Effects of Melt Spinning Conditions on Cross-section Features Mechanical and Reflection Properties of Poly (Lactic Acid) Fibers

โดย นรรจพร เรืองไพศาล

ปี 2556

บทคัดย่อ (Abstract)

พอลิแลคติกแอซิด (PLA)ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในการนำไปใช้งานของพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ จึงมีการใช้เทคนิคปั่นแบบหลอมเหลวเพื่อขึ้นรูปเส้นใยด้วยรูหัวฉีดที่หน้าตัดแตกต่างกัน เพื่อเพิ่มหรือปรับเปลี่ยนสมบัติบางประการให้กับเส้นใยก่อนที่จะนามาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ เช่น พื้นที่ผิว ผิวสัมผัส และความมันเงา อย่างไรก็ตามมักพบปัญหาการขาดง่าย และยากที่จะคงรักษารูปร่างของหน้าตัดของเส้นใยให้มีหน้าตัดเหมือนกับรูหัวฉีดเส้นใยได้ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงศึกษาผลกระทบของสภาวะการขึ้นรูปเส้นใยพอลิแลคติกแอซิดด้วยกระบวนการปั่นหลอม ต่อสมบัติทางกล สมบัติด้านการสะท้อนแสง และการติดสีของเส้นใย

เส้นใยพอลิแลคติกแอซิดขึ้นรูปด้วยหัวฉีดเส้นใยที่มีหน้าตัดต่างกัน คือ แบบวงกลม (Circular) และแบบสี่แฉก (4-lobed) ตัวแปรที่ทาการศึกษาคืออุณหภูมิในการขึ้นรูป อัตราการป้อนเนื้อพอลิเมอร์ และความเร็วในการม้วนเก็บเส้นใยที่แตกต่างกัน โดยทาการวิเคราะห์ค่าความต้านทานต่อแรงดึง (ASTM D 3822-01) การสะท้อนแสงและการติดสีของเส้นใย (CIELAB)

ผลการทดลองพบว่าเส้นใยที่ขึ้นรูปจากหัวฉีดเส้นใยหน้าตัดแบบวงกลมสามารถรักษารูปร่างตามลักษณะเดิมของหัวฉีดได้ในขณะที่เส้นใยที่ขึ้นรูปด้วยหัวฉีดแบบสี่แฉกจะปรากฏลักษณะหน้าตัดของเส้นใยที่หลากหลายขึ้นอยู่กับสภาวะการปั่นหลอม จากการวิเคราะห์ค่าบ่งชี้รูปร่าง (Shape factor) พบว่าตัวแปรที่ส่งผลต่อรูปร่างหน้าตัดของเส้นใยมากที่สุดคืออุณหภูมิ การขึ้นรูปที่อุณหภูมิต่ำ  220 องศาเซลเซียส เส้นใยทั้งสองหน้าตัดแสดงสมบัติเชิงกลดี โดยเฉพาะเส้นใยที่ขึ้นรูปด้วยหัวฉีดแบบสี่แฉก พบว่าเส้นใยรูปร่างหน้าตัดแบบสี่แฉกที่ขึ้นรูปได้มีค่าบ่งชี้รูปร่างคล้ายกับหัวฉีดมากที่สุด ซึ่งบ่งบอกว่าเส้นใยที่ได้สามารถรักษารูปร่างหน้าตัดแบบสี่แฉกของรูหัวฉีดไว้ได้ เส้นใยที่ได้มีสมบัติการสะท้อนแสงที่ดี เหมาะที่จะนำไปใช้งานสิ่งทอที่ต้องการผิวมันเงาได้

Poly (lactic acid, PLA) has been widely used for biodegradable plastic applications. Melt spinning technique of PLA fibers with varied cross-sectional shapes was used to improve some properties such as surface area, hand touch and luster. However, PLA fibers from this technique tend to easily break and difficult to make cross-section fibers with the same hole orifice. This research aimed to study the effects of spinning conditions on mechanical, fiber reflection and dyeing properties of PLA fibers.

PLA fibers were prepared by melt spinning process with two spinneret hole profiles (circular, and 4-lobed shapes). The spinning parameters included spinning temperatures, throughput rates, and fiber take up speeds were studied. The prepared fibers were tested by tensile strength (ASTM D 3822-01), reflection, and dyeing properties (CIELAB).

The results revealed that, circular PLA fibers could remain circular shapes resembling its original spinneret whereas 4-lobed PLA fibers exhibited variations in cross-sectional shapes with spinning conditions. The calculated shape factors indicated that the spinning temperature was a major factor that determined PLA fiber shape. At the spinning temperature of 220 degree Celsius, both of the prepared fibers shapes showed good mechanical properties. The cross-sectional 4-lobed shape PLA fibers showed the similar shape to that of the original 4-lobed orifice. This spinning condition was therefore preferable to produce 4-lobed PLA fibers with good luster, which could give appearance feature in textile applications.

Download : ผลกระทบของสภาวะการปั่นหลอมที่มีต่อรูปร่างหน้าตัด สมบัติทางกลและการสะท้อนแสงของเส้นใยพอลิแลคติกแอซิด