臺灣博碩士論文加值系統

JKR理論已被廣為應用於量測材料機械性質及表面黏著力，本文主要目的是建立一套JKR黏著實驗架構並量測聚二基矽氧烷(PDMS)材料的楊氏模數E及表面黏著能W。利用此試驗裝置，可量測玻璃珠與PDMS試體接觸的加載及減載過程中之接觸半徑a與載重P。利用JKR理論分析實驗數據可計算得到PDMS材料的彈性模數E及表面黏著能W。並探討不同試體製程及不同試體厚度H與玻璃球半徑之比值對PDMS材料的彈性模數E與表面黏著能W之影響。

JKR theory has been widely applied to measure the adhesion and mechanical properties of materials. The main goal of this thesis is to setup an experimental apparatus of JKR adhesion test and to measure the work of adhesion W and elastic modulus E of Polydimethylsiloxane(PDMS). Using this JKR apparatus, the contact radius a and load P in the loading and unloading process of the contact between glass ball and PDMS sample were measured. Based on JKR theory, we calculated the elastic modulus E and work of adhesion W of PDMS from the experimental data. The effects of the sample preparing process and the ratio of sample thickness H and radius of glass ball on the elastic modulus E and work of adhesion W were also discussed.

目錄

摘要........................................................I
Abstract...................................................II
致謝......................................................III
目錄.......................................................IV
圖目錄.....................................................VI
表目錄......................................................X
第一章　緒論................................................1
1.1　研究動機與目的.....................................1
1.2　本文內容與組織.....................................2
第二章 文獻回顧及理論介紹..................................3
2.1　文獻回顧...........................................4
2.2　JKR理論介紹........................................6
第三章　JKR實驗設置........................................10
3.1　JKR實驗儀器的設置.................................10
3.2　PDMS試體之準備....................................11
3.3　實驗相關儀器校正..................................12
載重讀數校正........................................13
CCD量測軟體尺寸校正.................................13
物鏡量測校正........................................14
3.4　實驗步驟說明......................................15
第四章　結果與討論.........................................29
4.1　邊界條件的影響....................................29
4.2　以半徑0.25mm之玻璃球與各種不同PDMS試體的實驗結果..30
1. 真空抽氣40分鐘，烘箱溫度60℃下靜置20小時之PDMS試體 ...........................................................31
2. 真空抽氣40分鐘，室溫25℃下靜置20小時之PDMS試體...33
3. 無真空抽氣，烘箱溫度70℃下靜置4小時之PDMS試體....34
4.3　以半徑0.75 mm之玻璃球與各種不同PDMS試體的實驗結果.35
真空箱中抽氣40分鐘後，在烘箱溫度25℃下靜置20小時之PDMS
試體................................................35
第五章　結論...............................................61
參考文獻...................................................64
<附錄>.....................................................66
自述.......................................................69

圖目錄

圖2-1　 JKR理論及實驗示意圖.................................9
圖3-1　 JKR實驗配置示意圖..................................17
圖3-2　 鋁製方形板式意圖，上為側視圖，下為俯視圖...........17
圖3-3　 JKR實驗組裝儀器實照................................18
圖3-4　 真空底下抽氣的PDMS.................................19
圖3-5　 電子秤讀數的校正示意圖.............................20
圖3-6　 左側載重與右側電子秤關係圖.........................21
圖3-7　 標準刻劃尺實照.....................................22
圖3-8　 5X鏡頭下標準刻劃尺實照.............................23
圖3-9　 20X鏡頭下標準刻劃尺實照............................24
圖3-10 物鏡工作行程示意圖.................................25
圖3-11　接觸實驗進行時，物鏡至接觸面的實際工作行程.........26
圖3-12　JKR實驗流程圖......................................27
圖4-1　 半徑0.25 mm玻璃球與溫度25°C，厚度0.6 mm之PDMS試體
相接觸的接觸半徑變化圖.....................................38
圖4-2 厚度0.1 mm和0.55 mm蓋玻片為支撐之JKR實驗比較圖......39
圖4-3　半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度60°C下凝固之PDMS試體相接觸的第一次實驗結果(Test I).........................40
圖4-4　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度60°C下凝固之PDMS試體相接觸的第二次實驗結果(Test II)....................41
圖4-5　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度60°C下凝固之PDMS試體相接觸的第三次實驗結果(Test III)...................42
圖4-6　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度1.0 mm且在溫度60°C下凝固之PDMS試體相接觸的第一次實驗結果(Test I).....................43
圖4-7 以半徑0.25 mm玻璃球與厚度1.0 mm且在溫度60°C下凝固之
PDMS試體相接觸的第二次實驗結果(Test II)....................44
圖4-8　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度1.0 mm且在溫度60°C下凝固PDMS試體相接觸的第三次實驗結果(Test III).......................45
圖4-9　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.6 mm且在溫度25°C下凝固之 PMS試體相接觸的第一次實驗結果(Test I)......................46
圖4-10　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.6 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第二次實驗結果(Test II)....................47
圖4-11　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.6 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第三次實驗結果(Test III)...................48
圖4-12　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.8mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第一次實驗結果(Test I).....................49
圖4-13　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.8mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第二次實驗結果(Test II)....................50
圖4-14　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第三次實驗結果(Test III)...................51
圖4-15　以半徑0.25 mm玻璃球與厚度1.0 mm且在溫度70°C下凝固且無真空抽氣過之PDMS試體相接觸的實驗結果.......................52
圖4-16　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.6 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第一次實驗結果(Test I).....................53
圖4-17　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.6 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第二次實驗結果(Test II)....................54
圖4-18　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.6 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第三次實驗結果(Test III)...................55
圖4-19　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第一次實驗結果(Test I).....................56
圖4-20　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第二次實驗結果(Test II)....................57
圖4-21　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第三次實驗結果(Test III)...................58
圖4-22　以半徑0.75 mm玻璃球與厚度0.8 mm且在溫度25°C下凝固之PDMS試體相接觸的第一次(Test I)和第三次實(Test III)驗結果並以大變形JKR理論作契合曲......................................59
圖5-1　可能由於PDMS隆起之部分，造成投影面積輪廓判之影像上判別不清楚.....................................................63

表目錄

表3-1　5X與20X鏡頭下標準刻度尺與不同厚度之PDMS試體量測像素 ...........................................................28
表4-1　各種不同PDMS試體的彈性模數E和表面黏著能W............60

參考文獻

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