การศึกษาสมบัติเชิงกลของวัสดุคอมโพสิตพอลิแลคติกแอซิด ที่มีผ้าทอจากใยเส้นธรรมชาติเป็นวัสดุเสริมแรง

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อเพื่อเตรียมวัสดุไบโอคอมโพสิตที่มีส่วนประกอบทั้งหมดมาจากแหล่งวัตถุดิบที่สร้างขึ้นมาทดแทนได้ โดยเลือกใช้เมตริกซ์เป็ นพอลิแลคติกแอซิดและส่วนเสริมแรงเป็นผ้าทอจากเส้นใยธรรมชาติ จา นวน 3 ชนิดได้แก่ เส้นใยกล้วย เส้นใยปอแก้ว และเส้นใยป่านศรนารายณ์ ขึ้นรูปด้วยวิธีการกดอัดด้วยความร้อน และทดสอบสมบัติต่างๆ ได้แก่ สมบัติทางความร้อน เสถียรภาพทางความร้อน สมบัติเชิงกล ลักษณะทางสัณฐานวิทยา สมบัติการดูดซึมน้ำ และสมบัติการลุกติดไฟ จากการทดลองพบว่า เส้นใยธรรมชาติจะทำ ให้วัสดุไบโอคอมโพสิตมีสมบัติทางความร้อน คือ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว อุณหภูมิการตกผลึก และอุณหภูมิ การหลอมเหลวลดลง เสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุไบโอคอมโพสิตต่ำ กว่าพอลิแลคติกแอซิดและมีเศษเหลืออยู่ใกล้เคียงกัน สำหรับสมบัติเชิงกลพอลิแลคติกแอซิดและวัสดุไบโอคอมโพสิตมีลักษณะการแตกหักแบบเปราะเช่นเดียวกัน โดยพบว่าการเสริมแรงด้วยผ้าทอที่วางแบบขนาน หรือแบบตั้งฉาก มีแนวโน้มที่เหมือนกัน คือ การใช้เส้นใยปอแก้วจะมีความแข็งแรงที่สูงสุด ซึ่งเมื่อพิจารณาจากภาพสัณฐานวิทยาจะเห็นว่า เส้นใยปอแก้วมีกลุ่มเส้นใยขนาดใหญ่กว่าเส้นใยธรรมชาติอื่น จึงทำให้วัสดุไบโอคอมโพสิตสามารถรับแรงกระทำได้ดีขึ้น สำหรับผลของทิศทางของแรงกระทำ ที่มีต่อสมบัติเชิงกลของวัสดุไบโอคอมโพสิตที่เสริมแรงด้วยผ้าทอที่วางแบบตั้งฉาก พบว่าการให้แรงกระทำ 45 องศา กับเส้นใยธรรมชาติ จะทำให้วัสดุไบโอคอมโพสิตมีความแข็งแรงลดลงสำหรับสมบัติการดูดซึมน้ำ พบว่าพอลิแลคติกแอซิดมีการดูดซึมน้ำ ที่ต่ำ กว่าวัสดุไบโอคอมโพสิตมาก โดยวัสดุไบโอคอมโพสิตที่ใช้เส้นใยปอแก้วจะมีค่าการดูดซึมน้า สูงกว่าเส้นใยชนิดอื่น สมบัติการลุกติดไฟพบว่าพอลิแลคติกแอซิด และวัสดุไบโอคอมโพสิต สามารถผ่านมาตรฐาน UL94HBและมีค่า LOI อยู่ที่ 20% ทั้งหมด โดยวัสดุไบโอคอมโพสิตมีอัตราการลามไฟที่ช้ากว่าพอลิแลคติกแอซิดอยู่เล็กน้อย this research was aimed to prepare bio-composite material that all components were obtained from renewable resources. The matrix was poly lactic acid and the reinforcements were plain woven made from long natural fiber such as banana fiber, kenaf fiber and sisal fiber. Bio-composite were fabricated by compression molding and thermal property, thermal stability, mechanical property, morphology, water absorption and flame retardancy were characterized. It was found that the use of natural fibers decreased thermal properties such as glass transition temperature, crystallization temperature and melting temperature of bio-composite material. The thermal stability of bio-composite material was less than that of poly lactic acid and their residues were not different. The mechanical properties of poly lactic acid and bio-composite materials were the same and they showed brittle character. The reinforcement by fabric in parallel and transverse were showed kenaf fiber has greater strength than other fibers. The morphology of fracture surface showed that kenaf fiber had a bigger bundle size than the other fibers. The effect of force direction in mechanical test showed that fiber orientation of 45 degrees reduced strength of bio-composite materials. For water absorption, poly lactic acid had lower water absorption than that of bio-composite materials. The bio-composite materials using kenaf fiber showed high water absorption than the other fibers. The poly lactic acid and bio-composite were passed UL94HB and LOI standard test. The bio-composite were low burning rate than poly lactic acid.