一般熱固性材料在硬化過程中，由於高分子的自由體積產生變化，
而產生體積收縮的現象，如能克服材料在經聚合後所產生生之收縮，
則對往後材料之加工將有極大的助益65。
透過密度法的測定，DGEBA/ Yb(OTf)3基材未加入多 面 體 矽 氧 烷 寡 聚 物 （ M-POSS） 之前，在 三 氟 甲 基 磺 酸 鐿 Yb(OTf)3 的 催 化 下 使 兩 者 進 行 開 環 反 應。進行硬化交聯反應前後，體積收縮 造成密度的差異，如表 4-2 中根據比重瓶與水重儀所得到的數據，可 以發現在 DGEBA/ Yb(OTf)3 基材(即含 M-POSS 量為 0 wt%)中，平 均的體積收縮率在 3.689%，由此可以發現當環氧樹脂在進行交聯反 應後，因為分子鏈段之間產生架橋而導致內部的自由體積下降，最終 至反應完全時，使得高分子的密度增加 66，與進行交聯反應前的密度 產生一定程度的差距，而使得體積產生收縮。
Before curing After curing Volume Shrinkage(%) POSS-AGE
含量
ρ 1 ρ 2
DGEBA/POSS-AGE/ Yb(OTf)3
0% 1.145±0.009 1.188±0.008 3.68±0.09 2.5% 1.159±0.001 1.192±0.002 2.77±0.06 5.0% 1.163±0.004 1.196±0.001 2.73±0.04 7.5% 1.168±0.001 1.199±0.001 2.58±0.05 10.0% 1.171±0.003 1.203±0.008 2.69±0.09
ρ1
ρ2
– 1）%
（
A 組–混成材料在不同 POSS-AGE 含量下其體積收縮率的變化
Before curing After curing Volume Shrinkage(%) POSS-MMA
含量
ρ 1 ρ 2
DGEBA/POSS-MMA/ Yb(OTf)3
0% 1.145±0.009 1.189±0.008 3.68±0.009 2.5% 1.147±0.005 1.194±0.005 3.93±0.005 5.0% 1.153±0.005 1.192±0.006 3.27±0.009 7.5% 1.156±0.001 1.192±0.009 3.06±0.001 10.0% 1.172±0.006 1.199±0.001 2.21±0.006
ρ1
ρ2
– 1）%
（
B 組–混成材料在不同 POSS-MMA 含量下其體積收縮率的變化
Before curing After curing Volume Shrinkage(%) POSS-SOE
含量
ρ 1 ρ 2
DGEBA/POSS-SOE/ Yb(OTf)3
0% 1.145±0.009 1.189±0.008 3.68±0.009 2.5% 1.146±0.008 1.189±0.001 3.40±0.005 5.0% 1.147±0.001 1.184±0.008 3.18±0.002
7.5% 1.148 1.176 2.35
ρ1
ρ2
– 1）%
（
C 組–混成材料在不同 POSS-SOE 含量下其體積收縮率的變化
表 4-2 混成材料在不同 M-POSS 含量下其體積收縮率的變化
4-3-2 DGEBA/ Yb(OTf)
3/ M-POSS 混成材料之收縮效應
在此將 M-POSS 粒子－POSS-AGE、POSS-MMA 及 POSS-SOE 加 入至 DGEBA/ Yb(OTf)3基材中，依據表 3-1 之配方將各個成分混合 均勻後，再使用高真空系統去除掉 THF 溶劑，可以得到一黏稠狀之 透明高分子液體，以進行硬化反應前的密度的測量；經過加熱硬化處 理後，再測量混成材料於反應後的密度。如表 4-2 中根據比重瓶與水重儀所得到的數據，整體混成材料 DGEBA/ Yb(OTf)3 / POSS-AGE、DGEBA/ Yb(OTf)3/POSS-MMA、
DGEBA/ Yb(OTf)3 / POSS-SOE 的體積收縮率能夠有最佳的控制，其 收縮率值分別為 2.58%、2.21%與 2.35%。
圖 4-11 各混成材料中 M-POSS 添加下較低體積收縮率比較圖
A:DGEBA/ Yb(OTf)3 / POSS-AGE、B:DGEBA/ Yb(OTf)3/POSS-MMA、
C:DGEBA/ Yb(OTf)3 / POSS-SOE
VolumeShrinkage(%)
Series
DGEBA/Yb(OTf)3 A B C
3.68 %
2.58 %
2.21 % 2.35 %
0 1 2 3 4 5
混成材料的收縮率都隨著 M-POSS 粒子含量的增加而有不同的改 變；其中當 POSS-AGE 及 POSS-SOE 粒子含量為 7.5wt%時，其有機 與無機相間所形成的鍵結能力與聚合反應最佳，故其抗收縮效果最 好。而在 DGEBA/Yb(OTf)3/POSS-MMA 混成材料中，起始劑 BPO 的 加 入 後 ， 於 加 熱 處 理 過 程 中 ， 除 了 POSS-MMA 與 DGEBA/
Yb(OTf)3 基材間的共價鍵結力外，在 POSS-MMA 粒子末端分子片 段上的不飽和双鍵將進行自由基聚合反應，使得有機及無機相間產生 IPN 結構，因而增加抗收縮的效果。在硬化過程前後我們可以得到 DGEBA/ Yb(OTf)3 基 材 (POSS 含 量為 0 wt%)之 體 積收 縮 率 為 3.68%，當以 M-POSS 粒子進行反應的系統中，M-POSS 粒子含量為 10wt%時，其收縮率反而提高。但是在 DGEBA/Yb(OTf)3/POSS-MMA 系統中任一含量下體積收縮率皆明顯低於基材，又隨著 POSS-MMA 粒子的增加體積收縮率降低。
圖 4-12 混成材料在不同 M-POSS 含量下各系列之體積收縮率的變化-0
1 2 3 4 5
0 2.5 5 7.5 10
數列1 數列2 數列3
A B C
M-POSS content%
VolumeShrinkage(%)
M-POSS wt% 0 2.5 5 7.5 10
Volume Shrinkage (%) for
DGEBA/POSS-AGE/ Yb(OTf)3 3.68±0.09 2.77±0.06 2.73±0.04 2.58±0.05 2.69±0.09
DGEBA/POSS-MMA/ Yb(OTf)3-B 3.68±0.09 3.93±0.05 3.27±0.09 3.06±0.01 2.21±0.06
DGEBA/POSS-SOE/ Yb(OTf)3 3.68±0.09 3.40±0.05 3.18±0.02 2.35±0.05 2.59±0.09
表 4-3 混成材料在不同 M-POSS 含量下各系列之體積收縮率
經過收縮效應的實驗後，可以發現當基材加入了 M-POSS 粒子 (POSS-AGE、POSS-MMA 及 POSS-SOE)粒子後，此一高分歧型奈米 級粒子（Hyperbranch）由於含有特殊反應性分子片段，能夠在奈米 層級下與基材分子鏈段進行反應，不僅提高了有機與無機相間的相容 性，更顯著的降低了基材的體積收縮率。因此，必須進一步的藉由其 他特殊儀器來分析出各混成材料系統中的熱性質與機械性質。