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研究生:江政勳
研究生(外文):Cheng-Shiun Chiang
論文名稱:黏土含量在聚乳酸/蒙脫土奈米複合材料的微細發泡射出成型機械/熱/流變性質之影響
論文名稱(外文):Effect of Clay Loading on the Mechanical/Thermal/Foaming/Rheological Properties of Microcellular Injection Molded Poly-Lactic-Acid(PLA) 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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:聚乳酸蒙脫土超臨界流體微細發泡射出成型熱傳導係數流變
外文關鍵詞:Poly-Lactic-AcidMontmorillonitesMicrocellularRheology
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本實驗主要探討聚乳酸/蒙脫土奈米複合材料,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試驗協會(ASTM)的標準試片,藉由改變蒙脫土的含量(0、1、3、5、7、9 wt%)探討對機械性質(拉伸、衝擊、DMA)、物理性質(熱傳導係數)、熱性質(DSC、TGA)、氣泡微結構(SEM)、奈米結構(XRD、TEM)以及流變性質之影響。研究結果顯示,傳統射出和超臨界流體微細發泡射出在機械性質方面,聚乳酸隨著蒙脫土含量的增加,其抗拉強度與衝擊強度皆呈現下降的趨勢。在XRD測試方面,當聚乳酸添加適量蒙脫土後,其結晶度有增大的趨勢。在TEM測試方面,可以看出蒙脫土為片狀的材料,而與聚乳酸基材結合後,隨著蒙脫土含量的增加,從脫層型的材料結構轉變成插層型的材料結構。在氣泡微結構方面,得知氣泡大小會隨著蒙脫土含量的增加而有變小的趨勢,並提高了氣泡密度。熱性質方面,隨著蒙脫土含量的增加,可有效提升複合材料的熔融溫度(Tm)、熱裂解溫度(Td)。在熱傳導係數方面,超臨界流體微細發泡射出成型之熱傳導係數比傳統射出成型之熱傳導係數低,隨著蒙脫土含量的增加,可提高材料之熱傳導係數。流變性質方面,發現隨著蒙脫土含量的增加會降低材料之黏度係數。抗拉強度和黏度係數的降低是因為聚乳酸/蒙脫土奈米複合材料裂解之緣故。

This study investigated the effect of clay loading on the Poly-Lactic-Acid(PLA) nanocomposites. PLA/Montmorillonites(MMT) nanocomposites were diluted from masterbatch and clay content were 1, 3, 5, 7, 9 wt% respectively. The PLA/MMT nanocomposites were then molded by conventional and microcellular injection molding process. The effects of clay loading on the mechanical, thermal, foaming and rheological properties were investigated. The results showed that addition of Montmorillonites(MMT) decreased the tensile/impact strength of PLA/Clay nanocomposites. The nanocomposite structures were examined by X-ray diffraction(XRD) and Transmission Electron Microscope(TEM). The XRD results showed that with the addition of clay which increased the crystallinity of the PLA/MMT nanocomposites. The thermal properties results showed with the addition of clay which increased melting temperature, degradation temperature and thermal conductivity of the nanocomposites. The clay helps the nanocomposites on having small size cell on the foamed nanocomposites. For the rheological test, with the addition of clay which decreased the viscosity of the nanocomposites. The decreased tensile strength and viscosity is caused by the degradation of the PLA/MMT nanocomposites.

中文摘要i
英文摘要ii
誌謝iii
目錄iv
表目錄viii
圖目錄ix
符號說明xii
第一章 緒論1
1.1前言1
1.2高分子材料之概述3
1.2.1高分子材料的分類5
1.3複合材料之概述8
1.3.1傳統複合材料8
1.3.2奈米複合材料8
1.3.3奈米複合材料之分散型態9
1.4生物可降解之高分子材料簡介11
1.5聚乳酸之簡介12
1.6蒙脫土之簡介13
1.7傳統射出成型之概述14
1.8傳統發泡射出成型之概述16
1.9超臨界流體微細發泡射出成型之概述17
1.9.1超臨界流體之簡介20
1.10高分子流變學之簡介22
1.11研究動機與目的23
1.12論文架構24
第二章 文獻回顧25
2.1聚乳酸高分子相關文獻25
2.2奈米複合材料相關文獻28
2.3聚乳酸奈米複合材料相關文獻30
2.4超臨界流體微細發泡相關文獻32
2.5文獻總結34
第三章 實驗方法35
3.1實驗規劃與流程35
3.2實驗材料38
3.2.1聚乳酸38
3.2.2蒙脫土38
3.2.3惰性氣體發泡劑-氮氣38
3.3實驗材料製備與製程39
3.4實驗設備40
3.4.1利拿機(強力混合機)40
3.4.2射出成型機41
3.4.3超臨界流體(SCF)輸送系統、Mucell界面組件42
3.4.4除濕乾燥機44
3.4.5模具溫控設備45
3.4.6除濕防潮箱46
3.4.7精密電子天平47
3.5機械性質測試48
3.5.1拉伸試驗(Tensile Test)48
3.5.2衝擊試驗(Impact Test)50
3.5.3動態機械分析(DMA)測試52
3.6熱性質測試53
3.6.1示差掃描式熱分析儀(DSC)測試53
3.6.2熱失重分析儀(TGA)測試54
3.6.3熱導係數儀(TPS)測試55
3.7奈米結構性質測試56
3.7.1X光繞射儀(XRD)測試56
3.7.2穿透式電子顯微鏡(TEM)測試58
3.8微結構測試59
3.8.1掃描式電子顯微鏡(SEM)測試59
3.9流變性質測試60
3.9.1流變性質測試60
第四章 結果與討論62
4.1奈米結構性質探討62
4.1.1PLA/MMT奈米複合材料之XRD試驗62
4.1.2PLA/MMT奈米複合材料之TEM試驗65
4.2機械性質探討69
4.2.1PLA/MMT奈米複合材料之拉伸試驗69
4.2.2PLA/MMT奈米複合材料之衝擊試驗72
4.2.3PLA/MMT奈米複合材料之動態機械分析(DMA)測試73
4.3微細發泡特性探討75
4.3.1PLA/MMT奈米複合材料之發泡特性75
4.4熱性質探討80
4.4.1PLA/MMT奈米複合材料之DSC試驗80
4.4.2PLA/MMT奈米複合材料之TGA試驗82
4.4.3PLA/MMT奈米複合材料之熱傳導係數試驗83
4.5流變性質探討84
4.5.1PLA/MMT奈米複合材料之流變試驗84
第五章 結論86
5.1結論86
5.1.1機械性質86
5.1.2發泡性質86
5.1.3奈米結構性質87
5.1.4熱性質87
5.1.5流變性質87
5.2未來發展方向89
參考文獻90
簡歷95

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