การพัฒนาพรีเพล็กแนวใหม่คุณภาพสูงที่ใส่เส้นใยคาร์บอนสำหรับวัสดุแกนแบบรังผึ้ง และเครื่องต้นแบบสำหรับผลิตโครงสร้างแบบรังผึ้ง : รายงานวิจัยแบบสมบูรณ์

Abstract

บทคัดย่อ 1 : พัฒนาวัสดุพรีเพลกส์คุณภาพสูงจากเส้นใยคาร์บอนเพื่อใช้ทำโครงสร้างรังผึ้งโดยมีระบบเรซินสามส่วน คือ เบนซอกซาซีนเรซิน อีพอกซีเรซิน และฟีนอลิกโนโวแลคเรซินเป็นเมตริกซ์ อีพอกซีทำหน้าที่เป็นสารลดความหนืดและยังช่วยเพิ่มปริมาณการเชื่อมโยงของสายโซ่โมเลกุล ในขณะที่ฟีนอลิกโนโวแลคนอกจากจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการบ่มของเบนซอกซาซีนเรซินซึ่งทำให้อุณหภูมิการขึ้นรูปต่ำลงแล้วยังเป็นตัวทำแข็งของอีพอกซีอีกด้วย ในการทดลองนี้จะศึกษาผลกระทบของสัดส่วนของเรซินทั้งสามที่มีผลต่อสมบัติการขึ้นรูป สมบัติทางความร้อน และสมบัติทางกลของพอลิเมอร์ที่ได้ โดยมุ่งเน้นให้เหมาะสมกับการใช้เป็นเมตริกซ์ของพรีเพลกส์เป็นสำคัญ โดยปรับเปลี่ยนสัดส่วนของเรซินผสมต่างๆ เช่น เบนซอกซาซีน/อีพอกซี/ฟีนอลิก (BEP) ในอัตราส่วน 3:6:1, 3:6:2, 3:6:3 และ 3:6:4 โดยน้ำหนัก จากการทดลองพบว่า เมื่อปริมาณอีพอกซีเพิ่มขึ้นจะทำให้ความหนืดของเรซินผสมต่ำลง ในขณะที่เมื่อปริมาณฟีนอลิกเพิ่มขึ้นจะทำให้อุณหภูมิปฏิกิริยาการเชื่อมโยงของเบนซอกซาซีนเรซินลดลง โดยสามารถสังเกตได้จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ณ จุดสูงสุดของปฏิกิริยาการบ่มใน DSC thermograms ความสามารถในการขึ้นรูปและระยะเวลาในการเจลศึกษาด้วยหลักการ Fourier transform mechanical spectroscopy (FTMS) จากการทดลองพบว่า เรซินสามระบบในสัดส่วนที่ศึกษามีช่วงอุณหภูมิการขึ้นรูปที่กว้าง สามารถขึ้นรูปได้ตั้งแต่ 50 องศาเซลเซียส ไปจนถึง 200 องศาเซลเซียส และยังสามารถคงความหนืดที่ต่ำได้เป็นเวลานาน โดยที่สัดส่วน BEP362 ให้ความสามารถในการขึ้นรูปเป็นพรีเพลกส์ที่ดีที่สุด เช่น มีความหนืดต่ำ (1.4 Pa.s) และมีระยะเวลาเจลน้อยกว่า 5 นาที ค่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของระบบเรซินที่ศึกษามีค่าใกล้เคียงกันคืออยู่ระหว่าง 150-165 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม BEP362 ให้ค่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วที่สูงที่สุดคือ 165 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ BEP362 ยังมีอายุการใช้งานที่นานโดยมีการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการขึ้นรูปเพียงเล็กน้อย เช่น มีการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า 25% เมื่อเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิห้องประมาณ 33 องศาเซลเซียสเป็นเวลามากกว่า 270 วัน ทั้งนี้สมบัติต่างๆ เหล่านี้จะแสดงลักษณะเด่นที่ดีในระบบ BEP362 ดังนั้นอัตราส่วนผสมของเมตริกซ์ที่เหมาะสมสำหรับทำคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพลกส์คือ BEP362 สำหรับค่ามอดูลัสความดัดโค้งและความแข็งแรงในการดัดโค้งในระบบ BEP362 เมื่อปริมาณเส้นใยเป็น 55% โดยปริมาตรและจัดเรียงเส้นใยแบบ cross-ply มีค่าประมาณ 68 จิกะปาสคาล และ 1,156 เมกกะปาสคาล ซึ่งวัสดุประกอบแต่งที่ได้จากระบบ BEP362 นี้ให้ค่าความแข็งแรงที่เหมาะสม นอกจากนี้พรีเพลกส์ที่มี BEP362 เป็นเมตริกซ์เรซินยังสามารถนำมาขึ้นรูปเป็นโครงสร้างรังผึ้งได้ดี บทคัดย่อ 2 : ออกแบบและพัฒนาเครื่องต้นแบบสำหรับผลิตโครงสร้างรังผึ้งซึ่งประกอบด้วย เครื่องต้นแบบสำหรับทากาว และเครื่องต้นแบบสำหรับดึงขยาย โครงสร้างรังผึ้งผลิตจากโนเม็กซ์ ชนิด 410 ที่มีความหนา 0.05 มม. โดยวิธีการเชื่อมติดด้วยกาว และกระบวนการผลิตแบบดึงขยาย กาวที่ใช้คือ อีพอกซีเรซิน จากการทดลองพบว่า โครงสร้างรังผึ้งที่ผลิตได้ มีความหนาแน่นเฉลี่ยเท่ากับ 15.57 กก. ต่อ ลบ.ม. มีขนาดเซลล์เฉลี่ย 9.21 มม. ซึ่งเล็กกว่าที่ได้ออกแบบไว้ และมีมุมดึงขยายประมาณ 49.5 องศา นอกจากนี้ เมื่อเวลาผ่านไปโครงสร้างรังผึ้งมีการหดตัวเล็กลงอีก ซึ่งเมื่อขนาดเซลล์และมุมดึงขยายของโครงสร้างรังผึ้งลดลง ทำให้น้ำหนักของโครงสร้างรังผึ้งมีค่ามากขึ้น จึงจำเป็นต้องเคลือบโครงสร้างรังผึ้งด้วยฟีนอลิกเรซินเพื่อเพิ่มความเสถียร จากนั้นสมบัติทางกล ซึ่งคือ ความทนแรงกด และความทนแรงเฉือนของโครงสร้างรังผึ้งจะถูกทดสอบ