พอลิเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงเชิงประกอบเพื่อความต้านทานการสึกหรอภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและสารหล่อลื่นสำหรับการนำไปประยุกต์ใช้งานทางด้านชิ้นส่วนเครื่องจักรกลอุตสาหกรรม

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการขึ้นรูปวัสดุก้อนกึ่งสำเร็จรูป UHMWPE ด้วย Ram extruder ที่ให้ค่าความเค้นครากสูงสุด และอัตราการสึกหรอต่ำสุด สำหรับการ นำไปประยุกต์ใช้งานทางด้านการแพทย์และทางด้านวิศวกรรมเครื่องจักรกลต่างๆ การดำเนินการ ศึกษาวิจัยกำหนดสภาวะของการทดลองขึ้นรูปผง UHMWPE บริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 140 150 และ 160 ?C ความดัน 3 5 8 และ 10 MPa เวลาคงอุณหภูมิ 30 นาที หลังจากที่ได้ข้อมูลสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการ ขึ้นรูปผง UHMWPE บริสุทธิ์ จึงดำเนินการขึ้นรูป UHMWPE ผสมฟิลเลอร์ชนิดต่างๆ เพื่อศึกษาวิเคราะห์ หาปริมาณการผสมฟิลเลอร์แต่ละชนิดที่มีผลต่อการปรับปรุงสมบัติความต้านทานการสึกหรอของ UHMWPE composite ผลการศึกษาวิจัย พบว่า สภาวะการอัดรีดขึ้นรูปที่อุณหภูมิ 150 ?C ความดัน 5 MPa เวลาคง อุณหภูมิ 30 นาที เป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากชิ้นทดสอบมีสมบัติทางกลสูงสุดโดยมีค่าความเค้น คราก ความเค้นแรงดึงสูงสุด และค่าความยืดเท่ากับ 20.43 ? 1.21 MPa, 28.33 ? 1.53 MPa และ 285.60 ? 6.41 % ตามลำดับ และมีอัตราการสึกหรอต่ำสุดเท่ากับ 3.02 ? 10-9 ? 5.27 ? 10-10 mm3/Nm โดยมีสมบัติทางกลและความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าวัสดุก้อน UHMWPE ที่นำเข้าจาก ต่างประเทศ 23.3 % (วิเคราะห์จากค่า Ultimate tensile strength) และ 4.75 เท่า ตามลำดับ จากการ เกิด cross-linking ภายในสายโซ่พอลิเมอร์และปริมาณความเป็นผลึกที่สูงกว่า โดยมีปริมาณความเป็น ผลึกเท่ากับ 61.52% .ในขณะที่วัสดุก้อน UHMWPE ที่นำเข้าจากต่างประเทศ จากการวิเคราะห์ IRspectrum พบ พีคสัญญาณการสั่นของหมู่ carbonyl (C=O) ที่แสดงให้เห็นการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ที่ปลายสายโซ่พอลิเมอร์ และปริมาณความเป็นผลึกมีค่าเท่ากับ 53.31 % ซึ่งมีผลทำให้พอลิเมอร์มีความ แข็งแรงลดลง สำหรับในส่วนของชิ้นทดสอบ UHMWPE ผสมฟิลเลอร์ชนิดต่างๆ พบว่า ปริมาณการผสมที่ เหมาะสมที่สุดสำหรับฟิลเลอร์ชนิดต่างๆ มีดังนี้ 1. ปริมาณการผสม 0.3 wt. % Al2O3 particle size 0.05 ?m มีค่าความเค้นคราก ความเค้นแรง ดึงสูงสุด และค่าความยืดเท่ากับ 23.17 ? 3.35 MPa, 34.78 ? 2.80 MPa และ 229.00 ? 6.09 % ตามลำดับ หรือสมบัติทางกลสูงกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 18.55 % (วิเคราะห์จากความเค้นแรงดึง สูงสุด) สำหรับในส่วนของอัตราการสึกหรอมีค่าเท่ากับ 2.09 ? 10-9 ? 3.39 ? 10-10 mm3/Nm หรือมี ความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 1.44 เท่า 2. ปริมาณการผสม 0.4 wt. % Al2O3 particle size 0.3 ?m มีค่าความเค้นคราก ความเค้นแรง ดึงสูงสุด และค่าความยืดท่ากับ 21.93 ? 0.51 MPa, 25.40 ? 0.69 MPa และ 267.67 ? 22.03 % ตามลำดับ หรือสมบัติทางกลต่ำกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 11.54 % (วิเคราะห์จากค่าความเค้น แรงดึงสูงสุด) สำหรับในส่วนของอัตราการสึกหรอมีค่าเท่ากับ 2.32 ? 10-9 ? 4.78 ? 10-10 mm3/Nm หรือมีความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 1.30 เท่า 3. ปริมาณการผสม 0.4 wt. % Al2O3 particle size 1 ?m มีค่าความเค้นคราก ความเค้นแรงดึง สูงสุด และค่าความยืดเท่ากับ 23.93 ? 1.89 MPa, 26.77 ? 1.20 MPa และ 296.54 ? 7.51 % ตามลำดับ หรือสมบัติทางกลต่ำกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 5.83 % (วิเคราะห์จากค่า Ultimate tensile strength) สำหรับในส่วนของอัตราการสึกหรอมีค่าเท่ากับ 2.14 ? 10-9 ? 3.16 ? 10-10 mm3/Nm หรือมีความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 1.41 เท่า 4. ปริมาณการผสม 4 wt. % Al2O3 particle size 5 ?m มีค่าความเค้นคราก ความเค้นแรงดึง สูงสุด และค่าความยืดเท่ากับ 22.57 ? 2.01 MPa, 26.31 ? 3.11 MPa และ 136.66 ? 11.67 % ตามลำดับ หรือสมบัติทางกลต่ำกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 7.68 % (วิเคราะห์จากค่าความเค้นแรง ดึงสูงสุด) สำหรับในส่วนของอัตราการสึกหรอมีค่าเท่ากับ 2.37 ? 10-9 ? 5.71 ? 10-10 mm3/Nm หรือ มีความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าวัสดุก้อน UHMWPE บริสุทธิ์ 1.27 เท่า

คำสำคัญ