An influence of process parameters on mechanical properties and wear resistance in hot compression molding process for UHMWPE
โดย วิโรจน์ ฉัตรเกษ
ปี 2557
บทคัดย่อ
ผงพอลิเมอร์ UHMWPE บริสุทธิ์เป็นวัสดุที่ยากต่อการขึ้นรูปด้วยวิธีการเป่าขึ้นรูป หรือการฉีดขึ้นรูป เนื่องจากสมบัติของชนิดนี้ที่แสดงค่ามวลโมเลกุลต่ำ ความหนืดสูง และไม่มีจุดไหลตัวเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลว งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ในการหาสภาวะอุณหภูมิ แรงดัน และเวลาคงอุณหภูมิ ที่เหมาะสมสำหรับการอัดขึ้นรูปร้อนผงพอลิเมอร์ UHMWPE และศึกษาอิทธิพลตัวแปรการอัดขึ้นรูปร้อนที่มีผลต่อสมบัติของพอลิเมอร์ UHMWPE วัสดุที่ใช้ในการทดลอง คือ ผงพอลิเมอร์ UHMWPE บริสุทธิ์ เกรด SLL – 6 – 6020 ผงวัสดุถูกนำมาทำการอัดขึ้นรูปร้อนให้เป็นแผ่นขนาดกว้าง 160 มม. ยาว 80 มม. และหนา 10 มม. ตัวแปรการอัดขึ้นรูปร้อนที่อุณหภูมิ 170 – 210 °C แรงดัน 5 – 20 MPa และเวลาคงอุณหภูมิ 30 – 90 นาที และนำวัสดุที่ผ่านการขึ้นรูป มาทดสอบสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมี จากนั้นนำผลการทดสอบที่ได้ ไปทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบกับวัสดุ UHMWPE ที่นำเข้าจากต่างประเทศ จากการทดสอบพบว่า สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการอัดขึ้นรูปร้อนวัสดุ UHMWPE คือต้องใช้ อุณหภูมิ 190 °C แรงดัน 20 MPa และเวลาคงอุณหภูมิ 30 นาที วัสดุที่จากการขึ้นรูปจะมีอัตราการยืดตัวสูงสุด 460.49 % และอัตราการสึกหรอต่ำสุด 6.62×10-8 mm3/Nm เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแผ่น UHMWPE ที่นำเข้าจากต่างประเทศ พบว่า วัสดุทดลองแสดงค่าความเค้นแรงดึงสูงกว่าและอัตราการสึกหรอต่ำกว่า ซึ่งผลการทดสอบเอกลักษณ์ทางเคมีและโครงสร้างจุลภาค แสดงให้เห็นว่าการเกิดเชื่อมโยงในสายโซ่พอลิเมอร์ส่งผลทำให้อนุภาค UHMWPE มีการเกาะยึดติดกันได้สมบูรณ์ดี
Pure Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene (UHMWPE) powder is one of the material known as low formability in conjunction with blow forming and injection process due to its properties that has low molecular mass and high viscosity as well as non-flowable materials when the process temperature goes beyond melting point. Therefore, this research aims to develop the forming process which suitable for the UHMWPE material. It is also to study the parameters which dominate over the mechanical properties of UHMWPE’s products. The experimental was conducted by using pure UHMWPE powder, SLL – 6 – 6020 material. A compression molding process was used to produce a rectangular plate sized 160 x 80 x 10 millimeters. The process parameters such as temperature, pressure and holding interval were carried out by altering between 170 – 210 °C, 5 – 20 MPa and 30 – 90 minutes respectively. The formed plate were tested to investigate their physical mechanical and chemical properties. The tested results were compared with the commercial UHMWPE. The experimental result shows that the optimal process parameters were the temperature of 190 °C, the pressure of 20 MPa and holding interval of 30 minutes. The formed plate had the highest elongation of 460.49 %, but has the lowest wear rate of 6.62 x 10-8 mm3/Nm. These properties were better than the properties of the commercial UHMWPE. The chemical and physical tests shows that the experimental products have more completion of connection in polymeric chain, as the result, ultimate tensile strength and wear rate properties were improved.