การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง

บทความนี้เพิ่มเติมจากบทความเดิม (การวัดความแข็งแรงของชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่อง 3D Printer) เน้นใช้คำศัพท์เทคนิคให้น้อยที่สุด เพื่อให้คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย ดังนั้นบุคคลทั่วไป นักวิจัย หรือผู้เชี่ยวชาญที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการทดสอบ สามารถเข้าใจได้ และเป็นแนวทางในการศึกษาระดับสูงต่อไป

 

1. การทดสอบด้านกายภาพ ทางกล

1.1 SEM (Scanning Electron Microscope)

SEM  หรือภาษาไทยคือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด โดยปกติแล้วหากเราต้องการขยายภาพหรือชิ้นงานให้มากขึ้นต้องอาศัยแว่นขยายกำลังสูงๆ เครื่อง SEM ตัวนี้จะทำหน้าที่ดังกล่าว โดยสามารถมองเห็นภาพได้ระดับนาโนเมตร ในเครื่องระดับสูง (ขยายได้เป็นล้านเท่า)

  • หลักการจริงไม่ใช่การถ่ายภาพปกติ แต่เป็นการยิงอนุภาคอิเล็กตรอนแล้วก็การสะท้อนที่ผิวออกมาเป็นข้อมูลต่างๆ ซึ่งนำไปประมวลผลเป็นภาพอีกที
  • ในบาง เครื่องและบางการทดสอบสามารถนำมาวิเคราะห์หาองค์ประกอบที่ผิวของวัตถุที่ส่องได้ด้วย
  • ตัวอย่างภาพด้านล่างคือเส้นพลาสติก Filament ผสมเส้นใยแก้วชนิดยาวต่อเนื่อง
  • เหมาะกับงานวิจัย หรืองานด้านการพัฒนาด้านวัสดุเป็นส่วนใหญ่ หรือใช้ในการวิเคราะห์ความเสียหายของผลิตภัณฑ์ว่าโครงสร้างที่เสียหายเป็นอย่างไร
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: Tailoring strength and modulus by 3D printing different continuous fibers and filled structures into composites
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Jeol JSM-7800F กำลังขยาย 25-1 ล้านเท่า

1.2 Fatigue (ความล้า)

เป็นการจำลองพฤติกรรมของ วัสดุ ผลิตภัณฑ์จริง เมื่อได้รับแรงกระทำซ้ำๆ เป็นจำนวนหลายรอบ เช่น แรงยืด-ดึงซ้ำๆ แรงกดซ้ำๆ เพื่อดูอายุการใช้งานก่อนที่จะเสียหาย ซึ่งมีทั้งการทดสอบมาตรฐานที่ใช้ชิ้นงานหน้าตาเหมือน Specimen ในห้องแลป จนไปถึงทำผลิตภัณฑ์ออกมาจริงๆ แล้วสร้างชุดทดสอบการใช้งาน 

การทดสอบนี้ใช้ระยะเวลานาน ขึ้นกับข้อกำหนดและมาตรฐาน ซึ่งอาาจะตามสากล (ASTM DIN ISO) หรือใช้มาตรฐานผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ทดสอบ

2. สมบัติการไหล

2.1 Melt Flow Index (MFI)

ภาษาไทยคือดัชนีการหลอมเหลว เป็นข้อมูลที่นิยมใช้ในโรงงาน และการทดสอบทั่วไปว่า วัสดุดังกล่าวมีความหนืดมาก-น้อยเพียงใด ใช้เวลาในการทดสอบไม่นาน เหมาะกับการเปรียบเทียบวัสดุ A-B  เบื้องต้น

  • หลักการคือดันวัสดุพอลิเมอร์ให้ไหลผ่านหัวฉีดเล็กๆ (คล้ายเครื่อง FDM) เป็นเวลา 10 นาที แล้ววัดปริมาณน้ำหนักของเส้นที่ไหลผ่าน
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: https://en.wikipedia.org/wiki/Melt_flow_index#/media/File:MFI.gif

2.2 Rheometer

เป็นเครื่องมือวัดสมบัติการไหลในระดับสูง ผลที่ได้ต้องนำวิเคราะห์โดยผู้เชี่ยวชาญอีกที เพื่อธิบายพฤติกรรมของวัสดุ แบ่งเป็น 3 กลุ่มหลัก

  • วัดจากแรงเฉือน
  • วัดจากการยืดดึง
  • ชนิดอื่นๆ ที่ไม่จัดอยู่ใน 2 กลุ่มด้านบน
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: https://en.wikipedia.org/wiki/Rheometer

3. การทดสอบทางความร้อน

3.1DSC (Differential scanning calorimeter)

เป็นการทดสอบที่วัดพลังงานที่สารปล่อยออกมาเมื่อได้รับความร้อน เปรียบเทียบกับสารตัวอย่าง (Standard Sample) ผลที่ได้สามารถบ่งบอกได้

  • อุณหภูมิหลอมเหลว
  • อุณหภูมิสถานะคล้ายแก้ว
  • การเกิด-สลายผลึก
  • ความบริสุทธิ์ 
  • สารประกอบเบื้องต้น
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
ผลที่ได้จากการทดสอบด้วยเครื่อง DSC

3.2 Flamabnility (การทดสอบการลามไฟ)

เป็นอีกการทดสอบที่มีความสำคัญมาก เนื่องจากเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยเมื่อนำวัสดุดังกล่าวไปใช้งาน อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ “พลาสติกไม่ลุกติดไฟ (Flame Retardant) คืออะไร ปลอดภัยจริงมั้ย

มาตรฐานที่ได้รับการยอมรับคือ UL-94 ซึ่งจะมีแยกย่อยลงไปอีก สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/UL_94 หรือซื้อข้อมูลมาตรฐานได้ทางเวบไซต์ของ UL Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances

ตัวอย่างการทดสอบ UL-94 HB 

4. การทดสอบเพื่อหาสารประกอบ

4.1 TGA (Thermogravimetric Analysis)

คือการเผาวัสดุทดสอบด้วยความร้อนสูง จนสารมีน้ำหนักลดลงเรื่อยจนเผาไหม้หมด หรือบางส่วนเหลือเป็นขี้เถ้าที่ไม่สลายไป ซึ่งนำมาวิเคราะห์ปริมาณได้อีกที (เช่น เขม่าดำ) ช่วงที่สารประกอบแต่ละชนิดหายไป จะมีช่วงของอุณหภูมิที่แตกต่างกันสามารถนำมาใช้วิเคราะห์ได้ เช่น ค่าทดสอบ TGA ของเรซินแวกซ์ เพื่อดูอุณหภูมิที่เหมาะสมในการหล่อ 

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: A Statistical approach to optimize the production of Polyhydroxyalkanoates from Wickerhamomyces anomalus VIT-NN01 using Response Surface Methodology

4.2 XRD (X-Ray Diffractometer)

เป็นการทดสอบโดยใช้รังสีเอ็กซ์ ยิงไปที่วัสดุทดสอบ เพื่อดูการสะท้อน ตกกระทบ ซึ่งสารประกอบแต่ละชนิด มีพฤติกรรมแตกต่างกัน ตัวอย่างการใส่สารตัวเติมลงใน PLA ทำให้กราฟมีจุดสูง (Peak) ต่ำเปลี่ยนแปลงไป สามารถใช้ในการหาค่าความบริสุทธิ์ของสารทดสอบได้อีกด้วย

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: Risperidone Controlled Release Microspheres Based on Poly(Lactic Acid)-Poly(Propylene Adipate) Novel Polymer Blends Appropriate for Long Acting Injectable Formulations

4.3 FTIR (Fourier Transform Infrared)

จะแตกต่างกับเครื่อง XRD โดยใช้การดูดกลืนคลื่นแสงในช่วง Infared มักใช้ในการศึกษาโครงสร้างของสสาร หรือหมู่ฟังก์ชันที่เกิดขึ้นในการผสมสารเข้าก้วยกัน

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: Effects of Graphene Nanopletelets on Poly(Lactic Acid)/Poly(Ethylene Glycol) Polymer Nanocomposites

ถึงแม้การทดสอบหลายๆเครื่องจะให้ผลที่คล้ายคลึงกัน แต่ควรพิจารณาถึงผลลัพธ์ที่ต้องการ หรือวัตถุประสงค์ของการทดสอบ เพื่อให้การเลือกใช้ข้อมูลได้ถูกต้อง เหมาะสมมากที่สุด

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Share on facebook
Facebook
Share on google
Google+
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on pinterest
Pinterest

สนใจเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เรามีเครื่องที่ตอบโจทย์การใช้งานทุกประเภท ตั้งแต่บุคคลเริ่มต้นจนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ พร้อมให้คำแนะนำการใช้งาน และวัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุนมากที่สุด

ติดตามข่าวสารและบทความ

บทความน่าสนใจอื่นๆ