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膠帶給你個交代—探討膠帶種類及性能比較

107/12/24 瀏覽次數 5644
探究題目與動機
  日常生活中,膠帶往往扮演了重要的角色,膠帶的種類眾多,其用途各有所不同,價錢也有 高低之分,而我們選擇膠帶的第一反應往往是價錢和品牌,並非其黏性或對物品材質的專用 性。而從資源回收的角度來看,膠帶則是不可回收的,若是其黏性太強或太弱,亦有可能導 致後續浪費更多資源。通常人們都有種價錢與品質成正比觀念,但事實真的是如此嗎?針對 這些疑問,我們決定去研究各種市面上可輕鬆取得的膠帶,探討其價錢及品質好壞的相關性。
探究目的與假設
1.研究各種測量法測量原始膠帶黏度。
2.找出測試黏性的方法,並測其瞬間黏力、溫度改變對於黏性是否改變、膠帶斷裂伸長度以 及防水性測試、最大靜摩擦力、乘載重量之測試。
3.探討各種情況對膠布黏力的影響,並綜合以上數據,分析價錢、品牌以及效能的關係。 研究設備及器材有各品牌膠帶膠布如附表,以及尺、水箱、乒乓球、彈珠
表 1:膠帶品牌種類列表表 1:膠帶品牌種類列表
探究方法與驗證步驟
我們研究出了幾個可以測試膠帶各種性能及黏力的方法,由以下做說明:
一、斜面法滾動測試:
我們自製 20 度斜角的木板組合,將各品牌膠帶取 45 公分,分別固定在可測量長度的木板上, 將乒乓球不施力沿著斜面落下,測量其在膠帶上停留的位置,此動作重複五次,取其平均值。 並與高中物理做一結合探討:
圖 1、斜面測試法原理圖圖 1、斜面測試法原理圖
原本彈珠在斜面頂所具有的重力位能(U),滑入 膠帶區後會被膠帶黏性所做的負功(-W)所抵消。 重力位能(U)U=-W m*g×h=F×S Kg1×g×h=Kg2×g×S(把 g 消掉) Kg1×h=Kg2×S Kg2=Kg1×h/S(同時除以 1000 化成公克重) 黏力(gw)=鋼珠重×h / S (滑行距離)
表 2:膠帶黏性排序列表表 2:膠帶黏性排序列表
從以上數據得知:
  1. 即使是同廠牌,亦有黏性差異大的問題,例如北極熊廠牌,就各占了排首及排尾,說 明各廠牌在製作各種膠帶時,有規畫各項膠帶對其用途的專用性。
  2. 就平均來說,鹿頭牌是三個品牌中黏性最好的。
  3. 布膠帶黏性較透明膠帶好。
圖 2、斜面測試法實驗圖。圖 3、斜面測試法實驗圖圖 2、斜面測試法實驗圖。圖 3、斜面測試法實驗圖
二、瞬間黏力測試:
用錄影機攝影,取 30 公分的膠帶固定於木板上,在 45 公分的高度定點,將乒乓球不施力垂 直落下,觀察乒乓球的彈跳次數及高度,此動作重複五次,取其平均值。
表 3:膠帶瞬間黏力排序列表表 3:膠帶瞬間黏力排序列表
從以上數據得知:
1. 鹿頭牌 PVC 布紋膠帶測量多次皆無彈跳反應,因此其瞬間黏力最佳,平均數值 0。
2. 北極熊強力布膠帶其價位最高,但瞬間黏力最低。
圖 4、瞬間黏力實驗圖、圖 5、瞬間黏力實驗圖圖 4、瞬間黏力實驗圖、圖 5、瞬間黏力實驗圖
三、延展性測試:
取長度 10 公分的膠帶,將頭尾各取 2.5 公分,一邊黏住桌子,一邊以鐵棒綑著,中間五公分 處為測量區域。握住鐵棒持續施力一分鐘,測量其長度,與原先長度比較,探討其延展性。
表 4:膠帶延展性排序列表表 4:膠帶延展性排序列表
  1. 3MScotch 牛皮紙膠帶進乎毫無延展性可言,僅僅用了 29 秒便將其拉至斷裂
  2. 北極熊彩色 OPP 膠帶及鹿頭牌 PVC 布紋膠帶在施力過程中屢屢移位,無法固定。
  3. 根據圖表,北極熊彩色 OPP 膠帶為其延展性最好的膠帶。
圖 6、延展性實驗實驗圖。圖 7、延展性實驗實驗圖。圖 8、牛皮紙膠帶實驗斷裂圖圖 6、延展性實驗實驗圖。圖 7、延展性實驗實驗圖。圖 8、牛皮紙膠帶實驗斷裂圖
四、防水性測試:
各樣膠帶取 20 公分,放入水中 30 秒後拿取,待自然晾乾後再使用斜面測試法測試其黏性, 將測試結果與初次相比,以推測數值較小者其防水性較佳。
表 5:膠帶防水性排序列表表 5:膠帶防水性排序列表
  1. 3MScotch 防水布膠帶雖名稱特別標示出防水,但其防水性卻位於中間值,並非最佳。
  2. 3MScotch 牛皮紙膠帶因名稱原先預估其防水性較差,但實驗結果顯示其防水性最佳。
  3. 膠布沾水之後,以前可能會急著丟掉,再去拿膠布重新定位黏貼,經過本實驗發現, 不一定要急著丟掉,可將其自然晾乾再使用。
圖 9、防水性實驗實驗圖。圖 10、防水性實驗實驗圖圖 9、防水性實驗實驗圖。圖 10、防水性實驗實驗圖
五、靜摩擦力測試:
將電子彈簧秤固定在桌邊,再將膠帶的邊緣一公分處打洞,再將鉤環勾住便攜式電子秤,最 後把膠帶黏在平滑木板上,用橡皮擦來回擦兩遍以確保膠帶完全貼合於木板上。緩慢對電子 秤逐漸施力,測試其在撕起來以前的最大靜摩擦力。
圖 11、靜摩擦力示意圖圖 11、靜摩擦力示意圖
靜摩擦力是當相互接觸的兩個物體相對靜止, 但是存在著相對運動的趨勢時,在接觸面之間 會產生一個阻礙相對運動的力。當外力加大到 使物體開始移動的一瞬間,靜摩擦力增大到了 最大值,稱為最大靜摩擦力。
表 6:膠帶靜摩擦力排序列表表 6:膠帶靜摩擦力排序列表
圖 12、靜摩擦力實驗圖圖 12、靜摩擦力實驗圖
  1. 透明膠帶等較薄的材質容易將膠帶從洞口撕裂,影響實驗。
  2. 北極熊廠牌就平均而言為最大靜摩擦力實驗中表現最好,推測其抗鬆脫性最好。
結論與生活應用
結合上述五項實驗,整理相關數據後得到以下綜合性能圖表,並歸納出以下結論:
膠帶綜合性能圖表膠帶綜合性能圖表
  1. 我們發現膠帶品牌名稱很容易誤導消費者,在本實驗中強力不見得強力,防水也不一 定是最防水,但是消費者從外表根本無從判別。
  2. 從價錢而言,越貴的產品是不一定有較佳的表現,便宜的產品有些也很棒。
  3. 膠布沾水或淋雨之後,不一定要急著丟掉,若將其烘乾再使用,效果並不會變差。
  4. 北極熊彩色 OPP 膠帶為其平均 CP 值最高。
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