จุดประสงค์หลักของมาตรฐาน ASTM D573
การทดสอบนี้เป็นการจำลองสภาวะการเสื่อมสภาพที่เกิดจากความร้อนและการออกซิเดชัน โดยจะนำชิ้นงานยางไปอบในเตาอบลมที่อุณหภูมิและระยะเวลาที่กำหนด หลังจากนั้นจะนำชิ้นงานมาวัดและเปรียบเทียบคุณสมบัติต่างๆ กับชิ้นงานเดิมที่ยังไม่ผ่านการอบ เพื่อดูว่าคุณสมบัติของยางเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรบ้าง ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตสามารถคาดการณ์ได้ว่าผลิตภัณฑ์ยางนั้นๆ จะสามารถทนทานต่อการใช้งานในสภาวะที่มีความร้อนสูงได้นานแค่ไหน
คุณสมบัติที่ทำการทดสอบ
ในการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D573 คุณสมบัติที่สำคัญของยางที่ถูกวัดการเปลี่ยนแปลง ได้แก่:
- ความต้านทานแรงดึง (Tensile Strength): ความสามารถของยางในการรับแรงดึงสูงสุด
- การยืดตัวเมื่อขาด (Elongation at Break): ความสามารถของยางในการยืดตัวออกไปได้มากที่สุดก่อนที่จะขาด
- ความแข็ง (Hardness): การเปลี่ยนแปลงความแข็งหรือความยืดหยุ่นของยาง
การใช้มาตรฐานนี้ช่วยให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนยางต่างๆ เช่น ซีล ปะเก็น ท่อยาง ที่ใช้ในอุตสาหกรรมรถยนต์ อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ หรือผลิตภัณฑ์ทั่วไป จะมีอายุการใช้งานที่ยาวนานและมีความปลอดภัย
รายละเอียดขั้นตอนการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D573 โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอนหลัก ๆ ดังนี้
1. การเตรียมชิ้นงานทดสอบ
- ลักษณะชิ้นงาน: ชิ้นงานจะถูกเตรียมให้มีขนาดและรูปร่างตามที่ระบุไว้ในมาตรฐาน ASTM D412 ซึ่งเป็นมาตรฐานการทดสอบคุณสมบัติแรงดึงของยาง โดยมักจะเป็นรูปทรง “ดัมเบล” (dumbbell) หรือรูปทรงกระบอก
- จำนวนชิ้นงาน: ต้องมีชิ้นงานจำนวนที่เพียงพอสำหรับ:
- การทดสอบเริ่มต้น: อย่างน้อย 3 ชิ้นสำหรับวัดค่าคุณสมบัติเดิมก่อนการอบ
- การทดสอบหลังการอบ: อย่างน้อย 3 ชิ้นสำหรับแต่ละช่วงเวลาการทดสอบที่กำหนดไว้ (เช่น 3, 7, 14 วัน)
2. การอบชิ้นงาน (Aging Process)
- การจัดวาง: นำชิ้นงานที่เตรียมไว้ไปแขวนหรือวางในเตาอบลมร้อน (Air Oven) โดยต้องจัดวางให้ชิ้นงานแต่ละชิ้นห่างกันและไม่สัมผัสกับผนังเตา เพื่อให้แน่ใจว่าอากาศร้อนสามารถไหลเวียนและสัมผัสกับชิ้นงานได้อย่างทั่วถึง
- อุณหภูมิและระยะเวลา:
- อุณหภูมิ: ตั้งอุณหภูมิเตาอบตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน หรือตามข้อกำหนดของวัสดุนั้น ๆ โดยอุณหภูมิที่นิยมใช้คือ 70°C หรือ 100°C
- ระยะเวลา: กำหนดระยะเวลาการอบไว้ล่วงหน้า เช่น 24, 48, 72 ชั่วโมง, 7 วัน หรือ 14 วัน ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการทดสอบ (มักใช้ 7 วัน หรือ 168 ชั่วโมง)
- การควบคุมสภาวะ: เตาอบที่ใช้ต้องมีระบบควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำและมีการระบายอากาศที่ดี เพื่อป้องกันการสะสมของก๊าซที่อาจเกิดขึ้นจากการสลายตัวของยาง
3. การปรับสภาพชิ้นงานหลังการอบ
- การนำออกจากเตา: เมื่อครบกำหนดเวลาแล้ว ให้นำชิ้นงานออกจากเตาอบทันที
- การพักชิ้นงาน: นำชิ้นงานไปพักไว้ที่อุณหภูมิห้องบนพื้นผิวเรียบเป็นเวลาอย่างน้อย 16 ชั่วโมง แต่ไม่ควรเกิน 96 ชั่วโมง ก่อนที่จะทำการทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพ
4. การทดสอบและรายงานผล
- การวัดคุณสมบัติ: นำชิ้นงานที่ผ่านการปรับสภาพแล้วไปทดสอบเพื่อหาค่าคุณสมบัติที่ต้องการ เช่น ความต้านทานแรงดึง, การยืดตัวเมื่อขาด, และ ความแข็ง โดยใช้เครื่องมือทดสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (เช่น ASTM D412 สำหรับการทดสอบแรงดึง)
- การเปรียบเทียบและคำนวณ: นำค่าที่วัดได้หลังการอบ มาเปรียบเทียบกับค่าเดิมที่วัดไว้ก่อนการอบ และคำนวณการเปลี่ยนแปลงเป็นเปอร์เซ็นต์
ผลลัพธ์ที่ได้จะแสดงให้เห็นว่ายางชนิดนั้น ๆ มีความทนทานต่อความร้อนและการเสื่อมสภาพจากการออกซิเดชันได้มากน้อยเพียงใด ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการควบคุมคุณภาพและคาดการณ์อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ยางต่อไป
วิธีการคำนวณ
ผลการคำนวณตามมาตรฐาน ASTM D573 จะถูกรายงานในรูปของ เปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลง (%) ของคุณสมบัติทางกายภาพของยางหลังจากที่ผ่านการอบ ซึ่งค่านี้จะช่วยให้เราเห็นว่ายางมีความทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนได้ดีแค่ไหน
สูตรการคำนวณ
การเปลี่ยนแปลง(ΔT),%=Tb(Ta−Tb)×100
โดยที่:
- Ta = ค่าเฉลี่ยของคุณสมบัติทางกายภาพ (เช่น แรงดึง หรือการยืดตัว) หลัง การอบ
- Tb = ค่าเฉลี่ยของคุณสมบัติทางกายภาพ (เช่น แรงดึง หรือการยืดตัว) ก่อน การอบ
ตัวอย่างการคำนวณ
สมมติว่าคุณต้องการคำนวณการเปลี่ยนแปลงของ ความต้านทานแรงดึง (Tensile Strength)
- ค่าก่อนการอบ (Tb): วัดค่าความต้านทานแรงดึงของชิ้นงานตัวอย่างก่อนการอบได้ 15.0 MPa
- ค่าหลังการอบ (Ta): นำชิ้นงานตัวอย่างไปอบที่อุณหภูมิ 100°C เป็นเวลา 7 วัน แล้ววัดค่าความต้านทานแรงดึงได้ 12.5 MPa
จากสูตรข้างต้น จะได้:
การเปลี่ยนแปลงแรงดึง(ΔT),%=15.0(12.5−15.0)×100
การเปลี่ยนแปลงแรงดึง(ΔT),%=15.0−2.5×100
การเปลี่ยนแปลงแรงดึง(ΔT),%=−16.7%
การแปลผล
- ค่าติดลบ (-): แสดงว่าค่าคุณสมบัติลดลง ซึ่งในตัวอย่างนี้หมายความว่าความต้านทานแรงดึงของยางลดลง 16.7% หลังจากผ่านการอบ
- ค่าเป็นบวก (+): แสดงว่าค่าคุณสมบัติเพิ่มขึ้น ซึ่งบางครั้งอาจเกิดขึ้นกับความแข็ง (Hardness) ของยางหลังจากถูกความร้อน ทำให้ยางแข็งตัวมากขึ้น
- ค่าเป็นศูนย์ (0): แสดงว่าคุณสมบัติแทบไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเพราะแสดงถึงความทนทานต่อการเสื่อมสภาพสูง
การคำนวณนี้จะใช้กับทุกคุณสมบัติที่ทำการทดสอบ เช่น ความต้านทานแรงดึง, การยืดตัว และความแข็ง เพื่อให้ได้ภาพรวมของการเสื่อมสภาพที่สมบูรณ์ครับ
คลิกดูครื่องทดสอบสามารถแสดงผลจากการคำนวณผ่านทาง หน้าจอ และสามารถส่งไฟล์มาที่คอมพิวเตอร์ได้
อยากทราบวิธีอ่านผล สอบถามผู้เชี่ยวชาญ
