วัสดุเชิงประกอปแกรฟีน/พอลิเมทิลเมทาคริเลตที่ขึ้นรูปด้วยการพิมพ์สามมิติ

Abstract

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติเป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปวัสดุที่ได้รับความสนใจอย่างมาก สามารถขึ้นรูปชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนแบบได้ไม่จำกัด รวมทั้งสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย เช่น การสร้างต้นแบบรวดเร็ว (rapid prototyping) พอลิเมทิลเมทาคริเลต หรือ อะคริลิก เป็นพอลิเมอร์ที่มีจุดเด่นในการนำมาใช้งานคือ มีความโปร่งใสคล้ายกระจก น้ำหนักเบา ทนแรงขูดขีด รวมทั้งสามารถขึ้นรูปได้ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ แต่มีข้อด้อยคือ มีความแข็งแรงเชิงกลต่ำ ไม่มีความสามารถในการนำไฟฟ้า และมีการหดตัวค่อนข้างสูง ส่งผลให้เกิดข้อจำกัดในการนำไปใช้งาน แกรฟีนเป็นลักษณะรูปแบบหนึ่งของคาร์บอน มีสมบัติเด่นคือมีความแข็งแรงกว่าเหล็กกล้าที่มีความหนาที่เท่ากันถึงหนึ่งร้อยเท่า เป็นวัสดุที่เกือบโปร่งใส มีน้ำหนักเบา เป็นตัวนำความร้อนและเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ นิยมใช้เป็นตัวเสริมแรง (reinforcement filler) ในพลาสติกเพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีสมบัติดีมากยิ่งขึ้น โดยเฉพาะสมบัติเชิงไฟฟ้าและความแข็งแรงของวัสดุงานวิจัยนี้มุ่งเน้นการพัฒนาวัสดุเชิงประกอบพอลิเมทิลเมทาคริเลตร่วมกับแกรฟีน เพื่อให้ได้วัสดุเชิงประกอบที่มีความแข็งแรงและสามารถนำไฟฟ้าได้ รวมทั้งศึกษาความเป็นไปได้ในการขึ้นรูปวัสดุเชิงประกอบพอลิเมทิลเมทาคริเลตที่เสริมแรงด้วยอนุภาคแกรฟีนด้วยเทคนิคการพิมพ์สามมิติระบบเรซิน ขั้นตอนการเตรียมวัสดุเชิงประกอบพอลิเมทิลเมทาคริเลตที่เสริมแรงด้วยอนุภาคแกรฟีนเริ่มจากการเตรียมแกรฟีนจากวิธีดัดแปรของฮัมเมอร์ และวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีแกรฟีนที่ได้โดยเทคนิคฟูเรียร์แทรนส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ตรวจสอบความเป็นผลึกด้วยเทคนิคเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน จากนั้นผสมแกรฟีนที่เตรียมขึ้นกับเรซินพอลิเมทิลเมทาคริเลตโดยมีอัตราส่วนแกรฟีนต่อเรซินพอลิเมทิลเมทาคริเลต 0.0 phr, 0.1 phr, 0.5 phr และ 1.0 phr ตามลำดับ แล้วขึ้นรูปเป็นชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติชนิดอ่างเรซิน วัดขนาดของชิ้นงานที่พิมพ์ได้จริงเปรียบเทียบกับขนาดของชิ้นงานที่ออกแบบไว้ เพื่อวิเคราะห์ความแม่นยำในการพิมพ์ชิ้นงานด้วยวัสดุเชิงประกอบ นอกจากนี้ยังได้ศึกษาอิทธิพลของแกรฟีนต่อสมบัติความทนแรงดึง ความทนแรงดัดโค้ง ความทนแรงกระแทก รวมทั้งเสถียรภาพทางความร้อน สมบัติการนำไฟฟ้าและสัณฐานวิทยาของชิ้นงานวัสดุเชิงประกอบที่ได้จากการขึ้นรูปด้วยเทคนิคการพิมพ์สามมิติ เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการนำวัสดุเชิงประกอบพอลิเมทิลเมทาคริเลตที่เสริมแรงด้วยอนุภาคแกรฟีนมาใช้ผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องป้องกันไม่ให้เกิดไฟฟ้าสถิตในขณะใช้งาน