Effects of additives on mechanical properties and photo-stability of glass fiber reinforced epoxy pipes

ผลของสารเติมแต่งต่อสมบัติเชิงกลและเสถียรภาพทางแสงของท่ออิพอกซีเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว

Name: Chiravoot Pechyen

ThaSH: Photo-stability

ThaSH: Glass fiber

Abstract: This research studied the effects of 4 types of additives, UV-absorber, antioxidant, carbon black, and flame retardant, on UV- stability of glass fiber reinforced epoxy (GRE) pipes prepared by filament winding process using a MTHPA (Methyl Tetrahydrophthalic Anhydride) as a catalyst. The amount of additive used was varied from 0 - 10 %w/w. The central composite design (CDD) was employed to experimentally design the formulation of GRE pipes, in order to practically reduce the total number of experiments from 625 pipes (Full factorial design for 4 factors and 5 levels) to 30 pipes without losing the credibility of the results achieved. The photodegradation of the GRE pipes was performed by an outdoor exposure and simulated condition in Q-UV Lamp. The progress of photodegradation was followed by determining the changes in mechanical properties, physical properties and appearance, and thermal properties as a function of exposure time. The results showed that the GRE pipes No.30 had better mechanical properties than the others over period of exposure time. Similar results were observed in both outdoor and accelerated tests. In addition, it was found that UV exposure could actually improve short-term mechanical properties due to postcuring phenomenon. Under the accelerated condition, it was found that upon increasing the Q-UV exposure time, the physical properties in terms of the density, color, and gloss were decreased. Color changes involved initial fading followed by subsequent increased level of yellowing. The decrease in density and gloss values were attributed to the surface degradation induced by UV-irradiation. As evidenced by SEM micrographs, a substantial degree of cratering and cracking was observed, especially after 10 years of Q-UV exposure. The addition of additives led to an increase in thermal stability and % residue weight. No changes were observed in the Tg of the GRE pipes after long exposure time, indicating that damage is confined to the surface region. The collected mechanical properties data were graphically and statistically analyzed by analysis of Variance (ANOVA). Empirical models describing the responses (properties of interest) over the applicable ranges of additives were developed.

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาผลของสารเติมแต่ง 4 ชนิด ได้แก่ สารดูดซับแสงอัลตราไวโอเลต สารกันออกซิเดชัน ผงเขม่าดำ และสารหน่วงไฟ ที่มีต่อเสถียรภาพทางแสงของท่ออิพอกซีเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้วซึ่งใช้กระบวนการขึ้นรูปแบบพัน และใช้เมทิลเตตระไฮโดรฟทาลิกแอนไฮไดรด์ (MTHPA) ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยสารเติมแต่งที่ใช้แต่ละชนิดอยู่ในช่วง 0-10 ร้อยละโดยน้ำหนัก พร้อมกับนำเอาโปรแกรม CCD (Central Composite Design) มาใช้ในการออกแบบการทดลอง ซึ่งมีผลทำให้การทดลองลดลงจาก 625 การทดลอง (สารเติมแต่ง 4 ชนิดกับ 5 ระดับปริมาณสาร) เหลือเพียง 30 การทดลอง โดยการทดลองยังคงมีระดับความเชื่อมั่นทางสถิติ จากนั้นศึกษาการสลายตัวด้วยแสงของท่อในภาวะธรรมชาติโดยการตากแดดกลางแจ้ง และในภาวะเร่งโดยใช้เครื่องคิวยูวีแลมป์ ติดตามการสลายตัวด้วยแสงของท่อ จากการเปลี่ยนแปลงสมบัติเชิงกล สมบัติทางกายภาพ สมบัติทางความร้อน และลักษณะทางกายภาพที่เปลี่ยนไป ผลการศึกษาพบว่าท่อในสูตรที่ 30 มีสมบัติเชิงกลดีกว่าทุกสูตร เมื่อเวลาผ่านไปทั้งในภาวะตากแดดกลางแจ้งและภาวะเร่ง นอกจากนั้นพบว่าสมบัติเชิงกลของท่อในช่วงแรกจะมีค่าเพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาการเซตตัวของท่อเมื่อได้รับแสงอัลตราไวโอเลต ภายใต้ภาวะเร่งเมื่อเวลาผ่านไปพบว่า สมบัติทางกายภาพทั้ง สี ความหนาแน่น และความเงามันของท่อลดลง การเปลี่ยนแปลงของสีในช่วงแรกจะมีลักษณะซีดลงและเมื่อเวลาผ่านไปจะมีความเหลืองเพิ่มมากขึ้น ความหนาแน่นและค่าความเงามันที่ลดลงเป็นผลสืบเนื่องจากการเสื่อมสภาพของพื้นผิวที่รับแสงอัลตราไวโอเลต ซึ่งยืนยันได้จากภาพถ่ายของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่ามีหลุมบ่อและรอยแตกร้าวอย่างชัดเจนหลังจากระยะเวลาผ่านไป 10 ปีในภาวะเร่งของตู้คิวยูวี และการที่ใส่สารเติมแต่งลงไปในท่อมีผลทำให้ท่อมีเสถียรภาพทางความร้อนเพิ่มขึ้น และมีร้อยละของสารตกค้างเพิ่มมากขึ้น เมื่อระยะเวลาผ่านไปอุณหภูมิกลาสทรานสิชันของท่อไม่เปลี่ยนแปลงแสดงให้เห็นว่าความเสียหายของท่อที่เกิดขึ้นนั้นเกิดบริเวณชั้นผิวท่อเท่านั้น ผลที่ได้จากสมบัติเชิงกลได้ถูกวิเคราะห์ออกมาในรูปของกราฟและสถิติ ด้วยวิธีการวิเคราะห์ความเปลี่ยนแปลงทางสถิติ (ANOVA) และแปรผลออกมาในรูปของสมการบอกความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติเชิงกลต่างๆ กับปริมาณสารเติมแต่ง

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Duangdao Aht-Ong

Role: advisor

Name: Duangduen Atong

Role: co-advisor

Created: 2005

Modified: 2569-07-02

Issued: 2026-07-02

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/27369

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Grantor: Chulalongkorn University

Descipline: Applied Polymer Science and Textile Technology

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Chiravoot_pe.pdf	99.25 MB

ใช้เวลา

0.042777 วินาที