奈米黏土對玻璃纖維複合材料機械行為之影響

Abstract

本研究的目標係在探討有機奈米黏土對於單方向纖維複合材料機械行為之 影響。單方向複合材料在橫方向上的機械性質，如剛性、強度和夾層間的行為等， 受基材影響甚大，此一特性為大家所熟知。一般而言，基材之機械性質較纖維差， 導致於複合材料在橫向上強度也較弱。為了提高單方向複合材料在橫方向的機械 行為，我們藉由1nm 厚且具有高剛性和高強度的矽酸鹽層來進行基材之改質處 理。在未經特殊處理的情況下，奈米黏土藉由較弱的離子鍵結合聚集成黏土層。 透過離子交換處理，在黏土表面上的鈉離子會被有機的陽離子所取代。 再經適 當的聚合反應，聚集在一起的有機黏土便會剝離且分散進入高分子基材中。而有 機黏土的剝離的程度將可經由X光繞射儀(XRD)和穿透式電子顯微鏡(TEM)做檢 驗。製造纖維奈米複合材料過程，包括將著含有有機黏土的基材與單方向玻璃纖 維混合，使得基材圍繞並濕潤纖維。這個製程可以利用手工疊層之技術來進行。 為了瞭解有機黏土對複合材料橫向機械行為的影響，藉由偏軸之長條狀試片 在MTS 機器上進行單軸拉力測試，以提供所需的剪應力和橫向應力。由試驗結 果便可得知複合材料的橫向楊氏模數，和因基材破壞導致的橫向破壞強度。另 外，複合材料夾層間的破壞韌性，也可藉由Double Cantilever Beam(DCB)試片來 作探討。材料破壞的表面將會用掃瞄式電子顯微鏡(SEM)來觀察以瞭解破壞機 制。為了比較的目的，基材內不含有機黏土的纖維複材試片也將會作相同的試 驗，且實驗結果也將一併作討論。