เทคโนโลยีการคงรูปยาง (vulcanization)

  หลังจากขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แล้ว กระบวนการต่อมา คือ การทำให้ยางคงรูป (vulcanization) โดยอาศัยความร้อนกระตุ้นให้สารเคมี (ที่ผสมอยู่ในยางคอมพาวด์แล้ว) เกิดปฏิกิริยาเชื่อมโยงโมเลกุลให้เป็นโครงสร้างตาข่ายสามมิติ ซึ่งจะทำให้ยางคอมพาวด์ (หรือยางดิบที่ยังไม่สามารถใช้งานได้) เปลี่ยนสภาพเป็นยางคงรูป (หรือยางสุก) ที่มีความยืดหยุ่น ทนทาน มีสมบัติที่เสถียรไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ จึงจะสามารถนำผลิตภัณฑ์ยางดังกล่าวไปใช้งานได้

          การคงรูปยางสามารถใช้สารเคมี (บวกกับความร้อน) หรืออาจจะใช้รังสีหรือคลื่นพลังงาน เช่น รังสีแกมมา ลำอิเล็กตรอน คลื่นไมโครเวฟ ก็ได้ แต่การคงรูปโดยใช้รังสีจำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีราคาแพงและใช้ได้ดีในกรณีที่เป็นชิ้นงานบางๆ เท่านั้น ดังนั้นการคงรูปที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรม คือ การใช้สารเคมี (บวกกับความร้อน)

          ระบบการคงรูปที่ใช้สารเคมีแบ่งออกเป็น 3 ระบบใหญ่ๆ ได้แก่

1.   ระบบการคงรูปด้วยกำมะถัน (sulfur vulcanization)

2.   ระบบการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์ (peroxide vulcanization)

3.   ระบบการคงรูปด้วยสารเคมีอื่นๆ

ระบบการคงรูปด้วยกำมะถัน (sulfur vulcanization)

          ระบบการคงรูปด้วยกำมะถันเป็นระบบที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน เพราะเป็นระบบที่มีต้นทุนต่ำ การคงรูปสามารถเกิดขึ้นได้เร็ว และยางคงรูปที่ได้มีสมบัติเชิงกลที่ดี ระบบนี้นิยมใช้กับยางทุกชนิดที่มีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุล โดยเฉพาะยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ส่วนใหญ่ เช่น SBR, IR, BR, NBR เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ระบบนี้ก็มีข้อจำกัดหลัก คือ ไม่สามารถใช้ในการคงรูปยางที่ไม่มีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุล เช่น ยางซิลิโคน หรือยาง EPM

ระบบการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์ (peroxide vulcanization)

          แม้ ว่าระบบการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์จะสามารถใช้ได้ดีกับยางส่วนใหญ่ (ทั้งที่มีพันธะคู่และไม่มีพันธะคู่ในโมเลกุล) แต่เนื่องจากระบบนี้มีต้นทุนสูงกว่าระบบการคงรูปด้วยกำมะถันและยางคงรูปที่ ได้มีสมบัติทั้งเชิงกลและเชิงพลวัตต่ำกว่ายางที่ได้จากการคงรูปด้วยกำมะถัน ประกอบกับเพอร์ออกไซด์จัดเป็นสารเคมีที่ค่อนข้างอันตราย การขนย้ายและการเก็บรักษาต้องทำด้วยความระมัดระวัง ดังนั้นการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์นั้นจึงนิยมใช้กับยางที่ไม่มีพันธะคู่ใน โมเลกุล (เช่น EPM, EVA, CPE หรือ Q เป็นต้น) หรือยางที่มีปริมาณพันธะคู่ในโมเลกุลต่ำมากเท่านั้น (เช่น HNBR, EPDM) สำหรับยางอื่นๆ นิยมคงรูปด้วยกำมะถันมากกว่า ยกเว้นกรณีที่ต้องการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ทนต่อความร้อนได้ดีและ/หรือมีค่าการเสียรูปถาวรหลังกด (compression set) ต่ำเท่านั้น

ระบบการคงรูปด้วยสารเคมีอื่นๆ

          นอกจากระบบหลักๆ 2 ระบบดังที่กล่าวมาแล้ว ยังมีการนำสารทำให้ยางคงรูปชนิดอื่นๆ มาใช้ในการคงรูปด้วยเช่นกัน แต่มีการใช้น้อยหรือใช้ในกรณีที่จำเป็น เช่น การคงรูปของยางคลอโรพรีน (chloroprene; CR) เป็นต้น สารเคมีอื่นๆ ได้แก่ ซีลีเนียม เทลลูเรียม โลหะออกไซด์ (ซิงก์ออกไซด์ แมกนีเซียมออกไซด์ ออกไซด์ของตะกั่ว) สารประกอบที่มีหมู่ฟังก์ชัน 2 หมู่ (difunctional compounds)

เทคนิคที่ใช้ในการคงรูป (vulcanization techniques)

          เทคนิคที่ใช้ในการคงรูปมีหลายวิธี ขึ้นกับความเหมาะสมและรูปร่างของผลิตภัณฑ์

1.   การคงรูปของยางที่ขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์

ผลิตภัณฑ์ยางที่ขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์จะทำให้ยางคงรูปได้ด้วยวิธีอัด (press) โดยวางแม่พิมพ์ที่มียางคอมพาวด์อยู่ภายในลงบนแผ่นกดอัด (platen) ของเครื่องกดอัดระบบไฮดรอลิก (hydraulic press) ที่สามารถเลื่อนขึ้นลงได้ (ดูการขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกดอัดประกอบ)

2.   การคงรูปของยางที่ขึ้นรูปด้วยวิธีอัดผ่านดายโดยใช้เครื่องเอ็กซทรูด

              การคงรูปของเอ็กซทรูดเดตแบ่งได้เป็น 2 เทคนิค ได้แก่ เทคนิคการคงรูปแบบไม่ต่อเนื่อง (การคงรูปในหม้ออบไอน้ำความดันสูง) และ เทคนิคการคงรูปแบบต่อเนื่อง (การคงรูปในถังของเหลว หรือ การคงรูปใน fluidized bed)

              1. การคงรูปในหม้ออบไอน้ำความดันสูง

              หม้ออบไอน้ำความดันสูงหรือที่เรียกกันว่า หม้อออโตเครฟ (autoclave) รูปทรงกระบอกวางในแนวตั้งหรือแนวนอน มีไอน้ำเป็นตัวให้ความร้อน อุณหภูมิของไอน้ำจะขึ้นกับความดันภายในหม้ออบ นำเอ็กซทรูดเดตที่ได้จากการขึ้นรูปส่งผ่านไปยังถังใส่สารหล่อลื่นเพื่อ ป้องกันการติดกันก่อนที่จะถูกส่งต่อไปพันรอบ วงล้อกลมและนำเข้าไปอบในหม้อออโตเครฟ 

น้ำทะเลและหินปูน สามารถเปลื่ยนเป็นยางสังเคราะห์คลอโรพรีน

     โดยทั่วไปวัตถุดิบสำคัญสำคัญสำหรับการผลิตพลาสติกและยางสังเคราะห์มาจากน้ำมันดิบ แต่มีเพียงบริษัท เดนก้า (DENKA) ประเทศญี่ปุ่น  สามารถผลิตยางสังเคราะห์คลอโรพรีน โดยใช้หินปูนและน้ำทะเลเป็นวัตถุดิบสำคัญ

วัตถุดิบเริ่มต้นของเด็นก้าคือหินปูนและน้ำทะเล จากหินปูนนำมาเผาที่อุณภูมิ 800 C จะได้ปูนขาว (CaO)
ซึ่งส่วนหนึ่งเด้นก้าจะนำไปผสมเป็นปูนซีเมนต์และสิ่งปรุงแต่งของปูนซีเมนต์ ถ้าปูนขาวเผาต่อที่ 2000 C
และเติมถ่านโค้ก สิ่งที่ได้มาคือแคลเซียมคาร์ไบต์ (CaC2) ในกระบวนการนี้ใช้หุ่นยนต์ในการกวนปูนขาวให้เข้ากับถ่านโค้กที่อุณหภูมิสูงๆ ถ้าเติมน้ำเข้าไปในแคลเซียมคาร์โบด์เขาจะได้อะเซทิลีนและแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ แต่เขาจะไม่ปล่อยแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ทิ้งให้สูญปล่าว เขาจะนำผ่านกระบวนการผสมกับแก๊สไนโตรเจนเพื่อผลิตสารเคมีอื่น (Fertilizer Chemical) ต่อไป ส่วนอะเซทิลีนที่ได้เดนก้านำมาผ่านกระบวนการการเคมีโดยมีสารตัวเร่ง (Catalyst) และได้บิวตาไดอีน ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับกรดเกลือ (ซึ่งมาจากกระบวนการแยกสารด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) ของเกลือจากทะเล ) จะได้คลอโรบิวตาไดอีน( Chlorobutadiene) เมื่อผ่านกระบวนการพอลิเมอร์แล้วจะได้ยางสังเคราะห์คลอโรพรีน

จากวัตถุดิบธรรมาชาติบริษัทเดนก้าสามารถผลิต ผลิตภัณฑ์ออกมามากมาย โดยไม่ยอมให้อะไรสูญปล่าวเลย (แม้แต่พลังงาน)

อีกหนึ่งที่เดนก้ามีชื่อเสียงมากคือ ปลาไหลทะเลซึ่งเป็นผลพลอยได้จากโรงงานนี้ โดยทั่วไปแล้วในปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่ใช้กรดเกลือและโซดาไฟ (NaOH) มาเกี่ยวข้อง จะมีของเสียหรือสารที่ออกมาจากกระบวนการผลิตที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม (ถ้าไม่มีกระบวนการจัดการที่ดี) สารคลอโรพรีนมักจะปนเปื้อนที่ก่อให้เกิดมะเร็งได้ เพื่อแน่ใจให้ชุมชนที่อยู่รอบโรงงานแน่ใจต่อระบบการกำจัดน้ำเสีย น้ำหลังบำบัดแล้วเอาน้ำที่ได้ (ก่อนปล่อยออกสู่ธรรมชาติ) ไปเลี้ยงปลาไหลทะเลเพื่อยืนยันในความสะอาดของน้ำหลังบำบัดแล้ว เดนก้ามีรายได้เสริมจากการจำหน่ายปลาไหลทะเลที่แสนอร่อย


ขอขอบคุณ
ข้อมูลจาก หนังสือโลกของยาง  (ดร.บัญชา ชุณหสวัสดิกุล)


สามารถติดต่อสอบถามข้อมูลงานชิ้นส่วนยางและการใช้งานได้ที่
Tel: 02-1717648
Fax: 02-1717650
E-mail: sales@srksealing.com
IG: srksealing
www.srksealing.com

เทคโนโลยีการขึ้นรูปยาง (forming)

หลัง จากการผสมยางกับสารเคมีให้เข้ากันได้ดีแล้ว ขั้นตอนต่อมาคือการนำยางคอมพาวด์ที่ได้มาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่าง ต่างๆ ตามต้องการ ก่อนที่จะนำไปคงรูปต่อไป หรือในบางกรณีการขึ้นรูปและการคงรูปอาจจะเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนเดียวกันได้ เช่นกรณีที่ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ (molding)

            โดยทั่วไป การขึ้นรูปสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 เทคนิคใหญ่ๆ ได้แก่

1.   การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ (molding)

2.   การขึ้นรูปด้วยวิธีอัดผ่านดายโดยใช้เครื่องเอ็กซทรูด (extrusion)

3.   การขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์ (calendering)

สำหรับเทคนิคที่ 1 การขึ้นรูปและคงรูปเกิดได้พร้อมกันในขั้นตอนเดียวกัน แต่เทคนิคที่ 2 และ 3 การขึ้นรูปกับการคงรูปจะแยกขั้นตอนกันอย่างชัดเจน

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ (molding)

            การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์นั้นเป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดทั้งการขึ้นรูป (forming) และคงรูป (vulcanizing) ผลิตภัณฑ์ในขั้นตอนเดียวกัน โดยอาศัยความร้อนและแรงอัด เริ่มจากการให้ความร้อนแก่แม่พิมพ์ก่อน จากนั้นจึงนำยางคอมพาวด์ไปใส่ลงในเบ้าพิมพ์ เมื่อยางไหลเต็มเบ้าพิมพ์แล้ว ความร้อนจากแม่พิมพ์จะทำให้ยางเกิดปฏิกิริยาคงรูปต่อไป แม่พิมพ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมสามารถแบ่งได้ออกเป็น 3 แบบ ได้แก่

1.   แม่พิมพ์แบบกดอัด (compression mold)

2.   แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีด (transfer mold)

3.   แม่พิมพ์แบบฉีด (injection mold)

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกดอัด (compression mold)

            การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกดอัดเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมเมื่อเทียบกับการขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบอื่น เพราะเป็นวิธีที่ง่ายและเครื่องจักรที่ใช้มีราคาไม่สูงมากนัก เครื่องจักรที่ใช้ ได้แก่ เครื่องกดอัดระบบไฮดรอลิก (hydraulic press) ซึ่งประกอบด้วยแผ่นกดอัด (platen) จำนวน 2 แผ่น หรือมากกว่า 2 แผ่น ขึ้นกับการออกแบบ แผ่นกดอัดจะเลื่อนขึ้นลงด้วยระบบไฮดรอลิกเพื่ออัดและส่งผ่านแรงดันไปสู่แม่พิมพ์ที่อยู่ตรงกลางระหว่างแผ่นกดอัด เครื่องจะสามารถตั้งอุณหภูมิและควบคุมความร้อนให้คงที่ระหว่างการผลิต

            ในส่วนของแม่พิมพ์แบบกดอัดนี้ประกอบด้วยแม่พิมพ์ 2 ส่วน คือ แม่พิมพ์ส่วนบน (lid) และแม่พิมพ์ส่วนล่าง (base) โดยแม่พิมพ์ส่วนล่างจะมีช่องเป็นรูปร่างของผลิตภัณฑ์ เรียกว่า เบ้าพิมพ์ (cavity) สำหรับใส่ยางคอมพาวด์ที่จะขึ้นรูป จากนั้นนำแม่พิมพ์ส่วนบนมาปิดทับ สลัก (pin) ที่ติดอยู่กับแม่พิมพ์ส่วนบนจะช่วย ล็อกไม่ให้เกิดการเคลื่อนตัวในแนวระนาบขณะที่ได้รับแรงกดอัด เมื่อให้แรงดันแก่แม่พิมพ์ ยางคอมพาวด์จะถูกบังคับให้ไหลจนเต็มเบ้าพิมพ์ และความร้อนจากแม่พิมพ์จะทำให้ยางเกิดการคงรูป ผลิตภัณฑ์ยางส่วนใหญ่ เช่น ยางล้อ ยางโอริง ยางรองแท่นเครื่อง พื้นรองเท้า ฯลฯ ก็ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้

รูปที่ 7 เครื่องกดอัดระบบไฮดรอลิก (hydraulic press) [10]

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีด (transfer mold)

            การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีดเป็นวิธีที่ใช้กันน้อยมากในปัจจุบัน แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีดประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่

            1) แม่พิมพ์ส่วนบน ซึ่งออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายแท่งกด

            2) แม่พิมพ์ส่วนล่าง เป็นส่วนเบ้าพิมพ์ที่มีรูปร่างต่างๆ ตามต้องการ 

            3) แม่พิมพ์ส่วนตรงกลาง เป็นส่วนที่มีแอ่งหรือช่องว่างสำหรับใส่ยางคอมพาวด์ เรียกว่า “pot” และที่บริเวณด้านล่างของ pot จะมีหัวฉีด (injection nozzle) เพื่อเป็นช่องให้ยางไหลลงไปสู่เบ้าพิมพ์ส่วนล่าง

            การขึ้นรูปยางด้วยวิธีนี้เริ่มจากให้ความร้อนกับแม่พิมพ์ นำยางคอมพาวด์ใส่ลงไปในช่องใส่ยางของแม่พิมพ์ส่วนตรงกลาง ปิดแม่พิมพ์ แท่งกด (ram) ของแม่พิมพ์ส่วนบนจะดันยางให้ไหลผ่านหัวฉีดเข้าสู่เบ้าพิมพ์จนเต็ม เทคนิคนี้มีข้อดีคือสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อนเกินกว่าที่จะใช้แม่พิมพ์แบบกดอัดได้ แต่ก็มีข้อเสียหลักที่สำคัญคือ ต้องเสียเวลานานในการขึ้นรูปแต่ละครั้ง เนื่องจากหลังการขึ้นรูป ต้องนำแม่พิมพ์ส่วนตรงกลางมาทำความสะอาดโดยกำจัดเศษยางคงรูป (scrap) ที่ติดอยู่บริเวณหัวฉีดหรือบริเวณฐานของช่องใส่ยางออกให้หมดก่อนที่จะทำการขึ้นรูปครั้งต่อไปได้

รูปที่ 8 เครื่องจักรแม่พิมพ์แบบกึ่งฉีด (transfer molding machine) [11]

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบฉีด (injection mold)

            การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบฉีดเป็นการพัฒนามาจาก 2 แบบแรก วิธีนี้มีอัตราเร็วในการผลิตสูงและผลิตภัณฑ์ที่ได้มีขนาดที่ถูกต้องมากกว่าการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบอื่นๆ จึงเหมาะกับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อน เครื่องฉีดยางมีทั้งแบบเกลียวหนอน (screw-type injection molding machine) หรือแบบผสมระหว่างเกลียวหนอนกับแท่งกด (plunger screw injection molding machine) หลักการคือจะต้องทำให้ยางนิ่ม/ไหลได้ก่อนที่จะฉีดยางเข้าสู่เบ้าพิมพ์ โดยเกลียวหนอนจะหมุนทำให้ยางถูกป้อนเข้าสู่บาเรลของเครื่องฉีดอย่างต่อเนื่อง (ตั้งค่าอุณหภูมิของบาเรลเพื่อทำให้ยางนิ่ม) ยางจะไหลไปทางด้านหน้าของเกลียวหนอน เมื่อมีปริมาณและอุณหภูมิสูงเพียงพอแล้ว เกลียวหนอนก็จะหยุดหมุนและถูกดันไปข้างหน้าเพื่อฉีดยางคอมพาวด์ให้ไหลเข้าสู่เบ้าพิมพ์ที่ร้อน หลังจากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาคงรูปจนสมบูรณ์และแม่พิมพ์จะเปิดออก นำชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ แม่พิมพ์จะปิด เกลียวหนอนก็จะเริ่มหมุนพร้อมทั้งเคลื่อนตัวไปทางด้านหลังเพื่อให้ยางคอมพาวด์ชุดใหม่ไหลลงมาสำหรับการฉีดในรอบถัดไป

รูปที่ 9 เครื่องจักรแม่พิมพ์แบบฉีด (injection molding machine) [12]

การขึ้นรูปด้วยวิธีอัดผ่านดายโดยใช้เครื่องเอ็กซทรูด (extrusion)

          การขึ้นรูปด้วยการอัดผ่านดาย (die) นิยมใช้กับผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างของภาพตัดขวางเหมือนกันตลอดแนวความยาว เช่น ท่อยาง ยางหุ้มสายเคเบิ้ล ยางขอบกระจก ยางรัดของ เป็นต้น เครื่องมือที่ใช้ในการขึ้นรูปโดยทั่วไปเรียกว่า เครื่องเอ็กซทรูด (extruder) ทั้งนี้เครื่องเอ็กซทรูดนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด ได้แก่ เครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากแรม (ram extruder) และเครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากการหมุนของเกลียวหนอน (screw extruder) ซึ่งชนิดหลังนี้เป็นเครื่องเอ็กซทรูดชนิดที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน สำหรับยางที่ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้จะเรียกว่า เอ็กซทรูดเดต (extrudate)

เครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากการหมุนของเกลียวหนอน (screw extruder)

          เครื่อง เอ็กซทรูดชนิดนี้ประกอบด้วยเกลียวหนอนซึ่งหมุนอยู่ภายในบาเรล ซึ่งทั้งเกลียวหนอนและบาเรลสามารถตั้งอุณหภูมิตามต้องการ ที่ปลายด้านหนึ่งของบาเรลจะเป็นที่ตั้งของหัวดายและปลายอีกด้านหนึ่งจะเป็น ช่องสำหรับป้อนยางคอมพาวด์เข้าสู่เครื่อง การหมุนของเกลียวหนอนจะทำให้ยางคอมพาวด์ไหลเข้าไปใน             บาเรลอย่างต่อเนื่องและเกิดแรงดันสำหรับดันยางคอมพาวด์เหล่านี้ให้ไหลผ่านหัวดายที่อยู่ทางด้านหน้าเกิดเป็นรูปร่างของผลิตภัณฑ์ หลังจากนั้นจำเป็นต้องนำยางที่ขึ้นรูปแล้ว (แต่ยังไม่เกิดการคงรูป) ไปผ่านขั้นตอนการคงรูปต่อไปโดยอาจใช้เทคนิคการคงรูปแบบไม่ต่อเนื่อง เช่น การคงรูปในหม้ออบไอน้ำความดันสูง หรือเทคนิคการคงรูปแบบต่อเนื่อง เช่น การคงรูปในถังของเหลว (liquid bath) หรือการคงรูปใน fluidized bed เป็นต้น

รูปที่ 10 เครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากการหมุนของเกลียวหนอน (screw extruder) [13]

การขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์ (calendering)

          การ ขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์นิยมใช้ในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่เป็นแผ่นเรียบ ที่มีความหนาและความกว้างสม่ำเสมอหรือเพื่อการฉาบยางบางๆ ลงบนผ้าหรือแผ่นใยลวด (coating) ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ เช่น สายพานลำเลียง ยางแผ่นปูพื้น ยางแผ่นปูบ่อน้ำ เป็นต้น เครื่องคาเลนเดอร์ประกอบด้วยลูกกลิ้งที่ทำจากเหล็กหล่ออย่างดี ผิวหน้าขัดเรียบ ตั้งแต่ 2 ถึง 4 วางเรียงตัวกันในลักษณะต่างๆ ด้านในของลูกกลิ้งมีลักษณะกลวงเพื่อติดตั้งระบบทำความร้อนและหล่อเย็น ช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งสามารถปรับให้กว้างหรือแคบได้ตามต้องการ โดยทั่วไปแล้วมักใช้เครื่องคาเลนเดอร์ที่มี 3 ลูกกลิ้งสำหรับรีดยางให้เป็นแผ่นเรียบ ลูกกลิ้งทั้ง 3 ลูก จะหมุนด้วยความเร็วเท่ากันหรือต่างกันเล็กน้อย ลูกกลิ้งลูกกลางเคลื่อนที่ไม่ได้ แต่สามารถปรับลูกกลิ้งลูกบนและลูกล่างให้เคลื่อนที่เพื่อให้เกิดช่องระหว่างลูกกลิ้งตามต้องการได้

          ขั้นตอนการรีดยางเป็นแผ่นเรียบทำได้โดยยาง (ที่อุ่นแล้ว) จะถูกป้อนเข้าระหว่างลูกกลิ้งคู่บน ยางจะพันตามลูกกลิ้งกลาง ผ่านไประหว่างลูกกลิ้งคู่ล่าง พันตามลูกกลิ้งล่างและม้วนออกมา (จะมีการเป่าด้วยแป้ง           ทาล์คหรือสารกันยางติดอื่นๆ และพันหรือม้วนโดยมีผ้ากั้นระหว่างชิ้นยางเพื่อป้องกันการเหนียวติดและสะดวก ในการนำไปสู่ขั้นตอนการผลิตต่อไป

          อย่างไรก็ตามหลังจากยางแผ่นหรือยางที่ฉาบหรือเคลือบบนผ้าใบผ่านเครื่อนคาเลนเดอร์ออกมาแล้ว (แต่ยังไม่เกิดการคงรูป) จะต้องไปผ่านขั้นตอนการคงรูปต่อไป เช่น การคงรูปด้วยอากาศร้อน (hot air vulcanization) หรือการคงรูปแบบหมุน (rotational vulcanization)

รูปที่ 11 เครื่องคาเลนเดอร์ (calender) [14]

ขอขอบคุณ
ข้อมูลจาก ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีการยาง (RTEC)

สามารถติดต่อสอบถามข้อมูลงานชิ้นส่วนยางและการใช้งานได้ที่
Tel: 02-1717648
Fax: 02-1717650
E-mail: sales@srksealing.com
IG: srksealing
www.srksealing.com

เทคโนโลยีการผสมยาง (Mixing)

               

เมื่อออกสูตรเคมียางเรียบร้อยแล้ว ขั้นตอนถัดมาคือการผสมยางกับสารเคมียางเข้าด้วยกันโดยใช้เครื่องผสมซึ่งอาจจะเป็นเครื่องผสมระบบปิดหรือระบบเปิดก็ได้ ยางที่ผ่านการผสมสารเคมีแล้วจะเรียกว่า “ยางคอมพาวด์ (rubber compound)” การผสมยางนี้ก็เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งที่มีความสำคัญอย่างมากต่อสมบัติและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เนื่องจากถ้าสารเคมีที่เติมลงไปในยางกระจายตัว (distribution) หรือแตกตัว (dispersion) ได้ไม่ดี ก็จะส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของคุณภาพผลิตภัณฑ์ ดังนั้นการใช้กระบวนการผสมที่แตกต่างกัน เช่น การใช้เครื่องผสมคนละชนิดกัน การใช้สภาวะการผสมที่แตกต่างกัน หรือแม้แต่การจัดลำดับการเติมสารเคมีลงไปในเครื่องผสมที่แตกต่างกัน ย่อมจะส่งผลทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีสมบัติที่แตกต่างกันด้วยแม้ว่าจะเป็นยางสูตรเดียวกันก็ตาม ดังนั้นผู้ผลิตจำเป็นต้องมีการตรวจสอบคุณภาพของการผสมโดยนำยางคอมพาวด์ที่ได้จากการผสมแต่ละครั้ง (batch) ไปทดสอบความหนืดมูนนี่ (Mooney viscosity) และสมบัติการคงรูปของยาง (cure characteristics) เพื่อควบคุมคุณภาพให้คงที่

                เนื่อง จากเทคโนโลยีการผสมยางให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพคงที่ตามที่ต้องการนั้นมี ปัจจัยที่ต้องพิจารณามากมายและต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจในกลไกการผสม อันได้แก่ การเข้าไปในเนื้อยางของสารตัวเติม (incorporation หรือ wetting) การกระจายตัวของสารตัวเติมในยาง (distribution) และการแตกตัวของสารตัวเติม (dispersion) รวมไปถึงปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ปริมาณที่ผสม ตลอดจนลำดับการใส่สารเคมี ที่มีต่อการใช้เครื่องผสมยางต่างชนิดกัน (เครื่องผสมระบบปิด เครื่องผสมระบบเปิด หรือเครื่องผสมแบบต่อเนื่อง) ดังนั้นในที่นี้จะกล่าวถึงตัวอย่างเครื่องผสมยางแต่เพียงคร่าวๆ เพื่อให้พอทราบถึงลักษณะการทำงานของเครื่องผสมยาง

เครื่องผสมยาง

                เครื่องผสมยางแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่

1.   เครื่องผสมยางแบบไม่ต่อเนื่องหรือแบบแบตช์ (batch mixer) ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ระบบ ได้แก่

1.1 ระบบเปิด ได้แก่ เครื่องผสมยางแบบ 2 ลูกกลิ้ง (two-roll mill)

1.2 ระบบปิด แบ่งตามลักษณะของโรเตอร์ ออกเป็น 4 แบบ ได้แก่

              1.2.1 เครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี่ (Banbury internal mixer)

              1.2.2 เครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ (Intermix internal mixer)

              1.2.3 เครื่องผสมระบบปิดแบบที่ปรับระยะห่างระหว่างโรเตอร์ได้ 

                        (variable intermeshing clearance internal mixer)

              1.2.4 เครื่องผสมระบบปิดอื่นๆ ได้แก่ เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์ (kneader)

2.   เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer) ได้แก่ เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนเดี่ยว (single screw) เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนคู่ (twin screw)

เครื่องผสมยางแบบ 2 ลูกกลิ้ง (two-roll mill)

                เครื่องผสมยางแบบ 2 ลูกกลิ้งเป็นเครื่องผสมระบบเปิด ประกอบด้วยลูกกลิ้ง 2 ลูก เรียงตัวในแนวนอนขนานกัน หมุนเข้าหากันด้วยความเร็วต่างกัน ทำให้เกิดแรงเฉือนที่จำเป็นต่อการบดผสมยางกับสารเคมียาง ในการผสมยางกับสารเคมียางจะใส่ยางลงช่องระหว่างลูกกลิ้ง ยางจะถูกรีดออกมาเป็นแผ่นรอบลูกกลิ้งด้านหน้า จากนั้นจึงเติมสารเคมียาง โดยผู้ผสมต้องทำการกรีดยางแผ่นและพับไปมาในขณะที่เติมสารเคมีลงไปในยาง ซึ่งยางที่ถูกตัดพับจะถูกใส่กลับไปยังช่องระหว่างลูกกลิ้ง แรงเฉือนที่เกิดขึ้นจะช่วยให้สารเคมีต่างๆ กระจายตัวเข้ากับเนื้อยางได้ดี เครื่องผสมยางแบบสองลูกกลิ้งใช้ผสมยางในปริมาณไม่มาก เนื่องจากต้องใช้ความชำนาญและกำลังคนในการผสม

รูปที่ 1 เครื่องผสมยางแบบสองลูกกลิ้ง (two-roll mill) [4]

เครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี (Banbury internal mixer)

                โดยทั่วไปเครื่องผสมระบบปิดมีองค์ประกอบที่สำคัญ 4 ส่วนได้แก่ ห้องผสม (chamber) ตัวบดผสมหรือโรเตอร์ (rotor) แท่งกดหรือแรม (ram) และระบบหล่อเย็น (cooling system) เครื่อง ผสมระบบปิดให้ประสิทธิภาพและความรวดเร็วในการผสมมากกว่าการใช้เครื่องผสมยาง แบบสองลูกกลิ้งเพราะสารเคมีไม่ฟุ้งกระจายระหว่างการผสม ลดการสูญเสียสารเคมีขณะผสม และลดการผิดพลาดเนื่องจากการใช้แรงงานคนในการผสม สามารถผสมยางกับสารเคมีได้ในปริมาณสูง เช่น 50-100 กิโลกรัม

                โรเตอร์ทั้งสองของเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีจะเป็นแบบไม่คาบเกี่ยวกัน หรือที่เรียกว่า “non-interlocking หรือ non-intermeshing” หมุนด้วยอัตราเร็วที่แตกต่างกันขึ้นกับรุ่นของเครื่อง การทำงานของเครื่องผสมเพื่อให้เกิดการผสมคลุกเคล้าของยางกับสารเคมีส่วนใหญ่จะมาจากแรงเฉือนที่เกิดขึ้นระหว่างปีกของ         โรเตอร์กับผนังของห้องผสม ยางและสารเคมีจะถูกบีบนวดผสมกันในสภาวะที่ควบคุมอุณหภูมิของห้องผสมอย่างเหมาะสม ทำให้สารเคมีต่างๆ กระจายตัวในยางได้ดีขึ้น

รูปที่ 2 เครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี (Banbury internal mixer) [5]

เครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ (Intermix internal mixer)

                เครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์มีองค์ประกอบสำคัญเหมือนกับเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี แต่         โรเตอร์ทั้งสองของเครื่องผสมแบบนี้จะเป็นแบบคาบเกี่ยวกัน หรือที่เรียกว่า “intermeshing” หมุนด้วยอัตราเร็วที่เท่ากัน แรงเฉือนจะเกิดขึ้นที่บริเวณช่องว่างระหว่างปีกของโรเตอร์ ยางและสารเคมีจะถูกบีบนวดผสมคลุกเคล้าให้เป็นเนื้อเดียวกันในสภาวะที่ควบคุม อุณหภูมิของห้องผสมและโรเตอร์ได้ดีกว่าเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี จึงมีประสิทธิภาพการผสมที่สูงมาก สารตัวเติมสามารถแตกตัวและกระจายตัวในยางได้ดี แต่อย่างไรก็ตามโรเตอร์แบบ “intermeshing” นี้มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ทำให้ยางคอมพาวด์ที่ได้จากการผสมในแต่ละครั้งมีปริมาณค่อนข้างน้อย จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยม

รูปที่ 3 เครื่องผสมยางระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ (Intermix internal mixer) [6]

เครื่องผสมระบบปิดแบบที่ปรับระยะห่างระหว่างโรเตอร์ได้ (variable intermeshing clearance internal mixer)

                เครื่องผสมแบบนี้มีโรเตอร์เหมือนเครื่องผสมระบบปิดแบบอินเตอร์มิกซ์ แต่ผู้ผสมสามารถปรับเปลี่ยนระยะห่างระหว่างโรเตอร์ทั้งสองระหว่างการผสมได้ เช่น ในช่วงแรกของการผสมตั้งระยะห่างระหว่างโรเตอร์ไว้ให้มาก จะทำให้ป้อนยางและสารเคมีเข้าไปในเครื่องได้ง่าย จากนั้นปรับลดระยะห่างระหว่างโรเตอร์เพื่อให้มีแรงเฉือนสูงขึ้น จะทำให้สารตัวเติมแตกตัวได้ดีขึ้น

รูปที่ 4 เครื่องผสมยางระบบปิดแบบที่ปรับระยะห่างระหว่างโรเตอร์ได้
        (variable intermeshing clearance internal mixer) [7]

 เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์ (kneader)

                เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์เป็นเครื่องผสมระบบปิดชนิดอื่นๆ ที่มีการจำหน่ายในเชิงการค้าและมีการผลิตในประเทศแถบเอเชีย แม้ว่าเครื่องนวดยางจะมีหลักการทำงานคล้ายกับเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรี แต่รูปแบบของโรเตอร์แตกต่างจากโรเตอร์ของเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีมาก ทำให้ประสิทธิภาพในการผสมต่ำกว่าเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีมาก อย่างไรก็ตามเครื่องนวดยางมีราคาต่ำกว่าเครื่องผสมระบบปิดแบนบูรีมาก จึงเป็นที่นิยมสำหรับผู้ประกอบการไทยปัจจุบัน

รูปที่ 5 เครื่องนวดยางหรือนีดเดอร์ (kneader) [8]

เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer)

                เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer) ได้แก่ เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนเดี่ยว (single screw) เครื่องผสมแบบเกลียวหนอนคู่ (twin screw) ตัวเครื่องสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 บริเวณใหญ่ๆ ได้แก่

1.   บริเวณที่ป้อนสาร (feed zone) ซึ่งจะประกอบด้วยถังป้อนสารที่มีลักษณะคล้ายกรวย (hopper)

2.   บริเวณที่เกิดการผสม (mixing zone) คล้ายห้องผสมในเครื่องผสมระบบปิด

3.   บริเวณที่ปล่อยยางออกจากเครื่อง (discharge zone)

                ปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อปริมาณ คุณภาพของผลิตภัณฑ์ เช่น อัตรากำลังการผลิตซึ่งขึ้นอยู่โดยตรงกับอัตราการป้อนวัตถุดิบเข้าไปในเครื่อง การเพิ่มอัตราการป้อนวัตถุดิบจะทำให้ระยะเวลาที่ยางคอมพาวด์อยู่ในเครื่องผสมสั้นลง ทำให้ประสิทธิภาพในการผสมลดลง ยางคอมพาวด์ที่ได้จะมีระดับการกระจายตัวและการแตกตัวของสารตัวเติมที่ด้อยลง ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ 

รูปที่ 6 เครื่องผสมยางแบบต่อเนื่อง (continuous mixer) [9]

ขอขอบคุณ
ข้อมูลจาก ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีการยาง (RTEC)

สามารถติดต่อสอบถามข้อมูลงานชิ้นส่วนยางและการใช้งานได้ที่
Tel: 02-1717648
Fax: 02-1717650
E-mail: sales@srksealing.com
IG: srksealing
www.srksealing.com