崑山科技大學

材料工程系

學 生 專 題 製 作 報 告

稻殼/聚丙烯複合材料製備及性質探討

Preparation and Analysis of Rice Husk/

PP Composites

指導教授： 陳建文

專題學生： 李冠璋 學號：4980G025

中華民國 102 年 1 月

II

III

稻殼/聚丙烯複合材料製備及性質探討

李冠璋 陳建文*

崑山科技大學材料工程系

中文摘要

本次研究中利用農業廢棄物稻殼，以未處理、鹼處理的稻殼與可塑性高

的 PP，製備出 5wt% ~ 10wt%的完整及碎片稻殼/PP複合材料，探討複合材料

之機械性質及熱性質等特性。

本研究中利用稻殼分為未處理、鹼處理，再經雙螺桿壓出機將 PP/稻殼

做混鍊製成複合材料，在機械性質方面，未處理的稻殼以及鹼處理的稻殼未

能改善強度、硬度，洛氏硬度會隨著稻殼比例的增加而下降，在耐衝擊方面

則不能改善其強度，但以未處理的稻殼以及鹼處理的稻殼比較之下，鹼處理

的效果會比較好。

在熱性質方面添加稻殼後熱裂解溫度會下降，也是隨著稻殼比例增加而

減少其熱性質，而鹼處理稻殼的熱性質比較好。但在熱變形溫度方面，添加

稻殼則會提升其性質。

關鍵字: 聚丙烯、稻殼、強度、硬度、熱性質

IV

目錄

中文摘要 .............................................. II

目錄 .................................................. III

表目錄 ............................................... VI

圖目錄 ............................................... VII

第一章 緒論 ............................................ 1

1.1 概述 ........................................... 1

1.2 研究動機 ....................................... 1

第二章 文獻回顧 ........................................ 2

2.1 聚丙烯 ......................................... 2

2.2 稻殼的特性與用途 ............................... 2

第三章 實驗方法 ........................................ 3

3.1 材料與藥品 ..................................... 3

3.2 儀器設備 ....................................... 3

3.3 實驗步驟 ....................................... 4

3.3-1 稻殼前處理 ................................ 4

V

3.3-2 稻殼與聚丙烯複合材料 ...................... 4

3.4 儀器檢測原理與方法 ............................. 4

3.4-1場發射掃描式電子顯微鏡(SEM) ................ 4

3.4-2耐衝擊試驗機 ............................... 4

3.4-3洛氏硬度試驗機 ............................. 4

3.4-4拉伸試驗機 ................................. 5

3.4-5熱重損失分析(TGA) .......................... 6

3.4-6熱變形溫度試驗機 ........................... 6

3.5 實驗架構圖 ..................................... 7

4.1稻殼 SEM表面觀察 ................................ 8

4.2稻穀/PP複合材料耐衝擊性能 ..................... 11

4.3稻殼/PP複合材料硬度 ........................... 12

4.4稻殼/PP複合材料強度 ........................... 13

4.5稻殼/PP複合材料 TGA分析 ....................... 14

4.6稻殼/PP複合材料 HDT熱變形溫度 ................. 16

VI

第五章 結論 ........................................... 19

參考文獻 .............................................. 20

VII

表目錄

表 1稻殼/PP複合材料之耐衝擊試驗 ...................... 11

表 2稻殼/PP複合材料洛氏硬度試驗 ...................... 12

表 3稻殼/PP 拉伸試驗表 ................................ 13

表 4稻殼/PP複合材料之熱裂解溫度 ...................... 15

表 5稻殼/PP複合材料熱變形溫度表 ...................... 16

VIII

圖目錄

圖 1未處理稻殼 SEM分析圖 ............................... 8

圖 2稻殼經 5%NaOH處理之 SEM分析圖 ...................... 8

圖 3稻殼經 10%NaOH處理之 SEM分析圖 ..................... 9

圖 4稻殼經 20%NaOH處理之 SEM分析圖 ..................... 9

圖 5稻殼/PP複合材料之 TGA熱重損失分析圖 .............. 14

圖 6 RHS/PP複合材料 SEM分析 ........................... 17

圖 7 RHB/PP複合材料 SEM分析 ........................... 17

圖 8 A-RHS/PP複合材料 SEM分析 ......................... 18

圖 9 A-RHB/PP複合材料 SEM分析 ......................... 18

IX

誌謝

轉眼間一年的專題製作就快要到尾聲了，期間雖然有種種的挫折，

讓我一度覺得專題是一件非常麻煩的事，但要感謝各個儀器的種

子幫忙檢測，以及陳建文老師的教導，讓我能得以完成此篇專題

研究報告，也要感謝同專題的同儕們激發我努力完成報告，也要

謝謝幫忙張特嘉先生，能抽空幫忙我拍 SEM 電子顯微鏡。

在求學期間內要邊工作邊上課是一件很累人的事，但我還是撐過

來了，因為有班上同學的上進心，激發我要跟上腳步的心裡，最

感謝的還是班上的同學，沒有你們這篇專題研究報告一定不能完

成，我是幸福的，因為有你們

李冠璋 謹致

崑山科技大學材料工程系

中華民國一○一年十二月

1

第一章 緒論

1.1概述

複合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上的材

料經過複合工藝而製備的多相材料，各種材料在性能上互相取長補短，產生

協同效應，使複合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。

複合材料由連續相基體和被基體包容的相增強體組成。

稻殼為世界上各個國家農作物最大量的廢棄物，光是在台灣，於民國八

十五年的時候種植的面積有 391,457公頃，而稻殼每公頃大約產生六公噸。

由於稻米需要脫去外殼才能得到口感較佳的白米，進而產生大量的稻殼卻無

法妥善利用，也因為幾乎是沒有利用的價值，往往農人們只能直接燒掉，也

常常因為焚燒造成空氣汙染及遮蔽道路視線而引發一些問題。如此我們若能

將這些農業廢棄物拿來再利用，不但能減少大量的農業垃圾還能創造出比較

低廉且環保的產品出來。

聚丙烯在低溫時耐衝擊性較差，困難被塗裝或被黏著劑黏著，聚丙烯提

供了大部份熱塑性塑膠所無法達到的特性與價位的平衡性。且聚丙烯容易成

型且有很好的耐化學性和機械特性。

1.2 研究動機

本研究之所以選擇稻殼是因為取得方便且數量眾多，已有相當多文獻證

明稻殼是值得研究探討的，稻殼的表層擁有毛刺、極不光滑，粒子間容易卡

塞且流動性差，屬於不易流化的介質。此結構在生產木塑複合材料製備過程

中能起到一定的潤滑作用，並且擠出的產品比木粉擠出的產品更密實，結構

更緊密。

聚丙烯是一種半結晶的熱塑性塑料。具有較高的耐衝擊性，機械性質強

韌，且有很好的熱穩定性，當我們用雙螺桿壓出機做複合的時候，其複合材

料的結構不易被破壞，綜合性能優良，容易加工成型，生產成本較低，所以

用途廣泛。其缺點是低溫韌性較差，脆折溫度高(8℃左右)，且易老化

在本研究裡是以聚丙烯為複合材料的基體，與稻殼複合成材料。但聚丙

烯耐低溫衝擊性差，較易老化，透過改質可以改善其缺點。

步驟為分別使用未處理、鹼處理後的稻殼作為填充材，以不同的比例與

聚丙烯混合並製成試片，藉由拉伸及耐衝擊試驗機…等測試機械性質，且利

用 TGA、HDT等儀器進行熱性質分析，最後使用 SEM來觀察表面型態，由以上

試驗來探討這之間的關連性。

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%91%E5%B1%9Ehttp://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%99%B6%E7%93%B7http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E5%88%86%E5%AD%90http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%BA%E4%BD%93http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%BA%E4%BD%93http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%A2%9E%E5%BC%BA%E4%BD%93&action=edit&redlink=1http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%93%E6%99%B6http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%83%AD%E5%A1%91%E6%80%A7%E5%A1%91%E6%96%99

2

第二章 文獻回顧

2.1 聚丙烯

聚丙烯無毒、無味，密度小，強度、剛度、硬度耐熱性均優於聚乙烯，

在 100℃左右使用，具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時

變脆、不耐磨、易老化。適用制作一般機械零件，耐腐蝕零件和絕緣零件 。

常見的酸、堿有機溶劑對它幾乎不起作用。[1]

由聚丙烯聚合而制得的一種熱塑性材料。有等規立構、無規立構和間規

立構三種構型，工業產品以等規構型為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量

乙烯的共聚物在內。通常為半透明無色固體，無臭無毒。由于結構規整而高

度結晶化。故熔點高達 167℃，耐熱，制品可用蒸汽消毒也是其優點。缺點

是耐低溫衝擊性差，較易老化，但可分別通過改質和增加抗氧劑予以克服。

聚丙烯在低溫時耐衝擊性較差 困難被塗裝或被黏著劑黏著 ，可是提供了大

部份熱塑性塑膠所無法達到的特性與價位的平衡性。 聚丙烯容易成型且有很

好的耐化學性和機械特性。 一般用玻璃纖維補強的聚丙烯能改善尺寸穩定性，

抗翹曲，剛性和強度。[2]

2.2 稻殼的特性與用途

稻殼一般成份為粗纖維(木質素與多縮戊糖)與半纖維，其佔了約 80%，

剩下的蛋白質與脂肪佔了幾少，加上稻殼表面木質素排列整齊密實，將粗纖

維緊緊包圍住，總消化率只能達到 5~8％，所以不適用於飼料，稻殼經過處

理後，纖維組織完全潰散成膨鬆狀態，並使緊緊包圍在纖維素外面的木質素

全部被撕裂而脫落，致使立體組織之間很容易含水，因此其吸水性很高。[3-5]

稻殼是纖維性材料，其纖維短小。稻殼的表面有毛刺、極不光滑，粒子

間容易產生卡塞且流動性差，屬於不易流化的介質。[6]同時稻殼的外表面覆

蓋有光滑的、角質化的二氧化矽膜，形成了一種非極性的表層結構。此種結

構在生產木塑複合材料製備過程中能起一定的潤滑作用，並且擠出的產品比

木粉擠出的產品更密實，結構更緊密。[7]

早期因處理技術不成熟，也因稻殼自然堆積密度小、運輸不便等不經濟

因素，只能拿來燃燒供熱，利用效率低，所以常被丟棄不用，不但浪費了資

源，也對環境造成負擔。但隨著科技日益越新，人們對稻殼的研究越來越深

入，在利用範圍上也逐漸增廣。[8-10]

3

第三章 實驗方法

3.1 材料與藥品

(1) 氫氧化鈉(NaOH)

來源：島久化學

等級：試藥級，98%

(2) 酒精(ethanol)

來源：明昱科技

等級：試藥級，95o

(3) 稻殼(Rice Husk)

來源：彰化

尺寸:完整、碎片約 2mm×2mm

(4) 聚丙烯(PolyproPylene)

來源：李長榮化學工業公司

3.2 儀器設備

(1) 粉碎機，佑崎有限公司， D3V-10

(2) 微量分析天秤，Precise，XS-3250C

(3) 線切割機，亞洲工業鑽石有限公司， BS10

(4) 雙螺桿壓出機，南京傑亞擠出裝備有限公司，SHJ-20

(5) 熱壓機，明昱股份有限公司，MU-360

(6) 拉力試驗機，弘達儀器公司 ，HT-9102

(7) 洛氏硬度試驗機，

(Rockwell Hardness Tester，FUTURE TECH ，FRT1361 )

(8) 耐衝擊試驗機，(Universal Impact Tester，GOTETCH，GT-7045)

(9) 場發式電子顯微鏡，SEM

(Field Emission-Scaning Electronic Microstructure，JEOL，JEOL 5610)

(10) 熱變形溫度試驗機，HDT

(Heat Deflection Temperature Analyzer，HUNG TA，HT-8054)

(11) 熱重分析儀，TGA

(Thermogravimetric analyzer，Perkin Elmer，Pyris 1)

4

3.3 實驗步驟

3.3-1 稻殼前處理

先將稻殼以粉碎機打碎片，以篩網濾掉雜質和粉末並留下適當大小的稻殼，

再以清水沖洗數次濾乾後，放置烘箱烘烤一天以上，以便去除水分，最後得

到完整的稻殼(RHB)以及稻殼碎片(RHS)，接續之後處理。將水洗後的稻殼以

NaOH進行鹼處理，目的在於將稻殼表面雜質去除並將組織結構軟化，鹼處理

後的稻殼再以清水反覆沖洗數次後，放入烘箱烘乾水分，得到鹼處理的稻殼

(A-RH)。

3.3-2稻殼與聚丙烯複合材料

將未處理的稻殼，鹼處理的稻殼，分別經由雙螺桿壓出機，與聚丙烯(PP)

複合成材料，再經由切粒器，將複合材料切成顆粒狀。最後再由熱壓機製成

啞鈴試片(俗稱狗骨頭試片)，以便進行各項性質的檢測。

3.4 儀器檢測原理與方法

3.4-1場發射掃描式電子顯微鏡(SEM)

掃描式電子顯微鏡其成像原理是利用一束具有 5～30 kV之電子束掃描試

片的表面，接收表面產生之訊號以顯現試片圖形之影像，其場景深對於物體

表面之三度空間微細結構提供了真實及方便的觀察。 於 SEM 上，附加一組

能量分散分析儀(EDS)，更可依物體表面在電子撞擊後所釋出之Ｘ射線而分析

樣品中化學成份種類與含量。本實驗目的為觀察稻殼鹼洗後表面受侵蝕程度、

和從斷面觀察稻殼與塑料的接合情形。

3.4-2 耐衝擊試驗機

本實驗使用的是 IZDO型衝擊測驗機，試驗方法是依照 ASTM D256 標準

檢測，它的原理是利用懸臂樑的方式，讓擺錘落下撞擊單邊固定的有切口試

片，然後計算所消耗的能量。

3.4-3洛氏硬度試驗器

洛氏硬度是用小鋼球或金剛石圓錐體，加一定負荷，壓入試件表面，由

壓痕器(小鋼球或金剛石錐體)對試件所生壓痕深度的大小表示之。本實驗的

複合材料較硬，所以最後使用的尺度記號為 “Y”，並依照 ASTM D785 標準

檢測，最後篩選不同比例的試片。

5

3.4-4拉伸試驗機

任何一種材料受力後都會產生變形，變形到一定程度即發生斷裂，而受

力變形斷裂的破壞過程是按一定規律進行的。單向拉伸時這一規律可用拉伸

曲線，又稱應力-應變曲線圖來描述。材料不同拉伸圖也不相同，甚至有很大

差別，這表明它們在強度、剛度、塑性、韌性等方面存在很大的差異，一些

常用的物理性能指標在拉伸圖上都有明確的定義。進行拉伸破壞實驗時，先

把材料製備成標準試樣，然後在試驗機上進行單向拉伸至斷裂。試驗機的自

動記錄裝置可以同步地把拉伸曲線精確地記錄下來。這條曲線則為分析研究

材料的機械性能提供了基本依據。

以下為拉伸試驗的幾個重要項目:

1. 抗拉強度（Tensile strength）

試片超過降伏強度後，其荷重-伸長曲線達到最大荷重時，其材料

內部之應力即為抗拉強度，或是極限強度（Ultimate strength)

抗拉強度 MMP

A

0

單位 2/ mmkg

在此 PM：為材料所承受之最大荷重。

2. 伸長率（Percentage of elongation）

試片拉斷後，重新對合，然後量取兩端標距長，和原有兩端標距之

差，除以原有兩端標距所得之商以百分率表示，即為試桿之伸長率。

伸長率＝L L

L

f0

0

×100％

3. 楊氏係數(Young's Modulus)

在比例限度內，應力與應變之關係依虎克定律變化，則

E 或 E

σ：表應力

ε：表應變

Ｅ：為楊氏係數

由上式我們可瞭解一個非常重要的關係，那就是在比例限度內，楊氏係

數為應力-應變曲線之斜率。

本實驗是根據 ASTM D638標準檢測，試片規格長 160mm、寬 10mm、厚

4mm之長條啞鈴型，拉伸速率 5mm/min，斷點比率為 50%，拉至試片斷裂並記

錄各個試片的機械性質，分別做比較。

6

3.4-5熱重損失分析(TGA)

熱重量分析儀是用於量測樣品材料在特定溫度條件下的重量變化

情形的儀器。其主要原理是將樣品置於一個可程式控制升溫、降溫或恆

溫的加熱高溫爐中，而待測物被懸掛在一個具有高靈敏度及精確度的天

平上，並通入固定的環境氣體(例如：氮氣或氧氣)，當溫度上升至樣品

中某一材料成分的蒸發溫度、裂解溫度、氧化溫度時，樣品會因為蒸發、

裂解、氧化而造成重量的損失，記錄樣品隨溫度或時間的重量的變化，

即可判定材料的裂解溫度、熱穩定性、成分比例、樣品純度、水份含量、

還原溫度及材料的抗氧化性等特性。

檢測步驟為先將稻殼及稻殼複合 PP試片置烘箱中烘乾，取樣品重約 4mg

至 5mg 於鋁盤中，升溫速率為 20℃/min，從 30℃升溫到 600℃，通入

氮氣 20ml/min 等條件，進行測試，藉由持續加熱溫度與樣品重量變化

來觀察熱裂解的情形。

3.4-6熱變形溫度試驗機

此項檢測標準是依照 ASTM D2863來做檢測，將試片裁切至符合跨距 100mm

的支座上，並在兩測支點的中間上施以荷重，而且荷重大小必需為 1.81N/mm2

或 0.45N/mm2的表面彎曲應力，把受負荷後的試樣浸在導熱的液體介質(矽油)

中，以 2℃/min 的升溫速度升溫，當試樣中點的變形量達到與試樣高度相對

應的規定值時，讀取其溫度即為負荷熱變形溫度。

7

3.5 實驗架構圖

稻殼

化學

處理

形態與結構分析:

SEM

經雙螺桿壓出機

讓稻殼與PP複合

處理後的稻殼

稻殼/PP複合材料試片

型態分析:

SEM

機械性質:

拉伸試驗

洛氏硬度

耐衝擊試驗

熱性質分析:

TGA

HDT

8

第四章 結果與討論

4.1 稻殼 SEM 表面觀察

圖 1未處理稻殼 SEM 分析圖

圖 2稻殼經 5%NaOH 處理之 SEM分析圖

9

圖 3稻殼經 10%NaOH 處理之 SEM 分析圖

圖 4稻殼經 20%NaOH 處理之 SEM 分析圖

10

將完整的稻殼浸泡在不同濃度的 NaOH溶液中，使鹼液能滲透稻殼纖維

的內部，攪拌一段時間後，在經清水反覆沖洗至中性後烘乾，利用 SEM來觀

察鹼洗處理後的稻殼表面型態。

由圖 2可看出未處理的稻殼纖維表面有許多崎嶇不平的地方，這是因為

表面有角質層及木質素沾附在上面的關係；然而在經過 5%的 NaOH 鹼洗後，

表面所沾附的雜質和角質層已被去除一些，但還是留有一些多餘的雜質零散

的分布著，如圖 3。在 10%的 NaOH鹼洗後，發現表面上所有的雜質幾乎都被

清洗掉了，也開始變得粗糙許多，不過再仔細觀察被 10% NaOH鹼洗侵蝕後，

已有不少的細小裂痕出現，如圖 4。圖 5是將濃度提升至 20%的 NaOH作鹼洗，

結果看似與 10% NaOH 的侵蝕程度相當，只是表面變的更光滑些。

經過鹼洗後稻殼表面明顯變得乾淨及平滑，但覆蓋表面的角質層明顯受

侵蝕而變薄許多，導致稻殼表面產生一些裂痕和空隙，這些現象可能會使稻

殼複合材的機械性能下降，但有助於提高稻殼纖維與聚丙烯的界面接著效益，

也是鹼處理的目的之一；考慮以上因素，決定選用 10% NaOH鹼洗的稻殼做為

聚丙烯的填充材。

11

4.2 稻穀/PP複合材料耐衝擊性能

表 1 稻殼/PP 複合材料之耐衝擊試驗

試品名

能量值

(kg-cm)

風阻損耗

(kg-cm)

慣性損耗

(kg-cm)

衝擊值

(kg-cm)

PP 3.930 0.976 0.369 2.585

RHS 5wt%/PP 1.750 0.738 0.369 0.642

RHS 10wt%/PP 1.862 0.548 0.369 0.945

RHB 5wt%/PP 1.229 0.648 0.369 0.212

RHB 10wt%/PP 1.283 0.838 0.369 0.076

A-RHS 5 wt%/PP 1.834 0.636 0.369 0.829

A-RHS 10wt%/PP 1.473 0.906 0.369 0.197

A-RHB5%wt%/PP 1.256 0.720 0.369 0.166

A-RHB10%wt/PP 1.229 0.763 0.369 0.097

以物性的強度測試來說拉力及硬度試驗屬於靜的試驗，但對於突然給予

很大的荷重衝擊材料時，其特性並非上述實驗所能知曉，縱使是同一抗拉強

度的材料其承受衝擊之程度也有所不同，故衝擊試驗實為判定材料之脆與韌

性。

稻殼因為本身質軟，在跟 PP塑料複合以後，反而會降低試片的硬度。當

擺鎚敲擊試片表面之時，因為混入了許多稻殼，試片的衝擊值就會因此降低。

在試片之中，完整稻殼之間可能會有些許的空隙，因為在製成試片的時候 PP

塑料被完整稻殼檔住，所以會形成中空的一種現象，從上表就可以得知稻殼

碎片的耐衝擊性比較好。鹼處理的稻殼因為在表面被 NaOH洗淨之後，變的光

滑平順，經衝擊過後又會比未處理的稻殼衝擊值來得差，甚至快要無法測得，

A-RHB 10wt%衝擊值為 0.097快接近 0，因此當我們混入稻殼之後，會使其韌

性降低。

12

4.3稻殼/PP複合材料硬度

表 2稻殼/PP複合材料洛氏硬度試驗

P.S：PP為 47.9

表 2為稻殼/PP複合材料，而添加不同比例的未處理、鹼處理稻殼，以

負載 150KG，壓頭直徑為 1/4”測量其表面硬度。

純 PP為 47.9，從上表可以看的出來添加稻殼以後並沒有改善其硬度，只從

未處理及鹼處理這兩種方法來比較的話，鹼處理的稻殼硬度或許會比較好，

但結果並不明顯。

就整體數據來看的話，稻殼比例上升硬度就會下降，從常理來說這數據

是正常的，因為稻殼添加的越多，壓頭往下壓到的稻殼就會越多，硬度自然

也會下降。

還有一種可能是因為完整顆粒的結構比較大，在製備試片的時候 PP塑

料跑不進稻殼之間的小空隙，而影響到其表面硬度。

試品名 HRY 150 ㎏ 1/4“

RHS 5wt%/PP 38.2 A-RHS5 wt%/PP 40.1

RHS 10wt%/PP 31.2 A-RHS 10wt%/PP 38.9

RHB5wt%/PP 39.6 A-RHB5%wt%/PP 41.7

RHB 10wt%/PP 35.5 A-RHB10%wt/PP 39.8

13

4.4稻殼/PP複合材料強度

表 3稻殼/PP 拉伸試驗表

材料受拉力而伸長，其內部產生單位面積的抵抗力稱為應力(stress)，

單位長度伸長量稱為應變(strain)，而該材料之應力與應變的關係，可藉由

拉伸試驗獲得。本實驗分為未處理及鹼處理的稻殼混入 PP製備成複合材料之

後的，比較添加不同比例的稻殼對材料機械性質的變化。

從表 3得知，添加稻殼到 PP形成複合材料之後，抗拉強度下降了許多，

伸長率也明顯下降，而加入完整稻殼之後比稻殼碎片複合材料的強度還要低，

伸長率也沒有改善，表示未處理的稻殼並沒有辦法改善 PP的強度，可能未處

理的稻殼跟 PP 的結合性並不好，內部的稻殼沒有辦法吸收力量，抗拉強度因

此降低。

還有一種可能是稻殼因為具有立體結構(因為白米從中去除)，使得 PP

並沒有辦法完整的填充，有些會被擋在稻殼外面，造成內部有許多空隙，才

會使各種機械性質變差。

稻殼在鹼處理過後，抗拉強度有稍微的改善，伸長率亦是，不過兩者差

異性並不大，這證明了鹼處理還是能改善其強度。可是在強度這方面稻殼碎

片還是優於完整稻殼。

試品名 抗拉強度

(kgf/mm2)

楊氏係數

(kgf/mm2)

伸長率(%)

PP 62.64 30.28 88

RHS 5wt%/PP 39.40 5.41 11

RHS 10 wt%/PP 38.79 8.63 19

RHB 5wt%/PP 37.49 3.21 8

RHB 10wt%/PP 37.28 5.66 10

A-RHS 5wt%/PP 60.09 13.38 23

A-RHS 10wt%/PP 49.23 8.18 11

A-RHB 5wt&/PP 45.36 7.94 9

A-RHB 10wt%/PP 42.81 7.43 8

14

4.5稻殼/PP複合材料 TGA分析

100 200 300 400 500 6000

20

40

60

80

100

Wei

gh

t %

Sample Temperature(? )

RH 5%

RH 10%

ARH 5%

ARH 10%

PP

圖 5稻殼/PP複合材料 TGA熱重損失分析圖

15

表 4稻殼/PP複合材料之熱裂解溫度

試品名 Td10(℃) 殘餘量(%) 分解(%/℃)

PP 458.02 1.995 2.296

RH 5wt%/PP 405.08 5.003 0.810

RH 10wt%/PP 393.05 3.166 1.241

A-RH 5wt%/PP 434.04 2.761 1.572

A-RH 10wt%/PP 337.62 0.834 4.048

純 PP的 Td10為 458.02℃，使用未處理的稻殼為填充材填入 PP做複合材

以後，並無法提升熱性質，會下降許多，推斷是因為 PP跟稻殼的相容性比較

差而導致熱性質的下降；而在鹼處理的稻殼因為跟 PP的相容性比較好，所以

熱性質會比未處理的稻殼來得好，而完整的稻殼比碎片稻殼熱性質來的差。

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4.6 稻殼/PP 複合材料 HDT 熱變形溫度

表 5稻殼/PP 複合材料熱變形溫度表

熱變形(mm)

試品名 10 20 32 40

PP 67.6℃ 74.9℃ 86.4℃ 92.9℃

RHS 5wt%/PP 55.4℃ 71.7℃ 98.9℃ 111.4℃

RHS 10wt%/PP 59.8℃ 79.1℃ 102.6℃ 111.4℃

RHB 5wt%/PP 57.9℃ 75.1℃ 95.1℃ 106.1℃

RHB 10wt%/PP 58.7℃ 78.4℃ 101.8℃ 113.2℃

A-RHS 5wt%/PP 55.1℃ 75.8℃ 104.7℃ 113.6℃

A-RHS 10wt%/PP 55.7℃ 88.4℃ 109.4℃ 118.7℃

A-RHB 5wt%/PP 56.2℃ 76.5℃ 103.6℃ 112.4℃

A-RHB 10wt%/PP 57.7℃ 90.2℃ 111.9℃ 119.4℃

熱變形溫度的主要目的在評估材質在溫度高的時候，對形狀和彎曲變形

的抵抗能力，是複合材料耐熱性質檢測主要項目之一。本實驗試片高度為

10mm，經過荷重計算後為 122N，因此不必再加壓負重，最後取撓曲量為 32 mm

時的溫度為熱變形溫度。

從上表得知 PP熱變形溫度為 86.4℃，然而在添加不同比例及未處理、

鹼處理過後的稻殼後，耐熱溫度有明顯的提升約 10~20℃左右，可能原因是

因為添加稻殼之後，稻殼給予了一種抗彎曲力，所以達到變形量 32mm的時候

溫度會提升許多。

不過從 RH/PP 跟 A-RH/PP的試片比較之下，溫度差異並不大，很難判定

哪種處理比較好，不過添加稻殼之後還是有助於熱變形溫度的提升。

17

4.7稻殼/PP複合試片之斷面接著 SEM分析

圖 6 RHS/PP複合材料 SEM分析

圖 7 RHB/PP複合材料 SEM分析

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圖 8 A-RHS/PP複合材料 SEM分析

圖 9 A-RHB/PP複合材料 SEM分析

圖 6、7為稻殼碎片跟 PP塑料的 SEM斷面圖，從圖上可以了解到稻殼與

PP結合的時候，因為稻殼未經過鹼處理，相容性不是那麼的好，有些許的斷

層，並沒有完全的結合。

但從圖 8、9 A-RH/PP的 SEM斷面圖觀察稻殼因為鹼處理過後，表面變得

光滑平順，而且跟稻殼的相容性變得更好，PP與稻殼之間並沒有太大的空

隙。

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第五章 結論

本研究以 NaOH 對稻殼進行鹼處理，再依比例做 5wt%、10 wt%的稻殼/PP

複合材料，在經過多項的試驗後得到下列結論:

1.從 SEM分析圖得知，稻殼經鹼處理後表面會變得光滑平順。

2.稻殼/PP複合材料在機械性質的檢測中顯示，稻殼增強 PP的抗拉強度效果

下降許多；以稻殼當填充材填入之後，在純 PP材質的耐衝擊強度上並沒有得

到改善；洛氏硬度會隨著稻殼的添加而逐漸下降，最後可確定稻殼碎片的試

片皆優於完整稻殼的試片。

3.由 TGA的結果可知，鹼處理的稻殼會使複合材料熱裂解溫度下降。

4.稻殼/PP複合材料由熱變形溫度分析後得知，在 PP材質加入稻殼後熱變形

溫度皆能得到提升。

5.以 SEM觀察的斷面來看，鹼處理過後的稻殼清理雜質之後跟 PP 相容性比較

好。

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