本研究主要探討添加奈米級二氧化矽(Nano-Silica)在玻璃纖維中 對於機械性質所造成的影響，此玻璃纖維/環氧樹脂奈米複合材料具 備了以下基本原料，樹脂選用常見的雙酚醛類樹脂(Diglycidyl ether of bisphenol A，DGEBA)。硬化劑分別選用D-230與H-100，其中D-230 為聚醚胺硬化劑(polyoxypropylenedlamine)屬於延性基材，而H-100為 改質環狀脂肪胺硬化劑(Modify cycloaliphatic amine)屬於脆性基材。
補強材方面添加奈米級顆粒二氧化矽(SiO2)來增加材料的強度，並且 添 加 端 羧 基 丁 腈 橡 膠(Carboxyl terminated butadiene-acrylonitrile copolymer, CTBN) 、 端 胺 基 丁 腈 橡 膠 (Amine terminated butadiene-acrylonitrile copolymer, ATBN)以及核殼型橡膠(Core shell rubber, CSR)來增強材料的韌性，其添加含量如表2-1所示。
當添加硬化劑為D-230後，試片分別進行剪應力實驗、靜/動態壓 縮實驗及積層間破壞韌性實驗，然而硬化劑D-230是屬於延性基材，
使得在積層間破壞韌性實驗所得到之結果其現象確是不明顯的，由參 考文獻[5]發現作者選用屬於脆性基材之硬化劑進行積層間破壞韌性 測試，為了驗證文獻的現象選用屬於脆性基材之硬化劑H-100來進行 積層間破壞韌性測試。
2.1 環氧樹脂/硬化劑
樹脂選用的是由鴻連公司所提供，其型號為 C-1532，環氧當量
為187。硬化劑選用由 Huntsman Corp.所生產 JEFFAMINE D-230，
其活性氫當量為 60，以及由允德實業股份有限公司(YUN TEH INDUSTRIAL CO., LTD.) 所生產之硬化劑型號為 H-100 (Modify cycloaliphatic amine)，其活性氫當量為 45。
2.2 二氧化矽奈米複合材料之製作流程
選取其樹脂內已含 40wt%之二氧化矽的合成樹脂(Nanopox@
F400,由 Hanse Chemie AG, Germany 所提供)，其二氧化矽顆粒粒徑大 約為 20nm，其環氧當量為 295。經過與純樹脂稀釋至所需的含量，
並且用機械攪拌器在常溫下以每分鐘 200 轉速度初步的攪拌混合物 10 分鐘，由於機械式攪拌器所引起的剪切力不足以將二氧化矽均勻 分散於樹脂中，連帶使機械性質受到影響，因此指向式超音波震盪器 在此扮演分散粒子的重要角色。指向式超音波震盪器是將探頭置於混 合溶液中，利用高功率的輸出裝置將原本聚集的二氧化矽使其有效的 分散在樹脂中。本研究所使用的指向式超音波震盪器由 Misonix 公司 所生產的Sonicator 3000 以每秒 90 到 120 瓦特的輸出功率產生高頻震 盪欲稀釋之二氧化矽之樹脂 10 分鐘，為了避免震盪所產生的高溫對 樹脂產生化學性質的改變，在混合溶液燒杯外圍置入冰水以達冷卻效
果，由於在機械式攪拌與超音波震盪皆會產生無數之微小氣泡，容易 在基材上形成氣孔而造成應力集中使機械性質減弱。因此除氣可以避 免氣孔對機械性質影響的產生，將分散好的混合溶液放入真空烤箱中 以常溫除氣 10 分鐘，過程中可以發現大量的氣泡從燒杯冒出並且快 速的破滅，除氣後以化學計量的方式得出硬化劑之量於電子磅秤上且 置入於混合溶液中，再以機械式攪拌於常溫下 10 分鐘，由於攪拌會 再一次產生氣泡於溶液中，以至於必須再一次進行除氣的動作，製作 完成的基材將用於製造玻璃纖維/環氧樹脂之奈米複合材料上，以備 進行剪應力實驗、靜/動態壓縮實驗及積層間破壞韌性實驗。
2.3 CTBN/二氧化矽之製作流程
增 加 材 料 韌 性 之 端 羧 基 丁 腈 橡 膠 (Carboxyl terminated butadiene-acrylonitrile copolymer, CTBN)，由 Emerald Performance Materials 公司提供型號為 Hycar 1300X8，其環氧當量為 3550。
首先將二氧化矽稀釋至所需的含量其步驟參照上述之二氧化矽 材料製造過程，再將 CTBN 置入已含有二氧化矽之溶液並且以機械 攪拌器在80°下以每分鐘 300 轉攪拌 6 小時，將分散好的混合溶液放 入真空烤箱中以80°除氣 20 分鐘，過程中氣泡從燒杯冒出並且破滅，
再將混合後之基材降至常溫並且將硬化劑置入，再一次使用機械攪拌
器在常溫下以每分鐘200 轉速度攪拌 10 分鐘，由於添加 CTBN 後其 基材硬化時間縮短，為了避免試片製作過程中基材提早硬化，所以在 使用真空烤箱除氣時將除氣時間縮短為5 分鐘，製作完成的基材將備 用於製造玻璃纖維/環氧樹脂之奈米複合材料上來進行積層間破壞韌 性實驗。
2.4 ATBN/二氧化矽之製作流程
增 加 材 料 韌 性 之 端 胺 基 丁 腈 橡 膠 (Amine terminated butadiene-acrylonitrile copolymer, ATBN) ，由 Emerald Performance Materials 公司提供型號為 Hycar 1300X16，其活性氫當量為 900。
ATBN 需與硬化劑先進行預聚反應，利用機械攪拌器在 60°下以 每分鐘 300 轉速度攪拌 6 小時後，置入真空烤箱中以 60°除氣 20 分 鐘，並且待溶液降至常溫。
另一方面將二氧化矽稀釋至所需的含量其步驟參照上述之二氧 化矽材料製造過程，再將混有二氧化矽之基材與添加 ATBN 之硬化劑 混合，利用機械攪拌器在常溫下以每分鐘200 轉速度攪拌 10 分鐘後，
置入真空烤箱中於常溫下除氣 10 分鐘，製作完成的基材將備用於製 造玻璃纖維/環氧樹脂之奈米複合材料上來進行積層間破壞韌性實 驗。
2.5 CSR/二氧化矽之製作流程
增加材料韌性之核殼型橡膠(Core shell rubber, CSR)，由 Rohm Hass 公司提供型號為 EXL-2314，由玻璃殼包圍內部的橡膠所構成之 球體，其顆粒大小約為500nm 之白色粉體。
首先計算出二氧化矽所需的含量以及計算出 CSR 所需之添加 量，並且將以上兩種添加物以及環氧樹脂利用機械攪拌器在常溫下 以每分鐘 200 轉速度初步的攪拌混合物 10 分鐘，接著參照[15]使用 指向式超音波震盪器以每秒90 到 120 瓦特的輸出功率產生高頻震盪 20 分鐘，再將混合液置入真空烤箱常溫下除氣 10 分鐘後，接著參 考文獻[17]利用機械攪拌器並且加熱至 80°以每分鐘 300 轉速度攪拌 2 小時後，將混合液放置於真空烤箱中加熱至 100°除氣 2 小時，待 混合液降至常溫後加入硬化劑，並且使用機械攪拌器於常溫下以每 分鐘 200 轉速度攪拌 10 分鐘，最後再利用真空烤箱於常溫下除氣 10 分鐘，基材即製作完成，製作完成的基材將備用於製造玻璃纖維 /環氧樹脂之奈米複合材料上來進行積層間破壞韌性實驗。
2.6 玻璃纖維/環氧樹脂奈米複合材料之製作流程
手工積層(Hand lay-up)佐以真空袋封裝為本研究採用之玻璃纖維 /環氧樹脂之奈米複合材料人工製作方法，選擇 E 系列單方向性玻璃
纖維布(E-LR 0908-14，由 Vectorply 公司所提供)將依照各實驗所需裁 切所需之大小。將製作完成的基材均勻淋布在玻璃纖維上，並且利用 塑膠滾筒滾壓的方式將基材含浸於玻璃纖維，透過來回施力的方式以 確定每一束纖維皆能將基材含浸於玻璃纖維，重複步驟直到層數符合 實驗所須為止，手工積層完成後的成品表面依序鋪上離型布以及與堆 疊層數相同數量之小棉布以吸附多餘排出的基材，重複動作於成品另 一面，再將整體放置於鐵塊上並覆上真空袋，使用高溫高黏度之矽膠 條封裝並利用真空幫浦抽氣達到真空狀態，目的是消除材料中的氣泡 並且吸出多餘的基材，再將整體放入熱壓機，溫度隨著使用不同的硬 化劑而有所差異，當選用硬化劑為D-230 時整個熱壓過程(圖 2.1)由 常溫升至100°後持溫 3 小時，再將溫度升至 125°後持溫 3 小時使之 硬化接著自然降至常溫；使用型號H-100 硬化劑時熱壓過程參考文獻 [18](圖 2.2)為 45°持溫 4 小時、65°持溫 30 分鐘、85°持溫 30 分鐘及 105°持溫 1 小時，最後再將加溫器關掉使溫度自然冷卻至常溫即可以 得到玻璃纖維/環氧樹脂之奈米複合材料板，再經過鑽石切割機裁出 實驗所使用的試片。