การศึกษาอิทธิพลของตัวแปรการขึ้นรูปที่มีผลต่อสมบัติความต้านทานการสึกหรอของ UHMWPE จากการขึ้้นรูปด้วยกรรมวิธีอัดรีดขึ้นรูปด้วยแกนอัด

Abstract

การขึ้นรูปวัสดุก้อนพอลิเอทีลีนมวลโมเลกุลสูง(UHMWPE) ต้องทำการขึ้นรูปภายใต้สภาวะอุณหภูมิ ความดัน และเวลาที่เหมาะสม เนื่องจาก UHMWPE มีความหนืดสูง และไม่มีจุดไหลตัว เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมละลายเหมือนกับพอลิเอทีลีนชนิดอื่น ส่งผลให้ UHMWPE ไม่สามารถทำการขึ้นรูปได้ด้วยกรรมวิธีทั่วๆ ไปได้ แต่สามารถขึ้นรูปได้ด้วยกรรมวิธีการอัดขึ้นรูปด้วยโมล และกรรมวิธีการอัดรีดขึ้นรูปด้วยแกนอัด ผู้วิจัยจึงมีแนวคิดในการศึกษาวิเคราะห์อิทธิพลของตัวแปรการขึ้นรูปที่มีผลต่อสมบัติความต้านทานการสึกหรอของ UHMWPE จากการขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีอัดรีดขึ้นรูปด้วยแกนอัดเปรียบเทียบกับวัสดุก้อน UHMWPE ที่นำเข้าจากต่างประเทศ งานวิจัยนี้ได้กำหนดสภาวะของตัวแปรการขึ้นรูป ประกอบด้วยอุณหภูมิขึ้นรูปที่ 140-160 ºC ความดัน 3-10 MPa และเวลาคงอุณหภูมิ 30 นาที ชิ้นทดสอบที่ผ่านการขึ้นรูปถูกนำมาทดสอบหาความต้านทานการสึกหรอด้วยวิธีแบบ Block on ring ตามมาตรฐาน ASTM G77 ทดสอบสมบัติทางกายภาพ สมบัติทางเคมี และสมบัติทางกล ผลการศึกษาวิจัย พบว่า ชิ้นทดสอบที่ผ่านการขึ้นรูปที่อุณหภูมิ 150 ºC ความดัน 5 MPa และเวลา คงอุณหภูมิ 30 นาที มีอัตราการสึกหรอต่ำสุด โดยมีความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าชิ้นทดสอบที่นาเข้าจากต่างประเทศถึง 4.75 เท่า เนื่องจากการเกิดครอสลิงค์ภายในสายโซ่พอลิเมอร์ และมีปริมาณความเป็นผลึก ค่าความเค้นแรงดึง ค่าความแข็งที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นทดสอบที่นำเข้าจากต่างประเทศ ซึ่งจากการวิเคราะห์สมบัติทางเคมีของชิ้นทดสอบที่นำเข้าจากต่างประเทศ พบพีคสัญญาณการสั่นของหมู่คาร์บอนิลที่บ่งบอกการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ปลายสายโซ่พอลิเมอร์ มีผลทำให้พอลิเมอร์มีความแข็งแรงลดลงและมีผลต่อการลดลงของความต้านทานการสึกหรอ

Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) chunks had to produce under proper temperature, pressure and time because UHMWPE had high viscosity and had no pour point when temperature was higher than melting point as same as other type of polyethylene. Therefore, UHMWPE could not be fabricated by using general process. However, compression molding and ram extrusion process are suitable for UHMWPE production. Hence, this research is propose an idea to study and analyze the influence of variables on temperature, pressure and time of stable temperature affecting wear resistance properties of UHMWPE using Ram Extrusion Process. The products of this research will be compared with the imported UHMWPE chunks Forming process factor in this research were consisted of fabricating temperatures at 140- 160 ºC, the pressure of 3-10 MPa and 30 minutes a constant temperature. Testing specimens after fabrication were tested to find tribological properties by using Block on Ring Method according to ASTM G77 Standard Test Method. Testing of physical, chemical and mechanical properties were conducted in this experiment. The results revealed that testing specimen after fabrication under the condition of temperatures of 150 ºC pressure at 5 MPa and 30 minutes of stable temperature, present the lowest wear ratio with 4.75 times of wear resistance higher than imported specimens due to the occurrence of cross-linking within polymer chain. There was higher level of crystallinity, tensile stress and hardness when compared to imported specimens. The analysis on chemical properties of imported specimens found that the peak of vibration signal of carbonyl group (C=O) indicated oxidation reaction at the end of polymer chain, resulting that polymer had its decreased hardness and wear resistance.