สมบัติเชิงกลและสมบัติทางความร้อนของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงรีไซเคิล

Abstract

งานวิจัยนี้ เป็นการศึกษาสมบัติเชิงกลและสมบัติทางความร้อนของพอลิเอทิลีนความหนาแน่น-สูง (HDPE) รีไซเคิล ชิ้โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) เปรียบเทียบสมบัติเชิงกล และสมบัติทางความร้อน ของ HDPE รีไซเคิล 2) นำผลการทดสอบมาใช้จัดทำข้อมูลเพื่อเป็นกรณีศึกษาให้นักศึกษาภาคปฏิบัติ ในรายวิชาการทดสอบวัสดุและการวิเคราะห์ผล รหัสวิชา 04-720-309 ของภาควิชาวิศวกรรมวัสดุ และโลหการ 3) นำผลการทดสอบมาใช้เป็นข้อมูลในการให้บริการงานบริการทดสอบสมบัติวัสดุ ในงานบริการทางวิชาการของภาควิชาวิศวกรรมวัสดุและโลหการ

โดยศึกษาสมบัติเชิงกล และสมบัติทางความร้อนของ HDPE ซึ่งเป็นพลาสติกหลักสำหรับการฝึกภาคปฏิบัติในเรื่องงานฉีดของนักศึกษามารีไซเคิลซ้ำาหลาย ๆ ครั้ง ด้วยเครื่องมือและวิธีการทดสอบตามมาตรฐานสากล โดยมีการศึกษาสมบัติทางกายภาพ ได้แก่ สมบัติ ความหนาแน่น ตามมาตรฐาน ASTM D792 สมบัติการหดตัว การทดสอบการเปลี่ยนสีในระบบ CIE และมดสอบสมบัติทางกล สมบัติความทนแรงดึง ตามมาตรฐาน ASTM D638 สมบัติความทนแรงกระแทก ตามมาตรฐาน ASTM D256 สมบัติความทนแรงดัดโค้ง ตามมาตรฐาน ASTM D790 ทดสอบสมบัติทางความร้อนด้วยเทคนิค DSC ทดสอบสมบัติอุณหภูมิโก่งตัวด้วยความร้อน ตามมาตรฐาน ASTM D648 และทดสอบค่าดัชนีการไหล ตามมาตรฐาน ASTM D1238

ผลจากการทดสอบค่าความทนแรงกระแทกพบว่าค่าความทนแรงกระแทกมีค่าลดลง เมื่อจำนวนครั้งของการรีไซเคิลเพิ่มขึ้น (R1-R7) ผลจากการทดสอบสมบัติความทนแรงดึงพบว่า ค่า ความทนแรงดึง และค่ามอดูลัสของยังมีค่าไม่ต่างจากเดิมมากนักเมื่อจำนวนครั้งของการรีไซเคิลเพิ่มขึ้น แต่จะพบว่าค่าการยืดตัว ณ จุดขาด มีค่าลดลง และจากการศึกษาค่าความทนแรงดัดโค้งมีค่าลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ HDPE ที่ไม่ผ่านการรีไซเคิล ซึ่งไม่มีค่าแตกต่างมากนัก และผลจากการศึกษาพฤติกรรมการเกิดผลึกด้วยเทคนิค DSC พบว่าอุณหภูมิการเกิดผลึก (T[subscript c]) ที่ได้จากขั้นตอนการเย็นตัว จากการให้ความร้อนในครั้งที่ 1 มีพีคที่พบเพียงพีคเดียวแสดงว่า HDPE และ HDPE ที่ผ่านการรีไซเคิลเป็นพลาสติกที่สามารถเกิดผลึกได้ดี และ HDPE ทีผ่านการรีไซเคิลครั้งที่ 1 จนถึงครั้งที่ 7 แสดงแนวโน้มของการเกิดผลึกเร็วขึ้น และอุณหภูมิการหลอมตัว T[subscript m] ที่ได้จากขั้นตอนการให้ความร้อนครั้งที่ 2 จะพบว่า HDPE และ HDPE ที่ผ่านการรีไซเคิลตั้งแต่ครั้งที่ 1–7 มีความแตกต่างของอุณภูมิหลอมผลึกไม่มากนัก และปริมาณการเกิดผลึกของ HDPE เมื่อเทียบกับ HDPE ที่ผ่านการรีไซเคิลมีปริมาณ การเกิดผลึกลดลงเมื่อเทียบกับ HDPE และการทดสอบอุณหภูมิโก่งตัวด้วยความร้อนพบว่า การนำกลับมารีไซเคิลครั้งที่ 1 จนถึง ครั้งที่ 4 (R1-R4) พบว่ามีอุณหภูมิใกล้เคียงกับ HDPE และผลทดสอบดัชนีการไหลพบว่า เมื่อจำนวนครั้งของการรีไซเคิลเพิ่มขึ้นค่าดัชนีการไหลมีค่าที่สูงขึ้นตามลำดับ โดยผลที่ได้จากการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า การนำ HDPE มาผ่านการรีไซเคิลจำนวน 7 ครั้งพลาสติกยังคงมีสมบัติความทนแรงดึงและความทนแรงดัดโค้งไม่แตกต่างจาก HDPE ที่ไม่ผ่าน การรีไซเคิลมากนัก แต่พบว่าค่าความทนแรงกระแทกลดลง จึงไม่เหมาะกับการนำไปรีไซเคิลเพื่อใช้งานในด้านผลิตภัณฑ์ที่ต้องการรับแรงในรูปแบบการทนต่อแรงกระแทก และผลการทดสอบสมบัติ ทางความร้อนแสดงให้เห็นว่าการรีไซเคิลพลาสติกจำนวนครั้งยิ่งมากขึ้น ความเป็นผลึกที่ส่งผลกับสมบัติความแข็งแรงจะลดลงตามไปด้วย

ผลการศึกษานี้สามารถนำผลการวิจัยไปใช้ในการให้ความรู้กับนักศึกษาภาคปฏิบัติในรายวิชาการทดสอบวัสดุและการวิเคราะห์ผล รหัสวิชา 04-720-309 และเป็นการลดการนำเม็ดพลาสติก HDPE ใหม่ มาใช้ในการเรียนในภาคปฏิบัติในรายวิชา 04-720-309 การทดสอบวัสดุและการวิเคราะห์ผล เพื่อให้นักศึกษานำชิ้นทดสอบที่ฝึกปฏิบัติแล้วกลับมาใช้ฝึกปฏิบัติใหม่นอกเวลาเรียนปกติ และยังสามารถนำผลทดลองไปใช้เป็นแนวทางในการสร้างความเข้าใจถึงสมบัติเชิงกล และสมบัติ ทางความร้อนที่เปลี่ยนไปของ HDPE ที่ผ่านการรีไซเคิลให้กับหน่วยงานภายนอกที่มาใช้บริการทดสอบสมบัติวัสดุในงานบริการทางวิชาการ ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการซื้อเม็ดพลาสติกใหม่สำหรับนักศึกษา ในการเรียนการสอนในรายวิชา 04-720-309 การทดสอบวัสดุและการวิเคราะห์ผล และยังเป็นการช่วยลดปริมาณขยะพลาสติกของภาควิชาวิศวกรรมวัสดุและโลหการ

This research aims to 1) compare the mechanical and thermal properties of recycled high-density polyethylene (HDPE), 2) provide experimental data as a case study for practical students in the course "Materials Testing and Analysis" (Course Code: 04-720-309) in the Department of Materials and Metallurgical Engineering, and 3) supply information for material testing services in academic service activities of the department. The study focused on the mechanical and thermal properties of HDPE, which is a primary plastic used for injection molding practice by students, subjected to multiple recycling cycles. Standardized equipment and testing methods were employed to evaluate physical properties, including density (ASTM D792), shrinkage, color change (CIE system), and mechanical properties, such as tensile strength (ASTM D638), impact strength (ASTM D256), and flexural strength (ASTM D790). Thermal properties were examined using differential scanning calorimetry (DSC), heat distortion temperature (ASTM D648), and melt flow index (ASTM D1238). The impact test results showed that impact strength decreased with an increasing number of recycling cycles. Tensile tests indicated that tensile strength and Young’s modulus did not significantly change across recycling cycles (R1–R7), but the elongation at break decreased. Flexural strength showed a slight decrease compared to virgin HDPE, though not statistically significant. DSC (Differential Scanning Calorimetry) analysis revealed that the crystallization temperature (T[subscript c]) during the first cooling phase showed a single peak, indicating that both virgin and recycled HDPE maintain good crystallization ability. Recycled HDPE (R1–R7) showed a tendency to crystallize more quickly. The melting temperature (T[subscript m]) obtained during the second heating phase showed no significant differences between virgin and recycled HDPE. However, the degree of crystallinity decreased with increased recycling. Heat deflection temperature testing showed that samples recycled from R1 to R4 maintained values close to virgin HDPE. The melt flow index increased with each recycling cycle. The results show that HDPE can be recycled up to seven times while retaining relatively stable tensile and flexural properties, though impact strength declines. Therefore, recycled HDPE is not suitable for applications requiring high impact resistance. The thermal testing results further indicated that increased recycling reduces crystallinity, which negatively affects mechanical strength. These findings can be applied to hands-on training in the 04-720-309 Materials Testing and Analysis course, reducing the need to use new HDPE pellets by allowing students to reuse test specimens outside of regular class hours. The results can also help external clients better understand changes in mechanical and thermal properties due to HDPE recycling. Additionally, it helps reduce costs and the amount of plastic waste generated by the Department of Materials and Metallurgical Engineering.