Doc_25610905170557_913590

Differential Scanning Calorimetry (DSC): DSC consists of two pans, i.e. sample pan and the reference pan. These two pans are located on top of a heater. The computer assembly will turn on the heaters and the heating (about 10 C per minute). The heating rate stays exactly the same through out the experiment. The DSC experiment is all about the measurement of how much heat that the sample pan heater has to put out as compared to the reference pan heater. Sample pan Reference pan 2 cm 0.8 cm Standard DSC Pans: aluminium, copper, gold, platinum, graphite http://www.gmehling.chemie.uni-oldenburg5.1de

In DSC experiments, the data of temperature increase (T) are plotted against the difference in heat output of the two heaters at a given temperature. Heat flow Tg Tc Tm Temperature Above Tg, polymers have a lot of mobility. When they reach the right temperature, they will have gained enough energy to move into very ordered arrangements, which we call crystals. When polymers fall into these crystalline arrangements, they give off heat. We can see this drop in the heat flow as a big dip in the plot of heat flow versus temperature. The temperature at the lowest point of the dip is called ‘crystallization temperature (TC)’. 52

สมบตั ิเชิงกลของพอลิเมอร์ (Mechanical Properties of Polymers) สมบตั ิเชิงกล หมำยถึง ควำมสำมำรถต้ำนทำนแรงดึง ควำมทนทำนต่อแรงกระแทก และควำม แข็งหรือควำมนุ่มของวัสดุ โดยกำรวดั และรำยงำนผลของสมบัติเชงิ กลเหล่ำนี สำมำรถทำได้ในรปู ของ ควำมเค้น (stress) ควำมเครียด (strain) และโมดูลสั ของยงั (Young’s modulus) ควำมเคน้ (Stress) หมำยถงึ แรงต้ำนทำนภำยในเนือวัสดทุ ี่มีตอ่ แรงภำยนอกทีม่ ำกระทำต่อหนึง่ หน่วยพนื ที่ แต่เนื่องจำกควำมไมเ่ หมำะสมทำงปฏบิ ตั ิ และควำมยำกในกำรวัดหำค่ำนี เรำจึงมกั จะ พดู ถึงควำมเคน้ ในรูปของแรงภำยนอกที่มำกระทำต่อหนึง่ หน่วยพืนที่ ด้วยเหตผุ ลที่ว่ำ แรงกระทำ ภำยนอกมคี วำมสมดุลกับแรงต้ำนทำนภำยใน ควำมเค้น แบ่งได้เปน็ 3 แบบ ตำมชนิดของแรงทีม่ ำ กระทำ ดงั นี Tensile stress ควำมเค้นที่เกดิ จำกแรงดงึ Compressive stress ควำมเค้นที่เกดิ จำกแรงกดหรืออดั Shear stress ควำมเครียดทีเ่ กดิ จำกแรงเฉือน F FF F F F Tensile stress Compressive stress Shear stress ควำมเค้น (stress, ) = F เมื่อ F = แรงกระทำ (N) 53 A A = พืนทที่ ี่ไดร้ ับแรงกระทำ (cm2)

ควำมเครียด (Strain) คือกำรเปลีย่ นแปลงรปู ร่ำงของวสั ดุ (Deformation) เมือ่ มแี รงภำยนอกมำ กระทำ กำรเปลี่ยนรปู ของวสั ดุนีเป็นผลมำจำกำรเคลื่อนทภี่ ำยในเนือวัสดุ ซึ่งสำมำรถแบ่งได้เปน็ 2 ชนิด ได้แก่ 1. กำรเปลีย่ นรปู แบบอีลำสติกหรือควำมเครียดแบบคืนรูป (Elastic deformation or elastic strain) เปน็ กำรเปลี่ยนรปู ในลกั ษณะที่เมื่อหยุดใหแ้ รงกระทำ อะตอมซึ่งเคลือ่ นไหวเนือ่ งจำกผลขอลควำมเคน้ จะ เคลือ่ นกลับเขำ้ ตำแหน่งเดิม ทำให้วสั ดุคงรปู ร่ำงเดิมไว้ได้ ตวั อย่ำงเชน่ ยำงยืด, สปริง 2. กำรเปลี่ยนรปู แบบพลำสติกหรือควำมเครียดแบบคงรปู (Plastic deformation or plastic strain) เปน็ กำรเปลีย่ นรูปที่ถงึ แมจ้ ะหยดุ ให้แรงกระทำนันออกแล้ววัสดุกย็ ังคงรปู ร่ำงตำมทีถ่ กู เปลี่ยนไปนนั โดย อะตอมทีเ่ คลื่อนทไี่ ปแล้วจะไมก่ ลับไปตำแหนง่ เดิม strain,  = L - L0 เมื่อ L0 = ควำมยำวเริม่ ต้น Gauge length L0 L L = ควำมยำวหลงั ได้รับแรงกระทำ L0 Tensile specimen Source:http://www.rmutphysics.com/charud/metal/1/Mechanical%20Properties.htm 54

วิธีวัดสมบัตเิ ชิงกล  เตรียมชินตัวอย่ำงวสั ดุเป็นรปู ร่ำงและขนำดมำตรฐำน  ดงึ ชินตัวอย่ำง (tensile experiment) โดยค่อยๆ เพิ่มค่ำแรงดงึ จำกน้อยไปมำก  วดั กำรยืดตัวของชนิ ตัวอย่ำงต่อขนำดของแรงทีใ่ ช้ในกำรยืด  วำดกรำฟระหว่ำงควำมเค้น (stress, ) และกำรยืดตัวของชนิ ตัวอย่ำงหรือที่เรียกว่ำควำมเครียด (strain, )  อตั รำส่วนระหว่ำง  และ  เรียกวำ่ โมดูลสั ของยงั (Young’s modulus) ซึง่ หำได้จำกค่ำควำมชันของกรำฟ Gauge lengthL0 L http://www.engr.uky.edu/~asme/hpv/ Tensile specimen http://www.engineeringarchives. com/les_mom_tensiletest.html Gauge length: the distance along the specimen upon which extension calculations are made. Stress, ) = F Strain,  = L - L0 55 A L0

Hooke’s Law: ในช่วงของวสั ดทุ ี่มคี ณุ สมบัติเปน็ elastic ควำมเคน้ () จะเปน็ ปฏภิ ำคโดยตรง กบั ควำมเครียด () ควำมเค้น (  ควำมเครียด ()  = E E = /  เมื่อ E เปน็ ค่ำคงที่ ทีเ่ รียกว่ำโมดลู สั ควำมยืดหยุ่น (Elastic modulus) หรือ โมดลู ัสของยงั (Young’s modulus) ซึ่งหำไดจ้ ำกค่ำควำมชันของกรำฟระหว่ำงควำมเค้น () กบั ควำมเครียด () โดยกำร ลำกเสน้ ตรงสมั ผสั จดุ เริ่มแรกของเสน้ โค้ง ซึง่ เรียกวำ่ initial tangent modulus A ควำมเ ้คน (Stress) Elongation at break B Slope = Young’s modulus = y/ x ควำมเครียด (Strain) 56

จำกค่ำโมดูลสั และลักษณะของกรำฟ สำมำรถจำแนกพอลเิ มอร์เปน็ 4 ชนิด ได้แก่  พลำสติกชนิดแข็งเกร็ง (Rigid plastic): ยืดตวั ได้น้อยเมือ่ เพิม่ แรงเค้น และเมือ่ เพิ่มแรงถึงคำ่ หนึง่ ตวั อย่ำงจะขำด  เส้นใย (Fiber): ยืดตัวไดน้ ้อยเมือ่ เพิ่มแรงเค้น แต่จะทนแรงเค้นได้มำกกว่ำวสั ดุพลำสติกชนิดแขง็ เกรง็ ทำให้กรำฟที่ได้สงู กว่ำ  พลำสติกชนิดยืดหยุน่ (Flexible plastic): ในชว่ งแรกจะยืดตัวไดค้ ่อนข้ำงน้อยเมือ่ เพิม่ แรงขึน จนถึงขณะหนึ่งจะเปลย่ี นเปน็ ยืดตัวอย่ำงรวดเร็วเมือ่ เทียบกับแรงเค้น แล้วกลับมำยืดตัวไดอ้ ีกระยะหนึ่ง ก่อนทต่ี ัวอย่ำงจะขำด  วสั ดยุ ดื หยุน่ (Elastomer): ยืดตัวอย่ำงชำ้ ๆ เมือ่ เพิม่ แรงเข้นไปเรื่อยๆ และจะยืดตวั ไดม้ ำกที่สุด ก่อนทีช่ ินตัวอย่ำงจะขำด ควำมเ ้คน (Stress) Stress = แรงกระทำ/พืนที่ (Ncm-2) Strain = กำรยืดตัวของตัวอย่ำง (ไมม่ ีหน่วย) ควำมเครียด (Strain) 57

เสน้ โค้ง ควำมเค้น ( ) – ควำมเครียด () ควำมสมั พันธ์ระหว่ำงควำมเคน้ ทีเ่ กดิ จำกแรงดงึ (tensile stress) กับกำรยืดตัว (elongation หรือ strain) ของพอลิเมอรช์ นิดตำ่ ง ๆ สำมำรถบอกถงึ ควำมแข็งแรงของวัสดไุ ด้ ดงั รปู ตอ่ ไปนี Stress,  Soft and weak Stress,  Hard and brittle Stress,  Soft and tough Strain,  Strain,  Strain,  Stress,  Hard and strong Stress,  Hard and tough Strain,  Strain,  58

Stress,  Elongation at break E = /  Yield point Strain,  Yield point (จดุ ครำก) คือจุดที่พอลิเมอร์ถูกดึงจนยืดออกถงึ จดุ ที่ กำรยืดตวั () ไม่เปน็ สัดส่วนกับควำมเค้นที่เกดิ จำกแรงดงึ () ณ จดุ นี พอลิเมอร์จะมคี วำมเครียด () เพิ่มขนึ แต่ ค่ำควำมเคน้ () ไม่เพิ่มขนึ ถำ้ เรำหยดุ ให้กำรกระทำแก่พอลิเมอร์ที่จดุ นี พอลิเมอร์จะสำมำรถ หดตวั คืนสสู่ ภำพเดิมได้ แต่ถำ้ ใหแ้ รงกระทำต่อไปพอลิเมอร์จะเกิดกำรยืดตวั อย่ำงถำวร 59

ปัจจัยที่มผี ลต่อสมบัติเชงิ กลของพอลิเมอร์ อณุ หภูม:ิ อุณภมู ิสงู ขนึ จะทำให้ ควำมเครียดเพิม่ ขนึ โมดลู สั ลดลง เวลำ: ถำ้ ให้แรงกระทำในช่วงเวลำสนั ๆ พอลิเมอร์จะมคี วำมเครยี ดตำ่ ยืดต้วได้น้อย :แตถ่ ำ้ ให้ แรงกระทำนำนขนึ ควำมเครียดจะเพิ่มขนึ ควำมเป็นผลึก: ดีกรีควำมเป็นผลกึ สูง จะแขง็ แรงกวำ่ มวลโมเลกลุ : พอลิเมอร์ที่มีมวลโมเลกลุ สงู จะมคี วำมแขง็ แรงมำกว่ำ พลำสทไิ ซเซอร:์ พอลิเมอร์ท่เี ติมพลำสทิไซเซอร์มำก ควำมแขง็ แรงจะลดลง 60

เอกสำรอ้ำงอิง 1. อโนดำษ์ รชั เวทย.์ 2552. พอลิเมอร์ (พิมพ์ครงั ที่ 1). กรุงเทพฯ. ดวงกมล. 2. Malcolm P. Stevens. 1999. Polymer Chemistry: an introduction (3rd ed.). New York: Oxford University Press. 3. ปรีชำ พหลเทพ. 2536. โพลีเมอร์ (พิมพ์ครังที่ 8). กรุงเทพฯ. สำนักพิมพม์ หำวิทยำลัยรำมคำแหง. 61