洋麻纖維

洋麻(kenaf)是錦葵科木槿屬中的一個種，學名 Hibiscus cannabinus L.。

一年生之草本韌皮纖維作物，又可稱為槿麻、鍾麻、紅麻。洋麻纖維拉力 強、耐腐、散水快，通常被用於製造麻袋、麻布，或者織成地毯、製造繩 索等。

洋麻的光合作用速度是普通植物的 3～9 倍，是自然界吸收二氧化碳水 平最高的一種植物，因此對於防止地球溫室效應有極高的功效，而在適當

的溫度環境下，3 個月可使洋麻生長到大約 3 公尺上下，如此快速的生長速 度更可無匱乏的供應在各項需求的行業上。除了此項益處外，洋麻纖維有 較高的機械性質和生物可降解性。近年來，也有被使用於造紙業與汽車工 業上如圖 2.5，以此降低森林的破壞。

圖 2.3 洋麻纖維與 PLA 複合，應用於汽車的內裝[23]

2.2.3 蒙脫土蒙脫土蒙脫土蒙脫土(Montmorillonite)

黏土礦物是由矽四面體及鋁八面體兩種基本單位所組成。矽四面體結 構是由四個氧原子圍繞著一個矽原子組成的基本單元，再由基本單元組成 矽土層，在矽土層中每個矽四面體底部的三個氧原子與鄰近的四面體共 用。鋁八面體則是由六個氫氧基圍繞著一個鋁原子所形成，再由八面體單 元組成鋁八面體層。當矽的四面體層與鋁八面體層以 2:1 的比例組成，也就 是兩層矽的四面體層中間夾一鋁八面體，且每一化學簡式單元僅具有 0.25~0.6 之層電荷，因只具有偏低之層電荷，層間作用力陽離子和水可進 入層間，所以可自由地膨脹，即歸類為膨潤石類。而蒙脫土即屬於黏土礦 物中的膨潤石類，其粒徑微小(1µm 以下)、廣大表面積，且具有相當良好的 吸附能力之天然黏土礦物。由於具有特殊的晶體結構和物理、化學性質，

使得蒙脫土具有良好的吸水性、膨潤性、吸附性及陽離子交換等優異性質。

下圖即為蒙脫土之結構示意圖：

圖 2.4 蒙脫土結構示意圖[24]

2.3 射出成形原理射出成形原理 射出成形原理射出成形原理

射出成形的原理是將塑膠粒以固定量且間歇的方式，由進料漏斗加 入，送至加熱管中加熱使其融化後，透過活塞柱向前推進，經過噴嘴射入 模具的模穴中。當模穴充滿後，經保壓一段時間後，由模具的冷卻系統將 塑膠料冷卻成固體，待降低到所要求的溫度後，即可開模頂出成品，然後 繼續下一個射出循環。

射出成形的主要流程，可用下圖表示：

圖 2.5 射出成形主要流程圖

射出成形的主要機制與流程，可以分成幾個部分，下列以最普遍的螺 桿式射出成形機為例子來說明：

(1) 鎖模：通常母模是靜止固定的狀態，然後公模移動靠近並關閉之。射出 成形，是使用高射出壓力材料注入模具內，因此關閉模具時，要求非常 高的鎖模力。

(2) 射出流動：在加熱汽缸內，保持一定溫度壓力狀態下的溶融塑膠材料，

螺桿前進的擠壓壓力而進行射出的動作。

(3) 壓縮保壓：射出後螺桿或活塞不會馬上收回，而會維持模穴內壓力，待 澆口冷卻凝固後，才會回到原來位置。

(4) 模具冷卻：以通過模具水路(亦有空氣冷卻者)的冷卻水帶走注入於模穴 內的溶融塑膠材料之熱量，使其漸漸固化冷卻下來。

(5) 開模頂出：待塑膠降低到適當溫度後，即可打開模具，進行頂出動作，

取出成品。

下圖可提供更完整的概念：

圖 2.6 射出成形完整流程示意圖[25]

2.4 製品成形機制製品成形機制 製品成形機制製品成形機制

熔融塑料透過射出螺桿的擠壓、加熱及高速射出至較冷的模穴，接著歷 經保壓、冷卻固化到脫膜前的成形過程，高分子熔融塑料經歷了複雜的溫 度、壓力與剪切應力等相變化過程履歷，其本身的機械性質、熱性質與光 學性質也隨之產生複雜的變化，例如：模具溫度的提高使高分子熔料體積 膨脹，造成密度變小；壓力提高卻造成壓縮效應使密度變大等。此外，高

分子熔融塑料的黏度變化對於成形製品的性能品質也有很大的影響，提高

等，同時也影響最後成形品之尺寸精度，包括收縮與翹曲變形等。由此可

2.4.3 成形製品的冷卻機制成形製品的冷卻機制成形製品的冷卻機制成形製品的冷卻機制

大的引力場和物理交纏度以及物理作用力。因此，高分子依其分子內、分 子本身及其分子間之結構可分類為[27]：

(1) 一次結構：即分子內結構，是指鏈之構造單位，如：順式、反式，同 排、對排等。即高分子之化學組成及組態（Configuration）。

(2) 二次結構：即分子本身結構，係指一高分子鏈之排列狀態，及其構造 形狀（Conformation）。其結構有伸展鏈（Extended chain）、雜亂捲繞

（Random coil）、規則性捲繞（Folded chain）及螺旋體（Spiral chain or helix）。

(3) 三次構造：指高分子間形成之聚集狀態，雜亂捲體之細胞狀結構、麵 糰結構、鬚狀微泡結構（Fringed-Micelle structure）、折疊鏈

(Folded-chain)之高分子結晶與重疊螺旋體（Super-helix）。

(4) 高次結構：即數種三次結構同時分佈於一高分子內，依其不同的排列

大，晶核不易生成，結晶緩慢，冷卻週期加長，形成較大的球晶。 於製品內部晶核生成和球晶（Spherulites）長大，結晶也比較完整。

由於在中速冷卻區時的結晶速率快、模溫較低、製品脫膜容易，且成 形週期短，所以射出成形條件常在這一溫度區來選擇模溫對成形條件最有 利。

2.6 高次構造高次構造之觀察實驗高次構造高次構造之觀察實驗之觀察實驗之觀察實驗

在高分子的高次構造觀察方面，擬以偏光顯微鏡（Polarized Optical Microscope，POM）觀察其結構組織的高次結構型態，如：結晶、球晶構造、

粒度分佈與偏光程度等性質，在不同的成形參數條件下有何變化。

偏光顯微鏡的檢視原理乃是運用結晶高分子所具有的折射率性質與結 晶光軸（Optical Axis）特性，藉以分辨高分子結晶區域與非結晶區域，並 可區分出正常光（Ordinary light）與異常光（Extraordinary light），依據此特 性，將可判斷結晶為等向性（Isotropic）結晶或是非等向性(Anisotropic)結 晶。

此外，由於高分子結晶狀態大部分皆會進一步形成球晶，可由高分子 鏈折疊排列而成的層板成長方式，分為：(a)以成核點為中心一圈一圈往外 成長的兩種方式及 (b)往成核點向外成長。而因為分子鏈的排列方向具有高

動依折射率的變化繪成橄欖球形狀表示，稱為指示圖，其中長軸方向代表

（Crossed polars）的情況下，底部上來的光線便無法透上來，於是鏡筒黑 暗，稱此現象為消光(Extinction)。

配合上述的原理與儀器設計，將等向性結晶置於偏光顯微鏡的載物 光性球晶（Positive spherulite）或負光性球晶（Negative spherulite）。當偏光 顯微鏡插入銳敏色版後，負光性球晶的第一、三象限會因為與敏銳色版的 互補作用使雙折射率（Birefringence）變小，而在第二、四象限則正好相反，

使雙折射率變大，對照偏光顯微鏡的干涉色圖（Interference color chart），雙 折射略大於 565nm 時呈藍、綠色，略小則呈黃、橙色。所以正光性球晶會 在第一、三象限的顏色為藍、綠色調；第二、四象限呈黃、橙色調；反之，

則為負光性球晶。

因此，偏光顯微鏡利用起偏鏡過濾不同方向的光源，只留下單一方向 的光線透過，再去照射欲檢視的高分子結晶試片，藉由不同結晶型態所具 有的折射性質，即會出現獨特的光學顏色與型態，以分辨高分子構造的型 態。

圖 2.7 正、負光型球晶結構圖與指示圖：(a)正光型球晶與其指示圖關係 (b) 負光型球晶與其指示圖關係。[28]

表 2.1 積極開發的綠色塑膠[21]

第三章 代理 Nanocor Nanoclay 之有機蒙脫土，採用的有機蒙脫土為編號 I.44P 之產 品，其經過四氨化物的改質後具有易加工且熱穩定性更高，最主要的在於

可以使用在疏水性的材料上，且 MMT 屬於天然的材料並不會對環境造成負

(2) 模溫機：暐吉實業有限公司所生產之冷水式溫度控制機，其具有兩組

(6) 鑽石刀切割機：South Bay Technology(U.S.A.)製造，型號 TL-MS1，如 圖 3.5，其規格如表 3.4。

表 3.3 混練裝置規格

FRP-V32

長 1000mm

表 3.4 鑽石刀切割機規格

輸入電源 3-12 VDC/2A

最大電源消耗 25W

外型 250mm×150mm×80mm 鑽石刀尺寸 直徑：2 英吋；厚度：0.006 英吋

鑽石粒子大小 50-70 μm

切割速度 150 rpm

最大切割樣品直徑 6mm

樣品最薄切割厚度 100μm

移動行程 X＝25mm Y＝25mm Z＝20mm

圖 3.1 ARBURG ALLROUNDER 270S 射出成形機示意圖

圖 3.2 暐吉企業製水循環式模溫控制機

圖 3.3 晏邦電機工業製 THD-25 料桶乾燥機

圖 3.4 混練裝置

圖 3.5 鑽石刀切割機

圖 3.6 超薄切割機

3.3 材料機械性能與高次構造分析材料機械性能與高次構造分析之設備與方法材料機械性能與高次構造分析材料機械性能與高次構造分析之設備與方法之設備與方法之設備與方法 3.3.1 抗拉強度抗拉強度抗拉強度抗拉強度測試測試測試測試

本實驗所使用機台是系上複合材料結構實驗室的電腦伺服控制材料試 驗機，此機台由弘達儀器股份有限公司所生產，型式為 HT-9102A，如圖 3.7 所示，規格如表 3.4。原理是將試片至於試驗機內，然後施加壓力，則試片 隨拉力之荷重增加而逐漸伸長，將每一荷重及其所對應之伸長量逐一記錄 下來，由此加以分析材料之諸性質。且採用 ASTM D638 所要求之規範做拉 伸測試。

圖 3.7 電腦伺服控制材料試驗機

表 3.4 電腦伺服控制材料試驗機規格

3.3.2 硬度硬度硬度硬度測試測試測試測試

由於 PLA 屬於硬質塑膠，故使用台灣中澤股份有限公司所代理之 TECLOCK 硬度機，型號 GS-702G，如圖 3.8 所示，此型號適用於硬化塑膠 或塑膠硬度大於 A TYPE 90 之硬質塑膠。其測試方式是根據 ASTM D 2240，將硬度計以垂直的方式壓在所要測試的樣品上，當壓力面接觸試片 後一秒鐘內讀取最大值，且此硬度計所得之硬度為蕭氏硬度。

圖 3.8 TECLOCK 硬度測試機

3.3.3 偏光顯微鏡偏光顯微鏡偏光顯微鏡偏光顯微鏡(POM)

3.3.3 偏光顯微鏡偏光顯微鏡偏光顯微鏡偏光顯微鏡(POM)