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南台科技大學化學工程與材料工程系
複合材料
期末報告
班級：化材四甲
學號：4A040040
姓名：呂嘉霖
授課教師：黃常寧 老師
中華民國104年5月
摘要
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白煙矽在乙酸乙烯酯/氫氧化鎂(EVA/MH)的共混物做
為填加劑去測熱重分析(TGA)、限氧指數(LOI)和UL-94試
驗進行燃燒特性和協同阻燃機制實驗。結果顯示，加入
二氧化矽一定的量，可以看出LOI值明顯增加，MH含量
下降，EVA/MH 共混物 在UL-94試驗中也能保持 V-0等級。
TGA數據也表明了，白煙矽在EVA/MH材料中的協同阻燃
機制，主要是由於白煙矽的物理作用在增強炭/二氧化矽
凝聚相防止火災中熱傳送。加入白煙矽於EVA/MH混合物
並且減少填料的總料，而樣品之斷裂延伸率增加一倍，
同時，耐燃特性保持不變。
目錄
 簡介
 實驗方法
 結果與討論
 結論
 個人心得
簡介
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EVA共聚物聚有不同乙酸酯含量被廣泛利用在很
多領域，尤其是在電纜線行業的優秀絕緣材料具有
良好的物理和机械性能。然而，EVA共聚物特别易燃
並放出大量的煙霧，而燃烧，這限制了它们的實際
應用。因此對於改善阻燃性質、減少煙霧和有毒氣
體排放量，在EVA材料應用上是非常重要的。近年來
開發無鹵素(HFFR)阻燃高分子材料，降低煙霧和有
毒氣體之排放量已經成為一個潛在趨勢。很多研究
已經證實，氫氧化鎂是一種無毒和具有煙霧抑制的
無鹵阻燃添加劑，用於高分解溫度的阻燃劑(FR)聚合
物材料，然而，MH有一個很基本的缺點，超過60%
以上的MH，其會有良好阻燃特性，但可能不利於機
械性質。許多研究已經進行對對MH和摻入其他無鹵
素之阻燃增效劑

白煙矽通常都用於熱塑性聚合物之增強劑，增加其
機械性質，例如，拉伸強度和韌性。柏木和同事研
究報導白煙矽在聚丙烯共混物具有阻燃機制。據我
們所知，沒有研究發現白煙矽於EVA/MH共混物之協
同作用，而這項研究主要是在研究白煙矽在EVA/MH
共混物之協同作用和阻燃特性接著去做熱重分析
(TGA)、限氧指數(LOI)和UL-94試驗。
實驗方法
50克的EVA在加入所需量的MH和SiO2添加劑
於SXX-300混合器混合於64轉的轉子速度和135 ℃。
樣品進行熱壓10分鐘於100MPa、135 ℃下至適當厚度。
儀器分析
Limiting oxygen index (LOI)
測定的LOI值使用HC-2型測量儀(中國製造)，試片 120×6.5×4
mm3，去測限氧指數試驗，ASTM D2863-77.
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UL-94 test
UL-94垂直燃燒試驗，使用CZF-1type儀器(中國製造)，裁成
127×12.7×3 mm3 然後去測UL-94 test，ASTM D635-77.
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Scanning electron microscope (SEM) analysis
碳層掃描式電子顯微照片是由JEOL JSM-6700F場發式掃描電
子顯微鏡進行分析(日本)，然而其表面先樣品表面先塗金的
導電層。
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Thermogravimetric analysis (TGA)
熱重分析在空氣中進行，以10℃/min的加溫速率，使用
島津製作的TGA-50H分析儀，每一種情況，都是取
10mg樣品，然而在空氣速率為5×10-5 m3/min下加熱至
800℃。
 Mechanical measurements
拉伸強度和斷裂延伸率為使用Instron Universal tester
(model 1185)於at 25± 2 ℃和25mm/min的拉伸速率，需
將樣品做成啞鈴型在進行測試。ASTM D412-87。然後
以上敘方式作多次測量，5個樣品數去做測試在取平均，
為了得到更準確的再現性結果。
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結果與討論
Limiting oxygen index LOI和UL-94
由Table 1可知樣品A和樣品B(加入60%之EVA/MH共混
物)，LOI從18迅速增加至35，然而樣品B~E，其LOI隨
著白煙矽之含量增加而增加，樣品E之LOI增加至39，
然而樣品F之LOI值下降至37，那是因為白煙矽增加含
量達12%。在UL-94中獲得結果表示，樣品B~E所有樣
品皆達到V-0等級，但加了12%白煙矽之樣品F其UL-94
只得到V-1等級。
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結果顯示，加入適量之白煙矽可提高EVA/MH共混物
之阻燃特性，由表中機制2可以看出當阻燃添加劑之
MH含量下降至55%時，LOI值也隨之增加。樣品G之
MH含量55%，其UL-94試驗試失敗的，然而樣品H之
53%MH和2%白煙矽其UL-94為V-2等級，隨著白煙矽
的含量增加到5%和8%之樣品I和樣品J皆達V-0等級，
這證明，白煙矽的含量控制在5~8%時，可以有效的
減少MH的含量，並且讓EVA/MH共混物保持V-0等級，
那是因為白煙矽和MH之協同作用。
Scanning electron microscope (SEM) analysis
 圖5. (a)和(b)顯示樣品B的碳層在不同倍率下，而(c)
和(d)為樣品E含有8%的白煙矽之碳層在不同倍率下，
顯示 樣品B有許多皺褶和裂痕，然而樣品E是屬於平
滑並且在高倍率下型態更緊湊，比較圖中之(a) (c),可
以清楚觀察到SiO2的小粒子沉積在表面上，然而形成
絕緣層，證實EVA/MH在燃燒時，SiO2會凝聚在表面，
並防止熱與質量傳遞。

Thermogravimetric analysis (TGA)
 將EVA/MH/SiO2去測試其熱降解，圖(a)顯示樣品A~F
之熱降解，由此可以看出其實EVA有兩段熱降解步驟，
第一降解為250~400 ℃範圍之間，是因為醋酸，然而
第二段熱降解在425~550℃，這是因為聚乙烯鏈的降
解所得到之peak，而在低於450℃溫度範圍，純EVA
樣品之TG曲線與樣品B~F含有添加阻燃劑，幾乎重
疊，450℃之後，熱重損失曲線主要差別是有無加
SiO2的樣品還有樣品中的殘留量。熱重損失曲線主要
也成現SiO2在凝聚相之物理過程有協同作用。圖6(b)
表示導數熱分析(DTG)，由此可以看出，樣品B~F阻
燃填加劑比對造組樣品A小得很多，另外SiO2也進一
步降低重量損失，樣品E含有8%的SiO2。

Mechanical measurements
 其斷裂延伸率為60%，第一組比較樣品B與樣品C~E，
第二組比較樣品G和樣品H和樣品I，添加SiO2到
EVA/MH共混物對於抗張強度和斷裂延伸率不會影響
很多，這表明，其機械性質特性主要是取決於更大
粒徑之MH含量，而不是SiO2，雖然部分MH被SiO2
取代，不能提高EVA/MH共混物的抗拉強度，但其斷
裂延伸率是可以得到改善的，而且還能減少填充物
的總量。降低總填充量至55%時，共混物之斷裂延伸
率會增加，樣品B之拉伸強度為10.4，比含有較少的
填料之樣品G還來的高，然而從圖7得知，純的EVA
伸長超過600％，可以證明EVA具有高的斷裂延伸率。
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
表4中在斷裂延伸率60%抗拉強度只有3.48兆帕。雖
然抗拉強度在含有55%含量之填料樣品的60%斷裂延
伸率比含有60%之填料樣品低一點，她們具有比純
EVA更高的抗拉強度，由此可知共混物之斷裂延伸率
是由減少填充物和良好阻燃劑得到改善。
結論
白煙矽在EVA/MH共混物中具有良好的阻燃協同作用，
適量的白煙矽可以增加LOI值和UL-94試驗，而且MH
之填加量從60%改變為55%，還能保持V-0等級，也
能得到很好的LOI值，然而SiO2最佳填加量為8%。
 SiO2在EVA/MH共混物之協同作用，主要是因為它的
物理凝聚相的影響。從SEM來看樣品E之碳表面的累
積，在表面可以觀察到SiO2和MH做結合形成燃燒層，
抑制熱、質量傳送和熔融聚合之間，從而提高共混
物之耐火性。由於SiO2加入以減少EVA/MH之填料總
量，，而其斷裂延伸率上升一倍，雖然拉伸強度降
低一些，但其阻燃不會受到影響。
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心得
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其實看Paper，對於碩士生來說是即為重要的一項技
能，感謝老師能夠給我們這個機會，學習專研這個
能力，讓我對於我之後升學有很大的幫助，而看
Paper，最為重要的是英文能力，再者就是儀器分析
和探討，然而看Paper需要很專心去探討，也要有一
個很求證的想法，如果還是有不了解的地方，可以
請求老師協助，讓我們在這階段更為順利，清楚了
解Paper想要表達的，還有這樣做的動機方向等關鍵。
也藉此讓我碩士學習有一定的基礎。