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研究生:呂敏豪
研究生(外文):Lu,Min-Hao
論文名稱:不飽和聚酯/奈米鈦複合材料的合成與性質之研究
論文名稱(外文):Research on Synthesis and Characterization of Unsaturated Polyester/Titanium Nanocomposites
指導教授:陳景祥陳景祥引用關係
指導教授(外文):Chen,Chin-Hsing
口試委員:陳韋任江金龍
口試委員(外文):Chen,Wei-RenJiang,Jin-Long
口試日期:2015-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:中國文化大學
系所名稱:化學工程與材料工程學系奈米材料碩士班
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:159
中文關鍵詞:不飽和聚酯奈米鈦奈米複合材料
外文關鍵詞:Unsaturated polyesterTitanium NanoNanocomposites
相關次數:
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本研究旨在製備不飽和聚酯/奈米鈦奈米複合材料,並檢測其物理性質、機械性質、電性質、光學性質與動態機械性質。本實驗使用矽烷偶合劑(MPS)接枝於奈米鈦表面進行改質。用以不飽和聚酯(UP)添加Ti和MPS-m-Ti奈米複合材料的製備與不同的成份克數(每100克的樹脂所含該之成分克數)。
探討不同成份克數的Ti和MPS-m-Ti對不飽和聚酯奈米複合材料的形態學(FT-IR、SEM、TEM及XRD)、物理性質(密度、空孔率及接觸角)、機械性質(硬度、耐磨耗指數、抗折強度、抗張強度及耐衝擊強度)、熱性質(TGA、CTE、HDT及VST)、電性質(介電常數)、光學性質(透光率)及動態熱機械性質(DMA)之性能和影響的差異程度。
實驗結果得知,經由TGA、FT-IR、XRD及XPS測試,可以證明矽烷偶合劑接枝的成功,並經由在粒徑分析下,能保有補強材的尺寸在奈米等級。
在不飽和聚酯/奈米鈦奈米複合材料的添加Ti和MPS-m-Ti的部分,結構與形態學在SEM圖得知添加Ti和MPS-m-Ti可使表面結構從原來的多孔洞變為較平滑的表面;物理性質的測試,密度與空孔率上升;在機械性質測試結果,硬度與磨耗指數,皆為上升。則抗折與抗張的測試中,添加Ti或MPS-m-Ti,其強度都是下降;在熱性質,耐熱性提高效果更加顯著;在電性質方面,隨著Ti和MPS-m-Ti添加,介電常數有提升的效果;光學性質的透光率影響,添加Ti與MPS-m-Ti的含量越多,會使其透光度下降,反之吸光度有良好的提升作用。
This project object is to research the unsaturated polyester / nano titanium Nanocomposites and determine properties about physical, mechanical properties,electrical properties,optical properties and dynamic mechanical properties. In this study, using 3- (Trimethoxysilyl) propyl methacrylate (MPS) grafted nano titanium surface modification. For unsaturated polyester (UP) Add prepared Ti and MPS-m-Ti Nanocomposites with a different number of grams of composition (per 100 grams of resin contained in the composition of the number of grams).
Explore the different components of the number of grams of Ti and MPS-m-Ti nanometer morphology of unsaturated polyester composites (FT-IR, SEM, TEM and XRD), physical properties (density, porosity and contact angle), mechanical properties (hardness, abrasion index, flexural strength, tensile strength and impact strength), thermal properties (TGA, CTE, HDT and VST), electrical properties (dielectric constant), the optical properties (transmittance) and the degree of difference between the dynamic mechanical properties (DMA) of the performance and impact.
The experimental results that, by TGA, FT-IR, XRD and XPS testing can prove the success of silane coupling agent grafted via at particle size analysis, to retain the size of the reinforcing material in nano levels.
Unsaturated polyester / nm nm adding Ti and Ti MPS-m-Ti part of the composite material, structure and morphology in SEM image that the addition of Ti and MPS-m-Ti allows more surface structures from the original hole into a smoother surface; a test of physical properties, effectively increasing; in mechanical properties test results, hardness and abrasion index, are all rising. The bending and tensile test, adding Ti or MPS-m-Ti, its strength is decreased; thermal properties, heat resistance improving effect is more significant; in terms of electrical properties, with Ti and MPS-m-Ti Add permittivity have to enhance the effect; transmittance affect optical properties, add more content Ti and MPS-m-Ti, and will make it light transmission decreased, whereas the absorbance of a good promotion effect.
目錄
摘要 I
Abstract III
目錄 V
表目錄 XI
圖目錄 XIII
第一章、緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 4
1-3 研究方向 6
第二章、文獻回顧 8
2-1 熱固性高分子複合材料 8
2-1-1 高分子材料 8
2-1-2 熱固性複合材料 8
2-2 奈米複合材料 9
2-2-1 奈米材料的定義 9
2-2-2 奈米材料之特性與應用 10
2-2-3 奈米材料之分類 12
2-2-4 奈米複合材料之起源與發展 13
2-3 奈米高分子複合材料製備方法 15
2-4 表面改質原理 17
2-5 原位聚合法介紹 18
2-6 不飽和聚酯(UP)介紹 19
2-6-1 不飽和聚酯 19
2-6-2 不飽和聚酯之製備與合成 20
2-8 奈米鈦的介紹 22
2-9 歷史回顧 23
第三章、實驗部分 26
3-1 實驗材料 26
3-2 實驗設備與儀器 28
3-3 實驗流程圖 32
3-4 實驗步驟 33
3-4-1 改質奈米鈦MPS-m-Ti之製備 33
3-4-2 不飽和聚酯/奈米鈦複合材料之製備 33
3-5 材料測試方法 36
3-5-1 傅立葉紅外線光譜分析 (FT-IR) 36
3-5-2 粒徑分析 ( Particle ) 39
3-5-3 掃描式電子顯微鏡 ( SEM ) 成像分析 40
3-5-4 穿透式電子顯微鏡 ( TEM ) 成像分析 42
3-5-5 X光繞射分析 ( XRD ) 44
3-5-6 化學分析電子儀 ( ESCA ) X光光電子能譜分析 48
3-5-7 密度 ( Density ) 50
3-5-8 空孔率計算 ( Void Content ) 51
3-5-9 接觸角 ( Contact Angle ) 52
3-5-10 硬度 (Hardness) 54
3-5-11 耐磨耗測試 ( Wearing ) 55
3-5-12 抗折測試 (Flexure) 57
3-5-13 抗張測試 ( Tensile ) 60
3-5-14 耐衝擊強度測試 ( Impact ) 62
3-5-15 熱重量分析 ( TGA ) 64
3-5-16 熱機械分析儀 ( TMA ) 熱膨脹係數分析 66
3-5-17 熱變形溫度 ( HDT ) 68
3-5-18 維卡軟化溫度 ( VST ) 69
3-5-19 介電常數評估套件 ( DAK ) 介電常數分析 71
3-5-20 透光率 ( Transmittance ) 72
3-5-21 動態機械性質 ( DMA ) 剛性分析 74
第四章、結果與討論 76
4-1 奈米複合材料結構與表面形態學之探討 76
4-1-1 傅立葉轉換紅外線光譜分析 ( FT-IR ) 76
4-1-2 粒徑分析 ( Particle ) 80
4-1-3 掃描式電子顯微鏡 ( SEM ) 成像分析 82
4-1-4 穿透式電子顯微鏡 ( TEM ) 成像分析 91
4-1-5 X光繞射分析 ( XRD ) 93
4-1-6 X光光電子能譜 ( XPS ) 100
4-2 奈米複合材料物理性質之探討 102
4-2-1 密度之探討 ( Density ) 102
4-2-2 空孔率之探討 ( Void Content ) 104
4-2-3 接觸角之探討 ( Contact Angle ) 106
4-3 奈米複合材料機械性質之探討 109
4-3-1 硬度測試 ( Hardness ) 109
4-3-2 耐磨耗測試 ( Wearing ) 111
4-3-3 抗折試驗 ( Flexural ) 114
4-3-4 抗張強度 ( Tensile ) 117
4-3-5 耐衝擊強度試驗 ( Impact ) 120
4-4 奈米複合材料熱性質之探討 123
4-4-1 熱重量分析 ( TGA ) 123
4-4-2 熱膨脹係數 ( CTE ) 128
4-4-3 熱變形溫度 ( HDT ) 135
4-4-4 維卡軟化溫度 ( VST ) 137
4-5 奈米複合材料電性質之探討 139
4-5-1 介電常數 ( Dielectric constant ) 139
4-6 奈米複合材料光學性質之探討 142
4-6-1 透光率 ( Transmittance ) 142
4-7 奈米複合材料動態熱機械性質之探討 145
4-7-1 動態熱機械分析 ( DMA ) 145
第五章、結論 152
第六章、參考文獻 156


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