ภาพรวมของวัสดุเชิงประกอบ18 ว ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก . ภาพรวมของว สด เช งประกอบ

18วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

ภาพรวมของวัสดุเชิงประกอบ

1.บทนำ

ความหมายกว้างๆของวัสดุเชิงประกอบ

หรือวัสดุคอมโพสิต(Compositematerials)อาจ

หมายถึง วัสดุที่เกิดจากการรวมตัวของวัสดุมาก

กว่าหนึ่งชนิดขึ้นไปแล้วทำให้สมบัติของวัสดุรวม

ดีขึ้น สำหรับความหมายเชิงวิศวกรรมของวัสดุ

เชิงประกอบหมายถึงวัสดุที่ประกอบขึ้นจากวัสดุ

ที่มีสมบัติแตกต่างกันตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปโดยไม่

เกิดการรวมตัวเป็นเนื้อเดียวกันทำให้สมบัติของวัสดุเชิงประกอบที่เกิดขึ้นมีสมบัติร่วมกันของวัสดุ

ที่เป็นองค์ประกอบดังนั้น การทำนายหรือคาด-

คะเนสมบัติของวัสดุเชิงประกอบจึงไม่สามารถ

ทำนายได้จากวัสดุที่ เป็นองค์ประกอบชนิดใดเพียงชนิดเดียว [1, 2] องค์ประกอบของวัสดุ

เชิงประกอบ ได้แก่ วัสดุที่เป็นเนื้อหลักและเป็น

หฤทภัค กีรติเสวี 1

ฉัตรชัย วีระนิติสกุล 2

อภิรัตน์ เลาห์บุตรี 3

1 อาจารย์ โปรแกรมเทคโนโลยีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี 2 อาจารย์ สาขาวิชาเทคโนโลยีเครื่องกล คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏพระนคร 3 ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ภาควิชาวิศวกรรมวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตบางเขน

เฟสต่อเนื่องเรียกว่าเมทริกซ์(Matrix)และวัสดุ

ส่วนเหลือที่กระจายตัวอยู่ ในวัสดุเนื้อหลักนั้น

เรียกว่า สารเสริมแรง (Reinforcement) โดยเมทริกซ์จะทำหน้าที่ห่อหุ้มสารเสริมแรงและทำให้

วัสดุเชิงประกอบเป็นรูปร่างขึ้นส่วนสารเสริมแรงจะทำหน้าที่เสริมสมบัติให้เมทริกซ์และทำให้วัสดุ

เชิงประกอบมีสมบัติตามต้องการ

2.วิวัฒนาการของวัสดุเชิงประกอบ

วัสดุเชิงประกอบในธรรมชาติ (Naturalcomposite)ที่มนุษย์นำมาใช้ประโยชน์เป็นระยะ

เวลายาวนานแล้ว ได้แก่ ไม้ (Wood)ที่ประกอบ

ด้วยเส้นใยเซลลูโลส (Cellulose fiber)ผสมเฮมิ-เซลลูโลส (Hemicellulose) ในเมทริกซ์ลิกนิน

An Overview of Composite Materials

19ฉบับที่ 70 ปีที่ 22 พฤศจิกายน 2552 - มกราคม 2553

(Lignin)สำหรับตัวอย่างวัสดุเชิงประกอบที่มนุษย์

ประดิษฐ์ขึ้นในยุคก่อนประวัติศาสตร์ เช่น อิฐโบราณที่เตรียมขึ้นจากการผสมฟางข้าวกับดิน

เหนียว เส้นฟางข้าวจะช่วยให้ดินเหนียวมีความ

แข็งแรงมากจนสามารถใช้ก่อซ้อนกันขึ้นเป็นผนัง

เพื่อสร้างเป็นที่กำบังภัยได้ ต่อมาเมื่อมนุษย์เริ่ม

พัฒนารูปแบบของการดำรงชีพเป็นการเลี้ยงสัตว์

และเพาะปลูก วัสดุจากธรรมชาติใกล้ตัวต่าง ๆ

ได้แก่ ผลิตภัณฑ์จากไม้ หนังสัตว์ เอ็น และ

กระดูกสัตว์ ถูกนำมาอัดซ้อนประกอบกันด้วย

กาวธรรมชาติเพื่อให้ ได้เป็นวัสดุที่มีสมบัติเฉพาะ

ในการใช้งาน โดยจะนำพอลิเมอร์และเส้นใย

ธรรมชาติที่ เป็นสารจำพวกโปรตีน เซลลูโลส

คอลลาเจนและเคอราทินมาประกอบกันให้เกิด

เป็นวัสดุเชิงประกอบ ที่มีสมบัติแข็งแรงและ

ทนทานต่อการใช้งาน เช่น การทำคันธนูและรถเทียมม้าจากชั้นไม้ที่ ถูกอัดเชื่อมด้วยกาว

ธรรมชาติที่ ได้จากการเคี่ยวหนังปลา เขาสัตว์

และกระดูก [3] นอกจากนี้ ยังพบการใช้ซีเมนต์

(Cement) เป็นวัสดุประสานในการก่อสร้าง

พีระมิดในอียิปต์ วิหารทรงกลม และโรงละคร

สมัยโรมัน[4] วัสดุเชิงประกอบในยุคปัจจุบันเริ่มต้นราว

กลางคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็นยุคที่ความรู้ความ

ก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเริ่มเข้ามามีบทบาทต่อการพัฒนา ในระยะต้นของ

ศตวรรษพอลิเมอร์สังเคราะห์ชนิดแรกได้ถูกผลิต

และจำหน่ายเชิงการค้า คือ เรซินฟีนอลฟอร์-

มัลดีไฮด์ (Phenol formaldehyde resin) หรือ

เรซินฟีนอลิก (Phenolic resin) ต่อมาได้มีการเตรียมพอลิเมอร์สังเคราะห์ชนิดอื่นๆได้แก่เรซิน

ยูเรียฟอร์มัลดีไฮด์ พอลิเอสเตอร์ชนิดไม่อิ่มตัว

และอีพอกซี ตามลำดับ ในเวลานั้นมีการพัฒนา

กระบวนการผลิตเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง

เล็กมาก ๆ จากแก้วหลอมเหลว ที่ เรียกว่า

เส้นใยแก้ว (Glass fiber)ออกสู่ตลาดเพื่อใช้งาน

เป็นฉนวนกันความร้อน การนำวัสดุทั้ งสองประเภทดังกล่าวมาประกอบกลายเป็นจุดเริ่มต้น

ของนวัตกรรมการผลิตวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์

ในยุคปัจจุบัน[5]

ในระยะเริ่มต้น เนื่องจากความต้องการ

วัสดุที่มีความแข็งแรงและขึ้นรูป ให้มีรูปร่าง

ซับซ้อนได้ จึงกลายเป็นแรงผลักดันให้เกิดการนำ

เอาเส้นใยแก้วที่มีความแข็งแรงสูงมาเสริมแรงให้

กับเรซินพอลิเมอร์ หรือที่รู้จักกัน คือ พลาสติก

เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว (Glass fiber-reinforce

plastic,GFRP, FRP,GRP)และมีชื่อทั่วไปคือ

ไฟเบอร์กลาสส์ (Fiberglass) ให้เกิดเป็นวัสดุเชิงประกอบที่ทนแรงกระทำขณะใช้เป็นแม่แบบ

จำลองในการขึ้นรูปชิ้นงานได้ และในเวลาต่อมาวัสดุเชิงประกอบก็เริ่มมีการพัฒนาเพื่อการใช้งาน

มากขึ้นเรื่อย ๆ โดยใช้เป็นส่วนประกอบของ

ชิ้นส่วนที่ต้องการความแข็งแรงมากกว่าการใช้

เรซินพอลิเมอร์เพียงอย่างเดียว เช่น ตัวเรือรวมไปถึงชิ้นส่วนต่าง ๆ ในเครื่องบินด้วย แม้ว่า

การเปลี่ยนชนิดของพอลิเมอร์ที่ ใช้เป็นเมทริกซ์

จะทำให้ ได้วัสดุเชิงประกอบที่มีสมบัติแตกต่างกันตามจุดประสงค์ในการประยุกต์ใช้งานแต่ก็ทำให้

ต้องปรับเปลี่ยนเทคโนโลยีการผลิตให้เหมาะสมกับ

เมทริกซ์พอลิเมอร์ที่นำมาใช้ด้วย ในเวลาเดียวกัน

นั้นก็ เริ่มมีการพัฒนาเทคโนโลยีของยางขึ้น

การบ่ม (Curing)ยางธรรมชาติกับกำมะถันทำให้เกิดการเชื่อมโยงของโมเลกุลยางธรรมชาติเกิด

เป็นยางที่มีสมบัติยืดหยุ่น นอกจากนี้ การนำ


ผงถ่านดำ (Carbon black) และเส้นใยอื่น ๆ

มาเสริมแรงให้กับเมทริกซ์ยางจะเป็นการเพิ่ม

ความแข็งแรงของยาง และได้วัสดุเชิงประกอบที่มีความแข็งแรงและทนทานต่อการใช้งานได้มาก

ขึ้น จึงสามารถนำมาใช้เป็นยางล้อรถยนต์และ

เครื่องบินได้

ช่วงกลางของคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็น

ช่วงที่เกิดสงครามโลกครั้งที่สองขึ้น ทำให้ความ

ต้องการวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงเพิ่มขึ้นเพื่อ

ตอบสนองการผลิตเครื่องบิน รถยนต์ และ

ยุทโธปกรณ์ต่าง ๆ วัสดุเชิงประกอบจึงเป็นสิ่ง

ที่ต้องการเป็นอย่างมาก นอกจากจะนำวัสดุ

เชิงประกอบมาใช้ เป็นชิ้นส่วนประกอบแล้ว

ยังนำมาใช้ ในงานเกี่ยวกับกึ่งโครงสร้างอื่น ๆ

อีกด้วย เช่นการใช้เป็นโดมใส่สายอากาศเรดาห์

ที่ ต้ องการทั้ งความแข็ งแรงและสมบัติที่ ไ ม่

ดูดซับเรดาห์ อีกทั้งภาวะสงครามทำให้เกิดการ

ขาดแคลนวัสดุธรรมชาติ ได้แก่ โลหะและยาง

การพัฒนาเทคโนโลยีจึงเป็นไปอย่างเร่งด่วน เพื่อ

สังเคราะห์วัสดุที่สามารถใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติวัสดุเชิงประกอบจึงมีบทบาทมากขึ้นและมีการ

พัฒนาอย่างรวดเร็ว ทั้ งการสังเคราะห์วัสดุเชิงประกอบใหม่ ๆ และการพัฒนากระบวนการ

ขึ้นรูปให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ภายหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 สิ้นสุดการนำวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์มาใช้งานทั่วไปมี

มากขึ้นเช่นการนำเส้นใยแก้วเสริมแรงพอลิเอส-

เตอร์มาใช้ทำเป็นเรือขนาดบุคคลท่อที่ ไม่เกิดการ

กดักรอ่นอา่งอาบนำ้และเฟอรน์เิจอรต์า่งๆรวมถงึ

ในอุตสาหกรรมรถยนต์ที่ เริ่มขยายตัวมากขึ้นและต้องการวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา

และทนทานต่อการกัดกร่อน นอกจากนี้ การ

พัฒนาวัสดุพอลิเมอร์ทั้งการสังเคราะห์พอลิเมอร์

ช นิ ด ใ ห ม่ ๆ ที่ เ ป็ น เ ท อ ร์ โ ม พล า สติ ก จ า ก

อุตสาหกรรมปิโตรเคมี และกรรมวิธีการผลิต

เส้นใยที่มีความแข็งแรงชนิดต่างๆ เช่นการผลิต

เส้นใยคาร์บอน(Carbonfiber)ที่มีความแข็งแรง

สูง และสามารถนำมาทำเป็นเส้นใยเสริมแรงทำให้ เกิดเป็นพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใย

คาร์บอน (Carbon fiber-reinforce plastic,

CFRP)ขึ้นวัสดุใหม่ ๆที่เกิดขึ้นเหล่านี้ทำให้เกิด

ตั ว เลื อกที่ หลากหลายต่ อการนำ ไป ใช้ ง าน

เนื่องจากสมบัติของวัสดุเชิงประกอบสามารถ

ออกแบบให้เป็นไปตามความต้องการได้ โดย

ปรับเปลี่ยนวัสดุเริ่มต้นที่ใช้ ในขณะที่กระบวนการขึ้นรูปมีการพัฒนาอย่างเหมาะสมทำให้สามารถขึ้น

รูปวัสดุเชิงประกอบให้มีรูปร่างที่ต้องการได้ทำให้

เกิด เป็นวัสดุ เชิ งประกอบยุคใหม่ที่ สามารถ

ประยุกต์ใช้ ได้กับงานทั่วๆ ไปจนถึงงานที่ต้องการ

ความแข็งแรงมากๆได้

ช่วงครึ่งหลังคริสต์ศตวรรษที่ 20 ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยียังดำเนิน

ต่อไป พร้อมกับความต้องการหาวัสดุที่สามารถทนความร้อนได้สูงมากเพื่อใช้สำหรับอุตสาหกรรม

อวกาศยาน เช่นอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบินและดาวเทียมที่ปฏิบัติหน้าที่ในอวกาศทำให้ต้องมีการพัฒนาวัสดุเชิงประกอบที่มีเมทริกซ์เป็นโลหะ

เนื่องจากยังไม่มีเมทริกซ์เป็นพอลิเมอร์ชนิดใดที่

สามารถทนความร้อนที่สูงระดับนั้นได้ โดยวัสดุ

เชิงประกอบโลหะในระยะเริ่มแรกเป็นการนำเอา

เส้นใยอนินทรีย์ เช่น เส้นใยคาร์บอน และ

ซิลิกอนคาร์ ไบด์ มาเสริมแรงให้แก่ เมทริกซ์อะลูมิเนียม ทำให้ ได้วัสดุที่มีสมบัติที่ดีขึ้นและ

ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อใช้งาน


ที่อุณหภูมิสูง จากนั้นก็ เริ่มมีการพัฒนาวัสดุ

เชิงประกอบที่มีเมทริกซ์เป็นเซรามิกหรือวัสดุ

เชิงประกอบเซรามิก เช่น ซิลิกอนคาร์ ไบด์เสริม

แรงเมทริกซ์อะลูมินา เส้นใยคาร์บอนเสริมแรง

เมทริกซ์คาร์บอนเป็นต้นเพื่อประยุกต์ใช้ ในงานที่

สัมผัสความร้อนสูง และต้องทนทานต่อการ

กัดกร่อน สำหรับความก้าวหน้าของวัสดุเชิง-

ประกอบที่มีเมทริกซ์เป็นพอลิเมอร์ จะเป็นยุคที่

พอลิเมอร์สังเคราะห์ที่มีสมบัติหลากหลายได้มี

การผลิตขึ้นมาอย่างมากมาย รวมทั้งการผลิต

เส้นใยพอลิเมอร์ที่มีความแข็งแรงสูงที่เรียกว่า

เส้นใยอะรามีด (Aramid fiber)หรือที่รู้จักกันใน

ชื่อทางการค้าว่า เคฟลาร์ (Kevlar) และเส้นใย

พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นสูงพิเศษ (Ultra

high molecular weight polyethylene,

UHMWPE)ทำให้ ได้วัสดุเชิงประกอบที่มีสมบัติดีมากขึ้นและสามารถนำไปใช้ ในงานที่ต้องการ

สมบัติเฉพาะตัวที่ ไม่สามารถหาได้จากการใช้วัสดุ

เพียงชนิดเดียว

ช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 20 จนถึง

ปัจจุบันเรียกได้ว่าเป็นยุคแห่งวัสดุเชิงประกอบ

ชัน้สงู(Advancecompositematerials)เนือ่งจากนักวัสดุศาสตร์สามารถพัฒนาวัสดุเชิงประกอบ

และกระบวนการผลิตให้เกิดเป็นวัสดุที่มีสมบัติ

ต่ าง ๆ ที่ ตอบสนองความต้องการและการประยุกต์ใช้ ได้มากมายทำให้เกิดการขยายตลาด

ของวัสดุเชิงประกอบขึ้นในวงกว้าง โดยการ

พัฒนาวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ ให้มีสมบัติที่ดีมากขึ้น ทนความร้อนสูงขึ้น เพื่อใช้ ในงาน

โครงสร้างและการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์และอวกาศยานได้ส่วนวัสดุเชิงประกอบ

โลหะและวัสดุเชิงประกอบเซรามิกเริ่มถูกนำมาใช้

งานทั่วไป เพื่อให้ ได้อุปกรณ์ที่มีคุณภาพสูงมากขึ้น

เช่น เครื่องมือต่างๆจนถึงอุปกรณ์กีฬา เป็นต้น

นอกจากนี้ยังมีการนำเอาวัสดุมากกว่า 2 ชนิด

ขึ้นไปมาเสริมสมบัติซึ่งกันและกัน เกิดเป็นวัสดุ

เชิงประกอบผสม (Hybridcomposite)และการ

พัฒนาเทคนิคการผสมวัสดุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป

ให้มีความเข้ากันได้ระดับอนุภาคหรือที่เรียกว่า

วัสดุเชิงประกอบนาโน (Nano-composite) [2]

เพื่อทำให้เกิดความเป็นเนื้อเดียวขึ้นในวัสดุ ดังจะเห็นได้ว่าภายในเวลาเพียงไม่ถึงหนึ่ง

ศตวรรษ วัสดุเชิงประกอบชั้นสูงก้าวเข้ามาเป็น

วัสดุที่มีบทบาทอย่างมากด้านวัสดุศาสตร์ โดย

เฉพาะอย่างยิ่งช่วงหลังปีคริสต์ศักราช 1970 ที่การพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับวัสดุเชิงประกอบ

เป็นไปอย่างก้าวกระโดด ในปัจจุบันการวิจัยและ

พัฒนาจะเน้นไปที่การพัฒนาเชิงควบคุมคุณภาพ

การเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตความ

เข้ากันได้ระหว่างวัสดุองค์ประกอบและการเสริม

สมบัติของวัสดุองค์ประกอบบางอย่าง เพื่อให้ ได้

วัสดุที่มีสมบัติเหมาะสมกับการใช้งานมากที่สุด

3.ประเภทของวัสดุเชิงประกอบ

วัสดุเชิงประกอบประกอบด้วยส่วนสำคัญ2ส่วน ได้แก่ เมทริกซ์และสารเสริมแรง ดังนั้นถ้าจำแนกวัสดุเชิงประกอบตามชนิดของวัสดุที่เป็นเมทริกซ์จะสามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท

ได้แก่ วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ (Polymer

matrix composite, PMC) วัสดุเชิงประกอบ

โลหะ (Metalmatrixcomposite,MMC)และ

วัสดุเชิงประกอบเซรามิก (Ceramic matrixcomposite, CMC) และสามารถจำแนกย่อย

ต่อไปได้อีกตามลักษณะของสารเสริมแรง ได้แก่


อนุภาค (Particle) เส้นใย (Fiber) และวิสเกอร์

(Whisker)ดังรูปที่1[6] สารเสริมแรงในวัสดุเชิงประกอบสามารถ

ถูกจำแนกตามลักษณะเป็นอนุภาค เส้นใย และ

วิสเกอร์ อนุภาคเสริมแรงจะมีลักษณะเป็นเม็ด

หรือผง เช่นผงถ่านดำซิลิกอนคาร์ ไบด์ เป็นต้นและถ้าพิจารณาอัตราส่วนระหว่างความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (Aspect ratio)ถ้าอัตราส่วนดังกล่าวมากกว่า100ขึ้นไปจะเรียกสารเสริมแรง

นั้นเป็นเส้นใย [5] ซึ่งอาจจำแนกตามความยาว

เป็นเส้นใยต่อเนื่อง (Continuous fiber) และ

เส้นใยไม่ต่อเนื่อง(Discontinuousfiber)และยังสามารถจำแนกเส้นใยไม่ต่อเนื่องตามอัตราส่วน

ระหว่างความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางได้เป็น

เส้นใยยาว (Long fiber)ซึ่งมีอัตราส่วนมากกว่า

1,000ขึ้นไปและเส้นใยสั้น (Short fiber) ซึ่งมี

อัตราส่วนน้อยกว่า 1,000 [6] เส้นใยมีทั้งที่เป็น

เส้นใยอินทรีย์และเส้นใยอนินทรีย์ ตัวอย่างเส้นใย

อินทรีย์ เช่น เส้นใยอะรามีด เส้นใยเซลลูโลส

เป็นต้น ส่วนเส้นใยอนินทรีย์อาจเป็นเส้นใยแก้วเส้นใยคาร์บอน หรือเส้นใยโลหะ เช่น เส้นใย

โบรอน เส้นใยทองแดง เป็นต้นส่วนวิสเกอร์เป็นลักษณะของเส้นใยขนาดเล็กมากที่มี เส้นผ่าน

ศูนย์กลางในหน่วยไมโครเมตรและมีความยาว

เพียงไม่กี่มิลลิเมตรซึ่งเกิดจากการก่อตัวทางยาวของผลึกเดี่ยว (Elongatedsinglecrystal)จึงมี

แนวโน้มที่จะเป็นผลึกสมบูรณ์ที่ปราศจากการเคลื่อน (Dislocation) ทำให้วิสเกอร์มีความ

แข็งแรงสูงมากเช่นวิสเกอร์ซิลิกอนคาร์ไบด์[5]

รูปที่ 1 การจำแนกประเภทของวัสดุเชิงประกอบตามชนิดของเมทริกซ์และลักษณะของ

สารเสริมแรง


3.1 วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร ์

โดยธรรมชาติ พอลิเมอร์เป็นสารประกอบ

อินทรีย์ขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างเป็นหน่วยซ้ำ เชื่อมต่อ

กันเป็นสายยาว ทำให้พอลิเมอร์มีความแข็งแรงไม่

สูงนักมีความหนาแน่นต่ำและมีความทนทานต่อการ

กัดกร่อน การเสริมแรงให้พอลิเมอร์ทำได้ โดยการ

เติมเส้นใยเสริมแรงลงในพอลิเมอร์ ให้เกิดเป็นวัสดุ

เชิงประกอบที่มีความแข็งแรงมากขึ้น โดยทั่วไปเส้นใย

เสริมแรงสำหรับวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์มักเป็น

เส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงเพื่อทำหน้าที่ ในการรับ

และกระจายแรงกระทำ โดยวัสดุเชิงประกอบจะมีความแข็งแรงสูงที่สุดตามแนวการเรียงตัวของเส้นใย

เสริม-แรง การเสริมแรงนี้ทำให้เมทริกซ์พอลิเมอร์

สามารถรับแรงกระทำได้สูงขึ้นโดยไม่เปลี่ยนรูปร่าง

ดังแสดงรูปที่ 2 ที่แสดงถึงสมบัติเชิงกลอย่างง่าย

ของวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์เมื่อให้แรงตามแนว

การเรียงตัวของเส้นใย

สมบัติเชิงกลนี้จะเป็นสมบัติร่วมที่เกิด

จากสมบัติของเมทริกซ์พอลิเมอร์ และสมบัติ

ของเส้นใยเสริมแรงประกอบกันทำให้วัสดุ

เชิงประกอบมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นมากกว่า

วัสดุพอลิเมอร์ เนื่องจากเส้นใยเสริมแรงทำ

หน้าที่รับแรงกระทำแต่สำหรับระยะยืดสูงสุด

นั้นวัสดุเชิงประกอบจะมีความสามารถในการยืดสูงสุดได้ ไม่เกินระยะยืดสูงสุดของเส้นใย

เสริมแรง สำหรับเมทริกซ์พอลิเมอร์ควรมีความเหนียวทนทานมากพอที่จะห่อหุ้มเส้นใย

เสริมแรงไว้ [7] สารเสริมแรงในรูปอนุภาคมีส่วนเสริมความแข็งแรงได้ ไม่ดีเท่ากับรูป

เส้นใย เนื่องจากความไม่ต่อเนื่องของสาร

เสริมแรงส่งผลต่อการกระจายแรง จึงนิยม

เรียกสารเสริมแรงในรูปอนุภาคว่า สารเติม

(Filler) [6] วัสดุเชิงประกอบจะมีความแข็ง-แรงมากขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับ

ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยทำให้

ความแข็งแรงจำเพาะ (Specific strength)ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างความแข็งแรงต่อ

ความหนาแน่นของวัสดุเพิ่มสูงขึ้น จึงทำให้สามารถนำวัสดุเชิงประกอบมาใช้สำหรับงาน

โครงสร้างบางชนิดที่ต้องรับแรงกระทำที่ ไม่สูงมากนักได้เช่นเฟอร์นิเจอร์ต่างๆ สำหรับเมทริกซ์พอลิเมอร์สามารถ

แบ่งย่อยออกเป็นเมทริกซ์เทอร์ โมเซตติง

(Thermosettingmatrix) และเมทริกซ์-เทอร์โมพลาสติก (Thermoplasticmatrix)

ทีม่คีวามแตกตา่งกนัในพฤตกิรรมเชงิความรอ้นของพอลิเมอร์ โดยเทอร์โมเซตติงเป็นพอลิ-

เมอร์ที่มีโครงสร้างแบบร่างแหและมีสมบัติ

แข็งเปราะ เมื่อเกิดปฏิกิริยาการเชื่อมโยง

รูปที่ 2สมบัติเชิงกลของวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์

เปรียบเทียบกับวัสดุองค์ประกอบ


โมเลกุลหรือการบ่มแล้วจะเกิดการคงรูปและไม่

สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้อีก ส่วนเทอร์โม-พลาสติกเป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบเส้นหรือ

แบบกิ่งสามารถหลอมเหลวได้เมื่อได้รับความร้อน

เหนืออุณหภูมิหลอมเหลว มีสมบัติเหนียวและ

ทนทานต่อสิ่งแวดล้อมพฤติกรรมเชิงความร้อนนี้

จะมีผลต่อกระบวนการขึ้นรูปวัสดุเชิงประกอบ

สำหรับเมทริกซ์เทอร์ โมเซตติง การขึ้นรูปวัสดุเชิงประกอบจะเป็นการผสมสารเสริมแรงให้เข้า

กับมอนอเมอร์ ในแม่พิมพ์ ก่อนที่จะทำให้เกิด

ปฏิกิริยาเคมีเชื่อมโยงเป็นโครงสร้างแบบร่างแห

และหลังจากที่ปฏิกิริยาสิ้นสุดวัสดุเชิงประกอบจะ

เกิดการคงรูปซึ่งจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่าง

ได้อีก ในขณะที่การขึ้นรูปวัสดุเชิงประกอบที่

เมทริกซ์เป็นเทอร์ โมพลาสติกนั้น จะใช้หลักการให้ความร้อนเหนืออุณหภูมิหลอมเหลวและขึ้นรูป

ก่อนที่จะทำให้เย็นตัวลงเพื่อเกิดการคงรูป โดยถ้า

หลังจากคงรูปแล้วได้รับความร้อนอีกครั้งส่วนที่

เป็นเมทริกซ์ก็จะสามารถหลอมเหลวได้อีก การที่จะเลือกใช้เมทริกซ์ชนิดใดนั้นขึ้นอยู่กับสมบัติใน

การประยุกต์ใช้งานเป็นสำคัญ

ในอุตสาหกรรมวัสดุเชิงประกอบวัตถุดิบสำหรับการผลิตอาจอยู่ในรูปของชิ้นงานกึ่งสำเร็จ

หรือพรีเพรก (Prepreg) เพื่อความสะดวกในการ

ขึ้นรูป ถ้าเป็นพรี เพรกของวัสดุ เชิงประกอบเมทริกซ์เทอร์ โมเซตติงจะเป็นเส้นใยที่อยู่ ใน

เมทริกซ์เทอร์โมเซตติงแต่ทำให้เกิดการเชื่อมโยง

โมเลกุลเพียงบางส่วนเท่านั้น และเมื่อจะนำมา

ขึ้นรูปเป็นรูปร่างที่ต้องการแล้วจึงจะทำให้เกิดการ

เชื่อมโยงโมเลกุลที่สมบูรณ์พรีเพรกลักษณะนี้อาจมาในรูปแผ่น ที่เรียกว่า พรีเพรกผสมเสร็จแบบ

แผ่น (Sheet molding compound, SMC)

สำหรับการขึ้นรูปเป็นชิ้นงานที่มีลักษณะแผ่นและ

พรีเพรกผสมเสร็จแบบหนา (Bulk molding

compound, BMC) จะใช้สำหรับการขึ้นรูปเป็น

ชิ้นงานที่มีรูปทรงความแตกต่างกันของพรีเพรก

ทั้งสองชนิดจะอยู่ที่ความยาวของเส้นใยเสริมแรง

และความหนืดของเมทริกซ์ พรีเพรกแบบแผ่นมักจะทำจากเส้นใยยาวและมีความสามารถในการ

ไหลของเมทริกซ์น้อยกว่า ส่วนพรีเพรกแบบหนา

มักจะทำจากเส้นใยสั้น และความสามารถในการ

ไหลสูงเพื่อความเหมาะสมสำหรับการขึ้นรูปเป็น

ชิ้นงาน สำหรับพรีเพรกของวัสดุเชิงประกอบ

เทอร์โมพลาสติกนั้นจะอยู่ในรูปแผ่นที่เป็นเส้นใย

แก้วสั้นๆ ในเมทริกซ์พอลิโอเลฟิน ที่ เรียกว่า

พรีเพรกผืนแก้วเทอร์ โมพลาสติก (Glassmat

thermoplastic,GMT) โดยพรีเพรกเมื่อได้รับ

ความร้อนเหนืออุณหภูมิหลอมเหลวของเมทริกซ์และทำให้เป็นรูปร่างที่ต้องการก่อนที่จะถูกทำให้

เย็นตัวลงและคงรูป

ไฟเบอร์กลาสส์หรือไฟเบอร์ เป็นตัวอย่าง

ของวัสดุ เชิงประกอบพอลิ เมอร์ที่มี เมทริกซ์เทอร์ โมเซตติงเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้วที่มีส่วน-

แบ่งทางการตลาดสูง โดยทั่วไปหมายถึงเมทริกซ์พอลิเอสเตอร์หรือไวนิลเอสเตอร์ ไฟเบอร์กลาสส์

จะนำไปประยุกต์ใช้ ในงานที่ต้องการความแข็งแรงปานกลาง น้ำหนักเบา เช่น หลังคารถกระบะ

เฟอร์นิเจอร์ขนาดเล็ก เป็นต้น ส่วนเมทริกซ์

อีพอกซีจะถูกใช้ ในงานที่ต้องการความแข็งแรง

สูงกว่า นอกจากนี้ยังมีการนำเส้นใยเสริมแรง

อื่น ๆ ได้แก่ เส้นใยคาร์บอนและเส้นใยอะรามีดและมีความแข็งแรงสูงกว่าเส้นใยแก้วมาใช้ ในงาน


ที่ต้องการสมบัติด้านความแข็งแรงสูงมาก ส่วน

วัสดุเชิงประกอบเมทริกซ์เทอร์ โมพลาสติกมีส่วน

แบ่งทางการตลาดน้อยกว่า มักใช้ทำเป็นวัสดุสำหรับตกแต่งภายในที่ต้องการความเหนียว

ทนทานหรือนำไปอัดซ้อนกับวัสดุอื่นเพื่อเพิ่มความ

แข็งแรงเป็นต้น

3.2 วัสดุเชิงประกอบโลหะ [6, 8, 9]

วัสดุเชิงประกอบโลหะได้พัฒนาขึ้นเพื่อ

ปรับปรุงความสามารถในการทนทานต่อความล้า

ของโลหะให้ดีมากขึ้น โดยเฉพาะอะลูมิ เนียม

และไทเทเนียม ที่เป็นเมทริกซ์ โลหะที่ต้องการให้มีสมบัติพิเศษในการใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศ-

ยาน สารเสริมแรงอาจอยู่ ในลักษณะของอนุภาค

เส้นใยหรือวิสเกอร์ก็ได้นอกจากนี้ สารเสริมแรง

สำหรับโลหะต้องมีความแข็งแรงสูง และทนความ

ร้อนสูงด้วย เนื่องจากโลหะต้องใช้อุณหภูมิสูงมาก

ในการขึ้นรูปและสารเสริมแรงที่ใช้ต้องไม่เกิดการ

กัดกร่อนกับเมทริกซ์ โลหะ จากข้อจำกัดเหล่านี้

ทำให้สารเสริมแรงอนินทรีย์และเส้นใยแก้ว

ไม่สามารถใช้เสริมแรงให้กับเมทริกซ์ โลหะได้สารเสริมแรงที่ ใช้จึงต้องเป็นสารเสริมแรงเซรามิก

หรือสารเสริมแรงโลหะ เช่น ซิลิกอนคาร์ ไบด์อะลูมินา เส้นใยโบรอน เป็นต้นการเสริมแรงเป็น

การทำให้เมทริกซ์โลหะมีความทนทานต่อความล้าสูงขึ้นมาก และมีอายุการใช้งานนานขึ้น อีกทั้ง

ความหนาแน่นของสารเสริมแรงที่น้อยกว่าโลหะ

ทำให้ความหนาแน่นของวัสดุเชิงประกอบลดลง

รวมถึงสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

(Coefficient temperature expansion,CTE)ลดลง เพราะสารเสริมแรงเป็นเซรามิกจึงมีการ

ขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำกว่าโลหะ ส่วน

กรณีที่สารเสริมแรงมีลักษณะเป็นเส้นใยยาววัสดุเชิงประกอบที่ ได้จะมีความแข็งแรงสูงขึ้น

มากอีกด้วย

โดยทั่วไปวัสดุเชิงประกอบโลหะจะนำไป

ใช้งานในลักษณะเดียวกับโลหะสารเสริมแรงที่

เติมเข้าไปจะเป็นการปรับปรุงสมบัติของเมทริกซ์

โลหะให้ดียิ่งขึ้น และมีอายุการใช้งานนานขึ้นอย่างไรก็ตามการนำไปใช้งานยังจำกัดเนื่องจาก

ต้นทุนในการผลิตที่สูงมาก

3.3 วัสดุเชิงประกอบเซรามิก [6, 10]

เซรามิกเป็นวัสดุที่มีความทนทานต่อการ

ใช้งานที่อุณหภูมิสูง ไม่นำความร้อนทนทานต่อ

การกัดกร่อนและอัตราการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง

เมื่อได้รับความร้อนต่ำมาก เซรามิกจึงนำมาใช้ ใน

งานที่ต้องการความทนทานต่ออุณหภูมิสูง และ

ในสภาวะที่มีการกัดกร่อนสูง แต่ข้อเสียของ

เซรามิก คือ เปราะและแตกหักง่าย เมื่อเกิด

รอยแตกแล้วไม่สามารถซ่อมแซมได้ โดยง่ายการเสริมแรงให้กับเมทริกซ์เซรามิกเป็นการ

ปรั บปรุ งสมบั ติ ใ ห้ วั สดุ เ ชิ งประกอบที่ ไ ด้ มีความเหนียวและทนทานมากขึ้น สารเสริมแรง

จะเข้าไปขวางการแพร่ของรอยแตกที่อาจเกิดขึ้น

ระหว่างการใช้งาน เมื่อวัสดุเชิงประกอบได้รับแรงจะไม่เกิดการเปราะแตกในทันที เนื่องจาก

รอยแยกจะถูกหน่วงด้วยสารเสริมแรงเนื่องจาก

สมบัติที่เรียกว่าความเหนียวแบบเทียม(Pseudo

ductile) สำหรับเมทริกซ์เซรามิกที่ ไม่เสริมแรง

จะแสดงสมบัติที่เปราะ และแตกทันทีเมื่อได้รับแรงกระทำจนถึงจุดจุดหนึ่ง ดังนั้น การใส่สาร


เสริมแรงเข้าไปจะทำให้วัสดุเชิงประกอบเซรามิกที่

ได้มีความเหนียวทนทานมากขึ้น สารเสริมแรง

ที่ ใช้ ในการเสริมแรงอาจอยู่ ในรูปอนุภาค เส้นใย

หรือวิสเกอร์ ได้แก่ อะลูมินา ซิลิกา ซิลิกอน-

คาร์ ไบด์ และคาร์บอน เป็นต้น และสำหรับ

เมทริกซ์เซรามิก ได้แก่ ซีเมนต์ คาร์บอน ซิลิ-

กอนคาร์ไบด์เป็นต้น วัสดุเชิงประกอบได้นำมาใช้งานเป็นเวลานานโดยเฉพาะการใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่ ใช้เส้น

โลหะและหินกรวดทรายต่างๆ เป็นสารเสริมแรง

ให้แก่เมทริกซ์ซีเมนต์หรือคอนกรีต สำหรับการ

พัฒนาเทคโนโลยีคอนกรีตอาจทำโดยการใช้เส้นใย

เสริมแรง เช่น เส้นใยแก้ว หรือเส้นใยคาร์บอนแทนเส้นโลหะเพื่อแก้ปัญหาด้านการกัดกร่อนเมื่อ

ใช้งานเป็นเวลานาน สำหรับวัสดุเชิงประกอบ

เซรามิกขั้นสูงที่มีความเหนียว ทนทานต่อการ

กัดกร่อน และสามารถประยุกต์ ใช้ ในงานที่

อุณหภูมิ สู งนั้ น ยั งมี การใช้ งานอย่ างจำกัด

เนื่องจากต้นทุนในกระบวนการผลิตที่สูง

4.การประยุกต์ ใช้วัสดุเชิงประกอบ

สมบัติของวัสดุ เชิงประกอบสามารถ

ออกแบบได้จากวัสดุองค์ประกอบสัดส่วนระหว่าง

วัสดุองค์ประกอบ ความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุองค์ประกอบการเรียงตัวของสารเสริมแรงและ

การกระจายตัวของสารเสริมแรงในเมทริกซ์การ

ควบคุมปัจจัยเหล่านี้มีส่วนทำให้สมบัติของวัสดุ

เชิงประกอบเป็นไปได้ตามต้องการ ทำให้วัสดุ

เชิงประกอบสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย

สาขา คลอบคลุมตั้งแต่วัสดุสำหรับการใช้งาน

ทั่วไป จนกระทั่งถึงวัสดุที่ ใช้ ในงานเฉพาะกิจที่

ต้องการสมบัติพิเศษมากๆ

4.1 ด้านอวกาศยานและเครื่องยนต์ สมบัติของวัสดุเชิงประกอบที่มีความแข็งแรง

จำเพาะสูง หรือมีความแข็งแรงสูงเมื่อเทียบกับ

ความหนาแน่นของวัสดุ จะมีประโยชน์อย่างมาก

สำหรับการขนส่งทางอากาศเพราะถ้าน้ำหนักรวมของอากาศยานลดลงโดยที่ ไม่ส่งผลกระทบต่อ

สมบัติเชิงกลจะเป็นการประหยัดเชื้อเพลิงในการ

ขนส่งอย่างมากและถ้าวัสดุที่ใช้มีความทนทานต่อการใช้งานจะมีประโยชน์ต่อการบำรุงรักษาใน

ระยะยาวอีกด้วย ในระยะเริ่มต้นวัสดุเชิงประกอบ

ถูกพัฒนามาเพื่อใช้เป็นวัสดุสำหรับเครื่องบินทหาร

ดาวเทียมต่อเนื่องมาจนถึงกระสวยอวกาศและ

เครื่องบินพาณิชย์ ในปัจจุบัน ทำให้สัดส่วนของ

วัสดุเชิงประกอบต่อวัสดุอื่นๆมีแนวโน้มที่จะเพิ่ม

มากขึ้น[11]

พลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว และ

เส้นใยคาร์บอน ได้นำมาใช้เป็นส่วนประกอบหลัก

ในโครงสร้างผิวของเครื่องบินทิ้งระเบิดรุ่นบี 2(B2Stealthbomber)ทำให้มีสมบัติพิเศษที่ยาก

แก่การถูกตรวจจับ[3]และใช้เป็นส่วนประกอบใน

เครื่องบินพาณิชย์โบอิง777 (รูปที่ 3)และโบอิง

787นอกจากนี้ พลาสติกเสริมแรงดังกล่าวนี้ยัง

นำมาใช้ เป็นวัสดุทำตัวถังเครื่องบินพาณิชย์แอร์บัสเอ380ซึ่งเป็นเครื่องบินพาณิชย์ที่มีขนาด

ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน[12]


การค้นหาวัสดุที่มีสมบัติทนต่อความร้อน

สูงและมีสมบัติเชิงกลที่ดีเพื่อใช้ผลิตอวกาศยาน

กลายเป็นแรงผลักดันให้ เกิดการพัฒนาวัสดุ

เชิงประกอบโลหะขึ้น โดยเมทริกซ์อะลูมิเนียม

เสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิกอนคาร์ ไบด์ ได้นำมาใช้แทนที่ อะลูมิ เนี ยมในการผลิต เครื่ องบินรบ

เอฟ 16 ทำให้มีความทนทานต่อการใช้งาน

มากขึ้น [8,9]ด้านเครื่องยนต์สำหรับอวกาศยาน

เช่น เครื่องยนต์กังหันแก๊ส จะผลิตจากวัสดุเชิง

ประกอบโลหะซึ่ ง เป็ นวั สดุที่ ส ามารถรั กษาความแข็งแรงจำเพาะณอุณหภูมิสูงได้ สำหรับ

เครื่องยนต์กังหันแก๊สบางรุ่น และท่อปล่อยแก๊ส

ในเครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่อื่น ๆ อาจใช้วัสดุ

เชิงประกอบเซรามิกเป็นวัสดุในการผลิต (รูปที่ 4)

เช่น เส้นใยซิลิกอนคาร์ ไบด์เสริมแรงเมทริกซ์

ซิลิกอนคาร์ ไบด์ [10, 13] ข้อดีของวัสดุเชิงประกอบเซรามิกที่เหนือวัสดุเชิงประกอบโลหะ

คือ สามารถใช้งานได้ ในที่ที่มีอุณหภูมิสูงกว่ามีค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงรูปร่างเนื่องจาก

ความร้อนต่ำและทนทานต่อสภาวะกัดกร่อน

แต่ข้อด้อยคือความเปราะของเมทริกซ์เซรามิก

รูปที่ 3วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ที่ถูกใช้ ในเครื่องบินพาณิชย์โบอิง777


4.2 ด้านยานยนต์ เรือ และเครื่องยนต์

ข้อได้ เปรียบของวัสดุ เชิงประกอบพอลิเมอร์

สำหรับการประยุกต์ ใช้ ในอุตสาหกรรมการผลิต

รถยนต์ได้แก่การมีความแข็งแรงจำเพาะสูงและ

สามารถขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้ ในระยะ

เริ่มต้นวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์นำมาใช้เป็น

ชิ้นส่วนที่ ไม่ใช่โครงสร้างเช่นแผ่นคันเร่งวัสดุทำ

ขอบยึดกระจกและขอบแผ่นกรอง ตามมาด้วย

ชิ้นส่วนกึ่งโครงสร้าง เช่น ห้องรวมท่ออากาศ

ชิ้นส่วนในห้องเครื่องส่วนหน้า(รูปที่5)[14]และ

ส่วนโครงสร้าง เช่นกันชน โครงสร้างร่วมในห้อง

โดยสาร เป็นต้น โดยชนิดของวัสดุเชิงประกอบ

พอลิเมอร์มีหลายชนิดทั้งเมทริกซ์เทอร์โมเซตติง

ได้แก่ พอลิเอสเตอร์ อีพอกซี และเมทริกซ์-

เทอร์โมพลาสติกได้แก่พอลิโพรพิลีนพอลิเอไมด์

และพอลิอีเทอร์อีเทอร์คี โตน เป็นต้น รวมทั้ง

ลักษณะของสารเสริมแรงอาจอยู่ ในรูปของ

เส้นใยสั้น หรือเส้นใยต่อเนื่องที่ถูกทอเป็นผืน

ซึ่งขึ้นอยู่กับสมบัติที่ต้องการนำไปใช้ในแต่ละส่วน

รูปที่ 4วัสดุเชิงประกอบเซรามิกที่นำมาใช้ ในเครื่องยนต์กังหันแก๊ส

รูปที่ 5วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ที่ถูกใช้เป็นส่วนประกอบในรถยนต์


ในด้านการผลิตเรือ วัสดุเชิงประกอบ

พอลิเมอร์นำไปใช้เป็นวัสดุในการทำเรือขนาดเล็ก

มาตั้งแต่ยุคเริ่มต้นการผลิต เนื่องจากเป็นวัสดุ

ที่มีความทนทานต่อการใช้งาน สามารถขึ้นรูป

ได้ ง่ ายด้วยมือ ต่อมาเมื่ อวัสดุ เชิ งประกอบ

ถูกพัฒนาให้มีสมบัติที่ดีมากขึ้น จึงกลายเป็นส่วนประกอบสำหรับเรือโดยสารขนาดใหญ่จนถึง

เรือรบ เมทริกซ์ที่นิยมใช้ ในการทำเรือได้แก่

พอลิ เอสเตอร์ ไวนิลเอสเตอร์ และอีพอกซี

โดยใช้เส้นใยแก้ว ชนิดเส้นใยสั้นและเส้นใยผืน

เป็นสารเสริมแรง นอกจากนี้ ยังพบการใช้วัสดุ

เชิงประกอบพอลิเมอร์ประกบร่วมกับแกน ซึ่ง

เป็นวัสดุที่ เบาและแข็งแรงเพื่อทำเป็นตัวเรือ

ทำให้ ได้เป็นแผ่นตัวเรือที่แข็งแรงมีน้ำหนักเบา

และทนทานต่อสิ่งแวดล้อม วัสดุเชิงประกอบที่มีเมทริกซ์อะลูมิเนียม

เสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิกอนคาร์ ไบด์ หรือ

เ ส ริ มแร งด้ ว ย เส้ น ใ ยคาร์ บอนและ เส้ น ใ ย

ซิลิกอนคาร์ ไบด์ มีการนำไปใช้เป็นวัสดุแทนที่

เ หล็ กและ เหล็ กหล่ อ ในการผลิตชิ้ นส่ วน ใน

เ ค รื่ อ ง ย นต์ ( รู ป ที่ 6 ) [ 9 , 1 5 ] เ พื่ อ เ พิ่ ม

ประสิ ทธิ ภ าพของลู กสู บ เครื่ อ งยนต์ ดี เ ซลเนื่องจากอัตราการขยายตัวจากความร้อนของ

วัสดุเชิงประกอบต่ำกว่าของโลหะและมีการใช้

วัสดุเชิงประกอบประเภทนี้เป็นวัสดุในระบบเบรค

และเพลาเนื่องจากทนทานต่อความล้าสูง

รูปที่ 6วัสดุเชิงประกอบโลหะที่ถูกใช้เป็นส่วนประกอบในเครื่องยนต์


4.3 ด้านอื่น ๆวัสดุเชิงประกอบเป็นวัสดุ

สำคัญในอุตสาหกรรมอื่นๆอีกมากมาย เช่น ใน

อุตสาหกรรมการก่อสร้าง เส้นใยแก้วที่ถูกพัฒนา

มาพิเศษเพื่อการเสริมแรงให้กับเมทริกซ์ซีเมนต์หรือการใช้คอนกรีตที่เกิดจากซีเมนต์เสริมแรงด้วย

เส้นใยคาร์บอนและเถ้าลอยทำให้เกิดเป็นคอนกรีต

ที่มีน้ำหนักเบา ด้านวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์

ไม่นิยมใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่รับแรงโดยตรงแต่มักใช้ประกอบกับวัสดุโครงสร้างเดิมเพื่อเสริม

ประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น สำหรับอุตสาหกรรม

อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุ เชิงประกอบโลหะที่ เป็น

อนุภาคซิลิ กอนคาร์ ไบด์ เสริ มแรง เมทริ กซ์

อะลูมิเนียมจะนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับการทำ

ฮาร์ดดิสก์ เพราะสามารถออกแบบให้มีค่ าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนได้

โดยการปรับสัดส่วนของอนุภาคซิลิกอนคาร์ ไบด์วัสดุเชิงประกอบสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอีก

หลาย ๆ ด้าน ซึ่งพบได้ ในชีวิตประจำวัน เช่น

หมวกนิรภัยกระดานโต้คลื่น ไม้เทนนิส ไม้กอล์ฟ

เป็นต้น

5.บทสรุป

วัสดุเชิงประกอบเป็นการนำเอาสมบัติที่ดี

ของวัสดุมากกว่าหนึ่งชนิดมาผนวกกันทำให้เกิด

เป็นสมบัติที่เหมาะกับการประยุกต์ ใช้งานตามความต้องการของมนุษย์ พอลิเมอร์มีข้อจำกัดใน

ด้านความแข็งแรง การเสริมแรงเมทริกซ์พอ-

ลิเมอร์ด้วยเส้นใยเสริมแรงจึงเป็นการเพิ่มความ

แข็งแรงให้กับพอลิเมอร์อย่างมากโลหะมีข้อจำกัด

ในด้านความทนทานต่อความล้าการใส่สารเสริม-แรงลงไปในเมทริกซ์โลหะทำให้วัสดุเชิงประกอบ

ที่ ได้มีความทนทานต่อการใช้งานมากขึ้น สำหรับ

เซรามิกที่สมบัติทั่วไปคือ เปราะและแตกหักง่ายสารเสริมแรงที่ ถูกใส่ลงในเมทริกซ์ เซรามิก

สามารถหน่วงการแยกที่เกิดขึ้นได้ ทำให้เกิดเป็น

วัสดุเชิงประกอบที่มีความเหนียวทนทานมากขึ้น การปรั บ เปลี่ ยนชนิ ดของวั สดุ อ งค์

ประกอบหรือสัดส่วนการผสมทำให้เกิดสมบัติที่

หลากหลายและสามารถออกแบบให้เป็นไปตาม

ต้องการได้ ปัจจุบันวัสดุเชิงประกอบนับได้ว่าเป็น

วัสดุที่ ใช้งานทั่วไป ครอบคลุมอุตสาหกรรมหลัก

ต่างๆตั้งแต่อวกาศยานยานยนต์การก่อสร้าง

ตลอดจนถึงอุปกรณ์กีฬา เป็นต้น อย่างไรก็ตาม

การวิจัยและพัฒนาด้านวัสดุเชิงประกอบยังมี

ความจำเป็นที่ต้องดำเนินต่อไป เพื่อให้ ได้วัสดุที่มีสมบัติที่ดีขึ้นเหมาะกับการใช้งานมากขึ้นและเพื่อ

ตอบสนองความต้องการของมนุษย์ต่อไป

เอกสารอ้างอิง

[1] D. Hul l and T. W. Clyne, “An

i n t r o d u c t i o n t o c om p o s i t e

materials” Cambridge University

Press,1996,Cambridge.

[2] A . K e l l y a nd A . Mo r t e n s e n ,“CompositeMaterials:Overview”,

in Encyclopedia of Mater ia ls :

Science andTechnology, K.H. J.

B u s c ow , R . W . C a h n , M . C .Flemings, L. B. I lcewicz, E. J.

Kramer, and S. Mahajan, Eds.

Amsterdam: Elsevier, 2001, pp.1361-1371.

[3] A . Beuke rs , “Po lymer Mat r i x

Compos i tes : App l ica t ion” , in


EncyclopediaofMaterials:Science

andTechnology,K.H. J.Buscow,

R.W.Cahn,M.C.Flemings,L.B.

I lcewicz, E. J . Kramer, and S.

M a h a j a n , E d s . Am s t e r d am :

Elsevier,2001,pp.7384-7388.

[4] D. J. Hannant, “Cement-based

Composites”, in Comprehensive

CompositeMaterials,A.Kelly and

C. Zweben , Eds . Amsterdam:

Elsevier,2000,pp.323-362.

[5] K.K.Chawla, “FibrousReinforce-

mentsforcomposites:Overview”in






Elsevier,2001,pp.3160-3167.

[6]M. G. Bader, “The Composites

Market” in in Comprehensive


C. Zweben , Eds . Amsterdam:Elsevier,2000,pp.1-13.

[7] “Guide to CompositeMaterials”,

www.gurit.com.

[8]W . H . H u n t , “M e t a l M a t r i x

Composi tes : Appl icat ions” inEncyclopediaofMaterials:Science


R.W.Cahn,M.C.Flemings,L.B.I lcewicz, E. J . Kramer, and S.


Elsevier,2001,pp.5442-5447.

[9]W . H . H u n t , “M e t a l M a t r i x

Composites” in Comprehensive




[10] K.M. Prewo andW.K. Tredway,

“Ceramic Matr ix Composi tes :

Appl icat ion” Encyc lopedia o f

Materials:ScienceandTechnology,

K.H.J.Buscow,R.W.Cahn,M.C.

Flemings, L. B. I lcewicz, E. J.

Kramer, and S. Mahajan, Eds.

Amsterdam: Elsevier, 2001, pp.

1056-1060.

[11] R. Boyer, “AircraftMaterials” in






Elsevier,2001,pp.66-73. [12] L. B. Ilcewicz, “CompositeAppli-

cations in Commercial Air frame

Structures” in Comprehensive

CompositeMaterials,A.Kelly andC. Zweben , Eds . Amsterdam:


[13] D . W . R i che r son , “ Indus t r i a l

Applications of CeramicMatrix

Composites” in Comprehensive





[14] R. Brooks, “Composites inAuto-

mot ive Appl icat ions : Design”

in Comprehens ive Compos i te

Materials,A.KellyandC.Zweben,

Eds. Amsterdam: Elsevier, 2000,

pp.341-363.

[15] D . B . Mi rac le , “Meta l mat r i x

compos i t e s–F rom sc i ence to

t e chno l og i c a l s i gn i f i c ance” ,

Composites Science andTechno-

logy,65,2005,pp2526–2540.

Documents

ภาพรวมของวัสดุเชิงประกอบ18 ว ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก . ภาพรวมของว สด เช งประกอบ