配方在不同溫度恆溫時達到最大放熱反應時間之轉化
率tpc(%)…………………………………………(49)
表五 不同配方在不同溫度恆溫時達到最大放熱反應之時間
tp(min) …………………………………………(50)
表六 不同配方在不同溫度恆溫時DSC硬化後硬化劑(DICY)殘餘率(%)…………………………………………(50)
表七 不同配方在不同溫度恆溫時經Kamal方程式所得之k、m、
n及r 值………………………………………(51)
表八 不同配方經阿瑞尼式方程式所得之Ea及lnA……(52)
表九 不同配方在不同溫度恆溫時FTIR Beer, s Law所得硬化劑
(DICY)相對殘餘率………………………………(52)
表十 在動態掃描下DICY摻合改質劑之融溶熱 (J/g) …(53)
表十一 不同改質劑在150 ℃下硬化後之應力(strength)、模數
(modulus)及應變 (strain) ……………………(53)
表十二 Epoxy sample在不同溫度下硬化後之玻璃轉移溫度
(℃) ……………………………………………(54)
表十三 C+P sample在不同溫度下硬化後之玻璃轉移溫度
(℃)……………………………………………(54)
表十四 CTBN sample在不同溫度下硬化後之玻璃轉移溫度
(℃) ………………………………………………(55)
表十五 PVB sample在不同溫度下硬化後之玻璃轉移溫度
(℃) ………………………………………………(55)
























圖目錄
圖一 環氧樹脂系統Epoxy sample之DSC恆溫硬化後圖形…(56)
圖二 環氧樹脂系統C+P sample之DSC恆溫硬化後圖形……(56)
圖三 環氧樹脂系統CTBN sample之DSC恆溫硬化後圖形…(57)
圖四 環氧樹脂系統PVB sample之DSC恆溫硬化後圖形…(57)
圖五 純CTBN 之DSC動態掃描後圖形……………………(58)
圖六Epoxy+CTBN之DSC動態掃描後圖形………………(58)
圖七 Epoxy+CTBN+2-MI之DSC動態掃描後圖形…………(59)
圖八 純PVB之DSC動態掃描後圖形……………………(59)
圖九 Epoxy+PVB之DSC動態掃描後圖形…………………(60)
圖十 Epoxy+PVB+2-MI之DSC動態掃描後圖形…………(60)
圖十一 純DICY之DSC動態掃描後圖形…………………(61)
圖十二 PVB+DICY之DSC動態掃描後圖形………………(61)
圖十三CTBN+DICY之DSC動態掃描後圖形………………(62)
圖十四 環氧樹脂系統Epoxy sample使用Kamal方程式在不同溫
度下之線性範圍…………………………………(62)
圖十五 環氧樹脂系統C+P sample使用Kamal方程式在不同溫度
下之線性範圍……………………………………(63)
圖十六 環氧樹脂系統CTBN sample使用Kamal方程式在不同溫度下之線性圍…………………………………(63)
圖十七 環氧樹脂系統PVB sample使用Kamal方程式在不同溫度
下之線性範圍…………………………………….(64)
圖十八 環氧樹脂系統Epoxy sample在不同溫度下時間對硬化速
率作圖………………………………………(64)
圖十九 環氧樹脂系統C+P sample在不同溫度下時間對硬化速率
作圖….…………………………………………(65)
圖二十 環氧樹脂系統CTBN sample在不同溫度下時間對硬化速率作圖….………………………………………(65)
圖二十一 環氧樹脂系統PVB sample在不同溫度下時間對硬化速
率作圖….…………………………………………(66)
圖二十二 單摻混和雙摻混在相同硬化溫度140℃下時間對硬化速
率作圖….………………………………………(66)
圖二十三 單摻混和雙摻混在相同硬化溫度145℃下時間對硬化速
率作圖….………………………………………(67)
圖二十四 單摻混和雙摻混在相同硬化溫度150℃下時間對硬化速
率作圖.…………………………………………(67)
圖二十五 環氧樹脂系統Epoxy sample在不同溫度下轉化率對硬
化速率作圖.……………………………………(68)
圖二十六 環氧樹脂系統C+P sample在不同溫度下轉化率對硬化
速率作圖.………………………………………(68)
圖二十七 環氧樹脂系統CTBN sample在不同溫度下轉化率對硬化速率作圖.…………………………………(69)
圖二十八 環氧樹脂系統PVB sample在不同溫度下轉化率對硬化
速率作圖.………………………………………(69)
圖二十九 環氧樹脂系統Epoxy sample在不同溫度下時間對轉換
率作圖.…………………………………………(70)
圖三十 環氧樹脂系統C+P sample在不同溫度下時間對轉換
率作圖.………………………………………(70)
圖三十一 環氧樹脂系統CTBN sample在不同溫度下時間對轉換
率作圖.………………………………………(71)
圖三十二 環氧樹脂系統PVB sample在不同溫度下時間對轉換率
作圖.……………………………………………(71)
圖三十三 單摻混和雙摻混在相同硬化溫度140℃下時間對轉化率
作圖.……………………………………………(72)
圖三十四 單摻混和雙摻混在相同硬化溫度145℃下時間對轉化率
作圖.……………………………………………(72)
圖三十五 單摻混和雙摻混在相同硬化溫度150℃下時間對轉化率
作圖.……………………………………………(73)
圖三十六 純CTBN動態掃描之Tg圖……………………(73)
圖三十七 純PVB動態掃描之Tg圖………………………(74)
圖三十八Epoxy sample之DSC恆溫硬化後Tg圖形………(74)
圖三十九C+P sample之DSC恆溫硬化後Tg圖形…………(75)
圖四十 CTBN sample之DSC恆溫硬化後Tg圖形………(75)
圖四十一PVB sample之DSC恆溫硬化後Tg圖形………(76)
圖四十二各改質劑sample在150℃下硬化後圖形…………(76)
圖四十三 Epoxy sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:140℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……(77)
圖四十四 Epoxy sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:145℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……(77)
圖四十五 Epoxy sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:150℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……(78)
圖四十六 C+P sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:140℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……(78)
圖四十七 C+P sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:145℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min ) …….(79)
圖四十八 C+P sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:150℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……(79)
圖四十九 CTBN sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:140℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min ) ……(80)
圖五十 CTBN sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:145℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……(80)
圖五十一CTBN sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:150℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min) ……...(81)
圖五十二 PVB sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:140℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min ) ……(81)
圖五十三PVB sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:145℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min ) ……(82)
圖五十四 PVB sample硬化和後硬化DICY殘餘峰變化(A:硬化
前,B:150℃硬化1hr,C:210℃後硬化2min ) ……(82)
圖五十五Epoxy sample 恆溫150℃一小時之後SEM圖……(83)
圖五十六C+P sample 恆溫150℃一小時之後SEM圖………(84)
圖五十七CTBN sample 恆溫150℃一小時之後SEM圖……(85)
圖五十八PVB sample 恆溫150℃一小時之後SEM圖……(86)


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