臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用示差掃描熱量分析儀(DSC)，以升溫法及恆溫法分析以酸酐系做為硬化劑，並分別在是否添加植物纖維的狀態下，環氧樹脂硬化之反應動力學。用動態量測被用來預測環氧樹脂的整體放熱反應，並利用 Kissinger及 Ozawa兩種模式計算出其活化能數值。實驗結果顯示植物纖維在反應動力學上呈現出一種促進環氧樹脂硬化反應的效果，致使其硬化反應之活化能降低。
這些方法可證實植物纖維對於其動力學上是促進反應亦或抑制反應。另外為求得轉化率對時間及溫度的關係，恆溫DSC法所得數據並以Kamal模式擬合。這兩種系統的實驗數據(純環氧樹脂及其複合材料)均顯示出具有自催化之行為。其中隨著添加植物纖維後，其硬化速率的增加是由於植物纖維上的氫氧基的催化作用。同時也發現到純環氧樹脂及其複合材料的轉化率隨著溫度與時間增加而增加，而添加纖維的複合材料其整體轉化率則是小於純環氧樹脂。

The cure kinetics of an epoxy resin with and without plant fibers and cured with an anhydride hardener was investigated by isothermal and nonisothermal differential scanning calorimetry (DSC). Dynamic measurements were used to predict the total heat of reaction of the epoxy resin as well as its activation energy based on the methods of Kissinger and Ozawa. Plant fibers showed an accelerating effect on the reaction kinetics of the original epoxy resin as the activation energy was reduced.
With these methods the inhibition and acceleration effects of plant fibers on the kinetics have been demonstrated. To describe the dependence of the conversion on time and temperature, isothermal DSC data were fitted to an autocatalytic model developed by Kamal model. The experimental data for both systems (virgin epoxy and its composites) showed an autocatalytic behaviour. With the addition of plant fibers, the cure rate increased due to the catalytic role of hydroxyl groups of plant fibers. It was also found that the conversion of virgin epoxy resin and its composites increased with increasing time and temperature. For the plant fiber-containing material, the total conversion was less than the virgin resin.

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 環氧樹脂(Epoxy resin)的介紹 2
1-3 植物纖維的介紹 5
1-3-1 植物纖維簡介 5
1-3-2 植物纖維的化學組成 5
1-3-3 鳳梨纖維簡介 7
1-3-4 香蕉纖維簡介 7
1-3-5 竹子纖維簡介 8
1-4 矽烷偶合劑簡介 9
第二章 文獻回顧及研究動機 11
2-1 文獻回顧 11
2-2 研究動機 13
第三章 原理 14
3-1 環氧樹脂之硬化特性 14
3-2 環氧樹脂之硬化反應動力學 17
3-3 硬化反應的反應動力學 22
3-4 動態法 24
3-5 恆溫法 28
第四章 實驗內容 31
4-1 實驗藥品 31
4-2 儀器設備 32
4-3 實驗流程 33
4-3-1 植物纖維前處理流程 33
4-3-2 植物纖維鹼處理 34
4-3-3 植物纖維偶合劑處理 34
4-3-4 硬化動力學之量測 36
第五章 結果與討論 38
5-1 以動態法分析純環氧樹脂及三種纖維複合材料之硬化動力學 38
5-2 以恆溫法分析純環氧樹脂及三種纖維複合材料之硬化動力學 46
第五章 結論 56
第六章 參考文獻 57
圖目錄
圖1-1 Bisphenol A 環氧樹脂的化學結構及其性能圖 3
圖1-2 植物纖維的 Cellulose 結構圖 6
圖1-3 矽烷偶合劑與植物纖維表面氫氧基的反應機構 10
圖3-1 環氧樹脂與酸酐硬化劑反應機構 16
圖3-2 DSC升溫交聯反應之放熱曲線圖 24
圖3-3 DSC恆溫交聯反應之放熱曲線圖 28
圖4-1 實驗流程圖 33
圖4-2 植物纖維鹼處理反應機構 34
圖4-3 植物纖維偶合劑處理反應機構 35
圖4-4 植物纖維處理流程圖 35
圖5-1 純環氧樹脂動態DSC掃描圖 39
圖5-2 EASF複合材料動態DSC掃描圖 39
圖5-3 EBSF複合材料動態DSC掃描圖 40
圖5-4 ECSF複合材料動態DSC掃描圖 40
圖5-5 以Kissinger模式繪出純環氧樹脂及複合材料之分析圖 42
圖5-6 以Ozawa模式繪出純環氧樹脂及複合材料之分析圖 42
圖5-7 純環氧樹脂掃描溫度對轉化率圖 44
圖5-8 EASF複合材料掃描溫度對轉化率圖 44
圖5-9 EBSF複合材料掃描溫度對轉化率圖 45
圖5-10 ECSF複合材料掃描溫度對轉化率圖 45
圖5-11 純環氧樹脂恆溫DSC掃描圖 48
圖5-12 EASF複合材料恆溫DSC掃描圖 48
圖5-13 EBSF複合材料恆溫DSC掃描圖 49
圖5-14 ECSF複合材料恆溫DSC掃描圖 49
圖5-15 純環氧樹脂掃描時間對轉化速率圖 50
圖5-16 EASF複合材料掃描時間對轉化速率圖 50
圖5-17 EBSF複合材料掃描時間對轉化速率圖 51
圖5-18 ECSF複合材料掃描時間對轉化速率圖 51
圖5-19 純環氧樹脂轉化率對轉化速率圖 52
圖5-20 EASF複合材料轉化率對轉化速率圖 52
圖5-21 EBSF複合材料轉化率對轉化速率圖 53
圖5-22 ECSF複合材料轉化率對轉化速率圖 53
表目錄
表1-1 環氧樹脂之應用 4
表4-1 添加不同植物纖維的複合材料代號 36
表5-1 利用DSC動態法掃描純環氧樹脂及三種纖維複合材料之參數 41
表5-2 利用Kissinger and Ozawa模式求得活化能及回歸值 43
表5-3 純環氧樹脂及三種纖維複合材料之最終交聯度 54
表5-4 利用Kamal模式求得硬化反應動力學參數 55

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