หลักการทำงานของอุปกรณ์จุดหยดตัวและจุดอ่อนตัว

จุดหยดคืออะไร?
ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์และจากธรรมชาติจะค่อยๆ ลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและละลายในช่วงเวลาอุณหภูมิที่ค่อนข้างใหญ่ โดยทั่วไป การทดสอบจุดหยดตัวเป็นหนึ่งในวิธีการไม่กี่วิธีที่ทำได้โดยง่ายเพื่อกำหนดคุณลักษณะทางความร้อนของวัสดุ เช่น ไขมัน จารบี ไข และน้ำมัน
คำจำกัดความของจุดหยดตัว: จุดหยดตัว (DP) เป็นคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ ตัวอย่างจะถูกให้ความร้อนจนกระทั่งเปลี่ยนจากของแข็งเป็นสถานะของเหลว จุดหยดตัวคืออุณหภูมิที่หยดแรกของสารหลอมเหลวตกตะกอนจากถ้วยมาตรฐานที่มีปากทางที่กำหนดไว้ภายใต้สภาวะการทดสอบที่มีการควบคุมในเตาหลอม
จุดหยดเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน เนื่องจากของเหลวที่หยดถูกเร่งด้วยแรงโน้มถ่วงขณะที่หลุดออกจากถ้วย

ภาพประกอบ: ถ้วยหยดที่มีปากขนาด 2.8 มม. บรรจุตัวอย่างในเตาหลอม

จุดอ่อนตัวคืออะไร?
ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์และจากธรรมชาติจะค่อยๆ ลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและละลายในช่วงเวลาอุณหภูมิที่ค่อนข้างใหญ่ โดยทั่วไป การทดสอบจุดอ่อนตัวเป็นหนึ่งในวิธีการไม่กี่วิธีที่ทำได้โดยง่ายสำหรับการจำแนกลักษณะทางความร้อนของสาร เช่น เรซิน ขัดสน น้ำมันดิน แอสฟัลต์ พิตช์ และน้ำมันดิน
คำจำกัดความของจุดอ่อนตัว: จุดอ่อนตัว (SP) เป็นคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ ตัวอย่างจะถูกให้ความร้อนจนกระทั่งเปลี่ยนจากของแข็งเป็นสถานะของเหลว จุดอ่อนตัวคืออุณหภูมิที่สารไหลในระยะทางที่กำหนดภายใต้สภาวะการทดสอบที่กำหนด การทดสอบจุดอ่อนตัวต้องใช้ถ้วยตัวอย่างเฉพาะที่มีปากวัด 6.35 มม. ที่ด้านล่าง ซึ่งกว้างกว่าถ้วยจุดหยดตัว เพื่อบังคับให้เกิดการตกตะกอนของตัวอย่างที่นิ่มจากถ้วยเมื่อถูกความร้อน สามารถชั่งน้ำหนักตัวอย่างด้วยลูกบอลที่มีขนาดมาตรฐานซึ่งทำจากสแตนเลส เมื่อตัวอย่างอ่อนตัวและขยายลงไปจนสุดระยะห่างจากปากถ้วยถึง 19 มม. อุณหภูมิของเตาหลอมจะถูกบันทึกเป็นอุณหภูมิจุดอ่อนตัวของตัวอย่าง
ภาพประกอบ: ถ้วยจุดหลอมเหลวที่มีปากวัดขนาด 6.35 มม. บรรจุตัวอย่างในเตาหลอม ตัวอย่างถูกชั่งน้ำหนักด้วยลูกบอลที่ได้มาตรฐาน

จุดอ่อนตัวคืออะไร
ทำไมต้องวัดจุดหยดตัวและจุดอ่อนตัว?
ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์และจากธรรมชาติบางชนิดที่เป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับกลุ่มอุตสาหกรรมต่างๆ ไม่แสดงจุดหลอมเหลวที่กำหนดไว้ ดังนั้นจึงต้องวัดด้วยวิธีอื่น ซึ่งรวมถึงขี้ผึ้ง เรซินสังเคราะห์และเรซินธรรมชาติ ไขมันที่รับประทานได้ จารบี ไข เอสเทอร์ของกรดไขมัน โพลีเมอร์ ยางมะตอยและน้ำมันดิน วัสดุเหล่านี้จะค่อยๆ อ่อนตัวลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและละลายในช่วงเวลาอุณหภูมิที่ค่อนข้างใหญ่ โดยทั่วไป การทดสอบจุดหยดตัวหรือจุดอ่อนตัวเป็นหนึ่งในวิธีการไม่กี่วิธีที่ทำได้โดยง่ายเพื่อกำหนดคุณลักษณะทางความร้อนของวัสดุดังกล่าว

จุดหยดตัวและจุดอ่อนตัวนั้นใช้เป็นหลักในการควบคุมคุณภาพ แต่ยังมีประโยชน์ในการวิจัยและพัฒนาสำหรับการวัดอุณหภูมิการใช้งานและพารามิเตอร์กระบวนการของวัสดุต่างๆ

หลักการทดสอบการกำหนดจุดหยดตัวและจุดอ่อนตัวแบบอัตโนมัติ
โดยทั่วไป จะกำหนดจุดหยดตัวหรือจุดอ่อนตัวโดยให้ความร้อนกับตัวอย่าง เตาเผาใช้เพื่อควบคุมโปรแกรมอุณหภูมิระหว่างการวิเคราะห์ การควบคุมอุณหภูมิและการบันทึกอุณหภูมิรับประกันโดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิแพลตตินัมดิจิตอล ในเครื่องมือวัดจุดหยดตัวจาก METTLER TOLEDO ไฟ LED แบบสมดุลสีขาวจะส่องสว่างบนชุดทดสอบ ซึ่งประกอบด้วยถ้วยและตัวยึดภายในเตาหลอม พฤติกรรมตัวอย่างจะถูกบันทึกโดยกล้องวิดีโอ
แผนภาพความยาวของการหาจุดอ่อนตัวซ้ำกันที่แสดงในภาพกราฟิกทางด้านขวา ความชันยิ่งสูง (บ่งชี้ถึงความเร็วการไหล) ความหนืดก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

วิธีการแบบแมนนวลเทียบกับวิธีการแบบดิจิทัล (Dropping Point)
วิธีการแบบแมนนวลใช้อ่างของเหลวที่มีอุณหภูมิและเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท ต้องใช้ของเหลวที่แตกต่างกันในอ่างของเหลว ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่หยดของสารทดสอบ วิธีการแบบแมนนวลต้องการการตรวจสอบด้วยสายตาของกระบวนการจุดหยดตัว ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าเบื่อหน่ายเนื่องจากต้องอาศัยความเอาใจใส่ของผู้ปฏิบัติงานเป็นเวลานานในการตรวจสอบกระบวนการทดสอบอย่างต่อเนื่อง จุดหยดตัวนั้นเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน เนื่องจากของเหลวที่หยดถูกเร่งด้วยแรงโน้มถ่วงขณะที่มันหลุดออกจากถ้วย เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องสังเกตอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิ
โดยสรุป การทดสอบจุดหยดตัวแบบแมนนวลเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานาน อันตราย และมีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดได้ง่าย ซึ่งได้รับอิทธิพลอย่างมากจากอคติของผู้ปฏิบัติงาน
หากการสังเกตของมนุษย์ถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ที่บันทึกและประเมินเหตุการณ์จุดหยดตัวโดยอัตโนมัติ โดยทั่วไปแล้วคุณภาพของผลลัพธ์จะดีขึ้นอย่างมาก เนื่องจากไม่มีอคติของผู้ปฏิบัติงานในระหว่างการประเมิน
วิธีอุบเบโลฮ์เด
Ring-and-Ball กับ Cup-and-Ball (จุดอ่อนตัว)
วิธีการวิเคราะห์มาตรฐานสองวิธีสำหรับการกำหนดจุดอ่อนตัวที่ใช้กับตัวอย่างช่วงต่างๆ ตั้งแต่น้ำมันดินไปจนถึงจารบี ขี้ผึ้ง และเรซิน ได้แก่ วิธีแบบวงแหวนและแบบลูกแก้ว (ASTM D36) และวิธีการแบบคัพแอนด์บอลของ Jiahang (ASTM D3461)
ในอดีต การตั้งค่าแบบวงแหวนและบอลมาก่อน มันเกี่ยวข้องกับการใช้อ่างของเหลวที่มีอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท และมาตรวัดระยะทาง ที่จับตัวอย่างที่ระบุอยู่ในรูปของวงแหวน ทำให้วิธีนี้เป็นชื่อของมัน
แม้ว่าวิธีการเล่นแบบริงแอนด์บอลจะมีการตั้งค่าที่เรียบง่าย แต่ก็มีข้อเสียอยู่หลายประการ ต้องใช้ของเหลวที่แตกต่างกันในอ่างของเหลว ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำให้อ่อนตัวของสารทดสอบ เนื่องจากสารภายใต้การตรวจสอบถูกสัมผัสโดยตรงกับของเหลว จะต้องไม่มีการเกิดปฏิกิริยาระหว่างชิ้นงานทดสอบกับตัวกลาง สิ่งสำคัญคือของเหลวควรมีความหนืดสม่ำเสมอตลอดช่วงอุณหภูมิทดลอง เมื่อลูกบอลลอยผ่านวงแหวน การตั้งค่าจะต้องเย็นลงและทำความสะอาดอย่างทั่วถึง: วิธีนี้จะทำให้เวลาในการใช้วงแหวนและลูกใช้เวลาและใช้ตัวทำละลาย ต้องเปลี่ยนของเหลวปริมาณมากด้วยของเหลวสดหลังจากการทดลองไม่กี่ครั้ง
วงแหวนและลูกจุดอ่อน

ระบบจุดหยดตัวของ Jiahang สำหรับการกำหนดจุดอ่อนตัวทำงานตามวิธีแบบถ้วยและลูก การตั้งค่านี้แตกต่างกันในด้านต่างๆ การควบคุมอุณหภูมิทำได้โดยหลักการให้ความร้อนแบบบล็อกโลหะ และอุณหภูมิแบบถ้วยและลูกจะถูกบันทึกโดยเทอร์โมมิเตอร์แบบดิจิตอล ตัวอย่างถูกวางไว้ในถ้วยและสามารถไหลลงด้านล่างได้อย่างอิสระผ่านรูรับแสงในถ้วย เช่นเดียวกับการตั้งค่าแบบวงแหวนและบอล ลูกบอลยังส่งเสริมการไหลของตัวอย่าง อย่างไรก็ตาม ที่นี่ถูกบล็อกโดยเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่าของถ้วยและไม่ไหลผ่านตัวอย่าง การวิเคราะห์เกิดขึ้นในภาชนะแก้วที่ทิ้งหลังจากการทดลอง ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของเตาหลอม
คำถามที่มักเกิดขึ้นคือว่าทั้งสองเทคนิคให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันหรือไม่ วิธี ASTM ระบุอย่างชัดเจนว่าได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างผลลัพธ์ของวิธีการแบบวงแหวนและบอล สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการศึกษาระหว่างห้องปฏิบัติการของ ASTM ที่ดำเนินการ