อิทธิพลของตัวริเริ่มปฏิกิริยาเชิงแสงและการกระตุ้นด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีต่อสมบัติของวัสดุคอมโพสิตอีพ็อกซี่

Abstract

การขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตอีพ็อกซีมักใช้ความร้อนเพื่อเร่งให้เกิดปฏิกิริยาการบ่มสุก ซึ่งมักพบการเสื่อมสภาพจากความร้อนและใช้เวลาในการเกิดปฏิกิริยานานเกินไป ดังนั้น จึงมีการศึกษาทางเลือกใหม่ในการบ่มสุก โดยการเติมตัวริเริ่มปฏิกิริยาเชิงแสงลงในวัสดุอีพ็อกซี่และใช้รังสีอัลตราไวโอเลตเพื่อเป็นตัวกระตุ้นในการเกิดปฏิกิริยาและลดระยะเวลาในการบ่มสุก งานวิจัยนี้ ได้ทำการเติมที่เติมสารละลายระหว่างตัวริเริ่มปฏิกิริยาเชิงแสงชนิดบิสเอซิลฟอสฟีนออกไซด์และตัวทำให้แข็งชนิดไซโคลแฮกซิลเอไมด์ ที่อัตราส่วนผสม 0.0, 3.0 และ 5.0 ส่วนต่อร้อยส่วนโดยน้ำหนักเรซิ่น (phr.) แล้วกระตุ้นด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตชนิดเอ (UV-A) เป็นเวลา 0.0 2.0 และ 4.0 นาที และทำการบ่มสุกที่อุณหภูมิ 80 100 และ 120 องศาเซลเซียส (°C) ตามลาดับ เพื่อทำการวิเคราะห์หาปริมาณและอัตราการเกิดปฏิกิริยาบ่มสุกด้วยเทคนิคดิฟเฟอร์เรนเชี่ยลสแกนนิ่งแคลอรี่มิทรี่ พบว่า การกระตุ้นด้วย UV-A เป็นเวลา 2 นาที และใช้อุณหภูมิการบ่มสุกที่ 100 °C ส่งผลให้วัสดุอีพ็อกซีมีความหนืดเหมาะสมที่จะนำไปขึ้นรูปและมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงสุด นอกจากนี้ ยังพบว่าระยะเวลาการบ่มสุกที่เหมาะสม คือ 40 นาที จากการศึกษาแสดงให้เห็นว่า การใช้สารละลายตัวริเริ่มปฏิกิริยาเชิงแสงที่สูงขึ้นส่งผลให้อัตราการเชื่อมขวางของสายโซ่โมเลกุลและปริมาณการเชื่อมขวางที่สูงขึ้น ในทุกๆสภาวะการบ่มสุก แต่อย่างไรก็ตาม พบว่า วัสดุคอมโพสิตอีพ็อกซี่ที่ใช้สารละลายตัวริเริ่มปฏิกิริยาเชิงแสงในปริมาณ 3 phr. และบ่มสุกที่อุณหภูมิ 100 °C เป็นเวลา 40 นาที ให้ค่าการทนต่อแรงกระแทกและการทนต่อแรงดึงสูงสุด จึงสามารถสรุปได้ว่า การกระตุ้นวัสดุอีพ็อกซีที่เติมสารริเริ่มปฏิกิริยาเชิงแสงด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตช่วยลดระยะเวลาและพลังงานในกระบวนการบ่มสุกของงานวัสดุคอมโพสิต

Thermal curing is usually used for epoxy composites manufacturing. The thermal degradation occurs when the exothermic reaction produces sufficient heat. As a result, this study investigated the pre-curing process by adding the photo-initiator into epoxy composites and using ultraviolet rays to accelerate the reaction and reducing the curing time. The solution of a photo-initiator Bisacyl Phosphine Oxide (BaPO) and a hardener Cyclohexylamide were added at the rate of 0.0, 3.0 and 5.0 per percent in proportion to resin (phr) mixed with epoxy resin and then activated by ultraviolet-A (UV-A) for 0.0, 2.0, and 4.0 minutes, at the isothermal curing of 80, 100, and 120 °C, respectively. Differential scanning calorimetry was used to analyze the curing behavior in terms of the proportion and reaction. The study found that irradiated epoxy composites activated by UV-A for 2 minutes at the curing temperature 100 °C obtained the proper viscosity and the highest reaction rate. Additionally, the most suitable curing time was 40 minutes. The results showed that the higher content of photo-initiator solution resulted in a higher rate of reaction and a number of crosslinks in every curing condition. However, mechanical characterization with 3.0 phr of photo-initiator solution and at the curing temperature 100 °C for 40 minutes showed the optimal tensile and impact strength. As a consequence, this research concludes that the application of photo-initiators accelerated by ultraviolet rays helps reduce the time and energy in the curing process of epoxy composite manufacturing.