臺灣博碩士論文加值系統

本研究先以兩種不同的基材，結晶性材料之聚丙烯（PP）與非結晶性材料之聚苯乙烯（GPPS），經傳統射出與超臨界流體微細發泡射出成型製成塑膠盒子，以二氧化碳﹙CO2﹚和氮氣（N2）作為發泡劑，探討兩種基材與兩種氣體之發泡微結構特性（SEM）與收縮/翹曲變形（Shrinkage/Warpage）之影響。研究結果顯示，在收縮/翹曲變形性質方面，兩種基材隨著兩種氣體的含量增加都能有效的降低其收縮/翹曲變形量。在氣泡結構方面，兩種基材之氣泡大小會隨著氣體含量的增加而有變小的情形，也可有效的提升氣泡密度。
接著研究聚丙烯/蒙脫土和聚苯乙烯/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塑膠盒子，探討改變聚丙烯之蒙脫土含量（0、1、3、5、7、9 wt%）和聚苯乙烯之蒙脫土含量（0、0.5、1、2、3 wt%）對熱性質、氣泡微結構特性、收縮/翹曲變形（Shrinkage/Warpage）以及PVT性質之影響，並藉由田口法實驗找出影響收縮/翹曲變形之最佳化參數。研究結果顯示，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，添加適量的蒙脫土可有效提升奈米複合材料的熔融溫度（Tm）與熱裂解溫度（Td）。收縮/翹曲變形性質方面，隨著蒙脫土含量的增加可有效降低其收縮/翹曲變形量。PVT性質方面，奈米複合材料在射出成型時，從熔融狀態到凝固成型，中間過程體積變化小，故奈米複合材料有較好的尺寸安定性及較小的收縮翹曲行為，加工成型性比基材好。田口法實驗方面，在傳統與微細發泡射出結果皆顯示模具溫度與冷卻時間是最具影響力的製程參數。採用田口法實驗之最佳化參數，對傳統與微細發泡射出成型品收縮/翹曲變形作一探討，找出影響變形量最低之最佳化參數。

Conventional injection molding parts may cause shrinkage/warpage problem after cooling due to the uneven wall thickness, uneven cooling, or long flow ratio. In this study, both microcellular injection molding and polymer nanocomposites are used to improve the warpage problem over the conventional molding process. Moreover, the polymer nanocomposites foam has smaller cell size and larger cell density compared to those by neat polymer foam. Foam with small cell size would help the warpage problem. So using polymer nanocomposites foam to improve the warpage problem is the goal of this project. A rectangular box is used for this study which has shrinkage/warpage problem along the long side wall. Semi-crystalline polypropylene (PP), amorphous polystyrene (PS), and PP/clay nanocomposites are used in this study. The results show the microcellular injection molding can improve the shrinkage/warpage problem of the box. However, PS foam has less shrinkage/warpage than that of PP. And the addition of clay into PP also helps the shrinkage/warpage problem. The PP/clay foam has the same level of shrinkage/warpage of the box as the PS foam does.
In order to get the least shrinkage/warpage of the rectangular box, Taguchi method is used to investigate the effects of melt temperature, packing pressure, cooling time, injection speed, and mold temperature on the shrinkage/warpage of the box. The results showe that mold temperature is the most important factor in affecting the shrinkage/warpage of the box both on conventional and microcellular injection molding.

中文摘要i
英文摘要iii
誌謝v
目錄vi
表目錄xi
圖目錄xiii
符號說明xvii
第一章 緒論1
1.1 前言1
1.2 塑膠材料2
1.2.1塑膠材料的分類4
1.2.1.1熱塑性塑膠（Thermoplastic Polymers）4
1.2.1.2熱固性塑膠（Thermosets）6
1.2.1.3彈性體（Elastomer）6
1.3聚丙烯之簡介6
1.4聚苯乙烯之簡介7
1.5複合材料簡介7
1.5.1奈米複合材料8
1.5.2無機層材料8
1.5.3奈米複合材料之分散型態9
1.5.4奈米複合材料之製備11
1.6傳統射出成型與發泡射出成型之概述12
1.6.1傳統射出成型之簡介12
1.6.2發泡射出成型之簡介15
1.7 超臨界流體16
1.8超臨界流體微細發泡射出成型19
1.9收縮翹曲之理論21
1.9.1黏彈性之重要性及其相關理論21
1.9.2壓力－體積－溫度（P－V－T）行為之重要性及其相關理論21
1.9.3影響收縮翹曲變形之原因22
1.10實驗設計法（Design of Experiments）23
1.11 研究動機與目的24
1.12 論文架構25
第二章 文獻回顧26
2.1 聚烯烴高分子相關文獻26
2.2 奈米複合材料相關文獻27
2.3 超臨界流體微細發泡相關文獻28
2.4 收縮翹曲相關文獻29
2.5 文獻總結30
第三章 實驗方法32
3.1 實驗規劃與流程31
3.2 實驗材料34
3.2.1 聚丙烯34
3.2.2 聚苯乙烯35
3.2.3 蒙脫土35
3.2.4 惰性氣體發泡劑36
3.3 實驗材料製備與製程參數36
3.4 實驗設備39
3.4.1 射出成型機39
3.4.2 超臨界流體（SCF）輸送系統、Mucell界面組件41
3.4.3 模具溫控設備42
3.4.4 除濕乾燥機43
3.4.5 除濕防潮箱44
3.4.6 精密電子天平45
3.5 熱性質測試45
3.5.1 示差掃描熱分析儀（DSC）測試46
3.5.2 熱失重分析儀（TGA）測試47
3.6 微結構測試48
3.6.1 掃描式電子顯微鏡（SEM）測試48
3.7 壓力-比容-溫度（PVT）性質測試49
3.8 收縮翹曲性質測試51
3.9 田口法實驗52
第四章 結果與討論55
4.1 PP和GPPS盒子之收縮/翹曲變形性質探討55
4.1.1 PP之收縮/翹曲變形量56
4.1.2 GPPS之收縮/翹曲變形量60
4.1.3 兩種材料之收縮/翹曲變形量比較62
4.2 PP/MMT和GPPS/MMT奈米複合材料盒子之收縮/翹曲變形性質探討64
4.2.1 PP/MMT奈米複合材料之收縮/翹曲變形量65
4.2.2 GPPS/MMT奈米複合材料之收縮/翹曲變形量69
4.2.3兩種奈米複合材料之收縮/翹曲變形量比較71
4.3 PVT性質探討73
4.3.1 PP/MMT奈米複合材料之PVT73
4.3.2 GPPS/MMT奈米複合材料之PVT76
4.3.3兩種奈米複合材料之PVT比較79
4.4 PP和GPPS盒子之微細發泡特性探討80
4.4.1 PP之發泡特性82
4.4.2 GPPS之發泡特性90
4.4.3 兩種材料之發泡結果比較95
4.5 PP/MMT和GPPS/MMT奈米複合材料盒子之微細發泡特性探討96
4.5.1 PP/MMT奈米複合材料之發泡特性97
4.5.2 GPPS/MMT奈米複合材料之發泡特性102
4.5.3 兩種奈米複合材料之發泡結果比較106
4.6熱性質探討107
4.6.1 DSC試驗107
4.6.1.1 PP/MMT奈米複合材料之DSC試驗108
4.6.1.2 GPPS/MMT奈米複合材料之DSC試驗109
4.6.2 TGA試驗110
4.6.2.1 PP/MMT奈米複合材料之TGA試驗111
4.6.2.2 GPPS/MMT奈米複合材料之TGA試驗112
4.7田口法實驗113
4.7.1 傳統射出成型之田口法實驗結果115
4.7.1.1 傳統射出成型之田口法實驗最佳參數驗證結果118
4.7.2 微細發泡射出成型之田口法實驗結果119
4.7.2.1 微細發泡射出成型之田口法實驗最佳參數驗證結果123
第五章 結論124
5.1 結論124
5.1.1 翹曲變形性質124
5.1.2 PVT性質125
5.1.3 發泡結構125
5.1.4 熱性質125
5.1.5 田口法實驗126
5.2 未來發展方向126
參考文獻127
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