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系統識別號 U0002-2107200612391600
中文論文名稱 聚乙烯/聚丙烯/碳黑摻雜型導電高分子之製備與性質研究
英文論文名稱 Studies on the Preparation and Properties of the Electrically Conductive PE/PP/Carbon Black 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 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 吳建宏
研究生英文姓名 Chien-hung Wu
學號 692360703
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-07-11
論文頁數 142頁
口試委員 指導教授-林國賡
委員-董崇民
委員-賴森茂
中文關鍵字 聚乙烯  聚丙烯  碳黑  導電高分子  熔融混煉  高分子摻混  表面相形態  流變性質 
英文關鍵字 Polyethylene  Polypropylene  Carbon Black  Polymer blends  Melt mixing  Morphology  Rheology 
學科別分類
中文摘要 本論文系將聚乙烯、聚丙烯、碳黑利用熔融混煉法製備成PE/PP複材、PE/CB及PE/PP/CB之導電高分子複材。以表面電阻儀量測各複材的表面電阻係數。以SEM觀察碳黑在高分子基材中的分散情形與各複材的相形態。並以TGA測定各複合材料的熱裂解溫度(Td)。由DSC量測複材的熔點(Tm)與結晶度的變化。DMA測定複材的固態機械性質。結果發現PE/PP/CB複材中,碳黑會分散於PE相,且因PP相的存在有利於CB在PE中的分散與導電網路的形成,而各複材系統也因為碳黑的添加而提升了耐熱性及機械性質等。最後以平板式流變儀測定複材的熔融動態與穩態之流變性質。由各種測試的結果,探討其之間的相互關係以及對複材物性之影響。
英文摘要 In this study, we aimed at blending varies polyethylene(PE) and polypropylene(PP) with carbon black(CB) by melt mixing to manufacture electrically conductive polymer composites. We used the surface
resistance meter to measured surface resistance coefficient, and scanning electron microscopy(SEM) to investigate the morphology of polymer composites and the dispersion of carbon black in the polymer matrix.
Thermal degradation behavior and dynamics mechanical properties of polymer composites were analyzed by thermal gravimetric analysis(TGA) and dynamics mechanical analysis(DMA), the degree of crystallization and melt temperature(Tm) of the blends were observed by differential scanning calorimetry(DSC). The results indicated in
PE/PP/CB composites, the CB was dispersed in PE, and the existence of PP helps CB dispersed in PE and the formation of CB conductive networks. CB networks will improves thermal stability and mechanical properties of polymer composites. The rheological properties were measured by plate-plate rheometer.
論文目次 總目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
總目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIII

第一章、緒論………………………………………………………....1
1-1前言…………….…………………………………...………..….1
1-2研究動機與目的.………………………………...…………..….4
第二章、理論基礎與文獻……...……………………………..…...6
2-1導電高分子…………………………….………………………..…6
2-1-1導電高分子概述…………………………..………...………..6
2-1-2 導電高分子的種類………………………..…………..……..6
2-1-3導電高性分子複合材料………………...………………………8
2-2碳黑…………………….………………………………………….13
2-2-1碳黑材料特性……...………………...………………..……13
2-2-2碳系材料的導電性…………………...………………..…...15
2-2-3碳黑製造之方法與應用……………...………...……..……18
2-3靜電防護與電磁波遮蔽…..…...…….……………….……….20
2-3-1靜電與靜電放電….……………………...…………...…...21
2-3-2電磁波干擾與遮蔽……………………………...…………….23
2-4高分子聚摻合物…………………….…………………………….29
2-4-1聚摻合物的相容性質…........…...…………….....……29
2-4-2高分子聚摻合物的製備……………...………………..…...32
2-4-3高分子摻合物研究方法…………………...…………..…...34
2-5流變學原理…………………………...………….……...….…36
2-5-1流變學研究內容與意義………………………..…..………..37
2-5-2摻合體之流變行為…………...……………………..….…..38
2-5-3穩態剪切黏度…………………………………………...…….38
2-5-4動態流變行為………………………………………...……….40
2-5-5線性黏彈性質…………………………………………...…….41
第三章、實驗……….………………………………………………..43
3-1實驗材料……………….…...……………………………………43
3-2實驗儀器…...…………………………………………………….44
3-3實驗方法與步驟……………………………………………………46
3-3-1高分子導電複合材料之製備……………..............46
3-4材料測試與分析……………………………………………………47
第四章、結果與討論…………………………………………….…..54
4-1添加不同碳黑含量於各基材之複合材料的表面電阻係數……..54
4-2高分子基材與碳黑間之界面自由能探討…………………………62
4-3各複材之SEM淬斷面相形態………………………………….…..64
4-4各複材之TGA熱重分析損失……………………………………...78
4-5各複材之DSC熱分析探討…………………………………….…..89
4-6複材之流變行為探討………………………………………………99
4-6-1動態流變性質……………………………….…………….99
4-6-1-1振幅掃描測試…………………………….……………99
4-6-1-2頻率掃描測試………………………………………..107
4-6-2由穩態剪切黏度測試探討對各複材系統黏度之變化….114
4-6-3時間掃描測試…………………………………………...121
4-7各複材之動態機械性質DMA分析……………..…………………128
第五章、結論……………………………………….……..……...135
第六章、參考文獻……………………………………….…….....137


圖目錄
圖2-1 導電填充物含量與電阻率之關係….……….….....…....11
圖2-2 A schematic model of interfaces in (a) PP/UHMWPE/CB
and (b)PP/XL-UHMWPE/CB blends......................12
圖2-3 碳黑大小程度構造…..…………….………………..…....14
圖2-4 碳黑形成的過程………………………………………….....14
圖2-5 鑽石、石墨及碳黑之結構示意圖….…………………….….15
圖2-6 碳黑之構造程度……………………………………………….16
圖2-7 sp3混成軌域與鑽石結構示意圖…………………………....17
圖2-8 sp2混成軌域與石墨結構示意圖……………………………..18
圖2-9 靜電產生示意圖……………………………………………...22
圖2-10 兩種不同高分子(分別以實線及虛線表示)聚摻合物的互溶程度:(A)互溶性;(B)不互溶性;(C)部分互溶性……………………31
圖3-1高分子導電複合材料之製備與分析流程……………………..51
圖3-2 真空烘箱…........................................52
圖3-3 熱壓成型機........................................52
圖3-4 平行板式流變儀………………………..……………….….53
圖4-1 不同PE添加不同碳黑含量之表面電阻係數…………….....56
圖4-2固定添加量10phr碳黑於不同PE/PP比例複材之表面電阻係
數………............................................58
圖4-3不同碳黑含量於固定比例之不同PE70/PP30複材之表面電阻係
數……..............................................60
圖4-4 LLDPE之淬斷面SEM圖(x30000)……………………………….66
圖4-5 LLDPE/CB5phr複材之淬斷面SEM圖(x30000)…………………66
圖4-6 LLDPE/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x30000)……………….67
圖4-7 LLDPE/CB15phr複材之淬斷面SEM圖(x30000)……………….67
圖4-8 LDPE之淬斷面SEM圖(x50000)…………………………………68
圖4-9 LDPE/CB5phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)………………...68
圖4-10 LDPE/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)……………….69
圖4-11 LDPE/CB15phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)……………….69
圖4-12 HDPE之淬斷面SEM圖(x30000)…………….……………....70
圖4-13 HDPE/CB5phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)………………..70
圖4-14 HDPE/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)……………...71
圖4-15 HDPE/CB15phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)……………...71
圖4-16 LLDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)…….72
圖4-17 LDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)……..72
圖4-18 HDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x50000)………73
圖4-19 HDPE70/PP30複材之淬斷面SEM圖(x10000,未蝕刻)….….74
圖4-20 HDPE70/PP30複材之淬斷面SEM圖(x10000,蝕刻1小時)….74
圖4-21 HDPE70/PP30複材之淬斷面SEM圖(x30000,蝕刻1小時)….75
圖4-22 HDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x10000,未蝕
刻)….............................................76
圖4-23 HDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x10000,蝕刻
1小時)…………………………………………………………76
圖4-24 HDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x30000,蝕刻
1小時)…………………………………………………………77
圖4-25 HDPE70/PP30/CB10phr複材之淬斷面SEM圖(x30000,蝕刻
24小時)…………………….………………………………..77
圖4-26 不同比例之LLDPE/PP複材之TGA圖…………………….…..79
圖4-27 LLDPE添加不同碳黑含量之TGA圖…………………………..80
圖4-28 不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之TGA圖…...81
圖4-29 不同比例之LDPE/PP複材之TGA圖………………….……….82
圖4-30 LDPE添加不同碳黑含量之TGA圖…………………………….83
圖4-31 不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之TGA圖……..84
圖4-32 不同比例之HDPE/PP複材之TGA圖………………….……….85
圖4-33 HDPE添加不同碳黑含量之TGA圖………………….……....86
圖4-34 不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之TGA圖………87
圖4-35未蝕刻與經蝕刻之HDPE70/PP30/CB10phr複材之TGA圖…….88
圖4-36 不同比例之LLDPE/PP複材之DSC圖………………………….90
圖4-37 LLDPE添加不同碳黑含量之DSC圖…………………………..91
圖4-38 不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之DSC圖…….92
圖4-39 不同比例之LDPE/PP複材之DSC圖………………….……….93
圖4-40 LDPE添加不同碳黑含量之DSC圖……………………….……94
圖4-41 不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之DSC圖………95
圖4-42 不同比例之HDPE/PP複材之DSC圖………………………....96
圖4-43 HDPE添加不同碳黑含量之DSC圖…………………………….97
圖4-44 不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之DSC圖………98
圖4-45 不同比例之LLDPE/PP複材之振幅掃描…………………...101
圖4-46 LLDPE添加不同碳黑含量之振幅掃描……………………..101
圖4-47 不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之振幅掃描.102
圖4-48 不同比例之LDPE/PP複材之振幅掃描……………………..103
圖4-49 LDPE添加不同碳黑含量之振幅掃描……………………….103
圖4-50不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之振幅掃描….104
圖4-51 不同比例之HDPE/PP複材之振幅掃描………….………….105
圖4-52 HDPE添加不同碳黑含量之振幅掃描……………………….105
圖4-53不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之振幅掃描….106
圖4-54 不同比例之LLDPE/PP複材之頻率掃描…………………...108
圖4-55 LLDPE添加不同碳黑含量之頻率掃描……………………..108
圖4-56不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之頻率掃描…109
圖4-57 不同比例之LDPE/PP複材之頻率掃描………………………110
圖4-58 LDPE添加不同碳黑含量之頻率掃描…………………….…110
圖4-59不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之頻率掃描….111
圖4-60 不同比例之HDPE/PP複材之頻率掃描…………….……….112
圖4-61 HDPE添加不同碳黑含量之頻率掃描…………………….…112
圖4-62不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之頻率掃描….113
圖4-63 不同比例之LLDPE/PP複材之黏度測試…………………...115
圖4-64 LLDPE添加不同碳黑含量之黏度測試……………………..115
圖4-65不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之黏度測試…116
圖4-66 不同比例之LDPE/PP複材之黏度測試…………….……….117
圖4-67 LDPE添加不同碳黑含量之黏度測試……………….………117
圖4-68不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之黏度測試….118
圖4-69 不同比例之HDPE/PP複材之黏度測試…………………....119
圖4-70 HDPE添加不同碳黑含量之黏度測試……………….………119
圖4-71不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之黏度測試….120
圖4-72 不同比例之LLDPE/PP複材之時間掃描…………………...122
圖4-73 LLDPE添加不同碳黑含量之時間掃描……………………..122
圖4-74不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之時間掃瞄…123
圖4-75 不同比例之LDPE/PP複材之時間掃描……………….…….124
圖4-76 LDPE添加不同碳黑含量之時間掃描…………………….…124
圖4-77不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之時間掃瞄...125
圖4-78 不同比例之HDPE/PP複材之時間掃描……………………..126
圖4-79 HDPE添加不同碳黑含量之時間掃描…………………….…126
圖4-80不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之時間掃瞄….127
圖4-81 不同比例之LLDPE/PP複材之DMA圖…………………………129
圖4-82 LLDPE添加不同碳黑含量之DMA圖………………………...129
圖4-83不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之DMA圖….…130
圖4-84 不同比例之LDPE/PP複材之DMA圖………………………...131
圖4-85 LDPE添加不同碳黑含量之DMA圖……………………….….132
圖4-86不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之DMA圖………132
圖4-87 不同比例之HDPE/PP複材之DMA圖…………………….....133
圖4-88 HDPE添加不同碳黑含量之DMA圖………………….….....133
圖4-89不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之DMA圖……..134

表目錄
表1-1 雜訊源範例………………...……………………....….....2
表1-2 靜電存在對於各場所造成的問題……...…..……….......3
表1-3 導電性填充劑之種類…………………………... ……………3
表2-1 一般高分子材料的表面電阻係數與體積電阻係數……………7
表2-2 本質型導電高分子之結構………………..…………………..8
表2-3 碳黑的製造方法……...………………………………………19
表2-4各類材料之表面電阻係數………………………………………28
表4-1無添加碳黑之複材系統表面電阻係數……………………....55
表4-2 LLDPE添加不同碳黑含量之表面電阻係數…………………..56
表4-3 LDPE添加不同碳黑含量之表面電阻係數…………………….57
表4-4 HDPE添加不同碳黑含量之表面電阻係數…………………….57
表4-5固定添加量10phr碳黑於不同LLDPE/PP比例複材之表面電阻係
數…...............................................58
表4-6 固定添加量10phr碳黑於不同LDPE/PP比例複材之表面電阻係
數…...............................................59
表4-7固定添加量10phr碳黑於不同HDPE/PP比例複材之表面電阻係
數…................................................59
表4-8不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之表面電阻係
數………............................................60
表4-9不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之表面電阻係
數………............................................61
表4-10不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之表面電阻係
數…….............................................61
表4-11 材料之各項表面自由能………………………………………63
表4-12各系統之界面自由能………………………………………….63
表4-13 不同比例之LLDPE/PP複材之熱裂解溫度(Td)……………..79
表4-14 LLDPE添加不同碳黑含量之熱裂解溫度(Td)……………….80
表4-15不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材熱裂解溫度
(Td)...............................................81
表4-16 不同比例之LDPE/PP複材之熱裂解溫度(Td)……………….82
表4-17 LDPE添加不同碳黑含量之之熱裂解溫度(Td)………………83
表4-18不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之熱裂解溫度
(Td)...............................................84
表4-19不同比例之HDPE/PP複材之熱裂解溫度(Td)…………………85
表4-20 HDPE添加不同碳黑含量之熱裂解溫度(Td)…………………86
表4-21不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之熱裂解溫度
(Td)...............................................87
表4-22未蝕刻與經蝕刻之HDPE70/PP30/CB10phr複材之熱裂解溫度
(Td)….............................................88
表4-23 不同比例之LLDPE/PP複材之熔點、熱焓、結晶度…………90
表4-24 LLDPE添加不同碳黑含量之熔點、熱焓、結晶度………….91
表4-25 不同碳黑含量於固定比例LLDPE70/PP30複材之熔點、熱焓、
結晶度…………………………………………………………92
表4-26 不同比例之LDPE/PP複材之熔點、熱焓、結晶度………...93
表4-27 LDPE添加不同碳黑含量之熔點、熱焓、結晶度…………..94
表4-28 不同碳黑含量於固定比例LDPE70/PP30複材之熔點、熱焓、
結晶度…………………………………………………………95
表4-29 不同比例之HDPE/PP複材之熔點、熱焓、結晶度………….96
表4-30 HDPE添加不同碳黑含量之熔點、熱焓、結晶度…………..97
表4-31 不同碳黑含量於固定比例HDPE70/PP30複材之熔點、熱焓、
結晶度…………………………………………………………98
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blends”, Polymer, Vol. 46, pp. 6064-6074 (2005).
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