淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-1001201117340800
中文論文名稱 聚乳酸/氮化鋁導熱高分子複材之製備與性質研究
英文論文名稱 The preparation and properties of PLA/AlN thermally conductive polymer composites
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 99
學期 1
出版年 100
研究生中文姓名 鄧佳宜
研究生英文姓名 Chia-I Teng
學號 697401163
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-12-24
論文頁數 111頁
口試委員 指導教授-林國賡
委員-賴森茂
委員-董崇民
中文關鍵字 聚乳酸  氮化鋁  導熱高分子  聚烯烴 
英文關鍵字 Poly(lactic acid)  Aluminum Nitride  thermally conductive  polyolefin 
學科別分類
中文摘要 本研究以生物可分解高分子聚乳酸為基材與陶瓷材料氮化鋁製備導熱複材,並以兩種不同增韌劑提升高分子複材之機械性質,以熔融混煉法及熱壓成型法製備複材。探討氮化鋁添加比例10 phr、20phr及30phr對於導熱係數之影響;更討論不同增韌劑對於複材之各種影響,包括拉伸性質、耐衝擊性質、顯微結構、熱性質及導熱之測試。
由拉伸測試及耐衝擊測試可得知,聚乳酸為一種硬且脆的材料,而氮化鋁的添加會使得複合材料脆性提升,當以少量POE和mPOE為增韌劑時,有效提升複材之斷裂伸長量及耐衝擊強度,尤其以mPOE影響較為明顯;可由SEM顯微結構觀察出,mPOE與聚乳酸之相容性較佳,故對機械性質影響較佳;由熱性質分析則可發現,增韌劑和氮化鋁的添加使得聚乳酸結晶性下降;利用流變測試,複材的儲存模數會因增韌劑的添加而下降,表示其流動性較高,而氮化鋁含量增加,儲存模數會逐漸上升,代表複材的剛性提升了。由導熱分析結果可得知,導熱度會隨著氮化鋁含量增加而提升,相較於純聚乳酸基材,複材添加30phr的氮化鋁時導熱度提升了46%。
英文摘要 In this study, we aimed at enhancing thermal conductivity of polymer composites. We use biodegradable polymer poly(lactic acid) to be the matrix and the ceramic powder aluminum nitride to be the filler. And we use two kinds of polyolefin to improve mechanical properties.We use blender and hot press method to produce our samples. The result was analyzed by tensile test, impact test, DSC, SEM and thermal conductivity.
We found poly(lactic acid) is a hard and brittle materials form tensile test and impact test. The addition of aluminum nitride made composites more brittle. So we used POE and mPOE as toughener. It will improve elongation at break and impact strength, especially mPOE. Morphology of PLA/POE and PLA/mPOE composites were investigated by SEM, PLA and mPOE are compatible slightly. The degree of crystallization and melt temperature of blends were observed by differential scanning calorimetry (DSC). The results indicate the addition of elastomer or aluminum nitride decrease the degree of crystallization. Rheological properties were tested by plate to plate rheometer. The addition toughner made storage modulus decreased. Because of composites are softer than neat PLA. However more aluminum nitride made storage modulus increased. PLA/AlN composites become rigid. Thermal conductivity of PLA/AlN increased with AlN content increased. Compare with neat PLA, thermal conductivity of PLA/AlN 30 phr composite increase 46%.
論文目次 總目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
總目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 3
第二章 文獻回顧與研究背景 8
2-1 導熱高分子 8
2-1-1氮化鋁型導熱高分子 8
2-1-2 其他添加劑型導熱高分子 11
2-2増韌劑 14
第三章 理論背景 18
3-1 導熱高分子 18
3-1-1 固體導熱機制 18
3-1-2 導熱添加劑 19
3-2 生物可分解高分子 21
3-2-1可分解高分子的類型 22
3-2-2 生物可分解檢測方法 24
3-3 聚乳酸(Poly(lactic acid), Polylactid, PLA) 25
3-3-1 聚乳酸之優點 27
3-3-2 聚乳酸之缺點 28
3-4 流變學概念 29
3-4-1 剪切黏度 31
3-4-2 動態流變行為 33
3-4-3 線性黏彈性質 33
第四章 實驗部分 42
4-1實驗材料 42
4-2實驗儀器 44
4-3實驗與步驟分析 48
4-3-1、PLA/增韌劑、PLA/增韌劑/氮化鋁 複材製作程序 48
4-3-2、材料測試與分析 48
第五章 結果與討論 56
5-1、拉伸測試分析 56
5-2、耐衝擊測試分析 67
5-3、DSC熱分析 72
5-4、SEM相型態分析 80
5-5、流變測試分析 89
5-6、導熱度測試分析 98
第六章 結論 102
第七章 參考文獻 104

圖目錄
圖 1、各種材料導熱係數量化圖 39
圖 2、氮化鋁結晶構造(a)四面體結構(b)單位晶胞 39
圖 3、氮化鋁的Wurtzite結構 40
圖 4、乳酸光學單體,左為L-type,又為D-type 40
圖 5、依剪切力對形變不同之流體分類 41
圖 6、PLA增韌之流程圖 52
圖 7、PLA增韌導熱流程圖 53
圖 8、PLA/POE、PLA/mPOE楊氏模數圖 59
圖 9、 PLA/POE、PLA/mPOE抗張強度圖 59
圖 10、 PLA/POE、PLA/mPOE斷裂伸長量圖 60
圖 11、PLA/toughner/AlN楊氏模數圖 60
圖 12、PLA/toughner/AlN抗張強度圖 61
圖 13、PLA/toughner/AlN斷裂伸長量圖 61
圖 14、PLA/POE、PLA/mPOE複材之耐衝擊圖 69
圖 15、PLA/toughner/AlN複材之耐衝擊圖 69
圖 16、純PLA之DSC圖 74
圖 17、添加不同比例增韌劑POE之DSC圖 74
圖 18、添加不同比例增韌劑mPOE之DSC圖 75
圖 19、添加不同比例AlN之DSC圖 75
圖 20、添加不同比例增韌劑POE及AlN之DSC圖 76
圖 21、添加不同比例增韌劑mPOE及AlN之DSC圖 76
圖 22、氮化鋁之顯微結構(x500) 82
圖 23、聚乳酸耐衝擊截面(x500) 82
圖 24、PLA/POE 1%耐衝擊截面(x800) 83
圖 25、PLA/mPOE 1%耐衝擊截面(x800) 83
圖 26、PLA/POE 5%耐衝擊截面(x800) 84
圖 27、PLA/mPOE 5%耐衝擊截面(x800) 84
圖 28、PLA/POE 10%耐衝擊截面(x800) 85
圖 29、PLA/mPOE 10%耐衝擊截面(x800) 85
圖 30、PLA/AlN 10phr耐衝擊截面(x300) 86
圖 31、PLA/AlN 20phr耐衝擊截面(x300) 86
圖 32、PLA/AlN 30phr耐衝擊截面(x300) 87
圖 33、PLA/POE/AlN 1%/30phr耐衝擊截面(x500) 87
圖 34、PLA/mPOE/AlN 1%/30phr耐衝擊截面(x500) 88
圖 35、聚乳酸振幅掃描圖 91
圖 36、不同含量增韌劑PLA/POE複材振幅掃描圖 91
圖 37、不同含量增韌劑PLA/mPOE複材振幅掃描圖 92
圖 38、不同含量氮化鋁PLA/AlN複材振幅掃描圖 92
圖 39、聚乳酸頻率掃描圖 94
圖 40、不同含量增韌劑PLA/POE複材頻率掃描圖(G' vs w) 94
圖 41、不同含量增韌劑PLA/mPOE複材頻率掃描圖(G' vs w) 95
圖 42、不同含量氮化鋁複材頻率掃描圖(G' vs w) 95
圖 43、不同含量增韌劑PLA/POE複材頻率掃描圖(G' vs w) 96
圖 44、不同含量增韌劑PLA/mPOE複材頻率掃描圖(G' vs w) 96
圖 45、不同含量氮化鋁複材頻率掃描圖(G' vs w) 97
圖 46、PLA/toughner/AIN複材導熱係數圖 100
􀁂􀀰􀁮􀁑􀁐􀁆 􁍄􀗷􁓎􀱗􀯟􀶔􁃙􀀩

表目錄
表 1、有機材料無機材料物性比較 6
表 2、常見高分子之導熱係數 7
表 3、氮化鋁的物理性質與熱性質 35
表 4、常用於封裝陶瓷材料之性質比較 35
表 5、各國生物分解率測試標準及可堆肥之認證符號 36
表 6、PLA發展歷史年鑑 37
表 7、日本公司發展聚乳酸於電子電器領域之成果 38
表 8、PLA/POE添加量 54
表 9、PLA/mPOE添加量 54
表 10、PLA/增韌劑/AlN添加量 55
表 11、PLA/POE、PLA/mPOE楊氏模數(單位: N/mm2) 62
表 12、PLA/POE、PLA/mPOE抗張強度(單位: MPa) 62
表 13、 PLA/POE、PLA/mPOE斷裂伸長量(單位:%) 63
表 14、 PLA/toughner/AlN楊氏模數(單位: N/mm2) 64
表 15、PLA/toughner/AlN抗張強度(單位: MPa) 65
表 16、PLA/toughner/AlN斷裂伸長量(單位:%) 66
表 17、PLA/POE、PLA/mPOE耐衝擊強度(單位:J/m) 70
表 18、PLA/toughner/AlN耐衝擊強度(單位:J/m) 71
表 19、PLA之熔點、結晶溫度、熱焓、結晶度 77
表 20、添加不同比例POE之熔點、結晶溫度、熱焓、結晶度 77
表 21、添加不同比例mPOE之熔點、結晶溫度、熱焓、結晶度 77
表 22、添加不同比例AlN之熔點、結晶溫度、熱焓、結晶度 78
表 23、添加不同比例POE及AlN之熔點、結晶溫度、熱焓、結晶度 78
表 24、添加不同比例mPOE及AlN之熔點、結晶溫度、熱焓、結晶度 79
表 25、PLA/toughner/AlN複材導熱度測試數據 101

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