Monitoring vulcanisation level in natural rubber by ultrasonic measurement

การศึกษาระดับการวัลคาไนซ์ในยางธรรมชาติโดยการทดสอบด้วยวิธีทางอัลตราโซนิก

Name: Pathomchat Polachan

LCSH: Rubber

LCSH: Vulcanization

MeSH: Ultrasonics

Abstract: In a very thick application such as tire, not only the design of the vulcanisation system but also the technique used to measure the level of vulcanisation is important. A traditional method employed to inspect the curing efficiency is a direct temperature measurement by thermocouple. The disadvantage of this measurement is that the tire must be destroyed. Therefore, an innovative technique to determine the vulcanising level using ultrasonic waves was proposed to solve the problem. The aim of this study was to follow the crosslinking determination of rubber vulcanisates by using ultrasonic testing which is an application of nondestructive technique. The first section of this study focused on the capability of ultrasonic measurement to determine crosslink density of rubber. It was apparent that ultrasonic velocity was not sensitive to the difference in crosslinking in this range. The change in attenuation of ultrasonic signal was only observed. It indicated that better propagation of ultrasound wave occurred when the chemical network was more densely produced. Good accuracy and precision of the ultrasonic measurement could be obtained by controlling the applied force against the transducer to rubber sample. The highest sensitivity to the variation in crosslinking was achieved by using 5 MHz frequency of transducer and the deviation was reduced when the measurement was performed at fifty times. For the effect of thickness, a decrease in attenuation coefficient with increasing specimen thickness might be due to the poor distribution of crosslinks in rubber. However, the 9 mm thick rubber sample was the most suitable for ultrasonic testing in this study. Furthermore, the small difference in crosslinking would be clearly determined by ultrasonic measurement when the elastomer was completely vulcanised. The second part of this study focused on monitoring the change in crosslinking of vulcanisates with the rubber additives by ultrasonic measurement. The results revealed that the ultrasonic technique could not be employed to investigate the variation in crosslinking in filled natural rubber compounds with an increase in surface area of filler and carbon black loading because the obtained attenuation results were interfered by the effect of filler-elastomer and filler-filler interactions inside rubber molecule. Furthermore, the crosslinks in oil filled natural rubber compounds could be followed by ultrasonic measurement when oil loading was varied. However, types of oil did not affect the change in the loss of ultrasound intensity

Abstract: ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ยางที่มีความหนาเช่น ยางรถยนต์นั้นนอกจากรูปแบบของระบบการวัลคาไนซ์ยางแล้ว วิธีที่ใช้ ในการตรวจสอบประสิทธิภาพของการเกิดโครงสร้างร่างแหภายในโมเลกุลยางเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ควรให้ความสำคัญ โดยวิธีดั้งเดิมที่ ใช้กันคือ การวัดอุณหภูมิ ณ หลายๆตำแหน่งภายในชิ้นยางขณะที่ทำการขึ้นรูปด้วยเครื่องวัดอุณหภูมิ เพื่อนำมาเปรียบเทียบกับ อุณหภูมิที่ใช้ในการวัลคาไนซ์จริง ซึ่งข้อเสียของวิธีนี้ก็คือ ชิ้นงานที่ทดสอบดังกล่าวจะต้องถูกทำลายเสียหายไป ซึ่งอาจส่งผลทำให้ ต้นทุนในการผลิตสูงขึ้นได้ จากปัญหานี้ จึงได้มีการนำเสนอวิธีการทดสอบแบบใหม่เรียกว่า การทดสอบด้วยวิธีทางอัลตราโซนิก ซึ่ง เป็นเทคนิคหนึ่งของการทดสอบแบบไม่ทำลาย โดยจุดมุ่งหมายของงานวิจัยนี้ต้องการที่จะติดตามความเป็นไปได้ในการวัดหาปริมาณ ของโครงสร้างร่างแหที่เกิดขึ้นภายในยาง ด้วยการทดสอบโดยใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกดังที่กล่าวแล้วข้างต้น ส่วนแรกของงานวิจัยนี้ สนใจเกี่ยวกับความสามารถของการทดสอบด้วยวิธีทางอัลตราโซนิก ในการวัดความแตกต่างของ ปริมาณโครงสร้างร่างแหในชิ้นงานยาง จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า เฉพาะการลดทอนสัญญาณอัลตราโซนิกเท่านั้นที่จะ ตอบสนองต่อความแตกต่างของปริมาณโครงสร้างร่างแหในโมเลกุลยาง ซึ่งบ่งชี้ว่า การลดทอนสัญญาณคลื่นเสียงจะมีค่าสูงขึ้นเมื่อ การเชื่อมโยงกันของโครงสร้างร่างแหมีปริมาณลดลง โดยความถูกต้องและแม่นยำของการทดสอบดังกล่าวนี้จะมีมากขึ้นเมื่อทำการ ควบคุมแรงกดลงบนชิ้นงานด้วยน้ำหนักคงที่แทนการกดด้วยมือ ส่วนการแยกแยะความแตกต่างของปริมาณโครงสร้างร่างแหในยาง นั้น จะตอบสนองต่อการทดสอบได้ดีเมื่อคลื่นถูกส่งผ่านที่ความถี่ 5 เมกะเฮิร์ซ นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนสัญญาณอัลตรา โซนิกที่ได้จะมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นเมื่อทำการทดสอบตั้งแต่ 50 ครั้งขึ้นไป ซึ่งพิจารณาได้จากค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่เริ่มจะคงที่ ปัจจัยอื่นเช่น ความหนาของชิ้นยางที่ใช้ในการทดสอบก็ถูกนำมาพิจารณาด้วยเช่นกัน ซึ่งพบว่าที่ความหนา 9 มิลลิเมตรน่าจะ เหมาะสมที่สุดต่อการทดสอบดังกล่าว จากการศึกษานี้ยังพบอีกว่าความแตกต่างจำนวนน้อยๆของปริมาณโครงสร้างร่างแหในยาง จะ ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของการลดทอนสัญญาณคลื่นอัลตราโซนิกก็ต่อเมื่อ ชิ้นงานยางเหล่านี้ถูกทำให้สุกตัวอย่างสมบูรณ์แล้ว ส่วนที่สองของงานวิจัยนี้ เป็นการศึกษาเกี่ยวกับผลของการเชื่อมโยงภายในโมเลกุลยางที่เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเติม สารเติมแต่งอื่นๆต่อการทดสอบด้วยวิธีทางอัลตราโซนิก จากผลการทดลองสามารถสรุปได้ว่า เทคนิคดังกล่าวไม่สามารถใช้หา ปริมาณโครงสร้างร่างแหในยางธรรมชาติที่มีการผสมกับสารเสริมแรงที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่หรือการผสมกับเขม่าดำในปริมาณมากๆ เนื่องจากผลของโครงสร้างร่างแหจะถูกรบกวนด้วยผลจากอันตรกิริยาระหว่างสารเสริมแรงกับยาง หรือสารเสริมแรงด้วยกันเอง นอกจากนี้ยางธรรมชาติที่ผสมน้ำมันในปริมาณที่แตกต่างกันก็สามารถวัดหาปริมาณโครงสร้างร่างแหด้วยเทคนิคนี้ได้เช่นกัน แต่ชนิด ของน้ำมันนั้นไม่มีผลต่อการลดทอนสัญญาณคลื่นเช่นเดียวกับกรณีของการใช้สารเสริมแรงที่มีขนาดของพื้นที่ผิวต่างกันเพียงเล็กน้อย

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Chudej Deeprasertkul

Role: Thesis Advisors

Created: 2006

Modified: 2553-06-15

Issued: 2010-06-03

ISBN: 9740472478

CallNumber: TH P297m 2006

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Polymer Science and Technology

Grantor: Mahidol University

©copyrights

ใช้เวลา

0.013359 วินาที