隨著塑膠材料的進步，使塑膠材料發展於各個領域上。近年熱塑性複合高分子因性能優異與可再生回收贏得了市場的普遍青睞，使熱塑性複合高分子被廣泛應用於戶外產品，由此可發現塑膠材料應用於屋面材料與戶外產品逐年上升，而塑膠材料主要缺點是長時間使用機械強度降低與耐久性下降問題。因此，本研究以開發出質量輕、高強度、高耐久性與符合市場之塑膠複合材料為目標。現今丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸酯共聚物(Acrylonitrile styrene acrylate copolymer, ASA)材料因擁有良好的強度與耐候性，所以本研究選擇ASA為研究基材，但是本研究想開發出的塑膠材料可用於惡劣氣候環境，所以利用短玻璃纖維(Short Glass Fiber, SGF)強化ASA塑膠材料，並使用塑膠射出成型加工與應用田口-灰關聯法規劃實驗。期望ASA/SGF複合材料獲得良好硬度和保有一定的衝擊能力，藉由紫外光實驗驗證ASA/SGF複合材料應用於屋面和戶外產品之可行性探討。
本研究先以(0~25wt%)不同SGF重量百分比與ASA材料混煉造粒其塑料材料分析與衝擊U型曲線之探討，首先，MI分析結果顯示：添加SGF後MI值下降，因SGF為異質材料所造成；TGA分析結果顯示：材料約280度開始氣化，約在450度氣化完畢，並觀察剩餘SGF殘留比例與目標有所差異，推斷可能在混料造粒時，螺桿中含有異料與SGF殘留於螺桿中所造成；DSC分析結果顯示：添加SGF後，提升材料對溫度的抵抗能力，因SGF含有Si和Al等元素；FTIR分析結果顯示：添加SGF並不會影響其官能基位置，只會造成強度些微下降；從ASA/SGF複合材料之衝擊U型曲線結果顯示：添加SGF後衝擊強度下降，因SGF是屬於脆性材料，而衝擊強度下降趨於SGF 5wt%穩定後，衝擊強度依SGF(10~25wt%)比例增加而緩緩上升；ASA/SGF複合材料田口單一品質最佳化其抗壓應力與衝擊值均有提升，約42.3%與6.1%；ASA/SGF複合材料多重品質最佳化結果顯示：其抗壓應力提升3.6%，衝擊強度下降約27.1%；ASA/SGF複合材料之紫外光老化實驗照射500小時與1000小時，試片外觀受到紫外光照射有些許變黃，其抗壓應力與衝擊強度均無明顯下降趨勢。
綜合上述，本研究成功開發出一個具有良好的機械性能與耐久性之ASA/SGF複合材料，其研究成果顯示此材料應用於戶外產品上是可行的，期望此研究成果未來可以應用於屋面與戶外產品。

Advancement of plastic materials enables the development of their application in various fields. It is found from literature of roofing material market surveys in USA that application of plastic materials in roofing materials and outdoor products is increasing year after year. However, plastic materials have two main disadvantages, which are reduced mechanical strengths after long use and lowered durability. Therefore, this study aims at developing a lightweight, high strength and high weather resistance plastic composite material. Today’s acrylonitrile styrene acrylate (ASA) copolymer material has good strength and weather resistance and is therefore selected as the base material for research in this study. In addition, as the plastic material to be developed this study should be applicable in harsh weather conditions, short glass fiber is used to reinforce the ASA material. Injection molding of plastics and the Taguchi-grey relational analysis are also included in the planning of the experiment. It is hoped that the ASA/SGF composite materials can thus obtain good hardness and maintain certain impact withstand capabilities. An ultraviolet light experiment is conducted to verify whether it is feasible to apply the ASA/SGF composite materials in roofing and outdoor products.
In this study, the ASA material was mixed with different weight percentages (0-25wt%) of SGF before granulation. Then, the composite materials were analyzed and their U-shaped impact curve was examined. First, MFI analysis reveals that the MFI values decline after the addition of SFG because SGF is a heterogeneous material. TGA analysis reveals that the materials begin to gasify at about 280℃ and completely gasify at about 450℃. It is also observed that the remaining percentages of SGF deviate from the targets. The reasons may be that the screw shaft of the mixer contains foreign matters and SGF remains in the screw shaft during mixing and granulation. DSC analysis reveals that the addition of SGF improves temperature resistance of the materials because SGF contains elements like Si and Al. FTIR analysis reveals that the addition of SGF does not affect the positions of functional groups in the materials and causes strengths of the materials to drop only slightly. The U-shaped impact curve of the ASA/SGF composite materials shows that the addition of SGF causes impact strengths to drop because SGF is a brittle material. In addition, after the decline of impact strengths has stabilized with SGF 5wt%, impact strengths grow slowly as the percentages of SGF content increase. After optimization of single quality characteristics of the ASA/SGF materials with the Taguchi method, both their compressive stress and impact values improve about 42.3% and 6.1%. Optimization of multiple quality characteristics of the ASA/SGF composite materials reveals that their compressive stress improves 3.6%, but their impact strengths drop about 27.1%. An ultraviolet (UV) light aging experiment on the ASA/SGF composite materials shows that their specimens become slightly yellow after exposure to the UV light for 500 and 1000 hours, but both their compressive stress and impact strengths show no tendency of marked decline.
To sum up, this study has successfully developed an ASA/SGF composite material with good mechanical performance and durability. Research outcomes of this material show that its application in outdoor products is feasible. It is hence hoped that the results of this study can be applied to roofing and outdoor products in the future.

摘要 ............ i
Abstract ............ ii
誌謝 ............ v
目錄 ............ vi
表目錄 ............ xii
圖目錄 ............ xvii
符號說明 ............ xxiv
第一章 前言 ............ 1
1.1 研究背景 ............ 1
1.2 研究動機與目的 ............ 2
1.3 研究方法 ............ 3
1.4 研究架構 ............ 4
第二章 基礎理論與文獻回顧 ............6
2.1 基礎理論 ............ 6
2.1.1 高分子材料種類與結晶特性 ............ 6
2.1.2 複合材料種類與發展概況 ............ 7
2.1.3 工程材料破壞理論 ............ 8
2.1.4 丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸酯共聚物簡介 ............ 9
2.1.5 FRP材料簡介 ............ 9
2.1.6 玻璃纖維簡介 ............ 10
2.1.7 混煉加工原理簡介 ............ 10
2.1.8 射出成型原理 ............ 11
2.1.9 塑膠老化 ............ 12
2.1.9 塑膠發展於屋面與戶外產品概況簡介 ............ 12
2.2 塑膠應用於屋面與戶外之相關文獻 ............ 12
2.3 近十年ASA材料研究文獻 ............ 13
2.4 田口法基礎理論介紹 ............ 17
2.4.1 選定品質影響因子 ............ 17
2.4.2 直交表建立 ............ 18
2.4.3 品質損失函數 ............ 18
2.4.4 信號雜音比 ............ 19
2.5 灰關聯法基礎理論介紹 ............ 19
2.6 運用田口法-灰關聯法配合射出成型研究相關文獻 ............ 21
第三章 實驗方法與步驟 ............ 23
3.1 實驗流程與步驟分析 ............ 24
3.1.1 不同SGF重量百分比製備ASA/SGF複合塑料之準備 ............ 25
3.1.2 不同SGF重量百分比製備ASA/SGF複合塑料之混煉造粒 ............ 25
3.13以0~30wt%不同SGF重量百分比ASA/SGF進行衝擊找出U型曲線 ............ 27
3.1.4 規劃田口法ASA/SGF複合材料機械性能之控制因子選取 ............ 28
3.1.5 規劃ASA/SGF複合材料水準數與射出成型參數 ............ 29
3.2 使用田口-灰關聯法射出成形製備ASA/SGF複合材料標準試片 ............ 31
3.2.1 使用田口-灰關聯法射出成形製備ASA/SGF複合材料標準試片說明 .........31
3.2.2 使用田口-灰關聯法射出成形製備ASA/SGF複合材料之機械性能檢測 .......32
3.3 不同SGF重量百分比之ASA/SGF複合塑料之材料分析 ............ 34
3.3.1 熔融指數分析(Melt Flow Index, MI) ............ 34
3.3.2 毛細管流變儀分析(Capillary Rheometer, CR) ............ 35
3.3.3 示差掃描熱量分析(Differential Scanning Calorimeter, DSC) .... 36
3.3.4 熱重分析(Thermo Gravimetric Analyzer, TGA) ............ 37
3.3.5 傅立葉紅外光線譜(Fourier Transform Infrared Spectrometer﹐FTIR) .. 38
3.4 ASA/SGF複合材料標準試片之形貌觀察與元素分析 ............ 39
3.4.1 ASA/SGF複合高分子衝擊試驗以SEM觀測方向說明 ............ 39
3.4.2 ASA/SGF複合材料標準試片表面與破斷面形貌分析 ............ 40
3.4.3 ASA/SGF複合材料標準試片結構觀察與元素分析 ............ 41
3.5 ASA/SGF複合材料標準試片老化試驗之研究 ............ 42
3.5.1 ASA/SGF複合材料標準試片老化試驗後顏色變化之色差儀 ............ 43
第四章 結果與討論 ............ 45
4.1 0~25wt%之ASA/SGF複合塑料之材料分析 ............ 45
4.1.1 不同重量百分比ASA/SGF複合塑料之熔融指數分析(MI) ............ 45
4.1.2 不同重量百分比ASA/SGF複合塑料之毛細管流變分析 ............ 46
4.1.3 不同重量百分比ASA/SGF複合材料之差示掃描熱量分析(DSC) ........... 48
4.1.4 不同重量百分比ASA/SGF複合材料之熱重分析(TGA) ............ 50
4.1.5 不同重量百分比ASA/SGF複合材料之傅立葉紅外線光譜分析(FTIR) ....... 52
4.2 ASA/SGF複合材料之射出成型與衝擊U型曲線擬定田口參數 ............ 54
4.2.1 ASA/SGF複合材料之射出成型與衝擊U型曲線 ............ 54
4.2.2 不同SGF重量百分比之ASA/SGF複合材料衝擊試片斷口現象分析 ......... 56
4.2.3 ASA/SGF複合材料之射出成型與衝擊U型曲線之表面形貌觀測 ............ 57
4.3以田口-灰關聯法探討ASA/SGF複合材料最佳化射出成型參數結果分析 61
4.3.1 以田口法探討ASA/SGF複合高分子之硬度單一品質最佳化參數結果與分析 63
4.3.2 以田口法探討ASA/SGF複合高分子之衝擊單一品質最佳化參數結果與分析 66
4.3.3 以田口法探討ASA/SGF複合高分子之多重品質最佳化參數結果分析 ........ 73
4.4 以田口法探討ASA/SGF單一品質最佳化斷面形貌觀測 ........ 78
4.4.1 ASA/SGF複合高分子衝擊試驗AP方向斷面形貌分析 ........ 78
4.4.2 ASA/SGF複合高分子衝擊試驗P方向斷面形貌分析 ........ 81
4.4.3 ASA/SGF複合高分子單一品質最佳化與多重品質最佳化之斷面形貌分析 ...... 82
4.5 ASA/SGF複合材料XRD分析 ........ 83
4.6 ASA/SGF複合材料EDS分析 ........ 86
4.7 ASA/SGF複合材料紫外光老化實驗分析 ........ 89
4.7.1 ASA/SGF複合材料紫外光老化試驗探討 ........ 89
4.7.2 ASA/SGF複合材料射出參數多重品質最佳化之紫外光老化試驗 ........ 95
4.7.3 ASA/SGF複合材料紫外光老化試驗之表面顏色檢驗探討 ........ 97
第五章 結論與未來研究 ........ 100
5.1結論 ........ 100
5.2未來展望 ........ 103
參考文獻 ........ 105
Extended Abstract ........ 108

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