วัสดุเชิงประกอบแกรฟีน/พอลิแล็กทิกแอซิดที่ขึ้นรูปด้วยการพิมพ์สามมิติ

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของปัจจัยในการขึ้นรูปชิ้นงานพลาสติกชีวภาพด้วยเทคนิคการพิมพ์สามมิติต่อสมบัติของชิ้นทดสอบ ปัจจัยที่ศึกษาได้แก่ ทิศทางการพิมพ์ชิ้นทดสอบ การตัดกันของโครงด้านในชิ้นทดสอบ และปริมาณการเติมชิ้นทดสอบ ส่วนสมบัติที่ศึกษา ได้แก่ สมบัติเชิงกล สมบัติทางความร้อน ดัชนีการหลอมไหล สมบัติทางไฟฟ้า และสัณฐานวิทยา นอกจากนี้ยังศึกษาความเป็นไปได้ของการเตรียมเส้นวัสดุเชิงประกอบของพอลิแล็กทิกแอซิดที่เสริมแรงด้วยอนุภาคแกรฟีนเพื่อใช้ในการพิมพ์สามมิติ และผลต่อสมบัติของชิ้นงานที่เตรียมได้ การทดลองเริ่มจากการสังเคราะห์แกรฟีนออกไซด์จากผงแกรไฟต์ด้วยวิธีที่ดัดแปลงมาจากวิธีของฮัมเมอร์ จากนั้นรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ให้กลายเป็นแกรฟีนโดยใช้กรดแอลแอสคอร์บิกเป็นตัวรีดิวซ์ ตรวจสอบลักษณะเฉพาะของอนุภาคแกรฟีนที่เตรียมได้ด้วยเทคนิคอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี เอกซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี และเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชันสเปกโทรสโกปี แกรฟีนที่สังเคราะห์ได้ถูกนำมาเตรียมเป็นมาสเตอร์แบตช์กับพอลิแล็กทิกแอซิดด้วยเทคนิคการตกตะกอนร่วมในเมทานอล แล้วจึงนำมาสเตอร์แบตช์มาผสมกับเม็ดพอลิแล็กทิกแอซิดด้วยการผสมแบบหลอมเหลวในเครื่องอัดรีดสกรูคู่เพื่อขึ้นรูปเป็นเส้นวัสดุเชิงประกอบสำหรับการพิมพ์สามมิติ และม้วนเก็บเส้นด้วยเครื่องม้วนเก็บที่ประดิษฐ์ขึ้นเอง ผลการทดลองพบว่า ทิศทางการพิมพ์ชิ้นทดสอบ การตัดกันของโครงด้านในชิ้นทดสอบ และปริมาณการเติมชิ้นทดสอบ มีผลต่อสมบัติของชิ้นทดสอบ กล่าวคือทิศทางการพิมพ์ชิ้นทดสอบที่เหมาะสมกับลักษณะงานจะช่วยเพิ่มสมบัติเชิงกลแก่ชิ้นงาน การตัดกันของโครงด้านในชิ้นทดสอบจะให้สมบัตเชิงกลที่ต่างกันโดยแบบ +45º/-45º จะได้ชิ้นงานที่มีความยืดตัวสูงสุด ณ จุดขาดที่สูงกว่า สามารถรับแรงกระแทกได้ดีว่า ในขณะที่แบบ 0º/+90º จะได้ชิ้นงานที่มีความทนแรงดึงและความทนแรงดัดโค้งที่สูงกว่า ส่วนการลดปริมาณการเติมชิ้นทดสอบจะส่งผลต่อสมบัติเชิงกลที่ลดต่ำลงอย่างเห็นได้ชัด ผลของการเติมอนุภาคแกรฟีนลงในพอลิแล็กทิกแอซิดต่อสมบัติของชิ้นทดสอบที่ขึ้นรูปด้วยการพิมพ์สามมิติ พบว่าเมื่อปริมาณการเติมแกรฟีนมากขึ้นชิ้นทดสอบจะมีสมบัติด้านแรงดึงและความทนแรงกระแทกที่ลดต่ำลง ส่วนความทนแรงดัดโค้งที่มีค่าเพิ่มขึ้นที่ปริมาณการเติมที่ 2 phr และลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณการเติม เนื่องจากการจับตัวรวมกันของอนุภาคแกรฟีน ซึ่งสามารถสังเกตได้จากภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ชิ้นงานที่เติมแกรฟีนมีดัชนีการหลอมไหล และอุณหภูมิการสลายตัวที่สูงขึ้น อีกทั้งยังสามารถช่วยเพิ่มสมบัติต้านไฟฟ้าสถิตให้กับวัสดุเชิงประกอบพอลิแล็กทิกแอซิดได้