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研究生:溫吉捷
研究生(外文):Chi-Chien Wen
論文名稱:PPgMA/蒙脫土以及LLDPE/蒙脫土奈米複合材料之製備與機械性質、熱性質研究
論文名稱(外文):Prepared-Characterized-Mechanical-Thermal Properties of PPgMA/MMT and LLDPE/MMT Nanocomposites
指導教授:劉松柏劉松柏引用關係
指導教授(外文):Sung-Po Liu
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:83
中文關鍵詞:高分子黏土奈米複合材料蒙脫土機械性質熱性質
外文關鍵詞:polymer clay nanocompositesmontmorillonitemechanical propertiesthermal properties
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本研究是利用熔融插層法的混煉方法,使用改質聚丙烯(PPgMA)以及線性低密度聚乙烯(LLDPE)作為基材,分別添加蒙脫土(MMT)作為增強材。其中,針對LLDPE使用馬來酐(MA)作為介面活性劑,使具有極性後再添加起始劑-過氧化二異丙苯(DCP)來接枝改質。探討藉由添加不同重量百分比(1、3、5 wt%)的MMT與DCP,經由塑譜儀混煉後再熱壓的方式,分別製備出PPgMA/ MMT以及LLDPE/ MMT之高分子黏土奈米複材(PCN)試片,進行研究機械性質(拉伸、衝擊、硬度、耐磨耗)與熱性質,再經由掃描式電子顯微鏡(TEM)觀察衝擊破斷面與磨耗表面,以決定出最佳化處理配方與加工參數。
研究結果發現在PPgMA/MMT奈米複材中,硬度在1wt%時有明顯提升,3與5 wt%開始下降,但是抗拉強度隨著硬度增加而下降,此結果與一般認知的軟而軔之性質有所不同。在LLDPE/MA/MMT/DCP 耐衝擊方面,結果顯示耐衝擊吸收能量分別為 -2.58 %(1.0 wt%)、-12.77%(3.0 wt%)、-38.30 %(5.0 wt%)。LLDPE/MA/MMT/DCP其耐衝擊程度,隨著MMT含量增加而呈現下降的趨勢。
另外在熱分析方面,PPgMA添加MMT可使熱焓值有所增加,其熱焓分別為91.17 J/g (1 wt%)、73.74 J/g (3 wt%)、99.94 J/g (5 wt%),熱焓增幅最高於5 wt% MMT可達8.75%。在LLDPE基材之熱焓為42.48 J/g,然而在添加MMT之後,使熱焓降低,分別為37.97 J/g ( 1 wt%)、42.81 J/g ( 3 wt%)、5.406 J/g ( 5 wt%),在添加MMT 至5 wt%時,熱焓增幅與LLDPE相比後為-0.87%。


In this study, the modified polypropylene (PPgMA) / montmorillonite (MMT), linear-low-density polyethylene (LLDPE) / montmorillonite (MMT) nano-clay complex of the polymer material (PCN) are produced by the method of melt-mixing layer of interpolation, and explored their mechanical and thermal properties. PPgMA as well as LLDPE were matrix materials; added MMT to strengthen the material. Besides, the maleic anhydride (MA) was used as the surfactant interface and the agents of dicumylperoxide (DCP) were added into LLDPE that modifies the hot plastic spectrometer. After the blending and hot-compressing, the PCN sample was prepared and explored weight percentage while adding different percentages of MMT, and the DCP, which contains research mechanical and thermal properties that determine the best of one''s concentration and processing parameters. In order to understand and improve mechanical properties of PpgMA and LLDPE, first we added MMT as reinforcement material, and then used MA and DCP as the surfactant; by joining the pieces of LLDPE together, it acquired polarization.
By adding the different weight percentages (1, 3, 5 wt.%) of MMT, and 2:1 of MA and MMT, the nanocomposites with added various concentrations of MMT and its mechanical properties was investigated. Through the experimental results, hardness of PPgMA/MMT nano-composite increases obviously at 1wt.%, but starts to decrease at 3wt.% and 5wt.%. Tensile strength decreases with hardness increases. It confirms that properties of softness and toughness are different. The anti-impact test results of LLDPE/MA/MMT/DCP shows that the absorbing energies are -2.58 % (1.0 wt.%), -12.77% (3.0 wt.%), and -38.30 % (5.0 wt.%). The anti-impact decreases with increasing of MMT concentration. It proves that when adding MMT into PPgMA makes enthalpy increase by thermal analysis. The values of enthalpy are 91.17 J/g (1 wt%), 73.74 J/g (3 wt%), and 99.94 J/g (5 wt%). Enthalpy has the maximum as MMT is at 5 wt.%, which reaches to 8.75%; the enthalpy of LLDPE substrate is 2.48 J/g. After adding MMT, the enthalpy decreases to 37.97 J/g (1 wt%), 42.81 J/g (3 wt%), and 5.406 J/g (5 wt%). Compared to LLDPE, the change of enthalpy value is -0.87%.


中文摘要…………………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………………… II
誌 謝…………………………………………………………………………………… V
目 錄…………………..…………………………………………………………………VI
表目錄…………………………………………………………………………………… VIIV
圖目錄…………………………………………………………………………………… IX
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…………………………………………………………………… 4
1.2.3奈米複合材料……………………………………………………………… 6
1.2.4高分子奈米複合材料……………………………………………………… 7
1.3 研究背景………………………………………………………………………… 10
1.3.1 高分子……………………………………………………………………… 10
1.3.2 聚乙烯…………………………………………………………………… 18
1.3.3 聚丙烯…………………………………………………………………… 83
1.3.4 線性低密度聚乙烯……………………………………………………… 14
1.4黏土的簡介……………………………………………………………………… 15
1.4.1 層狀矽酸鹽……………………………………………………………… 15
1.4.2 蒙脫土…………………………………………………………………… 16
1.5接枝劑的介紹 …………………………………………………………………… 21
1.5.1 馬來酸酐(MA) …………………………………………………………… 21
1.5.2過氧化二異丙苯(DCP) ……………………………………………………22
1.6高分子/黏土奈米複合材料製造方法…………………………………………… 23
1.6.1 PLS奈米複合材料加工方法………………………………………………23
1.7 研究動機與目的………………………………………………………………… 24
第二章 文獻回顧 ………………………………………………………………………… 26
第三章 實驗方法與原理……………………………………………………………………31
3.1 實驗流程………………………………………………………………………… 31
3.2 實驗材料與物品………………………………………………………………… 32
3.3 實驗儀器………………………………………………………………………… 33
第四章 實驗結果與討論……………………………………………………………………45
4.1 PPgMA/MMT及LLDPE/MA/MMT/DCP奈米複材XRD鑑定之結果…………45
4.2 PPgMA/MMT及LLDPE/MA/MMT/DCP奈米複材機械性質之結果……………44
4.2.1 拉伸試驗………………………………………………………………… 49
4.2.2 衝擊試驗………………………………………………………………… 53
4.2.3 硬度試驗………………………………………………………………… 56
4.2.4 耐磨耗試驗……………………………………………………………… 59
4.3 SEM顯微組織觀察……………………………………………………………… 62
4.3.1 PPgMA/MMT及LLDPE/MA/MMT/DCP磨耗面表面形貌……………… 62
4.4 PPgMA/MMT及LLDPE/MA/MMT/DCP熱性質之分析……………………… 65
4.4.1微分掃瞄量熱分析…………………………………………………………65
4.4.2熱重分析…………………………………………………………………….72
第五章 結論…………………………………………………………………………………79
參考文獻.......................................................................................................................80
簡 歷………………………………………………………………………………………84



表目錄
表1-1線性低密度聚乙烯的物性及化性 14
表1-2主要黏土礦物的化學組成 15
表1-3 PLS奈米複合材料混合方式比較表 23
表1-4 PLS奈米複合材料成型方式比較表 24
表4-1 PPgMA/MMT之XRD統計值 ..46
表4-2 LLDPE/MA/MMT/DCP之XRD統計值 ..46
表4-3 PPgMA/MMT之抗拉強度比較表 ..50
表4-4 LLDPE/MA/MMT/DCP之抗拉強度比較表 .50
表4-5 PPgMA/MMT衝擊強度比較表 ..54
表4-6 LLDPE/MA/MMT/DCP衝擊強度比較表 55
表4-7PPgMA/MMT之蕭氏硬度比較表 57
表4-8 LLDPE-MA/MMT/DCP之蕭氏硬度比較表 58
表4-9 PPgMA/MMT之磨耗損失比較表 60
表4-10 LLDPE/MA/MMT/DCP之磨耗損失比較表 61
表4-11 PPgMA/MMT熱焓、熔點比較表 66
表4-12 LLDPE/MA/MMT/DCP熱焓、熔點比較表 66
表4-13 PPgMA/MMT 裂解溫度、碳殘餘量分析表 73
表4-14 LLDPE/MA/MMT/DCP 裂解溫度、碳殘餘量分析表 73

圖目錄
圖1-1 奈米科學與技術的主要重點 4
圖1-2 以基材區分複合材料區分圖 5
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 6
圖1-5 高分子-蒙脫土奈米複合材料之分類表示圖 8
圖1-6 原位聚合法製備高分子-蒙脫土奈米複合材料的流程機制 9
圖1-7 乙烯單體及聚合重複單元之化學結構圖 12
圖1-8 分子結構圖 13
圖1-9 黏土的結晶構造圖 18
圖1-10 蒙脫土微觀結構的TEM照片圖 19
圖1-11 各種膨潤劑示意圖 21
圖1-12 馬來酸酐接枝纖維材之示意圖 21
圖1-13 馬來酸酐對熱塑性複合材料之靜曲強度影響趨勢圖 22
圖1-14 DCP分子結構圖 22
圖3-1 實驗流程圖 31
圖3-2 真空烘箱圖 33
圖3-3電子天枰圖 33
圖3-4 塑譜儀圖 34
圖3-5 熱壓成型機 35
圖3-6 X光繞射(X-RAY) 37
圖3-7 萬能試驗機 38
圖3-8 IZOD式衝擊試驗機 39
圖3-9 蕭式硬度機 40
圖3-10 磨耗試驗機 42
圖3-11 磨耗試驗機 43
圖3-12 超音波洗淨器 43
圖3-13 鍍金機 44
圖4-1 PPgMA/MMT之XRD圖 47
圖4-2 LLDPE/MA/MMT/DCP之XRD圖 47
圖4-3 XRD試驗相對分散圖 48
圖4-4 PPgMA/MMT抗拉強度圖 51
圖4-5 PPgMA/MMT之拉伸荷重-位移圖 51
圖4-6 LLDPE/MA/MMT/DCP抗拉強度圖 52
圖4-7 LLDPE/MA/MMT/DCP之材料荷重-位移圖 52
圖4-8 PPgMA/MMT衝擊強度圖 54
圖4-9 LLDPE/MA/MMT/DCP衝擊強度圖 55
圖4-10 PPgMA/MMT蕭氏硬度圖 57
圖4-11 LLDPE/MA/MMT/DCP蕭氏硬度圖 58
圖4-12 PPgMA/MMT磨耗量比較圖 60
圖4-13 LLDPE/MA/MMT/DCP磨耗量比較圖 61
圖4-14 PPgMA/MMT 之SEM磨耗損失面比較圖 63
圖4-15 LLDPE/MA/MMT/DCP之 SEM磨耗損失面比較圖 64
圖4-16 PPgMA未添加MMT之DSC圖 67
圖4-17 PPgMA添加1 wt.%MMT之DSC圖………………………………….….67
圖4-18 PPgMA添加3 wt.%MMT之DSC圖……………………………………..68
圖4-19 PPgMA添加5 wt.%MMT之DSC圖……………………………………..68
圖4-20 PPgMA添加不同含量MMT之DSC圖……………………………….…69
圖4-21 LLDPE未添加MMT之DSC圖…………………………………………..69
圖4-22 LLDPE/MA/MMT/DCP添加1 WT.%MMT之DSC圖 70
圖4-23 LLDPE/MA/MMT/DCP添加3 wt.%MMT之DSC圖 70
圖4-24 LLDPE/MA/MMT/DCP添加5 wt.%MMT之DSC圖 71
圖4-25 LLDPE/MA/MMT/DCP不同含量MMT之DSC圖 71
圖4-26 PPgMA未添加MMT之TGA圖 74
圖4-27 PPgMA添加1 wt.%MMT之TGA圖 74
圖4-28 PPgMA添加3 wt.%MMT之TGA圖 75
圖4-29 PPgMA添加5 wt.%MMT之TGA圖 75
圖4-30 PPgMA添加不同含量MMT之TGA圖 76
圖4-31 LLDPE/MA/MMT/DCP未添加 MMT之TGA圖 76
圖4-32 LLDPE/MA/MMT/DCP添加1 wt.% MMT之TGA圖 77
圖4-33 LLDPE/MA/MMT/DCP添加3 wt.% MMT之TGA圖 77
圖4-34 LLDPE/MA/MMT/DCP添加5 wt.% MMT之TGA圖 78
圖4-35 LLDPE/MA/MMT/DCP不同含量MMT之TGA圖 78


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