การขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตแบบความยาวต่อเนื่องจากเส้นใย พอลิพรอพิลีนเสริมแรงด้วยเส้นใยปอด้วยกระบวนการขึ้นรูปแบบพูลทรูชั่น

Abstract

กระบวนการพูลทรูชั่นเป็นกระบวนการผลิตที่เหมาะสมสาหรับการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตที่มีลักษณะของหน้าตัดคงที่และมีความยาวอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปกระบวนการผลิตแบบนี้จะรู้จักกันดีในชื่อของเทอร์เซ็ตติ้งพูลทรูชั่น ซึ่งจะใช้วัสดุเนื้อพื้นกลุ่มเทอร์โมเซ็ตติ้ง ปัจจุบันกระบวนการขึ้นรูปเทอร์โมพลาสติกพูลทรูชั่น ยังไม่ได้รับการศึกษาวิจัยและผลิตชิ้นส่วนวัสดุคอมโพสิตอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหรือเชิงการค้าเมื่อเทียบกับกระบวนการขึ้นรูปเทอร์เซ็ตติ้งพูลทรูชั่น กระบวนการเทอร์โมพลาสติกพูลทรูชั่นจะขึ้นรูปด้วยการดึงเส้นใยเสริมแรงและเส้นใยเทอร์โมพลาสติกผ่านดายร้อนเพื่อทาให้เกิดการหลอมเหลวและไหลตัวเข้าไปแทรกซึมในเส้นใยเสริมแรง เส้นใยจะถูกดึงผ่านหน้าตัดดายที่คงที่และร้อนเพื่อขึ้นรูปให้เป็นวัสดุคอมโพสิตที่มีความยาวอย่างต่อเนื่อง ในการศึกษาวิจัยนี้ เส้นใยพอลิพรอพิลีนใช้เป็นวัสดุเนื้อพื้น เส้นใยปอเป็นวัสดุเสริมแรง ในขณะเดียวกันเส้นใยแก้วจะถูกใช้เป็นเส้นใยเสริมแรงเพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับโครงสร้างของวัสดุเพื่อให้สามารถพูลทรูชั่นได้สาเร็จ อัตราส่วนการเติมเส้นใยเป็นพารามิเตอร์ที่สาคัญสาหรับกระบวนการขึ้นรูปนี้ ซึ่งสามารถคานวณได้จากอัตราส่วนของพื้นที่หน้าตัดของวัสดุทั้งหมดที่ใช้ในการพูลทรูชั่นต่อพื้นที่หน้าตัดของดายที่ใช้ในการขึ้นรูป อัตราส่วนการเติมเส้นใยนี้จะต้องถูกออกแบบให้มีค่ามากกว่า 100 เปอร์เซ็นต์ ในที่นี้คานวณอัตราการเติมเส้นใย 100.52 เปอร์เซ็นต์ ประกอบด้วยเส้นใยปอ 23.06 เปอร์เซ็นต์ เส้นใยแก้ว 9.01 เปอร์เซ็นต์ และเส้นใยพอลิพรอพิลีน 68.45 เปอร์เซ็นต์ อุณหภูมิสาหรับการขึ้นรูปกาหนดไว้ 190, 200, 210 และ 220 องศาเซลเซียส และความเร็วในการดึงขึ้นรูปจะกาหนดไว้ 40, 100 และ 140 มิลลิเมตรต่อนาที การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคของชิ้นทดสอบจะใช้สาหรับการวัดคุณภาพการแทรกซึมของเรซินเข้าไปในเส้นใยโดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์รูปภาพด้วยโปรแกรมโฟโตชอปซีเอส 6 และโปรแกรมอิมเมจเจ 1.52a การทดสอบแรงดึง (ASTM D3039) และการทดสอบแรงดัด (ASTM D790) ถูกนามาใช้สาหรับการประเมินค่าความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิตที่ขึ้นรูปได้ วัสดุคอมโพสิตแบบความยาวต่อเนื่องจากเส้นใยปอเสริมแรงในพอลิพรอพิลีนประสบผลสาเร็จในการขึ้นรูปแบบเทอร์โมพลาสติกพูลทรูชั่น โดยมีขนาด 25 x 3 มิลลิเมตร และยาว 1,500 มิลลิเมตร เส้นใยเสริมแรงทั้งหมดจะมีการจัดเรียงตัวในทิศทางเดียวกัน จากการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคพบว่าอุณหภูมิและความเร็วในการดึงขึ้นรูปมีผลกับคุณภาพการแทรกซึมของพอลิพรอพิลีนเรซินและปริมาณของฟองอากาศในวัสดุคอมโพสิต อุณหภูมิที่สูงขึ้นเรซินจะแทรกซึมเข้าไปในเส้นใยได้ดีกว่า ในขณะที่ความเร็วเพิ่มสูงขึ้นความสามารถในการแทรกซึมของเรซินจะลดลง สมบัติทางกลจะมีค่าเพิ่มสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิการขึ้นรูปเพิ่มสูงขึ้น ที่อุณหภูมิการพูลทรูชั่น 200 องศาเซลเซียส สมบัติทางกลดีที่สุด แต่เมื่อสูงเกินกว่า 200 องศาเซลเซียส พบว่าสมบัติทางกลมีค่าลดลงแม้ว่าอัตราการแทรกซึมของเรซินจะดี เนื่องจากเส้นใยปอได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิสูงในระดับที่ใกล้เคียงกับจุดสลายตัวของเส้นใยปอ นอกจากนั้นเมื่อความเร็วในการพูลทรูชั่นเพิ่มสูงขึ้นจะทาให้คุณภาพการแทรกซึมของเรซินลดต่าลง และส่งผลให้สมบัติทางกลลดลงเช่นกัน จากผลการทดลองพบว่าความเร็วในการพูลทรูชั่นที่ดีที่สุดเท่ากับ 40 มิลลิเมตร/นาที ดังนั้นผลการศึกษาวิจัยนี้จะสามารถใช้เป็นแนวทางในการกาหนดกรอบของสภาวะการขึ้นรูปแบบเทอร์โมพลาสติกพูลทรูชั่นที่เหมาะสมสาหรับขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตแบบความยาวต่อเนื่องที่มีการเสริมแรงด้วยเส้นใยจากธรรมชาติในเนื้อพื้นเทอร์โมพลาสติก