臺灣博碩士論文加值系統

本研究以塑譜儀將基材與補強材進行熔融混摻，基材為聚丙烯(Polypropylene, PP)，補強材為黃麻纖維(Jute fiber)、紅麻粉(Kenaf powder)或稻殼粉(Rice husk powder)，補強材添加量為20 ~ 40wt%。此外，由於補強材與聚丙烯間的相容性不佳，因此用矽烷偶合劑(3-Aminopropyltriethoxysilane)對黃麻纖維進行改質，並添加馬來酸酐接枝聚丙烯(Maleic anhydride grafted polypropylene, MAPP)做為相容劑，以提升複合材料之機械性質與熱性質。經研究結果得知，黃麻纖維/紅麻粉添加量30 wt%之複合材料有較佳的性質，因此進一步製備添加30 wt%黃麻纖維/稻殼粉之複合材料進行比較。實驗結果顯示，複合材料中黃麻纖維與紅麻粉比例為1:3時會有較高的熱變形溫度(約在150.90~153.05℃)，相較於黃麻纖維/稻殼粉複合材料，則是以黃麻纖維比例較多時會有較高的熱變形溫度。在拉伸與耐衝擊強度的部分，複合材料與純聚丙烯相較之下最高可提升達46.63%及61.86%。熱性質分析結果顯示，天然資材的添加皆有助於提升複合材料之耐熱性。並藉由顯微分析可得到證實，添加30 wt%天然資材時，黃麻纖維在聚丙烯中之分散性良好。研究結果顯示以黃麻纖維、紅麻粉或稻殼粉補強聚丙烯，可提升聚丙烯的耐熱及機械性質，且較含人造補強材之複合材料具環境友善性。也因此能有效應用紅麻或稻殼之廢棄物，而可以降低農業廢棄物累積量及材料成本。

In this study, the matrix and reinforcements were melting blended to obtain the composites. The matrix was polypropylene (PP), and the reinforcements were jute fiber, kenaf powder or rice husk powder. The addition amount of reinforcements were 20 to 40 wt%. In addition, the jute fiber was modified by silane coupling agent (3-Aminopropyltriethoxysilane), and maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) was added as compatibilizer to improve the compatibility between reinforcements and PP, then enhanced the mechanical and thermal properties of the composites. The results reveal that the composites containing 30wt% of jute fiber/kenaf powder possessed the best properties. Moreover, the composites containing 30wt% of jute fiber/rice husk powder were prepared and compared with the jute fiber/kenaf powder ones. The results reveal that the higher heat distortion temperature (about 150.90 ~ 153.05 ℃) were obtained when the ratio of jute fiber and kenaf powder is 1: 3. However, the heat distortion temperatures of jute fiber/rice husk powder composites were increased with increasing content of jute fiber. The tensile and impact strengths of the composites could be increased about 46.63% and 61.86% as compared with those of pure PP. The results of thermal analysis reveal that the heat resistance of the PP was improved by the addition of the reinforcements. Microscopic analysis indicate that the dispersion of jute fiber in the matrix was well when the composites containing 30wt% of reinforcements. As well as enhancing the mechanical properties and thermal stability, the reinforced composites are more environmentally friendly than the artificial additive-reinforced ones. The waste from the kenaf and rice husk is effectively reduced and re-used, and the cost of materials can be reduced.

目錄
摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 纖維之簡介 2
1-2-1 纖維的起源 2
1-2-2 纖維的特性及比較 3
1-2-3 纖維的化學組成 4
1-3 聚丙烯之簡介 8
1-3-1 聚丙烯結構 8
1-3-2 聚丙烯之性質 10
1-3-3 聚丙烯用途 12
1-4 複合材料之簡介 13
1-4-1 偶合劑之簡介 14
1-4-2 馬來酸酐接枝聚丙烯之簡介 17
第二章 文獻回顧 20
2-1 天然植物纖維補強聚丙烯複合材料 20
2-2 相容劑對複合材料的影響 22
2-3 研究動機 26
第三章 實驗內容 29
3-1 實驗藥品 29
3-2 儀器設備 31
3-3 儀器測試方法及條件 32
3-4 實驗概述 37
3-5 實驗流程 39
3-5-1 天然植物纖維的改質處理 39
3-5-2 聚丙烯複合材料製作過程 41
第四章 結果與討論 43
4-1 天然植物纖維之製備分析 43
4-1-1 改質黃麻纖維之FT-IR分析 43
4-1-2 天然植物纖維之TGA分析 45
4-1-3 改質黃麻纖維之NMR分析 48
4-1-4 天然植物纖維之尺寸分析 50
4-1-5 改質黃麻纖維之POM分析 52
4-2 複合材料-熱性質測試 54
4-2-1 複合材料之TGA分析 54
4-2-2 複合材料之微差掃描(DSC)分析 58
4-2-3 複合材料之熱變形溫度(HDT)分析 64
4-3 複合材料-機械性質分析 68
4-3-1 萬能材料試驗機測試分析 68
4-3-2 耐衝擊試驗測試分析 72
4-3-3 複合材料之DMA分析圖 76
4-4 微觀形貌分析 83
4-4-1 複合材料之SEM分析 83
4-4-2 複合材料之吸水性測試 88
第五章 結論 91
第六章 參考文獻 94
 
圖目錄
圖1-1 纖維素之結構圖 5
圖1-2 半纖維素之結構圖 5
圖1-3 木質素之結構圖 6
圖1-4 聚丙烯結構圖 8
圖1-5 聚丙烯結構 11
圖1-6矽烷水解、縮合與基材產生鍵結之示意圖 16
圖1-7 馬來酸酐接枝聚丙烯結構 18
圖1-8 馬來酸酐接枝聚丙烯與改植黃麻纖維間反應機制(a)矽烷偶合劑改質纖維 ;(b)馬來酸酐接枝聚丙烯與改植纖維之反應 18
圖1-9 馬來酸酐接枝聚丙烯與紅麻粉及稻殼粉之反應機制 19
圖2-1 不同纖維含量之(a)彎曲強度; (b)衝擊強度測試結果 20
圖2-2 改質椰殼纖維-PP複合材料之(a)彎曲強度 (b)耐衝擊強度測試 21
圖2-3 未改質(UBFF)、鹼處理(TBFF)之扇椰子果實纖維以及15%TBFF/MAPP/PP複材之ATR-FTIR光譜圖 22
圖2-4 天然纖維與相容劑(MAPP)表面相互作用之反應機制 23
圖2-5 複合材料(a) HR/PE; (b) αC/PE; (c) HR/PE/MA; (d) αC/PE/MA之SEM斷截面微觀形貌圖 24
圖2-6 劍麻纖維/聚丙烯複合材料之拉伸強度測試 25
圖2-7 劍麻纖維/聚丙烯複合材料(a) UT/PP ; (b) AT/PP; (c) HT/PP;(d) UT/PP/MAPP之SEM微觀形貌 26
圖3-1 天然植物纖維的處理 40
圖3-2 天然植物纖維鹼處理與酸處理之反應機制 41
圖3-3 天然植物纖維經矽烷偶合劑改植之反應機制 41
圖3-4 植物纖維/聚丙烯複合材料製備及分析流程圖 42
圖4-1 3-氨丙基三乙氧基矽烷之FT-IR分析圖 44
圖4-2 黃麻纖維化學改質前後之FT-IR分析圖 44
圖4-3 黃麻纖維改質前後之TGA分析圖 46
圖4-4 天然植物纖維及粉體之TGA分析圖 47
圖4-5 黃麻纖維未經處理之固態13C-NMR圖譜 49
圖4-6 黃麻纖維經鹼處理過之固態13C-NMR圖譜 49
圖4-7 黃麻纖維經氨基矽烷偶合劑改質之固態29Si-NMR圖譜 50
圖4-8 紅麻粉之POM分析圖-1 51
圖4-9 紅麻粉之POM分析圖-2 51
圖4-10 稻殼粉之POM分析圖 51
圖4-11 黃麻纖維之POM分析圖 51
圖4-12 未改質黃麻纖維POM分析圖 53
圖4-13 鹼處理後黃麻纖維POM分析圖 53
圖4-14 矽烷偶合劑改質黃麻纖維 53
圖4-15 含20 wt%黃麻纖維/紅麻粉之複合材料TGA圖 55
圖4-16 含30 wt%黃麻纖維/紅麻粉之複合材料TGA圖 55
圖4-17 含40 wt%黃麻纖維/紅麻粉之複合材料TGA圖 56
圖4-18 含30 wt%天然資源之複合材料TGA圖 57
圖4-19 含20 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DSC之Tm分析圖(第三循環升溫) 59
圖4-20 含30 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DSC之Tm分析圖(第三循環升溫) 59
圖4-21 含40 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DSC之Tm分析圖(第三循環升溫) 60
圖4-22 含30 wt%黃麻纖維/稻殼粉複合材料之DSC之Tm分析圖(第三循環升溫) 60
圖4-23 含20 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DSC之Tc分析圖(第二循環降溫) 61
圖4-24 含30 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DSC之Tc分析圖(第二循環降溫) 61
圖4-25 含40 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DSC之Tc分析圖(第二循環降溫) 62
圖4-26 含30 wt%黃麻纖維/稻殼粉複合材料之DSC之Tc分析圖(第二循環降溫) 62
圖4-27 黃麻纖維/紅麻粉複合材料之熱變形溫度測試分析圖 65
圖4-28 添加30wt%天然資源之複合材料熱變形溫度測試分析圖 67
圖4-29 黃麻纖維/紅麻粉複合材料之拉伸強度分析圖 70
圖4-30 添加30wt%天然資源之複合材料拉伸強度分析圖 71
圖4-31 黃麻纖維/紅麻粉複合材料之耐衝擊強度分析圖 74
圖4-32 添加30wt%天然資源之複合材料耐衝擊強度分析圖 75
圖4-33 含20 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DMA儲存模數(E')分析圖 78
圖4-34含30 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DMA儲存模數(E')分析圖 78
圖4-35含40 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DMA儲存模數(E')分析圖 79
圖4-36含30 wt%黃麻纖維/稻殼粉複合材料之DMA儲存模數(E')分析圖 79
圖4-37含20 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DMA損失模數(E'')分析圖 80
圖4-38含30 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DMA損失模數(E'')分析圖 80
圖4-39含40 wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之DMA損失模數(E'')分析圖 81
圖4-40含30 wt%黃麻纖維/稻殼粉複合材料之DMA損失模數(E'')分析圖 81
圖4-41 改質黃麻纖維(S30-N) 複合材料之SEM圖 84
圖4-42 改質黃麻纖維(S40-N) 複合材料之SEM圖 85
(a)放大倍率:100 (b)放大倍率:250 85
圖4-43 改質黃麻纖維/紅麻粉(S30-1N1L) 複合材料之SEM圖 86
圖4-44 改質黃麻纖維/紅麻粉(S40-1N1L) 複合材料之SEM圖 86
圖4-45 改質黃麻纖維/稻殼粉(S30-1N1R) 複合材料之SEM圖 87
圖4-46 含20wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之吸水性測試圖 88
圖4-47含30wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之吸水性測試圖 89
圖4-48含40wt%黃麻纖維/紅麻粉複合材料之吸水性測試圖 89
 
表目錄
表1-1 纖維分類 3
表1-2 天然纖維與人造纖維之比較表 4
表1-3 常見天然纖維的化學組成 7
表3-1 各種成分比例及配方 38
表3-2 樣品代號及名稱 39
表4-1黃麻纖維之TGA數據表 46
表4-2 天然植物纖維及粉體之TGA數據表 47
表4-3 黃麻纖維/紅麻粉(N:L)複合材料熱裂解(Td10)溫度之TGA數據表 56
表4-4 黃麻纖維/紅麻粉(N:L)複合材料焦炭含量之TGA數據表 56
表4-5 含30 wt%天然資源複合材料熱裂解(Td10)溫度之TGA數據表 57
表4-6 含30 wt%天然資源複合材料焦炭含量之TGA數據表 57
表4-7 天然資源複合材料之DSC數據表 63
表4-8 黃麻纖維/紅麻粉複合材料之熱變形溫度測試數據表 66
表4-9 添加30wt%天然資源之複合材料熱變形溫度測試數據表 67
表4-10 黃麻纖維/紅麻粉複合材料之拉伸強度數據表 70
表4-11 添加30wt%天然資源之複合材料拉伸強度數據表 71
表4-12 黃麻纖維/紅麻粉複合材料之耐衝擊強度數據表 74
表4-13 添加30wt%天然資源之複合材料之耐衝擊強度數據表 75
表4-14 天然資源複合材料之DMA儲存模數(E'-40℃)數據表 82
表4-15 天然資源複合材料之DMA損失模數(E''max)數據表 82
表4-16 黃麻/紅麻粉複合材料之吸水性數據表 90

第六章 參考文獻
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