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研究生:高定芳
研究生(外文):Ting-fang Kao
論文名稱:多壁奈米碳管/聚對苯二甲酸丙二酯複合材料之熱性質及結晶行為研究
論文名稱(外文):Thermal Properties and Crystallization Behaviors of MWCNTs/PTT Composites
指導教授:黃介銘黃介銘引用關係
指導教授(外文):Jieh-ming Huang
學位類別:碩士
校院名稱:萬能科技大學
系所名稱:材料科技研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:多壁奈米碳管聚對苯二甲酸丙二酯熱膨脹係數等溫結晶
外文關鍵詞:MWCNTsPTTcoefficient of thermal expansioncrystallization
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本研究以化學氧化法將多壁奈米碳管(Multi-Walled Carbon nanotubes)進行純化,使奈米碳管表面接上羧基及羥基,提高在溶液中的分散性。隨後將奈米碳管以溶液混摻法製備不同重量組成的MWCNTs/PTT奈米複合材料。使用FTIR分析得知奈米碳管經純化後,具有(-COOH)與C-O伸縮振動吸收。以TGA分析聚對苯二甲酸丙二酯(Polytrimethylene Terephthalate)之熱穩定性測其T5為409.2℃,800℃之灰份殘餘量為4.3%。PTT加入奈米碳管可提高PTT的T5及灰份殘餘量,表示奈米碳管的添加可提高PTT的熱穩定性。由TMA分析測得PTT之熱膨脹係數(CTE)為276.70 μm/m℃,當奈米碳管加入後明顯降低PTT的CTE值,表示奈米碳管的添加可提高PTT的尺寸安定性;使用DSC分析等溫結晶與非等溫結晶行為,等溫結晶部分MWCNTs/PTT之Avrami指數n介於2~3之間,整體速率常數k隨著MWCNTs含量之增加而加快,表示MWCNTs扮演異質成核。非等溫結晶分析MWCNTs/PTT之Avrami指數n介於3~4之間,結晶溫度皆較純PTT低表示添加MWCNTs會阻礙PTT分子鏈之移動性異質成核較不明顯。使用Avrami-Ozawa方程式所得到的線性關係來瞭解非等溫結晶行為,MWCNTs/PTT之活化能比原PTT低,表示MWCNTs加入具有降低結晶活化能之效益。以SEM、POM觀察MWCNTs/PTT微觀形態。由POM觀測PTT屬於三維球晶形態。
Multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) was first treated with a mixing acid (H2SO4/HNO3=3/1) to produce carbonyl groups and hydroxyl groups on the surface of the MWCNTs. Then, the acid treated-MWCNTs was blended with poly(trimethylene terephthalate) (PTT) to prepare MWCNTs/PTT composites. FTIR results revealed that there are carboxylic groups (–COOH) and –CO stretching absorption in the acid-treated MWCNTs. Thermal stability of the MWCNTs/PTT composites was investigated by TGA. TGA analyses revealed that the 5% thermal decomposition temperature (T5) of the PTT was 409.2oC, and the ash content at 800oC was 4.3%. Both the T5 and ash content of the PTT increased after the MWCNTs addition to the PTT matrix. TMA results showed that the coefficient of thermal expansion (CTE) for the pure PTT was 276.70 ppm/ oC. The CTE value of the composites decreased after the addition of modified-MWCNTs into the PTT matrix. Isothermal and nonisothermal crystallization of PTT was investigated by DSC. From isothermal crystallization analysis, the Avrami index (n) of MWCNTs/PTT composites were between 2~3 and the overall crystallization rate (k) increased with increasing MWCNTs content. This result indicates that MWCNTs act as heterogeneous crystallization. From nonisothermal crystallization analysis, the Avrami exponent (n) of MWCNTs/PTT composites were between 3~4. The nonisothermal crystallization behaviors of the MWCNTs/PTT composites were analyzed with the Avrami-Ozawa equation. The activation energy of MWCNTs/PTT composites were lower than that of pure PTT. This result reveals that the addition of MWCNTs decreases the activation energy of PTT crystallization.
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅹ
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 聚對苯二甲酸丙二酯 3
2.1.1 聚對苯二甲酸丙二酯之介紹 3
2.1.2 聚對苯二甲酸丙二酯之特性 6
2.1.3 聚對苯二甲酸丙二酯之市場分析 8
2.2 利用1,3-丙二醇製備聚對苯二甲酸丙二酯 9
2.2.1 1,3-丙二醇的製備 9
2.2.2 聚對苯二甲酸丙二酯的製備 11
2.2.2.1 DMT法合成聚對苯二甲酸丙二酯 11
2.2.2.2 PTA 法合成聚對苯二甲酸丙二酯 11
2.3 奈米碳管 11
2.3.1 奈米碳管 11
2.3.2 奈米碳管的合成方式 13
2.3.3 奈米碳管之熱性質 16
2.3.4 奈米碳管純化 16
2.4 高分子結晶 18
2.5 結晶動力學 19
2.5.1 Avrami等溫結晶動力學 19
2.5.2 Modified Avrami非等溫結晶動力學 21
2.5.3 Modified Ozawa非等溫結晶動力學 21
2.5.4 Modified Avrami/Ozawa非等溫結晶動力學 22
2.5.5 Modified Kissinger結晶活化能 23
2.6 結晶度 23
2.7 高分子結晶形態 23
第三章 實驗 26
3.1 實驗流程 26
3.2 實驗藥品 27
3.3 奈米碳管純化 28
3.4 MWCNTs/PTT混摻 29
3.5 實驗儀器 30
3.5.1 傅立葉轉換紅外光光譜 30
3.5.2 拉曼光譜 30
3.5.3 微差掃描熱卡計 31
3.5.4 熱重分析儀 32
3.5.5 熱機械分析儀 32
3.5.6 偏光顯微鏡 33
3.5.7 掃描式電子顯微鏡 35
第四章 結果與討論 37
4.1 奈米碳管改質之鑑定 37
4.2 MWCNTs/PTT複合材料之鑑定 39
4.3 MWCNTs/PTT複合材料之等溫結晶 42
4.4 MWCNTs/PTT複合材料Avrami等溫結晶動力學 45
4.5 MWCNTs/PTT複合材料之非等溫結晶 53
4.6 MWCNTs/PTT複合材料Avrami等溫結晶動力學 62
4.7 MWCNTs/PTT複合材料Ozawa非等溫結晶動力學 66
4.8 MWCNTs/PTT複合材料合併Avrami/Ozawa非等溫結晶動力學 69
4.9 MWCNTs/PTT複合材料非等溫結晶活化能 73
4.10 MWCNTs/PTT複合材料等溫結晶形態觀察 74
4.11 MWCNTs/PTT複合材料之形態分析 77
第五章 結論 78
第六章 參考文獻 79
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