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系統識別號 U0002-0807200515263000
中文論文名稱 聚丙烯導電複合材料之製備及性質之研究
英文論文名稱 A Study on the Preparation and Properties of the Conductive Polymer Composite of Polypropylene
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 陳忠信
研究生英文姓名 Chung-hsin chen
學號 692361289
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-30
論文頁數 106頁
口試委員 指導教授-林國賡
委員-邱文英
委員-董崇民
中文關鍵字 聚丙烯  乙烯醋酸乙烯脂  複合材料  表面電阻系數  熔融混煉  流變性質 
英文關鍵字 Polypropylene  Ethylene vinyl acetate  Composite material  Melt mixing  Rheology  Specific resistance 
學科別分類
中文摘要 本文系將導電碳黑利用熔融混煉法在 180℃和50rpm的條件下,添加入不同的高分子基材內,製作成具有防靜電和防電磁波的功能性材料,探討複合材料之差異性。以表面電阻計量測其表面電阻系數;並以SEM觀察碳黑粒子在高分子基材中之分散情形及聚摻合物相形態。本研究並以TGA測定複合材料之熱裂解溫度(Td)、DSC觀察複材及聚摻合物之結晶度變化、DMA測定複材之固態機械性質。結果發現在PP/CB複合材料中加入少量的EVA,可改變碳黑在高分子基材中之分散情形,並且降低“滲透門檻” (percolation threshold); 再以拉力試驗機量測其抗張強度。最後以平板式流變儀來量測其融熔動態與穩態流變性質,綜合以上各種測試的結果,探討其相互關系及對複材物性之影響。
英文摘要 In this research, we aimed at blending polypropylene (PP) and ethylene vinyl acetate (EVA) or polypropylene,isotactic (IPP) with conductive carbon black (CB) to fabricate functional materials, which areanti-ststic and anti-electromagnrtic, by melt mixing at 180℃and 50 rpm, probe into the difference of the composite. An Field-emission type scanning electrin micrograph (SEM) was used to investigate the morphology of the dispersion of carbon black in the polymer matrix.
Thermal degradation behavior and dynamic mechanical properties of composites were analyzed by thermal gravimetric analysis and dynamic mechanical analysis, the degree of crystallization of the blends were observed by differential scanning calorimetry. The results indicated that the addition of a little amount of EVA in PP/CB composite , could change the state of dispersion of carbon black in polymer and thus reduce “percolation threshold “. The rheological properties were measured by using a plate-plate rheometer, and the tensile strength was measured with a tensile tester. To sum up, it seems to be possible to improve the thermal, surface resistance, mechanical properties and the processability of polypropylene (PP) blend with ethylene vinyl acetate (EVA) and conductive carbon black (CB).
論文目次 中文摘要……………………………………………………………… Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………… Ⅱ
目 錄………………………………………………………………….. Ⅲ
圖表目錄……………………………………………………………… VII
第一章 緒論………………………………………………………….. 1
1.1前言………………………..……………………………….. 1
1.2研究動機…………………………………………………… 4
第二章 文獻回顧…………………………………………………….. 7
2.1導電高分子………………………..……………………….. 7
2.1.1導電高分子簡介……………………………………... 7
2.1.2 導電性高分子種類…………………………………… 8
2.1.3 導電高分子複合材料………………………….…….. 10
2.1.4 導電性的評估………………………………………… 11
2.2 靜電簡介…………………………………………………... 12
2.2.1 靜電及靜電放電之定義………………………………. 13
2.2.2 靜電及靜電放電的影響要素………………………….. 14
2.2.3 不同材質對靜電荷的影響…………………………….. 15
2.2.4 ESD 危害………………………………………………. 19
2.3 抗靜電原理………………………………………………... 20
2.4高分子聚摻合物……………………………………………. 21
2.4.1聚摻合物的相容性質………………………………….. 21
2.4.2高分子聚摻合物的製備……………………………….. 22
2.4.3高分子摻合物研究方法……………………………….. 23
第三章 理論基礎…………………………………………………. 26
3.1高分子導電複合材料………………………………….. 26
3.2碳黑材料特性……………………………………………… 29
3.3碳黑構造…………………………………………………… 32
3.4碳黑的製造方法與應用……………………………….. 34
3.5碳黑的表面特性…………………………………………… 36
3.6 碳系材料導電原理………………………………………... 36
3.7高分子混煉分散原理……………………………………… 39
3.7.1固體與液體系的混煉分散……………………………... 39
3.7.2 液體與液體系的混煉分散……………………………. 40
3.7.3 混合原理……………………………………………….. 41
3.7.4混煉設備比較…………………………………………... 44
3.8 聚合物熔融流變行為……………………………………... 46
3.8.1穩態剪切黏度………………………………………….. 46
3.8.2動態流變行為…………………………………………... 48
3.8.3線性黏彈性質………………………………………….. 48
第四章 實驗………………………………………………………….. 50
4.1實驗材料………………………………………………… 50
4.2實驗儀器…………………………………………………… 50
4.3實驗方法與步驟…..………………………………………. 53
4.3.1 導電複合材料之製作…...……………………………. 53
4.4 材料測式與分析……………….………………………….. 54
第五章 結果與討論………………………………………………….. 59
5.1改變碳黑濃度對各基材之複合材料表面電阻系數之影響………………………………………………………………. 59
5.2 SEM微觀相形態………………………………………….. 61
5.3碳黑與高分子界面自由能之探討……………………….. 69
5.4 DSC熱分析探討…………………………………………... 71
5.5 TGA熱重損失分析………………………………………... 75
5.6 流變行為探討…………………………………………….. 79
5.6.1動態流變性質………………………………………… 79
5.6.1.1振幅掃描測試………………………………………. 79
5.6.1.2頻率掃描……………………………………………. 83
5.6.2穩態剪切黏度………………………………………… 86
5.6.2.1不同比例填充材對黏度的影響…………………….. 86
5.6.3時間掃描……………………………………………… 90
5.7 機械性質之拉昇測試…………………………………….. 93
5.8動態機械分析儀(DMA)之測試…………………….. 97
第六章結論與建議………………………………………………….. 100
6.1 pp與ipp導電高分子複合材料系列…………………….. 100
6.2 pp/eva 導電高分子複合材料系列………………………... 100
6.3建議………………………………………………………… 101
第七章參考文獻……………………………………………………… 102
圖 表 目 錄 頁次
圖目錄
第二章
圖2-1導電性高分子的分類…………………………………………………10
圖2-2 產生靜電示意圖……………………….……………………………..15

第三章
圖3-1高分子的分類…………………………………………………………..27
圖3-2導電填充物之含量與阻抗之滲透曲線………..………………..…29
圖3-3碳黑、鑽石及石墨之結構……………………………………………30
圖3-4碳黑的生成過程………………………………………………………31
圖3-5 碳黑的構造……………………………………………………………33
圖3-6碳黑之構造程度……………………………………………………….33
圖3-7碳黑的製造流程……………………………………………………….35
圖3.-8sp3混成軌域…………………………………………………………...37
圖3-9鑽石結構式意圖……………………………………………………….37
圖3-10 sp2混成軌域…………………………………………………………..38
圖3-11 石墨結構示意圖…………………………………………………….38
圖3-12 固體與液體之混煉分散圖………………………………………...40
圖3-13 液體與液體系之混煉分散圖……………………………………..41
圖3-14 混煉均勻程度……………………………………………………….42
圖3-15分配混合圖示………………………………………………………...43
圖3-16分散混合圖示………………………………………………………...44
圖3-17 混煉設備之分類…………………………………………………….45
圖3-18雙螺桿押出機之種類……………………………………………….45
圖3-19 錐度雙螺桿押出機…………………………………………………46

第四章
圖4-1 導電高分子複合材料製備之流程與分析………………………..58

第五章
圖5-1 改變碳黑濃度對各基材之複合材料表面電阻系數之影響…..60
圖5-2 PP95/CB5 之淬斷面SEM(x50000)………………………………..63
圖5-3 PP90/CB10之淬斷面SEM(x50000)………………………………..63
圖5-4 PP85/CB15之淬斷面SEM(x50000)………………………………..64
圖5-5 PP85/CB15之淬斷面SEM(x10000)………………………………..64
圖5-6 IPP95/CB5之淬斷面SEM(x50000)………………………………..65
圖5-7 IPP90/CB10之淬斷面SEM(x50000)……………………………….65
圖5-8 IPP85/CB15之淬斷面SEM(x50000)………………………………66
圖5-9 PP95/EVA5之淬斷面SEM(x50000)………………………………..67
圖5-10 PP90/EVA5/CB5之淬斷面SEM(x50000)………………………..67
圖5-11 PP80/EVA5/CB15之淬斷面SEM(x50000)……………………….68
圖5-12 PP70/EVA5/CB25之淬斷面SEM(x50000)…………….………...68
圖5-13 pp與不同比例碳黑之吸熱焓……………………………………...73
圖5-14 ipp與不同比例碳黑之吸熱焓…..…………………………………73
圖5-15 pp/eva與不同比例碳黑之吸熱焓…………………………………74
圖5-16 pp添加不同比例碳黑之TGA圖………………………………….76
圖5-17 ipp添加不同比例碳黑之TGA圖………………………….………76
圖5-18 pp/eva添加不同比例碳黑之TGA圖……………………………77
圖5-19 pp與摻混不同比例之碳黑之振幅掃描………………………….81
圖5-20 ipp與摻混不同比例之碳黑之振幅掃描…………………………81
圖5-21 pp/eva與摻混不同比例之碳黑之振幅掃描………………….....82
圖5-22 pp與摻混不同比例之碳黑之頻率掃描………………………….84
圖5-23 ipp與摻混不同比例之碳黑之頻率掃描…………………………84
圖5-24 pp/eva與摻混不同比例之碳黑之頻率掃描…………………….85
圖5-25 pp與摻混不同比例之碳黑之黏度掃描………………………….88
圖5-26 ipp與摻混不同比例之碳黑之黏度掃描…………………………88
圖5-27 pp/eva與摻混不同比例之碳黑之黏度掃描…………………….89
圖5-28 pp與摻混不同比例之碳黑之時間掃描………………………....91
圖5-29 ipp與摻混不同比例之碳黑之時間掃描…………………………91
圖5-30 pp/eva與摻混不同比例之碳黑之時間掃描…………………….92
圖5-31 不同碳黑比例之複材抗張強度…………………………………..95
圖5-32 pp和不同比例碳黑之DMA圖……………………………………98
圖5-33 ipp和不同比例碳黑之DMA圖…………………………………..98
圖5-34 pp/eva和不同比例碳黑之DMA圖……………………………...99

表目錄
第一章
表1-1靜電問題所造成的產品折率……………………………….………...2
表1-2雜訊產生源的範例……………………………………………………..2
表1-3導電填充劑之分類……………………………………………………..6
第二章
表2-1 一般導電與絕緣材料之電阻值……………………...…….………..8
表2-2 材料的摩擦生電序列表…………………….……..………………..17
表2-3 各種電子零件和儀器可忍受ESD的範圍………………………20

第三章
表3-1碳黑製造方法之分類…………………………………………………35
第五章
表5-1改變碳黑濃度對各基材之複合材料之表面電阻系數………….60
表5-2 材料之表面自由能…………………………………………………..70
表5-3 碳黑與eva、pp之界面自由能………………………………………70
表5-4 不同比例碳黑之複材熱焓、結晶度、熔點、表面電阻…………74
表5-5 pp添加不同比例碳黑之Td………………………………………….77
表5-6 ipp添加不同比例碳黑之Td…………………………………………78
表5-7 pp/eva添加不同比例碳黑之Td…………………………………….78
表5-8 pp和不同比例碳黑之抗張強度…………………………………….95
表5-9 pp/eva和不同比例碳黑之抗張強度……………………………….96
表5-10 ipp/eva和不同比例碳黑之抗張強度……………………………..96
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