อยากทราบเรื่องการเกิดผลึกของยางธรรมชาติว่าเป็นอย่างไร เนื่องจากเคยได้ยินมาว่าการเกิดผลึกของยางธรรมชาตินั้น มีผลทั้งทางบวกและทางลบพอๆ กัน?

ตอบ : การเกิดผลึกของยางธรรมชาติอาจจะมีผลทางบวกพอๆ กับมีผลทางลบ ซึ่งอาจจะเกิดความสับสนสำหรับผู้ที่ไม่มีความรู้เรื่องการเกิดผลึกของยางธรรมชาติ ดังนั้นจึงอธิบายปรากฏการณ์การเกิดผลึกได้ดังนี้

       การเกิดผลึกเป็นสภาวะของวัสดุ ( ไม่เพียงเฉพาะแต่ยางธรรมชาติ ) ซึ่งโมเลกุลมีการจัดเรียงตัวอย่างสมบูรณ์หรือเกือบสมบูรณ์ ทำให้วัสดุมีความเหนียวกว่าและมีปริมาตรต่ำกว่าวัสดุที่อยู่ในสภาวะอสัณฐานและไม่มีผลึกเกิดขึ้น การเกิดผลึกของยางธรรมชาติจะสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะที่ช่วงอุณหภูมิเหมาะสมเท่านั้น กล่าวคืออุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (glass transition temperature, T g ) แต่ต่ำกว่าอุณหภูมิการหลอมเหลวของผลึก (melting temperature, T m ) กระบวนการเกิดผลึกสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นตอน ได้แก่ การเกิดนิวเคลียส (nucleation) การเติบโต (growth) และการเข้าสู่สมดุล (equilibrium) ในระหว่างช่วง T g และ T m นิวเคลียสหลายๆ นิวเคลียสจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องอยู่ในเนื้อยาง ซึ่งนิวเคลียสทั้งหลายนี้อาจจะเกิดขึ้นได้เองหรืออาจเกิดจากอนุภาคปนเปื้อนอื่นๆ ที่มีอยู่ในยาง เมื่อนิวเคลียสทั้งหลายเหล่านี้เติบโตจนมีขนาดที่ใหญ่เพียงพอและกระจายตัวอยู่ทั่วไปในยาง สมบัติของยางจะเริ่มเกิดการเปลี่ยนแปลงจนสามารถสังเกตเห็นได้ ซึ่งปรากฏการณ์เช่นนี้จะใช้ระยะเวลานานและเรียกช่วงเวลานี้ว่าระยะเหนี่ยวนำ ( induction period, t ) ซึ่งระยะเหนี่ยวนำนี้จะขึ้นอยู่อย่างมากกับอุณหภูมิกล่าวคือ ระยะเหนี่ยวนำจะยาวมากจนไม่มีที่สิ้นสุดที่ T m และที่อุณหภูมิต่ำกว่า T g ประมาณ 20 องศา (หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือจะไม่มีการตกผลึกเกิดขึ้น ณ อุณหภูมิดังกล่าว) แต่ระยะเหนี่ยวนำนี้จะสั้นที่สุดที่อุณหภูมิประมาณ –25 C นั่นคือยางธรรมชาติจะเกิดการตกผลึกได้เร็วที่สุดที่อุณหภูมิดังกล่าว อย่างไรก็ดีการตกผลึกของยางจะใช้เวลานานและเมื่อการตกผลึกเข้าสู่สภาวะสมดุลจะมียางธรรมชาติประมาณร้อยละ 30 ที่จะเกิดการตกผลึก

       นอกจากอุณหภูมิแล้ว ระยะเวลาเหนี่ยวนำก็จะขึ้นอยู่กับระดับความเครียด (strain) ของยางด้วยเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นแรงดึง (tension) หรือแรงอัด (compression)

 

       การเกิดผลึกจะทำให้ยางมีค่าโมดุลัสสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ยางจะมีความแข็งแกร่งสูงขึ้นมาก โดยหากการตกผลึกเข้าสู่สมดุล ยางจะมีค่าโมดุลัสจะสูงขึ้นประมาณ 40 เท่าภายใต้แรงดึง ( tension ) หรือแรงเฉือน ( shear ) และสูงขึ้นเป็นประมาณ 100 เท่าภายใต้แรงอัด อย่างไรก็ดีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่เกิดขึ้นนี้จะเป็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวร กล่าวคือยางจะไม่สามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้เมื่อนำแรงต่างๆ ออกไป ( ยางจะมีค่าการเสียรูปหลังการกดอัดหรือมีค่า compression set สูงกว่าร้อยละ 65) ซึ่งหมายความว่ายางจะไม่ได้แสดงสมบัติที่เป็นยางอีกต่อไป ด้วยเหตุนี้การตกผลึกที่มากเกินไปของยางธรรมชาติจึงอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อการใช้งานของยางธรรมชาติได้ อย่างไรก็ดี การนำสารเคมีที่เหมาะสมมาใช้เป็นองค์ประกอบของการผสมเคมียางก็สามารถที่จะป้องกันการเกิดเหตุการณ์นี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

       ในทางตรงกันข้าม เมื่อยางเกิดรอยแตหรือรอยฉีกขาดในระหว่างที่ได้รับแรงจากภายนอกมากระทำ ความเครียดที่บริเวณยอดของรอยแตกหรือรอยฉีกขาดจะมีค่าสูงมาก ซึ่งค่าความเครียดที่สูงมากนี้จะทำให้ยางเกิดการตกผลึกเกือบจะทันทีและส่งผลทำให้ยางที่อยู่บริเวณรอบๆ รอยแตกหรือรอยฉีกขาดนั้นมีความแข็งแกร่งสูงขึ้นมาก ด้วยเหตุนี้การตกผลึกจึงทำให้ยางมีความทนทานต่อแรงดึงและการฉีกขาดสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งนับว่าเป็นผลในแง่บวกของการตกผลึก

       สรุปว่า สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่นั้นต้องพยายามหลีกเลี่ยงไม่ให้ยางเกิดการตกผลึกอันเนื่องมาจากอุณหภูมิเพราะจะส่งผลในแง่ลบทำให้ยางสูญเสียความยืดหยุ่น ซึ่งสามารถทำได้โดยการเลือกใช้องค์ประกอบของยางคอมพาวด์ที่เหมาะสม แต่การเกิดผลึกอันเนื่องมาจากผลของความเครียดนั้นจะส่งผลในแง่บวก กล่าวคือจะทำให้ยางมีความต้านทานต่อการขยายตัวของรอยแตกสูง จึงทำให้ยางธรรมชาติเป็นหนึ่งในวัสดุทางวิศวกรรมที่น่าไว้วางใจในการเลือกใช้งาน

ที่มา: Natuurrubber34 – 2 nd quarter 2004 (Newsletter of the Rubber Foundation information Center for Natural Rubber- RUBBER-STICHTING 1936)