pmo 41 conf_thai/2019_pmo14.pdfpmo14-3 แต ท งน พบว า แผ นยางท ได...
Post on 06-Mar-2020
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PMO141
กระบวนการเตรยม ขนรปและสมบตเชงกล/ไฟฟาของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL Preparation, Processing and Mechanical/ Electrical Properties of MWCNT/RVNRL Composites
บษราภรณ มลเหลก (Budsaraphorn Moonlek)* เอกชย วมลมาลา (Ekachai Wimolmala)** ดร.เกยรตศกด แสนบญเรอง (Dr.Kiadtisak Saenboonruang)***
บทคดยอ
งานวจยน ศกษาและพฒนาวสดปองกนคลนแมเหลกไฟฟาจากวสดเชงประกอบยางธรรมชาตทผานกระบวนการคงรปดวยรงสแกมมา โดยการเตมสารตวเตมประเภทคารบอนนาโนทวบชนดผนงหลายชน ปรมาณ 0, 2, 4 และ 6 phr และการใชเสนใยไหมเพอเพมสมบตการน าไฟฟาและสมบตเชงกลของชนงาน ผลการวจยพบวา เมอมการเตม MWCNT คามอดลสแรงดง ความตานทานตอแรงดง และคาเปอรเซนการยดตว ณ จดขาด มแนวโนมลดลง แตสงผลท าใหคาความแขงทผวและคาการน าไฟฟามคาสงขน ในขณะทการใชเสนใยไหมในวสดเชงประกอบทมการเตม MWCNT ปรมาณ 6 phr ซงเปนปรมาณทสงผลท าใหชนงานมคาการน าไฟฟาสงสด สามารถเพมคาความแขงและคาความตานทานตอแรงดงใหเพมขนเมอเทยบกบชนงานทไมมการใชเสนใยไหม ดงนน ผลการวจยโดยรวมแสดงใหเหนวา การเตมสารตวเตม MWCNT และการใชเสนใยไหมกบวสดเชงประกอบยางธรรมชาต ท าใหชนงานมสมบตโดยรวมทสามารถน าไปใชในการพฒนาเปนวสดปองกนคลนแมเหลกไฟฟา
ABSTRACT
This work aimed to study and to develop EMI shielding materials based on radiation-vulcanized natural rubber latex (RVNRL) with the addition of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) (0, 2, 4 and 6 part per hundred parts of rubber; phr) and the use of silk fibers to improve both mechanical and electrical properties of the materials. The results showed that the addition of MWCNT led to the decreases in tensile modulus, tensile strength, and elongation at break, but increased the values of hardness and electrical conductivity. In addition, the use of silk fibers resulted in the increases of hardness and tensile strength in the composites with 6-phr MWCNT, which presented highest electrical conductivity. In summary, the overall results suggested that the uses of MWCNT and silk fibers improved overall properties of the MWCNT/RVNRL composites, presenting the potential to use the developed composites as EMI shielding materials.
ค าส าคญ: ยางธรรมชาต คารบอนนาโนทวบ รงสแกมมา Keywords: Natural rubber, Carbon nanotube, Gamma rays * นกศกษา หลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชารงสประยกตและไอโซโทป ภาควชารงสประยกตและไอโซโทป คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ** รองศาสตราจารย กลมวจยการผลตและขนรปพอลเมอร คณะพลงงานสงแวดลอมและวสด มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร *** ผชวยศาสตราจารย ภาควชารงสประยกตและไอโซโทป คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร
187
PMO14-2
บทน า
ยางธรรมชาตเปนหนงในพชเศรษฐกจทมความส าคญตอเศรษฐกจของประเทศไทย ทสามารถผลตและสงออก
ยางธรรมชาตทงในรปแบบของน ายางดบและผลตภณฑแปรรปไดสงเปนล าดบตนๆ ของโลก น ารายไดเขาประเทศเปน
จ านวนมาก ทงนความตองการและรปแบบการใชยางธรรมชาตในปจจบนไดเพมสงขนอยางมนยส าคญ เนองจากยาง
ธรรมชาตมคณสมบตเดนในดานความยดหยนและโคงงอทด ทนทาน มความสามารถในการขนรปไดหลายรปแบบ อก
ท งสามารถยอยสลายโดยใชกระบวนการทางชวภาพได โดยปกต กระบวนการคงรปของยางธรรมชาตหรอ
กระบวนการวลคาไนซยาง (Vulcanization) นน นยมใชผงก ามะถน (Sulphur) รวมกบสารเรงปฏกรยาตางๆ เพอชวยให
ยางธรรมชาตมความแขงแรงและสมบตเชงกลโดยรวมทดขน เหมาะตอการน าไปใชประโยชน แตทงนพบวา สารเคม
เหลานรวมถงผลตภณฑทเกดขนจากกระบวนการคงรปยางธรรมชาต เชน สารไนโตรซามน (Nitrosamine) (Incavo,
Schafer, 2006) มความเปนพษตอสงแวดลอมและสงมชวตตางๆ เนองจากสามารถกอใหเกดมะเรงกบผใชงานได ดงนน
การเลอกใชกระบวนการคงรปดวยวธอน ทมความปลอดภยสงกวา จงเปนอกทางเลอกหนง ทสามารถเพมความ
ปลอดภยใหกบผใชและผผลตผลตภณฑยางธรรมชาตได
กระบวนการคงรปยางธรรมชาตโดยใชรงสแกมมา (Gamma vulcanization; GV หรอ Radiation
vulcanization; RV) เปนกระบวนการคงรปวธการหนงทสามารถเพมความปลอดภยใหกบผผลตและผใชยางธรรมชาต
ได เนองจากกระบวนการคงรปดงกลาว สามารถลดปรมาณ/ชนดของสารเคมอนตรายทใชในกระบวนการคงรปให
นอยลง ซงหลกการของกระบวนการ RV มดงนคอ รงสแกมมาเขาไปท าอนตรกรยาและเกดการถายโอนพลงงานกบ
โมเลกลของน าทอยในน ายางธรรมชาตและ/หรอกบโมเลกลของยางธรรมชาตโดยตรง ท าใหเกดอนมลอสระ (Free
radicals) ขนในน ายาง ซงสามารถท าใหเกดการจบพนธะระหวางคารบอนกบคารบอน (C-C bond) ทอยคนละสายโซ
โมเลกล จนเกดการเชอมโยงพนธะขาม (Crosslinking) ของสายโซโมเลกลขน เกดเปนโครงสรางแบบรางแห สงผลท า
ใหน ายางธรรมชาตมความแขงแรงเพมขน กระบวนการคงรปโดยใชรงสแกมมา แสดงไดดงภาพท 1 โดยน ายาง
ธรรมชาตทไดจากกระบวนการคงรปดวยรงสแกมมานน (Radiation vulcanized natural rubber latex; RVNRL) สามารถ
ขนรปเปนแผนฟลมยางธรรมชาตไดเชนเดยวกบการใชก ามะถน นอกจากนพบวา สามารถเกบรกษา RVNRL ไดนาน
กวายางธรรมชาตทผานการคงรปดวยก ามะถน (Sulphur vulcanized natural rubber latex; SVNRL) เนองจาก เมอมการ
หยดฉายรงสแกมมากบน ายางธรรมชาตแลวนน กระบวนการเชอมโยงพนธะขามของโมเลกลยางหยดลง สงผลท าใหน า
ยางทเกบรกษา มลกษณะและโครงสรางใกลเคยงกบตอนหลงฉายรงสแกมมา นอกจากน RVNRL ยงไมมสารเคมทเปน
พษตกคางอยในผลตภณฑอกดวย ผลตภณฑทไดจงมความปลอดภยสงกวา SVNRL (Scagliusi et al., 2012)
ภาพท 1 กระบวนการคงรปยางธรรมชาตโดยใชรงสแกมมา เพอใหเกดการเชอมโยงขามของสายโซโมเลกล
188
PMO14-3
แตท งนพบวา แผนยางทไดจากการ RVNRL มสมบตเชงกลโดยรวมทต ากวา SVNRL เนองจากเปนการ
เชอมโยงขามแบบ C-C ซงมความแขงแรงของพนธะทนอยกวา SVNRL ซงเปนแบบ C-S-C ดงนน เพอเปนการเพม
ความแขงแรงใหกบชนงานทผลตจาก RVNRL จงมการน าแผนยาง RVNRL เสรมแรงดวยเสนใยตางๆ เชน เสนใยไหม
หรอเสนใยไนลอน ซงเสนใยดงกลาวสามารถเพมความแขงแรงใหกบแผนยางไดอยางมนยส าคญ ดงเหนไดจากงานวจย
ของ Smitthipong et al. (2016) ซงท าการศกษาถงการน าเสนใยไหมและเสนใยไนลอนมาเสรมแรงแผนยางธรรมชาต ซง
ผลการวจยแสดงใหเหนวาแผนยางธรรมชาตทเสรมแรงดวยเสนใยทงสองชนดมสมบตเชงกลโดยรวมทเพมขน โดยเสน
ใยไหมสามารถเพมสมบตเชงกลโดยรวมใหกบแผนยางไดดกวาการใชเสนใยไนลอน
ตามทไดกลาวมาขางตน การประยกตใชแผนยางธรรมชาตสามารถเกดขนไดหลากหลายรปแบบ โดยหนงใน
การประยกตใชทเปนไปไดในปจจบน คอ การใชแกปญหาดานอเลกทรอนกส โดยเฉพาะการรบกวนของสนามแมเหลก
ไฟฟา (Electromagnetic Interference; EMI) ตออปกรณอเลกทรอนกสตางๆ ซงในปจจบน ระบบอเลกทรอนกสมความ
ละเอยดออนและซบซอนมากขน ดงนน สนามแมเหลกไฟฟาเหลานสามารถสงผลกระทบตอการท างานของระบบหรอ
เครองมอตางๆ เชน รบกวนระบบการท างานของเครองมอทางทหาร รบกวนระบบน าทางแบบคลนวทยหรอการ
ใหบรการดานความปลอดภย ซงอาจน าไปสความผดปกตทไมพงประสงคหากไมไดรบการดแลอยางเหมาะสม โดย
คณสมบตหนงทส าคญของวสดทสามารถน ามาใชปองกนการรบกวนของสนามแมเหลกไฟฟา คอ สมบตการน าไฟฟา
ของวสด โดยวสดทสามารถน าไฟฟาทด จะสามารถปองกนคลนรบกวนไดดวาวสดทเปนฉนวน (Gao et al., 2018) แต
ท งนพบวา ยางธรรมชาตมสมบตในการน าไฟฟาทต า (Kaewunruen, Meesit, 2016) ดงน น เพอเปนการเพม
ความสามารถในการปองกนการรบกวนของสนามแมเหลกไฟฟาตออปกรณอเลกทรอนกสของวสดทผลตจากยาง
ธรรมชาตใหมประสทธภาพทสงขน จ าเปนตองมการเตมสารตวเตมทมคณสมบตในการน าไฟฟาทดกบยางธรรมชาต
เพอเปนการลดความตานทานโดยรวมและเพมความสามารถในการน าไฟฟาใหสงขน
คารบอนนาโนทวบหรอทอคารบอนนาโน (Carbon nanotubes; CNT) แบบผนงชนเดยว (Single-walled
carbon nanotubes; SWCNT) หรอแบบผนงหลายชน (Multi-walled carbon nanotubes; MWCNT) สามารถน ามาใชเพม
ประสทธภาพในการน าไฟฟาของแผนยางธรรมชาตได ซงในอดต มการน า CNT ใชเปนสารตวเตมในวสดหลกตางๆ
ซงนอกจากท าหนาทเปนสารตวเตมเสรมแรง (Reinforcing filler) แลว CNT สามารถเพมสมบตการน าไฟฟาใหกบวสด
ไดเชนกน ดงจะเหนไดจากผลงานวจยทผานมา มการใช CNT เพอเพมสมบตเชงกลและการเขากนของยางธรรมชาต
(Peng et al., 2010) และการใช MWCNT เปนสารตวเตมในยางซลโคน (Silicon Rubber; SR) ในปรมาณ 1%, 1.5%,
2.5% และ 4% ซงผลการวจยพบวา MWCNT สามารถเพมสมบตการน าไฟฟาใหเพมขน และสามารถปองกนการ
รบกวนของสนามไฟฟาของแผนยางซลโคนไดด โดยการเตม MWCNT ทปรมาณ 4% สามารถปองกนการรบกวนของ
สนามแมเหลกไฟฟาไดสงทสด (Vas, Thomas, 2015)
ดงนน งานวจยน มวตถประสงคเพอศกษาและพฒนาวสดเชงประกอบยางธรรมชาตทผานกระบวนการคงรป
ดวยรงสแกมมา ทมสมบตในการปองกนการรบกวนของสนามแมเหลกไฟฟา ดวยการเตมสารตวเตมชนด MWCNT
ปรมาณ 0, 2, 4 และ 6 สวนในน าหนกยางรอยสวน (Parts per hundred part of rubber by weight; phr) นอกจากน เพอ
189
PMO14-4
เปนการเพมความแขงแรงใหกบวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL จงมการใชเสนใยไหมเสรมแรงใหกบแผนยาง
ชนงาน โดยมการทดสอบสมบตตางๆ ทส าคญ ไดแก สมบตเชงกลตอแรงดง (Tensile properties) สมบตทางสณฐาน
วทยา (Morphology) และสมบตการน าไฟฟา (Electrical conductivity) ซงผลงานวจยนสามารถน าไปประยกตใชในงาน
ทตองการวสดทมความยดหยนทสงและสามารถปองกนการรบกวนของสนามแมเหลกไฟฟาไดด เชนใชในอปกรณสง/
รบคลนวทยในการสอสารหรอเครองมอทางการทหาร เปนตน นอกจากน ผลการวจยนเปนการเพมมลคาใหกบยาง
ธรรมชาตทผลตภายในประเทศไทยใหเพมขน เปนการเพมรายไดใหกบกลมเกษตรกร อตสาหกรรม และผลตภณฑใน
ประเทศไดเปนอยางด
วตถประสงคของการวจย
1. เพอศกษาผลของ MWCNT ตอสมบตเชงกลและสมบตการน าไฟฟาของวสดเชงประกอบยางธรรมชาตทผาน
กระบวนการคงรปดวยรงสแกมมา
2. เพอศกษาผลของเสนใยไหม ตอสมบตเชงกลของวสดเชงประกอบยางธรรมชาตทผานกระบวนการคงรปดวย
รงสแกมมา
วธการวจย
สารเคมทใชในการวจย
สารเคมทใชในการวจยและผจ าหนาย/ผผลตของสารเคมดงกลาว แสดงในตารางท 1
ตารางท 1 วตถดบและสารเคมทใชในงานวจย
Material/Chemicals Supplier/Company
NRL (Natural rubber latex) 60% Rubber Authority of Thailand
MWCNT Richest Group, Shanghai, China.
PDDA (Poly(diallyl-dimethylammonium chloride)) 20% Chemical express Co., LTD., Thailand.
SDS (Sodium dodecyl sulfate) 90 % Chemical express Co., LTD., Thailand.
NH3 (Ammonia) 1.5% Gammaco Co., LTD., Thailand.
KOH (Potassium hydroxide) 10% Gammaco Co., LTD., Thailand.
H2SO4 (Sulfuric acid) Scitrader Co., LTD., Thailand.
HNO3 (Nitric acid) Scitrader Co., LTD., Thailand.
n-BA (N-butyl acrylate) VIV Interchem Co., Ltd., Thailand.
วสดเสรมแรง เสนใยไหม จากรานรศมไหมไทย มน าหนกตอหนวยพนท 74.46 ± 0.01 g/m2 ตามมาตรฐาน
ASTM D 3776
190
PMO14-5
ตารางท 2 การทดสอบเสนดาย (Yarn tests) ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D 1059
Fabric Yarn count Tex
Silk Warp yarn 4.77 ± 0.10 per mm
Weft yarn 7.39 ± 0.24 per mm
การเตรยม RVNRL
ผสม NRL 60 % 8.33 kg กบสารละลาย NH3 1.5 % 1.67 kg โดยใชเครองกวนสารเปนเวลา 30 นาท จากนนเตม
KOH 10% 125 g และ n-BA 250 g กวนใหเขากนเปนเวลา 90 นาท แลวจงน าน ายางทผสมได บรรจใสภาชนะแลวน าไปฉาย
รงสแกมมา ดวยปรมาณรงส 14 kGy ณ สถาบนเทคโนโลยนวเคลยร (องครกษ) ท งนน ายางทผานการฉายรงสแกม
มาแลว ท าการเกบรกษาโดยการควบคมอณหภมในตความเยน (ประมาณ 4 oC) กอนการผสมกบ MWCNT และการขนรป
ชนงาน
การเตรยมสารตวเตม MWCNT ทผานการปรบผวดวยกรดผสมระหวาง H2SO4/HNO3
เตม MWCNT 1.08 g ในกรดผสมระหวาง H2SO4/HNO3 (อตราสวน 3:1) ปรมาตร 20 ml ใหความรอนดวยเตา
ใหความรอน (Hotplate) อณหภม 80° เปนเวลา 90 นาท จากนนจงเตมน ากลน ปรมาตร 800 ml และกรองดวยกระดาษ
กรองแลวจงน า MWCNT ทผานการปรบผว อบดวยเตาอบลมรอน (Hot air oven) อณหภม 100° เปนเวลา 12 ชวโมง
จนกระทง MWCNT แหง
การผสม RVNRL กบ MWCNT และการขนรปยาง
ผสม SDS 0.5 g กบ MWCNT ทผานการปรบผวดวยกรดผสม ปรมาณ 0, 1, 2 และ 3 g ซงเปรยบเทยบไดกบ
ปรมาณความเขมขนของ MWCNT ท 0, 2, 4 และ 6 phr ตามล าดบ จากนนเตมน ากลน ปรมาตร 100 ml แลวน าไปเขา
เครองเขยา ultrasonic เปนเวลา 30 นาท ปรบคา pH ใหเปน 10 ดวย 0.2 M KOH เพอใหโมเลกล MWCNT เปนประจ
ลบแลวจงเตมสารละลาย PDDA ซงมประจบวก ปรมาตร 50 ml ปนดวยเครองกวนสาร เปนเวลา 30 นาท จากนนผสม
RVNRL ปรมาณ 100 g เปนเวลา 24 ชม. กระบวนการเตรยมวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL แสดงไดดงภาพท 2
ภาพท 2 แสดงกระบวนการเตรยมวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL (Peng et al., 2010)
191
PMO14-6
เมอกวนน ายางเสรจ เทน ายางลงบนแมพมพใหมความหนาประมาณ 1 mm วางผาไหมทผานการชบดวยน ายา
งบนน ายางในแมพมพ แลวจงเทน ายางอก 1 mm ดงภาพท 3 ปลอยใหแผนยางแหงในอณหภมหอง ประมาณ 3 วน
จากนน น าแผนยางทได ไปท าการอดขนรปดวยเครองอดระบบความดนสง โดยใชความดน 600 psi อณหภม 70° เปน
เวลา 20 นาท ส าหรบชนงาน 1 แผน เพอใหการเขากนของแผนยางและเสนใยไหมดขน และลดฟองอากาศทอาจเกดขน
ในขนตอนของการตากแหง ทงน เพอเปรยบเทยบผลของผาไหมตอสมบตเชงกลของชนงาน คณะวจยฯ ท าการทดสอบ
แผนยาง MWCNT/RVNRL หนา 2 mm ทไมมการเสรมแรงดวยเสนใยไหม โดยใชขนตอนและกระบวนการเดยวกบ
ชนงานทดสอบทมการเสรมแรงดวยเสนใยไหม
ภาพท 3 แสดงการจดวางแผนยางกบเสนใยไหม
การตรวจสอบโครงสรางจลภาคและสมบตเชงกลของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL น าแผนวสดเชงประกอบ ทดสอบลกษณะทางกายภาพและลกษณะทางสณฐานวทยาดวยกลองจลทรรศน
อเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope; SEM) จากบรษท Philips รน XL30 ประเทศญปน และทดสอบสมบตเชงกลดานมอดลสแรงดง (Tensile modulus) การตานทานแรงดง (Tensile strength) เปอรเซนตการยดตว ณ จดขาด (Elongation at break) ตามมาตรฐาน ASTM D412-06 ดวยเครอง Universal Testing Machine จากบรษท Shimadzu รน Autograph AG-I 5kN ประเทศญปน โดยใชความเรวในการดง 500 mm/min และทดสอบคาความแขง (Hardness) ตามมาตรฐาน ASTM D2240-03 (Shore A) ดวยเครอง Hardness Tester รน GS-719G จากบรษท Teclock ประเทศญปน
การทดสอบสมบตการน าไฟฟาของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL
ใหความตางศกยไฟฟากระแสตรงจากเครองก าเนดศกยไฟฟาสง (High voltage power supply) ยหอ KEITHLEY รน 247 (ความตางศกยทใชเทากบ 500 V) ไปยงแผนวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL ท าการวดกระแสไฟฟา (Current) ทได โดยใชเครองวดกระแสไฟฟาความละเอยดระดบพโคแอมแปร (Pico-ammeter) ยหอ KEITHLEY รน 6485 ค านวณคาคงทความตานทานเชงปรมาตร (Volume resistivity; ρ) ตามสมการท 1
𝜌 =𝐴×𝑉
𝑡×𝐼 (1)
โดยท A คอ พนทหนาตดตวอยาง (cm2)
V คอ ความตางศกยทใหกบตวอยาง (V)
t คอ ความหนาตวอยาง (cm)
I คอ กระแสไฟฟาทวดได (A)
192
PMO14-7
ทงน คาคงทการน าไฟฟา (Electrical conductivity; σ) มความสมพนธกบคา ρ ตามสมการท 2
σ =1
𝜌 (2)
ผลการวจย
โครงสรางจลภาคและสณฐานวทยาของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL
ภาพท 4 โครงสรางสณฐานวทยาจากกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM)
(ก) วสดเชงประกอบ RVNRL/Silk (ข) วสดเชงประกอบ RVNRL ทเตมสารตวเตม MWCNT ปรมาณ 2 phr (ค) วสดเชงประกอบ RVNRL ทเตมสารตวเตม MWCNT ปรมาณ 4 phr (ง) วสดเชงประกอบ RVNRL ทเตมสารตวเตม MWCNT ปรมาณ 6 phr
193
PMO14-8
สมบตเชงกลและสมบตการน าไฟฟาของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL ตารางท 3 สมบตเชงกลและสมบตการน าไฟฟาของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL (± SD)
Sample MWCNT content
(phr)
Mechanical properties Electrical conductivity (x10-9)(S/cm)
Tensile modulus (MPa)
Tensile strength (MPa)
Elongation at break (%)
Hardness (Shore A)
NR 0 0.33±0.03 3.21±2.14 1030 ±16 20 ±1 1.39 ±0.60
RVNRL
0 0.53 ±0.02 17.22 ±1.11 1340 ±10 21 ±1 3.88 ±0.23 2 0.42 ±0.05 5.75 ±0.68 1044 ±20 26 ±1 4.24 ±0.20 4 0.54 ±0.03 5.76 ±0.83 1070 ±33 27 ±1 4.35 ±0.21 6 0.53 ±0.04 3.39 ±0.37 675 ± 26 32 ±1 4.37 ±0.21
NR/Silk 0 0.98 ±0.09 2.24 ±0.02 34.0 ±1.3 28 ±1 0.03 ±0.12
RVNRL/Silk
0 1.49 ±0.24 7.04 ±2.06 38.0 ±2.9 33 ±1 0.07 ±0.01 2 0.77 ±0.03 4.85 ±0.10 24.4 ±0.1 34 ±2 4.40 ±0.27 4 1.00 ±0.06 4.25 ±0.21 23.1 ±1.1 35 ±1 5.08 ±0.26 6 0.97 ±0.13 5.10 ±0.54 25.0 ±1.1 42 ±2 6.94 ±0.48
อภปรายและสรปผลการวจย
สมบตการน าไฟฟาของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL
จากตารางท 2 วสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL ทมการปรบเปลยนปรมาณสารตวเตม MWCNT ตงแต 0,
2 ,4 และ 6 phr มคาการน าไฟฟาสงขนตามปรมาณสารตวเตมทเพมขน เนองจากสารตวเตม MWCNT มสมบตการน า
ไฟฟาทสงกวาวสดยางทเปนฉนวนไฟฟา (คาการน าไฟฟาของ MWCNT อยระหวาง 106-107 S/m ในขณะทวสดยาง
ทวไป มคาการน าไฟฟาประมาณ 10-14 S/m) ดงนนเมอมการเตมสารตวเตม MWCNT ในวสดยาง จงสงผลท าให
อเลกตรอน (กระแสไฟฟา) สามารถเคลอนทในตวกลางไดงายขน ท าใหคาการน าไฟฟาสงขนตามปรมาณการเพมสาร
ตวเตม MWCNT โดยผลการวจยพบวา ทปรมาณ 6 phr ของ MWCNT ซงเปนปรมาณสงสดของ MWCNT ทใชในการ
วจย ชนงานมคาการน าไฟฟาสงสด ดงนน สารตวเตม MWCNT สามารถชวยเพมความสามารถในการน าไฟฟาใหกบ
ชนงานไดดขน ทงนในชนงานทใชเสนใยไหมและไมใชเสนใยไหม (เสนใยไหมมคาการน าไฟฟาประมาณ 1.96-2 S/m)
เมอมการเสรมยางดวยเสนใยไหมสงผลใหมคาการน าไฟฟาเพมขนเนองจากเสนไยไหมมคาการน าไฟฟาสงกวาวสดยาง
ทวไป ซงสงผลดตอการน าไปประยกตใชในการพฒนาเปนวสดปองกนการรบกวนของคลนแมเหลกไฟฟา
สมบตเชงกลของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL
จากผลการทดสอบสมบตเชงกลของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL ดงแสดงในตารางท 2 ทมการเตม
สารตวเตม MWCNT โดยปรบเปลยนปรมาณท 0, 2, 4 และ 6 phr พบวาการเตมสารตวเตม MWCNT สงผลท าใหคา
เปอรเซนตการยดตว ณ จดขาด คามอดลสแรงดง และคาความตานทานแรงดงของวสดเชงประกอบมแนวโนมทลดลง
เนองจากสารตวเตม MWCNT ไมสามารถเกดอนตรกรยากบยางได และเมอเตมสารตวเตมในปรมาณทเพมขน อาจท า
ใหเกดการเกาะกลมกนของสารตวเตมดวยกนเอง (Filler-filler interaction) จงสงผลท าใหการยดเกาะระหวางสารตวเตม
194
PMO14-9
กบเมทรกซของยางและการกระจายตวของ MWCNT ในชนงานลดลง (Boochathum, Rongtongaram, 2016) การเกาะ
กลมของ MWCNT ในเมทรกซยางสามารถมองเหนไดจากภาพกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) ภาพ
ท 4ข-4ง นอกจากน เมอเตมสารตวเตม MWCNT สงผลท าใหวสดมคาความแขงเพมขนตามปรมาณ MWCNT ทเพมขน
ทงนเนองจากสารตวเตม MWCNT เปนอนภาคทมความแขง (Rigidity) สง สงผลใหคาความแกรงโดยรวมของวสดเชง
ประกอบเพมขน
ทงนเมอพจารณาสมบตเชงกลของวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL ทเสรมแรงดวยเสนใยไหม ซงแสดง
ในภาพท 4ก แสดงใหเหนถงการแทรกตวหรอการเขากนของวสดเชงประกอบยางกบเสนใยไหมทด โดยการทดสอบ
สมบตเชงกลของชนงาน พบวา ชนงานทมการเสรมแรงดวยเสนใยไหม มคามอดลสแรงดงและคาความแขงทสงกวา
ชนงานทไมมการเสรมดวยเสนใยไหม ทงนเนองจากเสนใยไหมท าหนาทเปนตวเสรมแรง (Reinforcement) ในวสดเชง
ประกอบยาง และมคาความแขง (Rigidity) ทสงกวาวสดยาง จงสงผลท าใหชนงานมความแขงทผวโดยรวมเพมขน สวน
คาเปอรเซนตการยดตว ณ จดขาด และคาความตานทานแรงดงมคาทลดลง เนองจากวสดเสนใยไหมมสมบตความ
ยดหยนต า เมอเตมในวสดเชงประกอบยาง จงสงผลท าใหวสดเชงประกอบยางมการยดตวและยดหยนลดลง แตเมอ
พจารณาวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL ทปรมาณ 6 phr พบวาคาความตานทานแรงดงของวสดเชงประกอบ
MWCNT/RVNRL ทเสรมแรงดวยเสนใยไหมมคาความตานทานแรงดงทสงกวาวสดเชงประกอบทไมมการเสรมแรง
ดวยเสนใยไหม
เมอพจารณาผลการวจยโดยรวม เหนไดวา สารตวเตม MWCNT สามารถเพมความสามารถในการน าไฟฟา
ของวสดเชงประกอบยางตามปรมาณสารตวเตมทเพมขน (สงสดทปรมาณ 6 phr) ซงเหมาะตอการน าไปประยกตใชใน
การพฒนาเปนวสดปองกนการรบกวนจากคลนแมเหลกไฟฟาได แตท งนสมบตเชงกลโดยรวม โดยเฉพาะคาการ
ตานทานแรงดง มคาลดลงจากการเตมสารตวเตม MWCNT ในปรมาณทสงขน ดงนน เพอใหวสดเชงประกอบยาง
สามารถคงสภาพความแขงแรงของวสดไว การใชเสนใยไหมเปนวสดเสรมแรงจงเปนทางเลอกทมประสทธภาพ ดงเหน
ไดจากคาการตานทานแรงดงของวสดเชงประกอบยางธรรมชาตทมการเตม MWCNT ปรมาณ 6 phr และใชเสนใยไหม
เสรมแรงมสมบตโดยรวมสงกวาชนงานทไมมการใชเสนใยไหม ดงนน ผลการวจยสามารถสรปไดวา - การเตม MWCNT ลงใน RVNRL สงผลท าใหคาความแขง และคาการน าไฟฟาเพมขนแตคาเปอรเซนตการ
ยดตว ณ จดขาด คามอดลสแรงดง และคาความตานทานแรงดงมคาลดลง - การใชเสนใยไหมในวสดเชงประกอบ MWCNT/RVNRL สงผลท าใหคาความแขงและคามอดลสแรงดง
เพมขน แตคาเปอรเซนตการยดตว ณ จดขาดและคาความตานทานแรงดงมคาลดลง ยกเวนชนงานทมการเตม MWCNT ทปรมาณ 6 phr พบวาคาความตานทานแรงดงของชนงานทมการใชเสนใยไหมมคาสงกวาชนงานทไมมการใชเสนใยไหม
195
PMO14-10
กตตกรรมประกาศ ผวจยขอขอบพระคณทนสนบสนนงานวจยจากคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร และส านก
คณะกรรมการวจยแหงชาต (วช.) นอกจากน ผวจยขอขอบคณสถาบนเทคโนโลยนวเคลยรแหงชาต (องคการมหาชน) และกลมวจยการผลตและขนรปพอลเมอร (P-PROF) สายวชาเทคโนโลยวสด คณะพลงงานสงแวดลอมและวสด มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร และบรษทวไอว อนเตอรเคม จ ากด และศนยทดสอบผลตภณฑไฟฟาและอเลกทรอนกส (PTEC) ทใหความอนเคราะหวสดอปกรณในการทดลอง และเครองมอในการทดสอบ
เอกสารอางอง Boochathum P, Rongtongaram N. Influence of chloroacetate group on physical properties of natural rubber and its
interaction with fillers. Appl Polym Sci 2016; 43076. Gao S, Chen X, Pan F, Song K. Effect of secondary phase on the electromagnetic shielding effectiveness of
magnesium alloy. Sci Rep 2018; 8(1): 1625. Incavo J, Schafer M. Simplified method for the determination of N-nitrosamines in rubber vulcanizates. Anal Chim
Acta 2006; 557(1-2): 256-261. Kaewunruen S, Meesit R. Sensitivity of crumb rubber particle sizes on electrical resistance of rubberized concrete.
Cogent Eng 2016; 3(1): 1126937. Peng Z, Feng C, Luo Y, Li Y, Kong L. Self-assembled natural rubber/multi-walled carbon nanotube composites using
latex compounding techniques. Carbon 2010; 48(15): 4497-4503. Scagliusi S, Cardoso E, Lugao A. Effect of gamma radiation on chlorobutyl rubber vulcanized by three different
crosslinking systems. Radiat Phys Chem 2012; 81(9): 1370-1373. Smitthipong W, Suethao S, Shah D, Vollrath F. Interesting green elastomeric composites: Silk textile reinforced
natural rubber. Polym Test 2016; 55: 17-24. Vas J, Thomas M. Electromagnetic shielding effectiveness of multi-walled carbon nanotube filled silicone rubber.
Proceeding of the13th INCEMIC: IEEE; 2015: 55-59.
196
top related