改質石墨烯微片/多壁奈米碳管/纖維積層板複合材料機械性質暨扭轉疲勞之研究

林彥銘

指導教授 ： 葉銘泉

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2013年)

摘要

本研究透過共價改質石墨烯微片，在表面上接枝馬來酸酐(MAH)，改善其在環氧樹脂中的分散性，同時補強環氧樹脂基材與碳纖維補強材間的介面強度。實驗過程中，先將石墨烯微片(GNPs)和奈米碳管(CNTs)混摻製成樹脂試片，探討機械性質並找出最佳配比；並以此配比製作積層板複合材料，探討添加量對機械強度、環境效應和扭轉疲勞測試的影響。
由實驗結果得知，在GNPs/CNTs混摻比例9/1時，有最佳的組合結構，在樹脂與纖維介面有較好的協同效果；製成積層板試片後，以添加1.0 wt%的纖維複合材料在機械性質的表現上為最佳。靜態機械測試中，相較於純纖維積層板，彎曲強度提升17.48%，層間剪切強度更提升了40.03%，扭矩提升36.66%，抗衝擊強度則上升21.20%，應變能釋放率更提升84.87%；環境效應中以高溫高濕(85℃/85%RH)複合環境其強度下降量最大，接著是濕度效應(25℃/85%RH)造成基材吸濕膨脹，溫度因子(85℃/65%RH)則影響最少；動態疲勞測試中，添加奈米補強材可以抑制疊層板內部脫層產生而延長試片在低扭轉角度下的疲勞壽命，並根據數據結果以統計學最小平方法做線性迴歸曲線，評估不同角度下的疲勞週次。
由掃描式電子顯微鏡觀察破壞斷面可發現，添加奈米補強材料使斷面變得粗糙不規則，主要是因為裂縫在成長過程中，會因為石墨烯微片和碳管而偏折方向，使裂縫延伸鈍化而在強度上明顯提升。

關鍵字

共價鍵改質 ； 石墨烯微片 ； 複合材料 ； 機械性質 ； 破裂韌性 ； 扭轉疲勞

參考文獻

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