第四章 結果與討論
4.4 PC/OVMT 混成材料系統
略明顯提升 PC 耐熱性質，此有兩種可能，一表示 OVMT 可能與 PC 有微小之特殊作用力存在；二表示 OVMT 之剝離態層狀矽酸鹽 極 度 均 勻 分 散 至 PC 分 子 鏈 中 ， 使 其 提 昇 PC 之 耐 熱 性 。 將 PC/OVMT 混成材料系統之耐熱性提供微分掃描熱卡記 (DSC) 設定 程序參數之溫度。
PC/OVMT 混成材料系統各組成比例之樣品，取 2 ~ 5 mg 進行 DSC 量測，起初先將樣品放置於加熱台兩分鐘消除熱歷史，再迅速 置入液態氮中急速冷卻 (qunch) 保持樣品為非定型態，在 DSC 中以 20℃/min 升溫速率掃描。結果如圖 4.46 所示，PC/OVMT 混成材料 各組成之 Tg 無明顯之變化，當 OVMT 添加至 7 wt%，因過量之 OVMT 導致 PC 之 Tg 略為下降。
圖4.45 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例之熱重分析圖。
圖4.46 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例之熱流分析圖。
4.4.2 球晶形態與球晶成長速率分析
圖4.47 PC/OVMT 混成材料系統各組成於 200℃恆溫結晶之球晶成長圖。(A) 0.1 wt%，(B) 0.3 wt%，(C) 1 wt%。
(A)
(B)
(C)
120min 240min 420min 600min 780min 960min
120min 240min 420min 600min 780min 960min
120min 240min 420min 600min 780min 960min
圖4.48 PC/OVMT 混成材料系統各組成於 200℃恆溫結晶之球晶成長圖。(A) 0.1 wt%，(B) 0.3 wt%，(C) 1 wt%。
(A)
(B)
(C)
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
圖4.49 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例於 200℃恆溫結晶之球晶成長圖。(A) 3 wt%，(B) 5 wt%。
(A)
(B)
120min 240min 420min 600min 780min 960min
120min 240min 420min 600min 780min 960min
圖4.50 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例於 200℃恆溫結晶之球晶成長圖。(A) 3 wt%，(B) 5 wt%。
(A)
(B)
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
圖4.51 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例於 200℃恆溫結晶之球晶成長圖。(A) 7 wt%，(B) 10 wt%。
(A)
(B)
120min 240min 420min 600min 780min 960min
120min 240min 420min 600min 780min 960min
圖4.52 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例於 200℃恆溫結晶之球晶成長圖。(A) 7 wt%，(B) 10 wt%。
(A)
(B)
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
1200min 1740min 2100min 2580min 3120min
圖4.53 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例於 200℃恆溫結晶之球 晶成長速率圖。
4.4.3 結晶動力學分析
藉由 Avrami equation 來分析球晶半徑成長初期之結晶動力，來 求得 Avrami equation 中的參數 n 與 k 值，n 為 Avrami exponent，
代表成核機構與成長之型態， k 值代表晶體成長速率常數，k 值愈 大，表示結晶速率愈快。圖 4.48 為 PC/OVMT 混成材料系統各組成 之恆溫結晶於 POM 下獲得之結晶參數。表 4.6 為 PC/OVMT 混成 材料系統恆溫結晶於 POM 下獲得之結晶參數。PC/OVM T混成材料 系統各組成比例有相近之 n 值 1.5±0.3，表示添加 OVMT 會改變 PC 結晶成長之方式；經 Avrami equation 中獲得參數 k 值與 Neat PC 比較獲得，添加 OVMT 具有較高之結晶速率，提昇PC結晶能 力。
圖4.54 以 Avrami-equation 分析 PC/OVMT 混成材料系統各組成 比例於 POM 下恆溫結晶 200℃。
表4.6 以 Avrami-equation 分析 PC/OVMT 混成材料系統各組成比 例於 POM 下恆溫結晶於 200℃，獲得結晶之參數。
PC/OVMT
混成材料系統Composition n Log k k
0.1 wt% 1.59 -5.29073 5.12 x10-6 0.3 wt% 1.76 -4.860121 1.38 x10-5 1 wt% 1.58 -4.455932 3.50 x10-5 3 wt% 1.55 -4.510042 3.09 x10-5 5 wt% 1.82 -4.346787 4.50 x10-5 7 wt% 1.69 -4.02365 9.47 x10-5 10 wt%6 1.33 -3.772113 1.69 x10-4
4.4.4 結晶行為之微觀結構分析
本研究利用 SEM 觀察 PC/OVMT 混成材料系統各組成之微觀 球晶型態。首先將各試片升溫至 PC 之結晶熔融峰之上，恆溫加熱 數分鐘，以確保高分子結晶態完全去除，再迅速置降溫至欲結晶溫度 環境。熱退火於 200℃下經長時間下觀察結晶之行為，圖 4.55 ~ 4.56 為 PC/OVMT 混成材料系統各組成於 200℃恆溫結晶之內部 SEM 圖。圖中可觀察出 PC/OVMT 混成材料之結晶結構為環型球晶，與 POM 下觀察到球晶形態為不同之結構，此為 OVMT 以一層一層的 均勻分散在 PC 分子鏈中，改變其結晶形貌，進一步使 PC 之微觀 結構具有此特性。
圖4.55 PC/OVMT 混成材料系統各組成恆溫結晶 200℃之 SEM 內部構造圖。(A) 0.1 wt%，(B) 0.3 wt%，(C) 1 wt%，
(D) 3 wt%。
Bottom of spherulite
Top of spherulite
(A) (B) (C) (D)
圖4.56 PC/OVMT 混成材料系統各組成恆溫結晶 200℃之 SEM 內部構造圖。(A) 5 wt%，(B) 7 wt%，(C) 10 wt%。
Bottom of spherulite
Top of spherulite
(A) (B) (C)
4.4.5 廣角X光繞射分析 (WAXD)
現象，則結晶時間增加方可觀察到結晶。若結晶溫度為 180℃，添加 OVMT 之含量為 10 wt% 仍有最好之誘導結晶之效果，且完成結晶 時間也因結晶溫度下降而增加。
本研究利用 HF 以蝕刻法去除膜上之蓋玻片，以便量測於其他 分析，但 HF 會與 SiO2 反應產生 H2SiF6 晶體粉末。圖 4.63 為 H2SiF6 之 WAXD 繞射圖，具有明顯之結晶峰於 18.60，並於圖 4.57
~ 4.62 皆可被觀察到。表示 H2SiF6 會殘留於 PC/OVMT 混成材料系 統中所導致。
(A)
(B) (C)
圖4.57 PC/OVMT 混成材料各組成比例恆溫結晶 200℃之廣角X光 繞射圖。(A) 780 min，(B) 1200 min，(C) 2100 min。
(A)
(B) (C)
圖4.58 PC/OVMT 混成材料各組成比例恆溫結晶 200℃之廣角X光 繞射圖。(A) 3120 min，(B) 4320 min，(C) 5520 min。
(A)
(B) (C)
圖4.59 PC/OVMT 混成材料各組成比例恆溫結晶 190℃之廣角X光 繞射圖。(A) 780 min，(B) 1200 min，(C) 2100 min。
圖4.60 PC/OVMT 混成材料各組成比例恆溫結晶 190℃之廣角X光 繞射圖。(A) 3120 min，(B) 4320 min，(C) 5520 min。
(A)
(B) (C)
圖4.61 PC/OVMT 混成材料各組成比例恆溫結晶 180℃之廣角X光 繞射圖。(A) 780 min，(B) 1200 min，(C) 2100 min。
(A)
(B) (C)
圖4.62 PC/OVMT 混成材料各組成比例恆溫結晶 180℃之廣角X光 繞射圖。(A) 3120 min，(B) 4320 min，(C) 5520 min。
(A)
(B) (C)
圖4.63 HF 與 SiO2 反應後生成 H2SiF6 之廣角X光繞射圖。
4.4.6 微分掃描熱卡計分析 (DSC)
PC/OVMT 混成材料系統各組成比例之摻合樣品，起初先將樣品 放置於加熱台數分鐘消除熱歷史，再迅速置入液態氮中急速冷卻 (qunch) 保持樣品為非定型態，依實驗參數需求製備出不同恆溫結晶 時間之樣品，取 2 ~ 5 mg 進行 DSC 量測，在 DSC 中以 10℃/min 升溫速率掃描，觀察 PC/OVMT 混成材料系統各組成比例之熔融峰 變化，如圖 4.64 ~ 4.69 所示。並記錄其 Tm 值變化，如圖 4.70(A)、
4.71(A)、4.72(A) 所示。記錄至 Tm 值不會變化，表示 PC/OVMT 混 成材料完成結晶，並以完成結晶之 Tm 為基準計算其相對結晶度，如 圖 4.70(B)、4.71(B)、4.72 (B) 所示。
圖4.64 PC/OVMT 混成材料各組成比例於恆溫結晶 200℃ 之熱流 分析圖。(A) 780 min，(B) 1200 min，(C) 2100 min。
(A)
(B) (C)
圖4.65 PC/OVMT 混成材料各組成比例於恆溫結晶 200℃ 之熱流 分析圖。(A) 3120 min，(B) 4320 min，(C) 5520 min。
(A)
(B) (C)
圖4.66 PC/OVMT 混成材料各組成比例於恆溫結晶 190℃ 之熱流 分析圖。(A) 780 min，(B) 1200 min，(C) 2100 min。
(A)
(B) (C)
圖4.67 PC/OVMT 混成材料各組成比例於恆溫結晶 190℃ 之熱流 分析圖。(A) 3120 min，(B) 4320 min，(C) 5520 min。
(A)
(B) (C)
圖4.68 PC/OVMT 混成材料各組成比例於恆溫結晶 180℃ 之熱流 分析圖。(A) 780 min，(B) 1200 min，(C) 2100 min。
(A)
(B) (C)
圖4.69 PC/OVMT 混成材料各組成比例於恆溫結晶 180℃ 之熱流 分析圖。(A) 3120 min，(B) 4320 min，(C) 5520 min。
(A)
(B) (C)
圖4.70 PC/OVMT 混成材料各組成恆溫結晶 200℃ 之熔融放熱峰 於不同時間下。(A) 隨結晶時間之ΔH 值變化，(B) 隨結晶時間相對 結晶度之變化。
(A)
(B)
圖4.71 PC/OVMT 混成材料各組成恆溫結晶 190℃ 之熔融放熱峰 於不同時間下。(A) 隨結晶時間之ΔH 值變化，(B) 隨結晶時間相對 結晶度之變化。
(A)
(B)
圖4.72 PC/OVMT 混成材料各組成恆溫結晶 180℃ 之熔融放熱峰 於不同時間下。(A) 隨結晶時間之ΔH 值變化，(B) 隨結晶時間相對 結晶度之變化。
(A)
(B)
4.3.7 Hoffman-Lauritzen 理論
圖4.73 Hoffman-Lauritzen 方程式分析 PC/OVMT 混成材料各組成 比例對結晶成長速率之影響。
表4.7 Hoffman 和 Lauritzen 方程式分析 PC/OVMT 混成材料各 組成比例對結晶成長速率之影響，獲得成核之參數。
PC/
OVMT 混成材料系統Composition Kg
0.1 wt% 16.731 x 105 0.3 wt% 16.336 x 105
1 wt% 16.055 x 105
3 wt% 15.915 x 105
5 wt% 15.809 x 105
7 wt% 14.643 x 105
10 wt% 14.261 x 105