วัสดุทางวิศวกรรม

48

6.2 ปฏกิ ริ ิยาพอลเิ มอไรเซชนั

เทอรโมพลาสติกสว นมากไดจากกระบวนการสงั เคราะห โดยใหโมเลกุลเลก็ ๆ มาเช่ือมตอกนั เปน ลูกโซ (chain-
growth polymerization) ดว ยพันธะโคเวเลนตก ลายเปน โมเลกุลท่ียาวมาก ๆ โมเลกุลเร่มิ ตนทีเ่ ล็กหรอื งา ย ๆ (simple-
molecules) ท่ีเรียกวา โมโนเมอร (monomers) ซ่ึงมาจากภาษากรกี วา mono แปลวาหนึ่งและ meros แปลวา สวน (part)
โมเลกลุ หรือโมโนเมอรทมี่ าตอกันเปนลกู โซย าวน้ี เรยี กวา พอลเิ มอร (polymer) ซ่งึ มาจากภาษากรีกวา polys แปลวา
มาก และ meros แปลวาสว น กระบวนการทางเคมีท่ีทาํ ใหเกดิ long chain molecule น้เี รียกวา chain-growth
polymerization

6.3 ข้ันตอนการเกิดพอลเิ มอไรเซชัน (Chain Polymerization Steps)

ปฏิกิรยิ าทีท่ าํ ใหเกิด chain polymerization ของเอทลี นี โมโนเมอร ไปเปน linear polymers คอื polyethylene
สามารถแบง ออกไดเปน 3 ขนั้ ตอน คือ

1. เกดิ initiation
2. เกดิ propagation
3. เกดิ termination
1. Initiation

เปน การเกดิ ปฏกิ ิรยิ าเรม่ิ ตน เชนเดียวกับปฏกิ ริ ยิ าท้ังหลายทม่ี ีการใชตวั เรง (catalyst) ในกรณีของการเกดิ
polyethylene ใช organic peroxides (เปอรออกไซดที่เปนสารอินทรีย) เปนตวั ทท่ี ําใหเ กิดอนมุ ลู อสิ ระ (free-radical) ซ่งึ
หมายถงึ กลุม ของอะตอมท่ีมีอเิ ลก็ ตรอนขาดคู หรอื อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ (unpaired electron หรอื free electron) ทําให
สามารถเกดิ พนั ธะโคเวเลนตก บั โมเลกลุ อน่ื ที่มีอเิ ล็กตรอนขาดคูเชนเดยี วกนั ได

2. Propagation

เปนกระบวนการทเี่ กดิ polymer chain ดวยการท่โี มโนเมอรเ ขา ไปตอ กนั เปนหนวยทใี่ หญข น้ึ อยา งตอ เนอ่ื ง โดย
ทพ่ี นั ธะคู (double bond) หัวทายของโมเลกุลจะเปดออกเพอื่ ให free radical เขาเกิดพันธะโคเวเลนตต อ ไป polymer
chain จะเกิด polymerization ทาํ ให chain ยาวขน้ึ ๆ และพลังงานของระบบก็ตํ่าลง ทาํ ใหกระบวนการเกิดปฏิกิริยาเปน
ไปอยางตอเนอ่ื ง น่นั คอื ผลรวมของพลังงานของพอลิเมอรที่เกิดขน้ึ จะตาํ่ กวา ผลรวมของพลงั งานของโมโนเมอรท ่ีทาํ ให
เกดิ พอลิเมอร degree of polymerization (DP) ของพอลเิ มอรจะมีคา แตกตา งกนั แลวแตชนดิ ของพอลิเมอร สาํ หรบั พอลิ
เอทีลีนทขี่ ายกนั อยใู นปจจบุ นั มีคา DP เฉลย่ี อยูในชวง 3500 – 25000

R − CH2 − CH.2 + CH2 = CH2 → R − CH2 − CH2 − CH2 − CH.2

3. Termination

เปน กระบวนการท่จี ะทาํ ใหก ระบวนการพอลเิ มอไรเซชนั สน้ิ สุดลง การเตมิ สาร Terminator เพือ่ หยุดการเกดิ

free radical หรอื ให free radical chains ทั้งสองรวมกัน อกี วธิ ีหนงึ่ ทอี่ าจทาํ ใหกระบวนการพอลิเมอรไรเซชนั ส้ินสุดได

ดว ยสารเจือปน (impurities) เพยี งเลก็ นอ ย

ปฏิกิรยิ าทเี่ กิดจาก 2 free radicals รวมตวั กันแลว ทาํ ใหป ฏกิ ิรยิ าสนิ้ สดุ ลง เชน

R − (CH2 − CH 2 ) . + R' (CH2 − CH 2 ) . → R(CH2 − CH2 )m − (CH2 − CH2 )n R'
m n

49

6.4 พอลเิ มอรเดีย่ วและพอลเิ มอรผ สม

พอลเิ มอรเดยี่ ว (Homopolymers)

เปนพอลเิ มอรท ่ปี ระกอบดวยโมโนเมอรช นิดเดียวหรอื เปน พอลเิ มอรท โี่ ครงสรางประกอบดวยหนว ยยอ ยเพยี ง
อยางเดียว ถา A เปน โมโนเมอร ดงั นนั้ โมเลกลุ ของพอลิเมอรเดยี่ วจะเปน AAAAAAA…
พอลเิ มอรผ สม (Copolymers)

เปนพอลิเมอรท โ่ี มเลกุลของมัน หรือโครงสรางของมนั ประกอบดวยโมโนเมอรต้ังแต 2 ชนิดขน้ึ ไปมาตอกันเขา
ดว ยรูปแบบตางๆ กนั พอลิเมอรผ สมมีแบบตางกันอยู 4 แบบ คอื

1. Random copolymers เปนพอลิเมอรผ สมโมโนเมอรแ ตละชนิดมาตอกนั เปน แบบไมแ นน อน เชน ถา A และ
B เปนโมโนเมอรท ่ีตางกนั 2 ชนิด การเรียงตัวของมันจะเปนแบบ
AABABBBBAABABAAB…

2. Alternating copolymers เปน พอลเิ มอรผ สมที่เกิดจากโมโนเมอรต ง้ั แต 2 ชนดิ ขึน้ ไปมาเรียงดวยกนั เปน พอ
ลิเมอรแบบสลบั กัน เชน
ABABABABAB…

3. Block copolymers เปนพอลเิ มอรผสมท่ีเกดิ จากโมโนเมอรแ ตล ะชนิดมาตอกันเปน แบบชวงยาว ๆ (long
block) เชน
AAAAA-BBBBB-…

4. Graft copolymers เปน พอลเิ มอรผ สมที่เกดิ จากโมโนเมอรท่ีมาตอ กันเปน โซยาวแลวมกี ่งิ กา น เชน
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
BB
BB
BB

6.5 การเกดิ ผลึกและเสตอริโอไอโซเมอรในเทอรโมพลาสตกิ บางชนิด

เทอรโ มพลาสตกิ เหลวเมือ่ แขง็ ตัวจะกลายเปน ของแข็งท่มี บี างสว นเปน พวกไมมีรปู รา งผลึกหรอื อสัณฐาน และ
บางสว นเปนผลึก ตอ ไปนจี้ ะไดท ําการตรวจสอบดวู าการแขง็ ตวั ของวสั ดุพวกน้ีมีลกั ษณะโครงสรางเฉพาะอยางไร

ถา นําเทอรโมพลาสตกิ ทีไ่ มมรี ูปรางผลึกและเปนของเหลวมาทําใหเ ย็นลงอยา งชา ๆ การแขง็ ตัวของมนั จะไปทาํ
ใหค าปรมิ าตรจําเพาะ (specific volume ปรมิ าตร/หนวยมวล) ลดลงอยางทนั ทที นั ใด แต (ดังรปู ท่ี 6.2) ของเหลวนั้นจะ
กลายเปนของเหลวเย็นยงิ่ ยวด (supercooled liquid) ซึง่ มีคา ปรมิ าตรจําเพาะจะคอ ย ๆ ลดลงเมอื่ อุณหภมู ลิ ดลงดังแสดง
ดว ยเสน ABC ในรูปที่ 6.2 ในขณะทีอ่ ุณหภมู ลิ ดลง ๆ การเปลยี่ นแปลงของความชนั ของคา ปรมิ าตรจําเพาะตอ อณุ หภมู ิ
ดังเสดงดว ยเสน C และ D ของ curve ABCD อุณหภมู ิเฉลี่ยตรงท่ีมกี ารเปลี่ยนแปลงความชนั นนั้ คอื อณุ หภมู ิท่พี ลาสติก
เปลยี่ นเปนพลาสตกิ ทม่ี ีรูปรางผลึกที่เรียกวา glass transition temperature (Tg) เหนอื จดุ Tg เทอรโมพลาสตกิ ทีไ่ มม รี ูป
รา งผลกึ จะมลี กั ษณะเปน ของเหลวขน (viscous) และถาตํ่ากวาจุด Tg วัสดพุ ลาสติกนี้จะแสดงลกั ษณะเปราะเหมอื นแกว
(galss brittle) ในบางกรณี Tg อาจจะใชพิจารณาถงึ อุณหภูมิของการเปลีย่ นแปลงความเหนียว-เปราะของวสั ดไุ ด ถา
อุณหภูมิต่ํากวา Tg วัสดุน้นั จะมลี ักษณะเปราะคลา ยแกว เพราะการเคล่ือนไหวของโมเลกลุ จะเปน ระเบียบแนน อน รปู ที่
6.2 แสดงผลการทดลองทีไ่ ดจากการเขียนกราฟระหวา งคา ปริมาตรจาํ เพาะกบั อุณหภูมขิ องพอลิเอทลี นี ท่ีไมม รี ปู รางผลกึ

50

ซึ่งช้ีใหเห็นวาการเปลี่ยนแปลงความชนั ของ curve ที่ Tg อยทู ี่ –12oC และตารางที่ 6.1 เปน คา Tg ของเทอรโ มพลาสติก
บางชนดิ

รูปท่ี 6.2 แสดงการแข็งตวั และการทําใหเยน็ ลงของเทอรโ มพลาสตกิ ท่ไี มเ ปนผลึก (non crystalline) และท่ีเปนผลึกบาง
สว น (crystalline) ซงึ่ แสดงใหเหน็ ถงึ การเปล่ยี นแปลงคา ปริมาตรจาํ เพาะทอ่ี ณุ หภมู ติ า ง ๆ Tg เปน glass transition
temperature และ Tm เปนอณุ หภูมิที่เกดิ การหลอมเหลว การเยน็ ตวั ลงของเทอรโมพลาสตกิ จะเปนไปตามเสน ABCD
เมอื่ A = ของเหลว B = ของเหลวขนมาก C = ของเหลวเยน็ ยง่ิ ยวด และ D = ของแข็งคลา ยแกว (แข็งและเปราะ)
สําหรบั เทอรโ มพลาสตกิ ทเี่ ปนผลกึ บางสวนจะเย็นตัวลงตามเสน ABEF เมอ่ื E = บรเิ วณทเ่ี ปน ผลกึ แข็งอยูในของเหลว
เย็นยิง่ ยวด และ F = บริเวณทเ่ี ปน ผลึกแขง็ อยใู นลักษณะคลา ยแกว

6.6 กระบวนการผลติ วสั ดุพลาสติก

กระบวนการผลติ วัสดุสําเร็จรปู ใหอ อกมาเปนแผน เปน แทง หรอื ใหม รี ูปรา งตา ง ๆ จากเม็ดพลาสติกน้ัน ทําได
หลายวิธี เชน ใชกระบวนการอดั ฉีดเขา ไปในแบบหรือทําออกมาเปน ทอ การจะใชกระบวนการใดนัน้ ขึ้นอยกู บั ชนดิ ของ
พลาสตกิ คือเปนเทอรโ มพลาสติกหรอื เทอรโ มเซททิงพลาสตกิ สําหรบั เทอรโมพลาสติกจะใชว ิธที ําใหร อ นจนออนตวั ลง
หรอื เหลวแลว จึงอัดฉีดเขาไปในแบบใหเปนรูปรางตาง ๆ กันกอ นที่จะเยน็ ตวั ลง แตถ าเปนเทอรโ มเซททงิ พลาสติกจะใช
กระบวนการทาํ ใหเกิดปฏิกริ ิยาเคมีเช่ือโยงเปนโครงขา ยแลวเขา ในแบบเปน รปู รา งตามทต่ี องการกอนท่ีกระบวนการพอลิ
เมอไรเซชนั จะสิน้ สดุ ลง และขั้นสุดทายของการเกิดพอลิเมอไรเซชันกค็ อื การใหค วามรอนหรือความกดดันหรอื ใชตัวเรง
ท่อี ุณหภมู ิหอ งหรือทอี่ ณุ หภูมสิ ูงขน้ึ

ตอ ไปนจี้ ะเปนกระบวนการทส่ี ําคัญในการผลติ เทอรโ มพลาสติกและเทอรโ มเซททิงพลาสตกิ
กระบวนการที่ใชผ ลติ วสั ดเุ ทอรโ มพลาสตกิ
1. การฉีดเขาในแบบ (Injection molding)

วิธีการน้นี บั วาเปน ส่ิงสาํ คัญทีส่ ุดทใ่ี ชผลติ วสั ดุสําเร็จรปู ของวัสดเุ ทอรโมพลาสตกิ เครื่องทท่ี นั สมยั ใช
reciprocating-screw เปน ตัวพาพลาสติกที่หลอมเหลวแลว ฉีดเขาไปในแบบ

ในกระบวนการผลติ ดวยการฉีดพลาสตกิ เหลวเขา ไปในแบบนั้น เมก็ พลาสตกิ จะถูกสง ลงมาจากถังใส (hopper)
เขาไปยงั กระบอกฉีดซึ่งมีสกรหู มุนไปรอบ ๆ พรอ มกันนนั้ เมด็ พลาสตกิ จะถกู ทาํ ใหร อ นจนหลอมเหลว เม่ือพลาสตกิ
เหลวที่ปลายสกรมู ีมากพอ สกรจู ะหยุดหมนุ แตจ ะทําหนา ทเี่ ปน ตวั อัดฉดี จากชอ งออกเขาสูแบบ ในชว งเวลาสั้นและให
ความดันคงท่จี นพลาสตกิ แขง ตัว สกรจู ะถอยออกมา แบบทใี่ ชหลอ จะมีนา้ํ เย็นเขา ไปหลอ เพอ่ื ใหพลาสติกแขง็ ตวั เรว็ ขน้ั

51

สดุ ทายแบบจะเปดออก พลาสตกิ จะหลุดออกมาจากแบบดวยการใชอากาศหรอื สปริงดนั ออกมา แลว แบบก็จะประกอบ
เขาไปใหมพรอ มทีจ่ ะอัดฉดี ตอ ไป

ขอ ดขี องกระบวนการผลิตโดยวธิ ีนคี้ อื
1. ช้นิ งานหรอื อุปกรณท ผ่ี ลติ ไดจะมีคุณภาพดีและสามารถผลติ ไดรวดเรว็
2. เปน กระบวนการผลติ ทม่ี คี าแรงถกู
3. ผิวของอปุ กรณท ผี่ ลิตไดจะมีสภาพดี
4. กระบวกการนส้ี ามารถผลติ แบบอัตโนมัตไิ ด
5. ชิ้นงานที่มีลักษณะยงุ ยากซับซอน สามารถผลิตไดโ ดยวธิ ีน้ี
ขอเสียของวิธนี ีค้ ือ
1. เครือ่ งจักรมรี าคาแพงมาก จึงตอ งผลิตครง้ั ละมากๆ
2. เพื่อใหไ ดผลิตภณั ฑท ่ีมคี ณุ ภาพดจี ะตองควบคุมกระบวนการคอนขางใกลช ิด
2. กระบวนการอดั รดี (Extrusion)
เปน กระบวนการผลิตที่สาํ คัญอีกวธิ หี นึ่งสําหรบั ใชก ับเทอรโ มพลาสตกิ กระบวนการนโี้ ดยมากใชผ ลิตพวกทอ
แทง เปน ฟล ม และแผน พลาสติกหรอื ผลิตเปน รปู แบบอยา งอืน่ เครอื่ งอดั รดี อาจใชท ําวัตถุดบิ ทเ่ี ปน พลาสตกิ ผสมใหอ อก
มามรี ูปรา งตา ง ๆ กนั เชน ทําเม็ดและใชกับพวกพลาสติกทีใ่ ชแ ลว
ในกระบวนการอดั รดี พลาสติกนเี้ มด็ พลาสตกิ จะถกู สง เขาไปใหค วามรอนแลวพลาสติกที่หลอมเหลวจะถูกบังคบั
ใหออกไปทางทอ เปดหรอื die ตามรูปรางท่ตี อ งการดว ยสกรูหมนุ พลาสตกิ ทอี่ อกมาแลว จะทาํ ใหเยน็ ตาํ่ กวา Tg หรือ
glass transition temperature เพ่ือใหแนใ จวารูปรางจะคงที่ การทาํ ใหพ ลาสตกิ เยน็ ลงใชว ิธเี อาลมเปาหรอื ใชร ะบบนา้ํ เยน็
หลอก็ได
3. กระบวนการอัดเขากับแบบ (compression molding)
เปนกระบวนการอดั เขา กบั แบบ ซ่ึงโดยท่ัวไปตวั แบบเองจะมกี ารทาํ ใหรอนกอน แลวใชเ ม็ดพลาสติกใสล งไปใน
แบบ เมื่อแบบเขาประกบกัน ความรอนและความดนั จะรักษาใหคงท่จี นกวาเมด็ พลาสติกจะเขา เต็มแบบและทาํ ใหแขง็ ตัว
กระบวนการน้เี หมาะท่ีจะใชกบั Thermosetting materials เพราะการทําใหแขง็ ตวั สําหรับ Thermosetting polymers นนั้
ข้ึนอยูกบั เวลาของการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าและมกั จะใชเวลานานกวากระบวนการแบบฉีด
4. กระบวนการ Transfer molding
เปน กระบวนการทใี่ ชกบั พลาสตกิ ท่ีเปน Thermosets โดยเอาวสั ดทุ จี่ ะข้ึนรูปใสใ นกระบอกอดั วสั ดุน้นั จะถูกเผา
ใหร อ นจนเหลวแลว วสั ดนุ ัน้ จะถูกอดั เขา ไปในแบบ วิธกี ารนีไ้ ดดดั แปลงมาจาก compression molding
5. กระบวนการ Blow molding
กระบวนการนใี้ ชทําผลติ ภณั ฑทก่ี ลวง โดยการเปา พอลิเมอรทีร่ อ นดวยลมใหพอลิเมอรเ ขา ไปติดกบั แบบทีเ่ ปน 2
ชิ้นประกบกัน โดยใหพอลเิ มอรท ่ีเปนหลอด (tube หรือ parison) ทําใหร อนแลวถูกดนั ลงมาจากดานบนของแบบ แลว ใช
อัดอากาศเขา ไป พอลเิ มอรท หี่ ลอมเหลวจะกลายเปนรปู รา งตาง ๆ กนั ตามแบบท่ีใชและไดความหนาทีค่ อ นขาง
สมํา่ เสมอกัน วิธกี ารใชใ นการผลิตขวดพลาสตกิ หรือภาชนะบรรจอุ น่ื ๆ ซงึ่ สามารถทําไดร วดเร็วและใหก ับเทอรโ ม
พลาสติก
6. กระบวนการ Thermoforming
เปน กระบวนการท่ีใชพ อลเิ มอรแ ผน หรือฟลม บาง ๆ ผลติ เปนรปู ตา ง ๆ วธิ กี ารน้แี ผน พอลเิ มอรจะถกู เผาจนออ น
ตัวลงและหอ ยลงมาจนสัมผสั กบั แบบดวยระบบสญุ ญากาศ ทาํ ใหแ ผน พอลิเมอรอ อกมามีรูปรางตามแบบที่ใช บางครงั้
อาจใชแ บบที่เปน โลหะ 2 ชิ้นประกบกนั ก็ได กระบวนการน้ีเหมาะท่ีจะนําไปใชก บั การผลติ ท่มี จี าํ นวนไมมากนกั

52

7. กระบวนการรีดใหเปน แผน (Calendaring)
เปน กระบวนการท่ใี ช Thermoplastic ทําเปนแผน หรอื เปน ฟลม โดยใชพลาสตกิ ผานเขา ไประหวา งลกู กลง้ิ ท่ีให

ความรอน (heated rolls) และตอ เนอ่ื งกนั ระยะหา งระหวางลกู กลิ้งคสู ดุ ทา ยจะบอกความหนาของแผน พลาสติกนนั้
กระบวนการนอ้ี าจนํามาใชเ ปนวิธีผสมวสั ดุใหเ ขา กันก็ได โดยทวั่ ไปยางแผน กใ็ ชกระบวนการนท้ี าํ เชน เดยี วกัน
8. กระบวนการหลอ (Casting)

กระบวนการนใี้ ชใ นการขน้ึ รปู ของทตี่ ันหรอื กลวง โดยใชพลาสตกิ ทหี่ ลอมเหลวหรือจากเรซนิ ท่ีผสมตวั เรง แลว
ดวยการเทลงไปในแบบ แลวปลอยใหแข็งตวั หรอื ให set ตวั (curing) สําหรบั แบบควรจะตอ งใหข า งบนเปด กระบวนการ
น้ีใชก ันมากในการหลอ พวกยรู เี ทน และ silicone elastomers ใหเ ปนแผนหรอื เหมาะทจ่ี ะใชท าํ เครอ่ื งรอนแร หรอื ใชสรา ง
อปุ กรณทอี่ ยูกบั ที่ดวยสาร epoxy หรอื polyester resins
9. กระบวนการ Reaction Injection Molding (RIM)

กระบวนการนจ้ี ะใชวิธีปมพอลเิ มอรท จี่ ะทาํ ใหเ กดิ ปฏิกริ ิยาเคมีเขา ไปใน mixing chamber กอน ใหผ สมกนั แลว
ใหออกไปสแู บบหลอ ทค่ี วามดันปกติ ปฏกิ ิรยิ าที่เกิดขนึ้ จะกอใหเกิดการขยายตวั เต็มแบบหลอ ถามคี วามรอ นเกดิ ข้นึ จะ
ชวยทําใหพอลเิ มอรแข็งตวั เรว็ ข้นึ และอาจใช filler ผสมเขาไปเพ่ือเพิ่มสมบัติเชิงกลใหดขี น้ึ กไ็ ด กระบวนการน้ใี ชห ลอ
อปุ กรณร ถยนตตา ง ๆ วสั ดทุ ี่ใชท ําแบบหลอเปนพอลยิ ูรเี ทนโฟม

6.7 สมบัตพิ น้ื ฐานและการเลอื กใชประโยชนท่วั ไปของเทอรโ มพลาสติก

ในสว นนจ้ี ะไดก ลา วถึงสง่ิ สําคัญเกยี่ วกบั โครงสราง กระบวนการทางเคมี สมบตั แิ ละการประยุกตข องเทอรโม
พลาสตกิ เชน พอลิเอทลี นี พอลิไวนิลคลไิ รด พอลโิ พรพีลนี พอลสิ ไตรนี เอบเี อส พอลิเมทิลเมทาครเี ลต พอลเิ ตตระฟลู-
ออโรเอทลี นี เซลลโู ลสอะซีเตต และสารที่เกี่ยวขอ ง เปน ตน ตารางท่ี 6.1 แสดงคาความหนาแนน tensile strengths,
impact strengths, dielectric strengths และอุณหภมู สิ ูงสดุ ท่ีสามารถใชงานได ส่ิงทจี่ ัดวาสาํ คัญและดที ส่ี ดุ ของพลาสตกิ
สําหรบั การนาํ ไปประยกุ ตทางวศิ วกรรม คอื พลาสตกิ ที่มคี วามหนาแนนตา่ํ หรือนาํ้ หนักเบา (พลาสติกมคี วามหนาแนน
ประมาณเทากับ 1 เม่ือเทียบกับเหลก็ ประมาณ 7.8)

ตารางที่ 6.1 แสดงสมบัติบางชนดิ ของเทอรโมพลาสตกิ บางอยา งทใี่ ชกนั ทั่วไป

53

Tensile strength ของพลาสติกคอนขา งต่าํ ซึง่ เปนจดุ ออนหรือขอเสยี ท่ีจะนาํ ไปใชอ อกแบบงานทางวศิ วกรรม
พลาสติกสวนมากจะมี tensile strength นอ ยกวา 10,000 psi (69 MPa)

การทดสอบแรงกระแทก (Impact test) ของพลาสติก สว นมากจะใช Izod test (ใชข นาดของตัวอยา ง
1 x 1 x2 1in ) ซึ่งจะมีคาตัง้ แต 0.4-14 ft.lb/in ซง่ึ เปน การวดั พลงั งานทถี่ ูกดูดกลืนตอความยาวของรอยบาก เมอ่ื ลกู ตมุ
82 1
เขา ชนเรยี กวา notch impact strength ของวสั ดุ

พลาสตกิ โดยทว่ั ไปจะเปน ฉนวนทีด่ แี ละวดั คาออกมาเปน คา dielectric strength ซึง่ เปนคา voltage ทีต่ างกนั จน
ทําใหเ กดิ ไฟฟาไหลผา นวสั ดนุ น้ั ได วัดออกมาเปนคา Volt/mil หรอื Volt/mm คา dielectric strength ของพวกพลาสตกิ
จะมคี าแตกตา งกนั ตง้ั แต 385-1775 Volt/mil ดงั แสดงในตารางท่ี 6.1

สาํ หรับอุณหภมู ิสูงสุดท่เี ทอรโ มพลาสติกสามารถใชงานไดค อ นขา งจะต่าํ คืออยูร ะหวา ง 130o-300oF (54o-
149oC) อยางไรกต็ ามเทอรโ มพลาสตกิ บางชนดิ สามารถทนความรอ นไดถ งึ 550oF (288oC) เชน พวก Teflon เปน ตน

พอลเิ อทีลนี (Polyethylene = PE)
พอลเิ อทีลีนเปน เทอรโ มพลาสตกิ ท่ีมลี กั ษณะใสจนถงึ สีขาวแตแสงผานได ถาเปนฟล ม บาง ๆ จะใส แตถา หนาจะ

ขนุ ขาวคลา ยขีผ้ ึง้ และสามารถทาํ ใหเ ปน สตี า ง ๆ ได
พอลเิ อทีลนี โดยทวั่ ไปจะมอี ยู 2 แบบ คือ
1. PE แบบความหนาแนนตาํ่ (LDPE)
2. PE แบบความหนาแนน สูง (HDPE)
พวกความหนาแนน ต่าํ จะมีโครงสรา งเปนกงิ่ กานสาขา (branch-chain) ดงั แสดงในรปู ที่ 6.3 (b) แตพวกความ

หนาแนนสูจะมโี ครงสรา งเปน เสน ตรง (straigth-chain) ดงั แสดงในรูปที่ 6.3 (a)
พอลิเอทลี นี ความหนาแนน ต่ําผลติ โดยใชถ งั ปฏิกิริยา (autoclave reactors) ความดนั มากกวา 14500 psi (100

MPa) ท่อี ณุ หภูมปิ ระมาณ 300oC และชนิดความหนาแนน สูง ผลติ ดวยกระบวนการ Phillips และ Ziegler โดยมีตัวเรง ที่
ทําใหใชค วามดันและอณุ หภมู ิต่ําลง คอื ใชอ ุณหภูมิ 100-150oC และความดนั 290-580 psi (2-4 MPa)

ในปจ จุบันการผลติ พอลเิ อทีลนี ไดพ ัฒนาขนึ้ โดยใชค วามดนั เพยี ง 100-300 psi และอุณหภูมิประมาณ 100oC
เทา นน้ั พอลิเอทลี นี ที่ผลติ ไดจ ะเปน linear-low density (LLDPE) ซ่งึ โครงสรางเปน เสนตรงโดยมกี ง่ิ กานส้นั ๆ ดังรปู ท่ี
6.3 (c)

โครงสรางและสมบตั ิ โครงสรา งของพอลเิ อทีลีน ทง้ั แบบความหนาแนน ต่ําและสงู ดงั แสดงในรปู ท่ี 6.3 แบบ
ความหนาแนน ต่าํ โครงสรางจะมกี ่ิงกานสาขา ทาํ ให degree ของ crystallinity และ density ตํา่ ลง (ดูตารางที่ 6.2) โครง
สรางแบบน้ียังทําให strength ตํ่าลงอกี ดวย เนอื่ งจากไปทําใหแรงของการเกิดพนั ธะระหวา งโมเลกลุ ลดลง ในทางตรง
ขาม พอลิเอทลี ีนทมี่ ีความหนาแนน สูงจะมโี ครงสรา งทีม่ กี ง่ิ กานสาขานอย ทําใหโมเลกลุ สามารถเขาไปใกลกนั ไดมากข้ึน
ทําให crystallinity และ strength เพิม่ ขึน้ ดว ย (ดูตารางที่ 6.2)

54

รปู ที่ 6.3 แสดงโครงสรา งของพอลเิ อทีลีนแบบตาง ๆ
(a) แบบความหนาแนน สงู (high-density)
(b) แบบความหนาแนน ตาํ่ (low-density)
(c) แบบโครงสรางเปน สน ตรงความหนาแนน ต่ํา (linear-low-density)

ตารางท่ี 6.2 แสดงสมบตั ิของพอลิเอทีลนี ชนิดความหนาแนน ต่ําและความหนาแนน สงู

พอลเิ อทีลนี เปน พลาสติกท่ีใชกนั มากท่วั โลก เน่อื งจากมรี าคาถกู และมสี มบัติเออื้ ตอ การใชงานหลาย ๆ ดา น
แข็งแรงพอสมควร เหนยี ว กนั การสึกกรอ นไดดี ไมมกี ลนิ่ ไมม รี ส กลายเปน ไอไดน อ ยมาก

การประยกุ ต ใชทําภาชนะบรรจุ ฉนวนไฟฟา สายพลาสติก ทําอปุ กรณท ใ่ี ชในบานเรอื น ทําขวด ทาํ ฟลม
พลาสติกสําหรบั หอของ และใชส ําหรบั บุ (liner) สระนาํ้ เปน ตน
พอลิไวนิลคลอไรด และโคพอลิเมอร

พอลไิ วนิลคลอไรด (PVC) เปนพลาสตกิ สงั เคราะหท่ใี ชกันอยางกวางขวางมาก เพราะ PVC ไมถกู กัดกรอ น
ดว ยสารเคมี และมสี มบตั ิพิเศษทีส่ ามารถผสมไดก บั สารอ่ืน ๆ ทม่ี สี มบตั ิทางกายภาพและทางเคมีหลากหลายไดอกี มาก

55

โครงสรางและสมบตั ิ จากการท่ี PVC มีอะตอมใหญ เชน คลอรีนเขาไปตอกบั คารบ อนอะตอมในโครงสรา ง
ของ PVC ทําใหพอลเิ มอรนนั้ เปน Amorphous และไมตกผลกึ นอกจากนอ้ี ะตอมคลอรนี ยังทาํ ใหโมเลกุลมี strong
dipole moment ซง่ึ ทําใหเ กดิ แรงเกาะกนั (cohesion) ระหวา งโมเลกุลของ PVC สงู ยงิ่ ขึ้น นอกจากนี้ยงั ทาํ ใหเกิด
sterichindrance และเกดิ แรงผลกั ระหวางประจไุ ฟฟา (eletrostatic repulsion) ดว ยความออนตัว (flexibility) ของ
polymer chain จะลดลงทาํ ใหก ระบวนการผลติ ท่ีเปน polymers อยา งเดยี วยากขึน้ การประยุกตใชกน็ อ ยลง ดังนนั้ จึง
ตองใชว ธิ ีการเตมิ สารบางชนิดเขาไปชว ยเพ่ือใหสมบัติดีข้ึน

PVC ทีเ่ ปน polymers ชนิดเดยี วมี strength คอนขา งสงู (7.5-9.0 ksi) และเปราะ ทนความรอ นไดปานกลาง
(57-82oC ที่ 66 psi) มีคา dielectric strength สูง (425-1300 V/mil) ละลายในตัวทาํ ละลายยาก และถา PVC มีปรมิ าณ
คลอรนี มากจะทาํ ใหติดไฟยากและปองกันสารเคมไี ดดี

การประยกุ ตใ ชของ PVC โดยทว่ั ไปจะใชวธิ ผี สมกบั สารอ่นื บางชนดิ เพอื่ ปรับปรงุ คุณภาพของ PVC ใหด ยี ง่ิ ข้นึ
สารทน่ี าํ มาใชผสมไดแ ก พลาสตไิ ซเซอร (plasticizers) สารท่ีทําใหเสถียรตอความรอน (heat stabilizers) สารหลอ ลืน่
(lubricants) สารเติมแตง (fillers) และสี (pigments) PVC ทผ่ี สมดวยพลาสติกไซเซอรใ ชท าํ เฟอรนิเจอรหุม เบาะ หมุ ฝา
ผนังภายใน เสอ้ื กันฝน รองเทา กระเปาเดนิ ทาง สวนประกอบรถยนต ฉนวนไฟฟา ทาํ ทปี่ พู น้ื สายยาง สวนประกอบตู
เยน็ และของใชตา ง ๆ ในบา น เปน ตน

สารพลาสติไซเซอรเปน สารทท่ี าํ ให PVC มคี วามออ นตวั หรอื เหนยี วขึน้ สารพวกนีเ้ ปนสารทม่ี มี วลโมเลกลุ สูง
แตควรจะตองเปน สารทีส่ ามารถรวมและเขากันไดอยางดีกับวสั ดุพอลิเมอรนน้ั สาํ หรับ PVC สว นมากใชผสมดวย
phthalate ester ผลของพลาสตไิ ซเซอรต อ tensile strength ของ PVC ไดแสดงอยใู นรปู ที่ 6.4

รปู ที่ 6.4 แสดงผลของพลาสตไิ ซเซอรช นิดตา ง ๆ ตอ tensile strength ของ PVC

Heat stabilizers เปน สารทเ่ี ติมลงใน PVC แลว จะชว ยปองกนั ไมให PVC เกดิ การสลายตวั ดว ยความรอนใน
ระหวา งผลิต และยงั ชว ยใหอ ายขุ องผลิตภัณฑทีท่ ําไดม ีอายยุ าวขึ้น สารพวกนอ้ี าจเปน สารอินทรียห รอื สารอนนิ ทรีย ซ่ึง
โดยปกติจะเปนพวกสารประกอบ organometallic ของดบี กุ ตะก่วั แบเรียม แคดเมยี ม แคลเซียม และสงั กะสี

Lubricants เปนสว นทีช่ วยทาํ ให PVC ทีห่ ลอมเหลวไมต ดิ กับเคร่ืองทกี่ ําลังใชผลิต เชน ใชข ี้ผง้ึ fatty ester,
metallic soaps เปน ตน

56

Fillers ไดแก สารทเี่ ตมิ เขาไปเพ่อื ใหม ีปรมิ าณเพม่ิ ขน้ึ เปนการลดราคาใหตํ่าลง เชน ใชผ งหนิ ปนู ผสมเขาไป
เปน ตน

Pigments เปนสีอนิ ทรียและสีอนินทรยี ทผ่ี สมเขากบั PVC ใหออกมาเปน สีสวยงาม แตทําใหขุนและทนตอ
สภาวะอากาศไดดีข้ึน

พอลโิ พรพลี ีน (Polypropylene)
พอลโิ พรพีลนี เปนพลาสตกิ อกี ชนดิ หนึง่ ท่มี กี ารใชมาก และมคี วามสาํ คญั เปนอนั ดับท่ีสาม เน่อื งจากราคาถูก

เพราะสามารถสงั เคราะหไดจากปโตรเลียม
โครงสรางและสมบัติ จากพอลเิ อทีลีนไปเปนพอลโิ พรพีลีนดว ยการแทนทีไ่ ฮโดรเจนดวยหมูเมทิล (-CH3) ทกุ

ๆ 2 อะตอมของคารบอนในโครงสรา ง ทาํ ใหพ อลิโพรพลี นี มคี วามแขง็ แรงมากขนึ้ แตอ อ นตวั นอยลง หมเู มทลิ ในโครง
สรางชว ยทาํ ใหเ พ่มิ glass transition temperature ดังนัน้ พอลโิ พรพลี นี จึงมีจุดหลอมเหลวและจดุ ทําใหอ อ นตัวสูงกวาพอ
ลเิ อทีลนี จากการใช stereospecific catalysts ทําใหสามารถสงั เคราะห isotactic polypropylene ซ่ึงมีจดุ หลอมเหลว
165-177oC ได วัสดนุ ้ีถา ไดร บั ความรอ นทอ่ี ณุ หภูมปิ ระมาณ 120oC จะไมมีการเปล่ยี นรปู รางเลย

พอลิโพรพลี นี ใชท ําผลติ ภณั ฑตา งๆ ในอุตสาหกรรมมากมาย เพราะมนั มสี มบัติทดี่ หี ลายอยาง เชน ทนตอสาร
เคมี ไมด ูดความชน้ื ทนความรอ นไดดี มีความหนาแนน ตํา่ (0.900-0.910 g/cm3) ผิวหนา แข็งและมีรปู รา งเสถียร แตม ี
ความออ นตวั ที่จะโคง งอได ประกอบกับราคาของโมโนเมอรถูกดวย ทําใหพ อลโิ พรพลี นี เปน เทอรโมพลาสตกิ ทไ่ี ดร ับ
ความสนใจมาก

การประยกุ ตของพอลโิ พรพลี ีน การประยกุ ตท เ่ี ปน หลกั ของพอลโิ พรพลี นี คือทาํ ของใชใ นบา นและเครื่องไฟ
ฟา ภาชนะบรรจุอปุ กรณในหอ งปฏิบัตกิ าร ขวดและภาชนะตา ง ๆ ใชท ํา copolymers ท่ีทนทานตอแรงกระแทกแทนยาง
ไดแก ใชทําหมอแบตเตอรี่ ใชห ุม กนั ชน ทาํ ที่หอหมุ กนั เปรอะเปอน ใบพดั ทอนา้ํ พรม ถงุ แผน ฟล มสาํ หรับหอของและ
อน่ื ๆ อีกมาก

พอลสิ ไตรีน (Polystyrene)
สารนีเ้ ปน พลาสตกิ ตัวทส่ี ่ที ่ีมีการใชม าก พอลิสไตรนี อยางเดยี วเปน พลาสติกทใ่ี ส ไมม กี ลน่ิ ไมม รี ส แตคอนขา ง

เปราะ นอกจากจะมกี ารผสมสารอน่ื ดังนนั้ พอลิสไตรนี จงึ ใชผ ลิตพวก copolymers ทีส่ ําคัญ ๆ เปน จาํ นวนมาก

โครงสรา งทางเคมีของหนว ยยอ ย คือ

57

โครงสรางและสมบตั ิ เนอ่ื งจากในโครงสรางมี phenylene ring เขาไปตอกับอะตอมของคารบ อน ทําใหพอลสิ
ไตรีนมโี ครงสรา งทแ่ี ขง็ ไมย ดื หยนุ เทอะทะ และมี steric hindrance พอสมควร จึงทาํ ใหพอลเิ มอรชนิดน้ไี มอ อ นตวั ท่ี
อณุ หภูมิหอง ถา เปน พอลเิ มอรช นิดเดยี วจะมีลักษณะเฉพาะคือแข็ง (regidity) ใสเปน ประกาย งา ยในการผลิตเปนส่งิ ของ
ตาง ๆ แตอาจจะเปราะ ถา จะใหมคี วามทนทานตอแรงกระแทกสามารถทําไดโดยผสมกบั สารอนื่ ใหเกดิ
copolymeriation เชน ผสมกบั ยางเทียม polybutadiene elastomer ซ่ึงมสี ตู รเปน

Copolymers ท่มี ียางผสมจะมยี างอยปู ระมาณ 3-12% จะทําใหพอลเิ มอรนลี้ ดความแขง็ ลงและออ นตวั ดว ยความ
รอนดขี นึ้

โดยท่วั ไปพอลสิ ไตรีนจะมีรปู รา งคงทีเ่ ม่อื นาํ ไปทําแบบหลอ จะมกี ารหดตวั เลก็ นอย ทําไดงา ย ราคาถูก แตไม
ทนตอสภาพอากาศและสารเคมี ตัวทําละลายอินทรยี แ ละพวกนา้ํ มันจะละลายพอลสิ ไตรีนได พอลิสไตรีนเปนวัสดุฉนวน
ไฟฟาทด่ี แี ละมีสมบัติเชิงกลทใ่ี ชไดท ีอ่ ุณหภมู คิ อนขา งจํากดั

การประยุกต พอลิสไตรีนใชท าํ ช้นิ สวนภายในของรถยนต อุปกรณ เครอ่ื งใชใ นบา น ปมุ ที่ใชป รับหรอื หมุน
ตลอดจนอุปกรณไฟฟาทัว่ ไป

พอลอิ ะครีโลไนไทรล (polyacrylonitrile)
พอลเิ มอรน เ้ี ปน พวกอะครลี กิ ซ่ึงมกั จะใชทําพวกเสน ใย เพราะพอลเิ มอรน มี้ ีความแขง็ แรงและเสถียรตอสารเคมี

บางครัง้ ยังใชท าํ copolymers เปน engineering thermoplastics ชนดิ หน่งึ ไดอีกดว ย
โครงสรา งทางเคมีของหนว ยยอ ย คือ

โครงสรา งและสมบตั ิ เนือ่ งจากหมไู นไทรลซ ึง่ มคี าอเิ ลก็ โทรเนกาติวติ สี งู มาก เม่อื ตอเขากบั คารบอนอะตอมใน
โครงสรางทาํ ใหเ กิดแรงผลกั ดนั ของประจุไฟฟาระหวา งหมูไ นไทรลกนั เอง ทําใหโมเลกุลถูกบงั คับใหต อ กันเปน โครงสราง
ตามยาว (rodlike) และแข็ง โคง งอยาก โครงสรา งแบบนจ้ี ะมกี ารจัดตวั ของมนั อยา งสมํ่าเสมอ ทําใหเ กดิ เปน เสนใยที่แข็ง
แรงระหวาง polymer chains ดวยพนั ธะไฮโดรเจน ดงั น้นั จากผลท่เี กดิ ขึ้นน้ี ทาํ ใหเ สนใยอะครโี ลไนไทรลมี strengths
สูง และทนทานตอ ความชืน้ และตวั ทําละลายดมี าก ๆ

58

การประยกุ ต อะครโี ลไนไทรลน าํ ไปใชในลกั ษณะเปนเสน ใยเชน เดียวกบั ขนสัตว เชน ใชท ําเสือ้ กนั หนาว ผา
หม เปนตน และยังใชทํา copolymers เชน stryrene-acrylonitrile (SAN resins) และทาํ acrylonitrile-butadiene-
styrene terpolymers (ABS resins)
ABS

ABS เปน ช่ือของเทอรโ มพลาสตกิ ทีผ่ ลติ มาจากโมโนเมอร 3 ชนิด คืออะครีโลไนไทรล บวิ ตะไดอีน และ สไตรนี
ABS จัดวาเปนวัสดุวศิ วกรรมท่ีทนแรงกระแทกไดด ี มคี วามแข็งแรงเชงิ กลทด่ี แี ละงา ยตอ การทาํ ผลิตภณั ฑ

โครงสรา งทางเคมีของหนว ยยอ ย ABS ประกอบดว ยโครงสรางทางเคมี 3 หนว ยดวยกนั คือ

โครงสรางและสมบัตขิ อง ABS ABS มีสมบตั แิ ละการใชป ระโยชนท่ีกวา งขวาง โดยทมี่ ันสามารถแสดงสมบตั ิ
ตาง ๆ ทีเ่ ปน ขององคป ระกอบของมัน อะครโี ลไนไทรลแสดงสมบตั ิทางความทนทานตอความรอนและสารเคมแี ละ
เหนยี ว บิวตะไดอนี ใหสมบัติทางความทนทานตอ แรงกระแทกแตเก็บไวไ ดไมนานมีความเสถยี รต่ํา สว นสไตรีนมคี วาม
แข็งดี ผิวเปนมัน งา ยตอกระบวนการผลติ ความทนทานตอแรงกระแทกของ ABS จะเพิ่มขึน้ ตามเปอรเซน็ ตของยางทใี่ ช
ผสมเพิ่มขึน้ แตท ําให tensile strength และทนตอความรอนลดลง ตารางท่ี 6.3 แสดงสมบตั ขิ อง ABS พลาสติกทีท่ นตอ
แรงกระแทกตาํ่ ปานกลางและสงู

ตารางที่ 6.3 แสดงสมบตั ทิ ่ัวไปของ ABS พลาสติกท่ี 23oC

การประยุกต ABS มีการนาํ ไปใชมากในการทําพวกทอ และอปุ กรณข นาดตางๆ โดยเฉพาะทําทอ นา้ํ ทง้ิ ใน
อาคาร ทําสวนประกอบรถยนต เคร่ืองไฟฟา เชน ทําท่ีบปุ ระตตู เู ย็น เคร่อื งคํานวณ ตวั เครอ่ื งคอมพวิ เตอร โทรศพั ท ทอ
สายไฟฟา ทาํ อปุ กรณก้ันการรบกวนของแมเ หลก็ ไฟฟา และความถ่ีวทิ ยุ

59

พอลเิ มทิลเมทาครเี ลต (Polymethyl methacrylate = PMMA)
พอลเิ มอรน ้เี ปน เทอรโ มพลาสติกที่แขง็ ไมย ดื หยุน ใสและทนตอสภาวะแวดลอ มไดดี ทนตอ แรงกระแทกไดด กี วา

กระจก วสั ดนุ อ้ี าจจะรูจักกนั ดใี นช่ือทางการคา วา เพลกซกิ ลาส (Plexiglas) หรอื ลไู ซท (Lucite) ซ่งึ เปน วสั ดุท่ีสําคัญท่สี ุด
ในกลุมเทอรโ มพลาสตกิ ที่เปน พวกอะครลี กิ (acrylics)

โครงสรา งและสมบัติ จากการท่ีหมูเมทลิ (methyl) และเมทาครเี ลต (methacrylate) ที่เขาไปตอกับคารบอน
อะตอมของโครงสรา งหลักนนั้ ทาํ ใหเกิด steric hindrance อันเปนผลใหพ อลเิ มอรช นดิ นมี้ ลี กั ษณะแขง็ ใส ยดื หยนุ จาก
การจดั ตวั ของพอลิเมอรเ ปน แบบ Random ทาํ ใหก ลายเปนสารท่ไี มม รี ูปรางผลึก แสงผานไดอยา งดี ทนทานตอการกดั
กรอนของสารเคมีและสภาวะแวดลอม

การประยุกต PMMA ใชส ําหรับทํากระจกหนาตางของเครอ่ื งบนิ เรอื เร็ว หนา ตา งสงู ๆ โคมไฟทีต่ ดิ ตัง้ ภาย
นอกบา น ปา ยโฆษณาสินคา ไฟทา ยรถยนต กระจกนริ ภัย แวนตานิรภยั ลกู บิด มือถือ และอุปกรณไฟฟา ตา งๆ เปน ตน

ฟลอู อโรพลาสตกิ (Fluoroplastics)
พอลิเมอรห รอื พลาสติกชนดิ นท้ี ําไดจากโมโนเมอรท ม่ี อี ะตอมของธาตุฟลูออรนี ประกอบอยูห นง่ึ อะตอมหรือหลาย

อะตอม ฟลอู อโรพลาสตกิ มีสมบตั พิ เิ ศษหลาย ๆ อยางที่นาํ ไปใชงานทางดา นวศิ วกรรม เชน มคี วามตา นทานสงู ทนทาน
ตอสารเคมีในสภาวะแวดลอ มตา งๆ และมสี มบตั ิที่ดีมาก ๆ อีกอยางหนึง่ คอื มีสมบัตเิ ปน ฉนวนไฟฟา ถา ฟลูออโร
พลาสติกทีม่ ีเปอรเ ซน็ ตฟ ลอู อรนี สูง ๆ จะมีสมั ประสทิ ธค์ิ วามฝด ตํ่า ซง่ึ มผี ลทําใหพลาสติกน้ีมีสมบัตหิ ลอ ลน่ื ไดในตวั และ
ไมติดภาชนะ

ฟลอู อโรพลาสติกที่ผลิตไดมีหลายชนิด แตม ีเพียง 2 ชนิดทใ่ี ชก ันอยางกวา งขวาง ไดแ ก พอลเิ ตตระฟลูออโรเอที
ลีน (PTFE) และพอลิคลอโรไตรฟลูออโรเอทีลนี (PCTFE)

พอลเิ ตตระฟลูออโรเอทลี นี (PTFE)
กระบวนการผลติ ทางเคมี PTFE เปน พอลเิ มอรท่ีอะตอมของฟลอู อรนี เขา แทนทีอ่ ะตอมของไฮโดรเจนในเอทลี นี

หมดและเกิดจากพอลิเมอไรเซชน่ั ของ free radical chain ของแกส เตตระฟลูออโรเอทลี นี เปน พอลิเมอรโซตรงพอลิเต-
ตระฟลอู อโรเอทลี นี (teflon) ผผู ลติ คือ R.J. Plunkett ในป 1938 จากหองปฏิบัตกิ ารของบรษิ ัทดูปอง (Du Pont)

โครงสรา งและสมบตั ิ PTFE เปนพอลิเมอรที่มีรูปรา งผลกึ มจี ดุ หลอมเหลวที่ 327oC (620oF) เนือ่ งจากอะตอม
ของฟลูออรนี มขี นาดเล็กและการเขา เกาะใน carbon chain ของพอลิเมอรม คี วามเปนระเบียบ ทําใหพ อลเิ มอรทไ่ี ดเ ปน
ผลึกท่มี ีความหนาแนนสงู คอื มีคา 2.13-2.19 g/cm3

PTFE เปนพอลิเมอรท ที่ นตอสารเคมเี ปนพเิ ศษ และยังไมล ะลายในตวั ทําละลายสารอนิ ทรยี  ยกเวนตวั
ทําละลายทีม่ ีฟลอู อรนี บางชนดิ PTFE มีสมบตั ิเชิงกลทีด่ ีท้ังในชวงอุณหภูมติ ํา่ –200oC (-300oF) ถงึ 260oC (500oF)
impact strength สงู แตม คี า tensile strength การสึกหรอ และ creep resistance ตาํ่ เมื่อเทียบกบั engineering
plastics อื่น ๆ PTFE ถา ผสมกบั fillers เชน glass fibers จะทําใหความแขงแรงเพิม่ ขนึ้ PTFE ยังเปนพอลเิ มอรเ มอื่ ใช
งานจะลน่ื และมสี มั ประสิทธคิ์ วามเสียดทานตาํ่

กระบวนการผลติ เน่อื งจาก PTFE เมื่อหลอมเหลวจะมคี วามหนืดสงู การใชก ระบวนการผลิตแบบ extrusion
หรือ injection molding ธรรมดาจะทาํ ไมไ ด จึงตอ งใชวธิ ีอัดเม็ดเขา ไปในแบบทมี่ ีความดันสูง 2,000-10,000 psi (14-69
MPa) หลงั จากนน้ั นาํ ไปใหค วามรอนที่ 360-380oC (680-716oF)

60

การประยุกต ใชทาํ ทอและสวนประกอบของปม ทใี่ ชก ับสารเคมี ใชหุมสายไฟฟา ที่ใชก ับอณุ หภูมิสูง ๆ ทํา
อุปกรณไ ฟฟา เทป ใชเ คลอื บ ปลอก แหวน ตลับ ประเก็น ซีล (seals) โอริง และตลบั ลูกปน เปนตน

พอลคิ ลอโรไตรฟลูออโรเอทีลนี (PCTFE)
โครงสรา งและสมบตั ิ จากการแทนทฟ่ี ลอู อรนี อะตอมทส่ี ่ดี ว ยคลอรนี ทําใหเ กดิ ความไมส มํ่าเสมอใน polymer

chains พอลเิ มอรช นดิ นี้จึงมีผลึกนอยกวาและหลอมเหลวไดง ายกวา ดังน้ัน PCTFE จึงมจี ุดหลอมเหลว 218oC (420oF)
ต่ํากวา PTFE ทําใหส ามารถผลิตวสั ดุสําเรจ็ รปู ไดด วยกระบวนการอัดรดี เขา ไปในแบบโดยทั่วไป

การประยกุ ต พอลิเมอร PCTFE สามารถนําไปใชงานไดเชนเดยี วกบั PTFE แตส ามารถใชกระบวนการผลติ
แบบธรรมดาได เชน ใชท าํ อปุ กรณต าง ๆ ในอุตสาหกรรมเคมี อปุ กรณไ ฟฟา ประเก็น โอรงิ และซีล เปน ตน

พอลิเมอรอัลลอยด (Polymer Alloys)
พอลเิ มอรอ ลั ลอยดเปน copolymer ชนดิ หน่ึง ซ่งึ ไดจ ากการผสม homopolymers ทม่ี ีโครงสรางตางกันในเทอร

โมพลาสตกิ พอลเิ มอรอัลลอยดน ัน้ พอลเิ มอรท่แี ตกตางกนั จะเกดิ พนั ธะระหวางโมเลกลุ ดวยแรงดงึ ดูดระหวา งขั้ว (dipole
forces) แตถา เปน copolymer พนั ธะระหวา งโมเลกลุ ของโมโนเมอรเปนพนั ธะโคเวเลนต ซึ่งเปน พนั ธะทแี่ ขง็ แรง องค
ประกอบของพอลิเมอรอัลลอยดจ ะตองเขากันได หรือมี adhesion ในปริมาณหนึ่ง เพอื่ ปอ งกนั การแยกออกจากกัน
(phase separation) ในระหวา งกระบวนการผลติ ในปจจุบนั พอลิเมอรอัลลอยดม คี วามสําคัญมากขึ้นเปนลาํ ดบั เพราะทํา
ใหพลาสติกมีคณุ ภาพดขี น้ึ และราคาก็เหมาะสม

ตารางที่ 6.4 แสดงพอลเิ มอรอ ัลลอยดบ างชนิดทผี่ ลติ ออกมาเชงิ พาณิชย
Some Properties of Selected Engineering Thermoplastics

พอลิเมอรอ ลั ลอยดส มยั เกา บางชนดิ ทาํ ไดจากการเตมิ พอลิเมอรท่ีเปน ยาง เชน ABS เขา ไปเพอื่ ทาํ ใหพ อลิเมอร
แขง็ แรงและเหนียวขึน้ เชน พอลไิ วนลิ คลอไรดแขง็ ขึน้ และวสั ดพุ วกยางน้ยี ังชว ยทําใหพ อลิเมอรทแ่ี ขง็ มคี วามเหนียวขน้ึ
ในปจ จบุ ันนีเ้ ทอรโมพลาสตกิ ใหม ๆ จึงใชวธิ กี ารผสมพอลเิ มอรเ ขา ดวยกัน เชน ใช PBT (polybutylene terphthalate)
ผสมกับ PET (polyethylene terphthalate) ทําใหพอลเิ มอรท ไี่ ดมผี วิ มนั และราคากถ็ กู ลง ดงั แสดงในตารางที่ 6.4 ของ
พอลิเมอรอ ลั ลอยดบางชนิด

61

6.8 เทอรโ มเซททิงพลาสติก (เทอรโมเซท)

เทอรโ มเซททงิ พลาสติกหรือเทอรโมเซท เปน พลาสตกิ ทเ่ี กดิ พนั ธะโคเวเลนตเ ปน โครงขา ยของโครงสรางของ
โมเลกลุ เทอรโ มเซทบางชนดิ เกิด cross-linked ดวยความรอนหรือดวยความรอนและความกดดัน นอกจากน้ีอาจจะเกิด
cross-linked ไดโดยปฏกิ ริ ยิ าเคมที ่ีอณุ หภมู หิ อ ง (เทอรโ มเซทที่แขง็ ตัวเม่ือเย็น) แมว า สวนทจ่ี ะถูกบม (cured parts) ท่ี
มาจากเทอรโ มเซท สามารถทาํ ใหออนตัวลงไดด ว ยความรอนกต็ าม พนั ธะโคเวเลนตท ี่เกดิ cross-link จะเปนตัวปองกัน
มิใหเ กดิ ภาวะท่ที าํ ใหเ กดิ การไหลขน้ึ กอ นทพี่ ลาสตกิ จะถกู บม ดงั นน้ั เทอรโมเซทจึงไมส ามารถหลอมเหลวดว ยความรอ น
ใหมไดเหมอื นกับเทอรโมพลาสตกิ นีเ่ ปน ขอ เสียเปรยี บของเทอรโ มเซททไี่ มสามารถนําเศษพลาสติกทเ่ี กดิ ขนึ้ จาก
กระบวนการผลิตไปทาํ รไี ซเคลิ และนําไปใชใหมได

โดยทวั่ ไปขอไดเปรียบของเทอรโมเซททงิ พลาสตกิ สําหรบั การออกแบบทางวิศวกรรม การประยุกตอาจ
พจิ ารณาจากสมบัตอิ ยางใดอยางหนง่ึ หรือหลายอยา งดงั ตอไปน้ี

1. มคี วามเสถยี รตอ ความรอ นสงู
2. มคี วามแขง็ สงู ไมง องาย
3. มีความเสถยี รเชิงมิตสิ ูง
4. มคี วามทนทานตอ การเกดิ ครฟี และเปล่ียนรปู ภายใตการใชง าน
5. มีนา้ํ หนักเบา
6. มสี มบัตเิ ปน ฉนวนไฟฟา และความรอ นท่ดี ี
เทอรโมเซททงิ พลาสติก ตามปกติจะใชก ระบวนการผลติ แบบอดั หรอื แบบ transfer molding อยา งไรก็ตามใน
บางกรณี เทอรโ มเซทสามารถใชกระบวนการผลิตแบบ injection molding ท่ีไดพฒั นาขน้ึ เพือ่ ใหเ ปน กระบวนการผลติ ท่ี
ถกู ลง
เทอรโมเซทอีกหลายชนิดท่ีทาํ เปน สารประกอบซง่ึ ประกอบดวยองคป ระกอบหลัก 2 ชนิด คอื 1) เรซนิ ท่มี ี
curing agents ตวั ท่ที ําใหแขง็ และพลาสติกไซเซอรแ ละ 2) ฟล เลอร และ/หรอื สารเสรมิ แรงซง่ึ อาจเปน สารอนิ ทรียห รอื
สารอนินทรีย ข้เี ลื่อย ไมกา แกว และเซลลโู ลส ตามธรรมดาจะใชเ ปน วสั ดุฟลเลอร

สมบตั ิพืน้ ฐานของเทอรโมเซทงิ พลาสติกบางชนิด
ตารางที่ 6.5 แสดงความหนาแนน tensile strength impact strength, dielectric strength และอณุ หภูมสิ ูงสดุ ทีส่ ามารถ
ทนได สาํ หรบั เทอรโ มเซททงิ พลาสติกบางชนดิ ความหนาแนน ของเทอรโ มเซททงิ พลาสตกิ มกั จะสงู กวาวัสดพุ ลาสติก
โดยท่วั ไปเล็กนอย ดังในตารางที่ 6.5 จะมคี วามหนาแนน อยูใ นชว ง 1.34-2.3 g/cm3 tensile strength ของเทอรโ มเซท
สว นมากจะมีคาคอนขางต่ํา ซงึ่ จะอยูในชวงจาก 4,000-15,000 psi (28-103 MPa) แตถ ามปี รมิ าณของแกว เขา ไปผสม
มาก ๆ tensile strength ของเทอรโ มเซทสามารถเพิ่มขนึ้ ไดสงู ถึง 30,000 psi (201 MPa) เทอรโมเซทที่มีแกว ผสมยงั ให
impact strength สงู อีกดว ย เทอรโมเซทยงั มีคา dielectric strength สูงดดี ว ย โดยอยใู นชว ง 140-650 V/mil พลาสติก
พวกนม้ี ขี ดี กําจัดในการใชอ ุณหภมู ิสูงเหมอื นพลาสตกิ ท่วั ไป ซงึ่ อยใู นชว ง 170-550oF (77-2280C)

62

ตารางท่ี 6.5 แสดงสมบตั ขิ องเทอรโ มเซทพลาสติกบางชนดิ

ฟนอลกิ (Phenolics)

เทอรโมเซทพลาสติกชนิดฟนอลิกเปนพลาสตกิ ทส่ี ําคญั พวกแรกทน่ี ํามาใชใ นอตุ สาหกรรม ลิขสิทธเิ ดมิ เปน
ปฏิกิรยิ าของฟน อลกับฟอรมลั ดไี ฮดไ ด ฟน อลิกพลาสติก เบเคไลท ในนามของ L.H. Baekeland ในป 1909 ฟนอลกิ
พลาสติกยงั คงใชอยใู นปจ จบุ ันน้ี เพราะมันมรี าคาถกู และเปนฉนวนไฟฟา และความรอ นที่ดี ยังมีสมบตั เิ ชิงกลดดี วยหลอ
แบบไดงา ยแตม ีสีจาํ กดั (ปกติจะมสี ดี ําหรือนํา้ ตาล)

เคมีของฟนอลกิ เรซิน ฟนอลิกเรซนิ ตามธรรมดาจะผลิตไดจ ากปฏิกิริยาของฟน อลกบั ฟอรม ัลดไี ฮด โดย

กระบวนการ condensation polymerization และมีน้าํ ออกมาเปน ผลพลอยได ฟน อลกิ เรซนิ สภาวะสอง (novolac) จะเกิด
ขน้ึ เปน ธรรมดาในภาวะแรกจะเกิดเทอรโมพลาสตกิ เรซนิ ทมี่ ลี กั ษณะเปราะขึน้ กอน ซงึ่ เรซนิ นจ้ี ะหลอมเหลวไดแ ตจะไม
เกดิ cross-link เปนโครงขายของแข็ง วัสดุนเี้ ตรยี มไดโดยใชฟ อรม ัลดีไฮดน อ ยกวา 1 โมง ทาํ ปฏิกิริยากบั 1 โมลของฟ
นอล โดยมีกรดเปนตัวเรงปฏิกิรยิ าพอลิเมอไรเซชนั จะเกดิ ขึน้

การประยุกต สารประกอบพวกฟนอลิกใชก นั อยางกวา งขวางสําหรบั ทาํ อุปกรณพ วกสายไฟฟา สวิตชตัวเช่อื ม

ตอ ระบบรเี รย โทรศัพท วศิ วกรท่สี รางรถยนตใ ชสารประกอบฟนอลกิ ทาํ เพาเวอรเ บรก สวนประกอบทรานสมสิ ชัน พวก
ฟน อลกิ ยงั ใชทาํ พวกมือจบั ปมุ ตา ง ๆและอปุ กรณตาง ๆ ฟนอลิกทนความรอ นสูง ไมดูดความชนื้ จึงนาํ มาใชท ําไมอดั
และปารติเคิลบอรด ฟน อลกิ เปน จํานวนมากใชทาํ ไบเดอร (binder) กบั ทรายในโรงหลอ

63

อพี อกซีเรซนิ (Epoxy Resins)
อพี อกซเี รซนิ เปน เทอรโ มเซททงิ พวกหนงึ่ ของบรรดาวัสดุพอลเิ มอร ทก่ี ารบม หรอื การทําใหเ กดิ cross-link จะ

ไมม ผี ลจากปฏิกิริยาออกมาและยงั มีการหดตวั นอ ยดวย วสั ดุพวกนี้ตดิ ยดึ กบั วสั ดอุ ่นื ไดด ี ทนทานตอสารเคมีและสิ่งแวด
ลอ ม มีสมบัติเชงิ กลทีด่ ี และเปน ฉนวนไฟฟา ท่ดี ีอีกดวย

การประยุกต อีพอกซีเรซนิ นํามาใชง านอยางกวา งขวาง โดยใชเคลือบเพื่อปองกนั การขดู ขีดและปองกนั กรด
ดาง สารเคมี รวมทง้ั เคลือบเครือ่ งตกแตงตาง ๆ เพราะอีพอกซเี รซนิ มสี มบตั ิท่ดี ีในความเหนยี วแนน สมบัติเชิงกลดีและ
ทนทานตอ สารเคมที ี่ใชประโยชนกันโดยทัว่ ไป ไดแ ก การใชเคลอื บตัวถงั รถยนต เครอ่ื งมือ ของใชท่ีสําคญั ๆ และใชห ุม
เสน ลวดสายไฟฟา เปนตน ในทางไฟฟาและอเิ ลก็ ทรอนกิ สใ ชอ ีพอกซีในงานทเ่ี กย่ี วกบั dielectric strength เม่อื แขง็ ตวั มี
การหดตัวนอ ย มีแรงยึดทด่ี ี ทนทานตอ สภาวะแวดลอมตา ง ๆ เชน ปองกนั นํ้าและความชื้นไดดี ใชเปน ฉนวนในพวกไฟ
ฟา แรงสงู ทําสวติ ซ เกียร และหมุ พวกทรานซิสเตอร นอกจากนีอ้ ีพอกซเี รซนิ ยงั ใชเ สรมิ แรงดว ยพวกเสนใยและ
แลมมิเนต

6.9 อลี าสโตเมอรห รอื ยาง

อลี าสโตเมอรหรอื ยางเปนวัสดปุ ระเภทพอลเิ มอรอ ยา งหน่งึ ซงึ่ สามารถเปลี่ยนขนาดไดอยางมากเมือ่ ดงึ และเม่อื
ปลอ ยแรงดึงจะกลบั มาอยสู ภาพเดมิ อีลาสโตเมอรม ีดวยกันหลายแบบ แตพวกทจ่ี ะไดก ลาวตอไปไดแก ยางธรรมชาติ
ยางสังเคราะห (synthetic polyisoprene) ยางสไตรนี -บวิ ตะไดอนี ยางไนไทรล พอลิคลอโรพรนี และซลิ โิ คน (silicones)
เปนตน

ยางธรรมชาติ (Natural Rubber)
ยางธรรมชาตเิ ปน ผลิตภัณฑท่ไี ดมาจากลาเทค (Latex) หรอื นา้ํ ยางจากตน ยางพารา ซงึ่ ปลกู มากในแถบรอ น

แถวเอเชยี ตะวนั ออกเฉียงใต ไดแ ก ประเทศไทย มาเลเซยี และอินโดนเี ซยี แหลง ของยางธรรมชาตคิ ือ ลาเทค ซึ่งเปน
ของเหลวสีขาวคลายนมสด โดยมีอนุภาคเลก็ ๆ ของยางแขวนลอยอยใู นนํ้า นา้ํ ยางลาเทคทเี่ กบ็ มาจากตนยางพาราจะ
ถกู ทําใหเจอื จางลงเหลือ 15% และทําใหตกตะกอนดว ยกรดฟอรม ิก (กรดอนิ ทรยี ) นํายางทตี่ กตะกอนมาอดั ดวยลูกกลง้ิ
เพือ่ ไลน ้ําออก จะไดเ ปน ยางแผน ยางแผน นจี้ ะนาํ ไปทําใหแ หงดวยการอบดว ยอากาศรอนหรอื อบดวยควันไฟ ยางแผน
หรือยางทอี่ ยูใ นรปู แบบอืน่ จะนาํ ไปบดดวยลูกกล้งิ ทหี่ นกั แรงเฉอื นจะทาํ ใหหวงโซย าวของพอลเิ มอรแ ตกออกทําใหม วล
โมเลกลุ โดยเฉล่ยี ลดลง

โครงสรา ง ยางธรรมชาตสิ ว นใหญจะเปน cis-1,4 polyisoprene (ดังสูตรขา งลา งน)้ี ผสมกับจํานวนเลก็ นอย
ของโปรตีน ไขมนั เกลือแรแ ละสารอนื่ ๆ cis-1,4 polyisoprene เปนพวก long-chain พอลิเมอร (มวลโมเลกลุ เฉลย่ี
ประมาณ 5x105 กรมั /โมล) มสี ูตรโครงสรางเปน

Cis-1,4 polyisoprene
หนวยโครงสรางยอ ยของยางธรรมชาติ

64

คาํ วา cis- ท่ีอยูขา งหนา แสดงวา หมเู มทิล (-CH3) และไฮโดรเจนอะตอมอยูข า งเดียวกันของพันธะครู ะหวา ง
คารบ อนกับคารบอนซ่งึ แสดงอยใู นวงของโครงสรา ง 1,4 บอกถึงตําแหนง ของคารบ อนวาอยตู าํ แหนงท่ี 1 และท่ี 4 ทีเ่ ปน
หนว ยยอ ยของพอลิเมอรท่ีเกดิ พนั ธะโคเวเลนตตอเปน โซย าว โซพ อลเิ มอรของยางธรรมชาติจะยาวสลบั ซับซอนและเปน
มว นขด ท่อี ุณหภูมิหองจะอยทู ส่ี ภาวะสนั่ อยูเสมอ ทาํ ใหโ มเลกลุ เกดิ โกงงอ เนอื่ งมาจาก steric hindrance ของหมูเมทลิ
กับไฮโดรเจนอะตอมทอ่ี ยขู างเดยี วกนั ของพนั ธะคู การจัดตัวของยางธรรมชาติในโซพอลเิ มอรจึงเปนดงั รูปขางลา งน้ี

พอลิไอโซพรนี ยงั มีไอโซเมอรอยางอื่นอกี คอื ทรานซ- 1,4 พอลไิ อโซพรนี (trans*-1,4 polyisoprene) เรียกวา
กุตตาเปอรช า (gutta percha) ซ่ึงไมเปน อลี าสโตเมอร และมโี ครงสรางทม่ี ีหมเู มทิลและไฮโดรเจนอะตอมอยูค นละดาน
ของพนั ธะคู ดงั แสดงอยใู นโครงสรา งทเ่ี ปนวงขา งลางนี้

Trans-1,4 Polyisoprene
Repeating structural unit for gutta-percha

ในสตู รโครงสรา งนีห้ มูเมทิลและไฮโดรเจนอะตอมทเ่ี กิดพนั ธะทพี่ นั ธะคูจะไมร บกวนซง่ึ กนั และกัน ดว ยเหตนุ ี้
ทรานส- 1,4 พอลไิ อโซพรนี จงึ มโี มเลกลุ ทสี่ มมาตรมากกวา ซง่ึ สามารถตกผลึกเปนสารแขง็ ไดด ีกวา

การทําใหยางแขง็ (Vulcanization) การทําใหยางแขง็ เปนกระบวนการทางเคมซี ง่ึ เปนการทําใหเกดิ cross-link
ระหวางโมเลกลุ กลายเปน โมเลกุลท่ีใหญข นึ้ และเคล่ือนไหวยาก ในป 1893 ชารล กดู เยยี ร (Charles Goodyear) ไดค น
พบกระบวนการทาํ ใหยางแขง็ โดยใชกํามะถันและตะกัว่ คารบอเนต กดู เยียรพ บวาเม่อื นาํ ยางธรรมชาตผิ สมกับกํามะถัน
และตะก่ัวคารบ อเนตแลวใหค วามรอ น ยางจะเปลีย่ นจากเทอรโมพลาสตกิ ไปเปน อีลาสโตเมอร แมใ นปจ จุบันนี้ปฏกิ ิรยิ า

65

ระหวา งกาํ มะถนั กบั ยางจะซบั ซอนและยังไมเขา ใจที่แจมชดั นกั แตผลสุดทา ยที่เกดิ ขึน้ คอื พนั ธะคูในพอลิไอโซพรีน
โมเลกุลจะเปด ออกแลว เกิด cross-link กับอะตอมของกาํ มะถันดังแสดงในรูปท่ี 6.5

รูปท่ี 6.5 แสดงกระบวนการเกิด Vulcanization ของยางกบั อะตอมของกาํ มะถนั
โดยเกิด cross-link ของซสิ -1,4 พอลไิ อโซพรนี

(a) แสดงซสิ -1,4 พอลิไอโซพรีนกอ นเกิด cross-link กบั อะตอมของกาํ มะถนั
(b) แสดงซิส-1,4 พอลิไอโซพรนี หลังเกดิ cross-link กับอะตอมของกํามะถันท่ตี ําแหนงพันธะคู
รปู ที่ 6.6 แสดงถึงการเกิด cross-link ของอะตอมกาํ มะถันตอโมเลกลุ ของยาง กํามะถันและยางทาํ ปฏิกิริยากนั
ชา มากแมจ ะเพิม่ อณุ หภมู ใิ หส ูงขึน้ ดังนนั้ เพ่ือตอ งการใหเ วลาบมสั้นลง เมอ่ื อุณหภูมเิ พม่ิ ขนึ้ จงึ ตองเตมิ สารเคมแี ละสาร
อนื่ ๆ อกี ดวย เชน เตมิ ฟล เลอร พลาสตไิ ซเซอร และแอนตีอ้ อกซเิ ดนท

รปู ท่ี 6.6 แสดงแบบของการเกดิ cross-link ของซสิ -1,4 พอลไิ อโซพรนี ดว ยอะตอมของกํามะถนั (เมด็ สีดํา)
โดยทั่วไปถา ยางท่ีผสมกบั กาํ มะถนั ประมาณ 3% โดยน้ําหนกั และใหความรอน 100-200oC จะได vulcanized

rubber ท่อี อน แตถา เพิ่มปริมาณของกาํ มะถันขึ้น การเกดิ cross-link กจ็ ะเพ่ิมข้นึ จะทําใหไดยางแข็งขนึ้ และโคง งอได
นอ ยลง แตถ าจะใหย างแข็งเตม็ ท่ีจะตอ งผสมกํามะถนั ประมาณ 45% โดยนาํ้ หนัก
ยางสังเคราะห (Synthetic Rubbers)

เมื่อป 1980 ไดมีรายงานวา ยางสังเคราะหถกู นาํ มาใชถึง 70% ของการใชยางทัง้ โลก ยางสังเคราะหบ างชนิดท่ี
นับวา สําคญั ไดแก สไตรนี -บวิ ตะไดอนี ยางไนไทรล และพอลิคลอโรพรีน

66

ตารางท่ี 6.6 แสดงสมบัติบางอยางของอลี าสโตเมอรบางชนดิ

การทาํ ใหเ ทอรโ มพลาสตกิ แข็งแรงขน้ึ (Strengthening of Thermoplastics)
ขอใหพิจารณาจากปจ จัยตางๆ ดงั ตอ ไปน้ี โดยทแี่ ตล ะปจ จัยอาจจะเปนการบอกความแขง็ แรงของเทอรโมพลาสตกิ ได

1) มวลโมเลกลุ โดยเฉลย่ี ของพอลิเมอร
2) ระดับของการเกิดผลึก
3) ผลของกรุปใหญ ๆ ทเ่ี ขาไปตอ กบั โมเลกลุ
4) ผลของอะตอมทีม่ ขี ว้ั สูง ๆ เขา ไปตอกบั โมเลกลุ
5) ผลของอะตอมของออกซเิ จน ไนโตรเจน และกํามะถัน ทเ่ี ขา ไปตอ กบั คารบอนในโซโ มเลกลุ
6) ผลของเฟนิลรงิ ในโซโ มเลกลุ
7) การเติมใยแกวเขาไปเสรมิ แรง

6.10 การเลอื กใชว ัสดพุ อลิเมอรส ําหรบั การออกแบบทางวิศวกรรม

ในปจจบุ นั วัสดพุ อลิเมอรไ ดนาํ มาใชง านในรปู แบบตาง ๆ กนั เพ่มิ ขนึ้ เปนจาํ นวนมาก ทงั้ นี้เพราะวัสดุประเภทนม้ี ี
ราคาถกู มีสมบตั ิที่ดเี หมาะแกการใชง านและงายตอ การผลิตใหเ ปนผลติ ภัณฑส าํ เร็จรปู สําหรบั งานออกแบบทาง
วิศวกรรมกม็ ีแนวโนมเพม่ิ ข้นึ เรื่อย ๆ ในการเลอื กใชวสั ดุประเภทน้ีซ่งึ จะตองเลอื กใหมีสมบตั ิตรงกบั ทต่ี อ งการ ตารางที่
6.7 ไดแ สดงรายการชนดิ ตา งๆ ของพอลเิ มอร ช่ือทางการคา สมบตั ิ การประยกุ ตแ ละเกรด สมบตั ิท่ีสําคญั ที่ปรากฏอยู
เสมอ คือ

1. ความสามารถท่ที าํ ใหลดจาํ นวนสวนประกอบในการออกแบบ
2. ทนทานตอสารเคมีในสภาวะสิ่งแวดลอมตา ง ๆ กัน
3. มสี มบตั เิ ปนฉนวนไฟฟา
4. มีนาํ้ หนกั เบา
5. งายตอ การใชก ระบวนการผลติ

67

6. มีความแข็งแรง เหนยี ว และทนทานทด่ี พี อ
7. มลี ักษณะโปรง ใส แสงผานได
8. มีสัมประสทิ ธ์ิของความฝด ตํ่า
9. สามารถทําเปนสตี าง ๆ และทาํ เปน แผนได
10. สามารถกันความชืน้ เม่อื ทาํ เปนบรรจุภณั ฑ
11. มีรปู รา งท่ีเสถยี ร
วสั ดพุ ลาสตกิ ไดรบั ความนยิ มนาํ ไปใชในการออกแบบงานทางวศิ วกรรมเปนจาํ นวนมาก เนอ่ื งจากมรี าคาถกู
บางครั้งก็คํานงึ ถึงทัง้ ราคาของวสั ดุและราคาในการผลติ ออกมาเปน วสั ดุสําเร็จรปู ทาํ ใหพ ลาสติกมีขอ ไดเปรียบ เชน ใน
การสรางเครื่องตัดหญาจะใชพลาสตกิ ดหี รือโลหะดีเพื่อใชในการออกแบบ จะเหน็ วา มีหลายสว นที่สามารถใชพ ลาสตกิ
แทนเหล็กไดเพราะไมเ กดิ การผุกรอ น นา้ํ หนักเบา ทนทาน ตลอดจนราคาในการผลิตก็ถูกกวา ดว ย

ตวั อยางท่ี 6.1 เครอื่ งยนตใหมข องรถยนตไ ดถกู พัฒนาขนึ้ โดยทอี่ ยภู ายในฝากระโปรงจะมอี ุณหภมู ถิ งึ 340oF
(171oC) มไี อนา้ํ มันอยูดวย ถามวาพลาสตกิ ชนิดไหนทท่ี า นจะเลือกใชเ ปนฉนวนไฟฟา สําหรับ sensors หรอื ตัวตอ
(connectors) ที่สามารถทนตอ สภาวะดังกลาวได โดยเลือกใชว สั ดุจากตารางที่ 6.7
คาํ ตอบ จากการใชต ารางที่ 6.7 วสั ดุทจี่ ะเลอื กใชไ ดค วรเปนพอลเิ ฟนีลีนซลั ไฟดทเ่ี สริมแรงดวยใยแกว 40%
เพราะวสั ดุน้ที นไดดีมากตอ ความรอ น สารเคมี และเปน ฉนวนไฟฟา และใหรูปทรงทเ่ี สถยี รดี วสั ดพุ ลาสตกิ อ่นื
ๆ กอ็ าจเลอื กใชไ ด

การจะประยุกตพลาสติกสําหรับออกแบบโครงสรางนนั้ คอ นขา งจะจาํ กัดและไมดเี ทา เหลก็ กลา เชน การสรา งรถ
ยนตส มัยใหม จะมีพลาสติกเปน องคป ระกอบประมาณ 200 ถงึ 350 ปอนด (90.7-159 kg) อกี หลายปโดยไมใชทาํ โครง
สรา ง อยา งไรก็ตามพลาสตกิ ยงั ใชท าํ สวนประกอบท่ีเหมาะสมสาํ หรบั รถยนตม ากขึน้ เชน นําไปทาํ หลงั คารถ ประตูและ
สว นประกอบอน่ื ๆ

สรปุ

พลาสติกและอลี าสโตเมอรเปน วสั ดวุ ศิ วกรรมข้ันพนื้ ฐานทสี่ ําคญั เพราะมนั มสี มบัตกิ วา งขวาง งายตอการทําใหม ี
รูปตางๆ ตามทต่ี อ งการได และมีราคาถกู พอสมควร วัสดุพลาสตกิ สามารถแบงออกไดเปน 2 ชนิด คอื เทอรโ มพลาสตกิ
และเทอรโ มเซททงิ พลาสตกิ (เทอรโมเซท) เทอรโ มพลาสตกิ สามารถหลอมเหลวไดดว ยความรอ น เมอ่ื เยน็ จะแขง็ และ
รกั ษารปู รา งไวได วสั ดปุ ระเภทนีส้ ามารถรีไซเคลิ ไดเ ทอรโ มเซททิงพลาสตกิ ตามปกตจิ ะทาํ ใหม ีรปู รางตาง ๆ ท่ถี าวรได
ดวยความรอ นและความดนั ซึ่งปฏิกิรยิ าน้ีจะเกิดข้ึนดวยการเกิดพนั ธะของอะตอมตาง ๆ เขาดว ยกนั ทาํ ใหเปนของแขง็
ได เทอรโ มเซททงิ อาจเกิดปฏกิ ริ ยิ าที่อณุ หภูมิหอ งได และไมตอ งใชความรอนและความกดดนั เทอรโ มเซททิงพลาสติก
ไมสามารถหลอมเหลวใหมได หลงั จากที่ทาํ ใหแ ขง็ หรือบม (curing) แลว แตถ าเผาทอ่ี ณุ หภมู ิสูงจะสลายตัวได

สารเคมที ่ีใชผลติ พลาสติกสวนใหญจ ะมาจากปโ ตรเลยี ม แกส ธรรมชาติ และถา นหนิ วัสดุพลาสตกิ ผลติ ขนึ้ มาได
จากกระบวนการพอลเิ มอไรเซชนั ของโมเลกุลเลก็ ๆ เปน จาํ นวนมาก ซงึ่ เรียกวา โมโนเมอร (monomers) กลายเปน
โมเลกลุ ใหญ เรยี กวาพอลิเมอร (polymers) เทอรโมพลาสติกประกอบดวยโมเลกลุ ที่เปน โซยาวและเกดิ พันธะกันระหวา ง
โซโ มเลกุลดวยแรงที่เรยี กวา secondary permanent dipole เทอรโมเซททิงพลาสตกิ เกิดพนั ธะโคเวเลนตท ่ีแขง็ แรง
ระหวางอะตอมตา ง ๆ

68

7. เฟสไดอะแกรม

วฏั ภาคหรือเฟสที่มีอยูในวสั ดุ หมายถงึ บริเวณทมี่ โี ครงสรางและ/หรอื องคป ระกอบทแ่ี ตกตา งจากเฟสอนื่ กราฟท่ี
แสดงถึงเฟสตา งๆ ท่ีมอี ยูในวสั ดุ ณ สภาวะหน่ึง (อุณหภมู ิ ความดนั และองคป ระกอบ) จะถกู เรยี กวา เฟสไดอะแกรม
(phase diagrams) หรอื อาจถกู เรยี กวา equilibrium diagrams หรือ constitutional diagrams โดยทวั่ ไป
เฟสไดอะแกรมมกั จะถูกสรา งขึ้นทส่ี ภาวะสมดลุ กลาวคอื เฟสไดอะแกรมน้นั จะไมมกี ารเปลีย่ นแปลงเมือ่ เวลาเปลีย่ นไป
ซ่ึงมกั จะกระทาํ ไดโ ดยคอ ย ๆ ทําใหร ะบบนน้ั เย็นตวั ลงหรอื รอนขึ้นอยา งชา ๆ เน่อื งจากชนิด จํานวน และปริมาณของ
เฟสท่มี ีอยูในวัสดุมกั จะใหผ ลกระทบตอสมบตั ขิ องวสั ดุ ดังนั้นเฟสไดอะแกรมจึงเปน ประโยชนต อ นักวิทยาศาสตรแ ละ
วศิ วกรเปน อยางมากที่สามารถนําไปใชใ นการทํานายลกั ษณะและสมบัตขิ องวสั ดุได และสามารถทราบขอ มลู ตาง ๆ ได
จากเฟสไดอะแกรม ซ่ึงพอจะสรปุ ไดดังนี้คอื

1. แสดงเฟสตาง ๆ ทม่ี อี ยใู นวัสดใุ นสภาวะ (อณุ หภูมิ องคป ระกอบ) ทแ่ี ตกตา งกนั
2. แสดงถึงสภาพละลายไดของธาตุหน่ึง (หรือสารประกอบหนงึ่ ) ในอกี ธาตุหนึ่ง ณ สภาวะสมดลุ
3. สามารถบอกใหท ราบถงึ อณุ หภมู ิท่โี ลหะผสมเรมิ่ แขง็ ตวั เปน ของแข็งและชว งอุณหภมู ิทโี่ ลหะผสมเกิดการ

แข็งตัว เมื่อโลหะผสมนน้ั ถกู ทําใหเ ย็นตัวลงอยา งชา ๆ
4. สามารถบอกใหท ราบถึงอุณหภูมิท่โี ลหะผสมเริม่ หลอมละลาย

7.1 กฏเฟสของ Gibbs

จากวชิ าเทอรโ มไดนามิกส J.W. Gibbs ไดสรา งสมการท่สี ามารถใชในการหาจํานวนเฟสท่มี ีอยใู นระบบหนง่ึ ๆ
ทสี่ ภาวะสมดลุ ไดด งั นค้ี อื

P+F = C+2
เมื่อ P = จาํ นวนของเฟสทมี่ ีอยูในระบบ

C = จาํ นวนชนิดของสว นประกอบในระบบ
F = ระดบั ข้ันความเสรี (degrees of freedom)
โดยปกติ สว นประกอบ C คอื ธาตุ สารประกอบ หรอื สารละลายท่ีมอี ยูในระบบ ระดับขนั้ ความเสรี F คือจํานวน
ของตัวแปร (ความดนั อุณหภมู ิ และองคป ระกอบ) ที่สามารถเปล่ียนแปลงไดอยา งอสิ ระ โดยปราศจากการเปล่ียนแปลง
จาํ นวนเฟสในสภาวะสมดลุ ของระบบท่กี าํ ลงั พิจารณาอยู
เราลองพจิ ารณาเฟสไดอะแกรมของนาํ้ บรสิ ุทธท์ิ ี่จุดรวมสาม ซึ่งประกอบดวย 3 เฟสทีส่ ภาวะสมดุลและมีเพียง
สว นประกอบเดยี วคอื นํา้ ดังน้ันจํานวนระดับขนั้ ความเสรี จะมีคาดังนคี้ อื
จากสมการ P + F = C + 2
3+F = 1+2

F = 0 (ระดบั ขนั้ ความเสรเี ทากบั 0)
เนอ่ื งจากไมม ตี วั แปร (อณุ หภมู ิ หรือความดัน) ใด สามารถเปล่ยี นแปลงได ดังนั้นท่ีจดุ รว มสามจึงถกู เรยี กวา
invariant point
ถาพิจารณาถงึ จุดบนเสนโคง เยือกแข็งระหวา งของเหลว – ของแขง็ ซ่งึ มี 2 เฟส จะได

69

2+F = 1+2
F = 1 (ระดบั ขนั้ ความเสรเี ทา กบั 1)

ระบบเชน น้ี จะมรี ะดบั ข้นั ความเสรเี ทา กบั 1 ซึ่งหมายถึงมตี วั แปร (อณุ หภมู ิหรอื ความดัน) 1 ตวั ท่สี ามารถ
เปลีย่ นแปลงไดอ ยางอสิ ระ โดยท่ีระบบกย็ งั คงมเี ฟสอยู 1 เฟส

ในการศึกษาทางวัสดศุ าสตรโ ดยท่วั ไป ระบบทมี่ สี ว นประกอบ 2 ชนดิ นัน้ ความดนั มกั จะถกู กาํ หนดใหค งที่ ท่ี 1
บรรยากาศ ดังนั้น เฟสไดอะแกรมของระบบเชนนีจ้ งึ มกั จะเปนเฟสไดอะแกรมแบบอุณหภูมิ-องคป ระกอบ (temperature-
composition phase diagram) ซึง่ Gibbs phase rule จะถูกเปลยี่ นไปเปน

P + F = C + 1 (P คงทที่ ี่ 1 บรรยากาศ)

7.2 ระบบ Binary Isomorphous Alloy
ระบบทป่ี ระกอบดว ยโลหะ 2 ชนดิ เชน โลหะผสม เราจะเรยี กวา binary system หรือระบบทป่ี ระกอบดวยสว น

ประกอบ 2 ชนดิ (two component system) เน่ืองจากธาตุโลหะแตล ะชนิดในโลหะผสมนั้นจะพจิ ารณาไดวา เปนสว น
ประกอบท่ีแยกกันคนละชนดิ เชน ทองแดงบรสิ ุทธพิ์ จิ ารณาไดวาเปน ระบบที่มสี วนประกอบชนิดเดยี ว ในขณะท่ีโลหะ
ผสมระหวางทองแดงและนิกเกลิ นน้ั พจิ ารณาไดวา เปนระบบที่มีสวนประกอบ 2 ชนิด ในบางครงั้ สารประกอบในโลหะ
ผสมจะพิจารณาไดวา เปนสวนประกอบชนิดหน่งึ ไดเ ชนกนั ตัวอยางเชน เหล็กกลา plain-carbon ทีป่ ระกอบดว ยเหลก็
และเหลก็ คารไบด เปน สวนประกอบหลัก จะพจิ ารณาไดวาระบบนเ้ี ปน ระบบท่ีมีสวนประกอบ 2 ชนดิ ได

ในบางระบบท่ีประกอบดวยโลหะ 2 ชนิด ถาโลหะผสมนั้นสามารถละลายรวมกันไดอ ยา งสมบรู ณทัง้ ในสภาวะ
ของแขง็ และของเหลวแลว ระบบเหลาน้นั จะมโี ครงสรา งผลึกเพยี งชนิดเดียวท่ีทกุ ๆ สดั สวนองคประกอบ ซง่ึ เราเรยี ก
ระบบเชน นีว้ า isomorphous system ระบบท่ธี าตุ 2 ชนดิ ละลายเขา ดวยกันไดอ ยางสมบูรณน ั้น จะตอ งมีเงอื่ นไขสอด
คลองตามกฎของ Hume-Rothery

Hume-Rothery ไดต้งั กฎการละลายของธาตุ 2 ชนดิ ท่ีสามารถละลายเขาดวยกันไดอยางสมบรู ณไ วด งั น้คี ือ
1. โครงผลึกของธาตแุ ตล ะชนิดจะตองเหมอื นกนั
2. ขนาดของอะตอมของธาตทุ ัง้ สองจะตองไมตา งกนั เกนิ กวา 15%
3. ธาตุทง้ั สองนนั้ จะตองไมท าํ ใหเกิดสารประกอบ นนั่ คือธาตทุ ้ังสองนั้นจะตองมีคา อเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ไี มตา งกนั มากนกั
4. ธาตุท้งั สองนั้นควรมเี วเลนซอ เิ ลก็ ตรอนทเี่ ทากัน

ระบบโลหะผสม 2 ชนิดแบบ
1. Eutectic system

L ⎯ท⎯าํ ให⎯เ⎯ยน็ → α + β
เชน Pb-Sn
2. Peritectic system

liq + α ⎯ท⎯ําให⎯เ⎯ยน็ →β
เชน Fe-Ni

liq Ni + δ(ni) ⎯ท⎯าํ ให⎯เ⎯ย็น→ γ(ni)
หรือ Pt-Aq

70

3. Monotectic system
L1 ⎯ท⎯าํ ให⎯เ ⎯ย็น→L2 + α

เชน Cu-Pb
นอกจากน้ยี งั มปี ฏิกริ ิยาท่ีเปน invariant system อีก 2 ชนดิ คอื
4. Eutectoid system

α ⎯ท⎯ําให⎯เ⎯ย็น→β + γ
5. Peritectoid system

α + β ⎯ท⎯าํ ให⎯เ⎯ยน็ → γ

71

8. วัสดเุ ซรามิก

เซรามิกเปน วัสดุอนนิ ทรยี  (inorganic) ทปี่ ระกอบดวยธาตทุ ี่เปน โลหะและอโลหะ โดยเกิดพนั ธะไอออนิกและ/
หรอื โคเวเลนตร ว มกัน องคประกอบทางเคมขี องวสั ดเุ ซรามกิ จะแตกตางกันไปแลว แตชนดิ บางชนดิ จะมอี งคป ระกอบเปน
สารประกอบอยา งงาย ๆ แตบ างชนิดจะประกอบดว ยเฟสตาง ๆ ทซ่ี บั ซอ นโดยเกิดพนั ธะระหวางกัน

สมบตั ขิ องเซรามกิ จะแตกตางกนั อยา งมาก เน่ืองจากความแตกตา งของพนั ธะในโครงสรา ง โดยทั่วไปเซรามิกจะ
มักจะมสี มบัติทีแ่ ขง็ และเปราะ มคี วามแข็งแรงนอ ยมาก เปน ฉนวนไฟฟาและความรอ นทดี่ เี พราะไมม ีอเิ ล็กตรอนอิสระท่ี
เปน ตัวนําไฟฟา และความรอ นได นอกจากนีว้ ัสดุเซรามิกยังมจี ุดหลอมเหลวคอ นขางสงู ทนตอการกดั กรอ นจากสารเคมี
และสภาวะแวดลอมไดดเี นื่องจากมีพนั ธะทางเคมที ี่แข็งแรง จากสมบตั เิ หลา นท้ี าํ ใหวัสดเุ ซรามิกเปน วสั ดทุ ่ขี าดไมไ ด
สาํ หรบั งานออกแบบทางวิศวกรรมตาง ๆ

โดยทั่วไป วัสดเุ ซรามิกที่ถกู ใชใ นงานวศิ วกรรมสามารถแบง ออกเปน 2 กลมุ ใหญ ๆ ดงั นีค้ อื
1. วัสดุเซรามิกธรรมดา
2. วัสดเุ ซรามิกวศิ วกรรม
วสั ดุจาํ พวกเซรามิกธรรมดา (traditional ceramic) คอื วัสดุเซรามกิ ที่มีมาแตเดมิ ซง่ึ ประกอบดว ยองคประกอบ
หลกั 3 ชนดิ คือ ดนิ เหนยี ว (clay) ซิลกิ า (silica) และเฟลสปาร (feldspar) ตัวอยา งของเซรามิกพวกน้ไี ดแ ก พวกอฐิ
(brick) กระเบอ้ื งมุงหลงั คา (tile) และลูกถวยไฟฟา เปน ตน
วสั ดจุ ําพวกเซรามกิ วิศวกรรม (engineering ceramics) คือวัสดุเซรามกิ ท่ีประกอบดว ยสารบริสุทธ์หิ รอื เกอื บ
บรสิ ทุ ธ์ขิ องพวกอะลมู นิ า (Al2O3) , ซลิ ิคอนคารไบด (SiC) และซลิ คิ อนไนไตรด (Si3N4) วสั ดชุ นิดนีม้ ักจะใชในงาน
เทคโนโลยีชน้ั สูง เชน SiC ใชทาํ เคร่อื งยนตของกังหนั แกส (gas turbine engine) ซ่ึงเปน สว นประกอบหนง่ึ ในเคร่ืองยนต
AGT-100 และอะลูมนิ ่มั ออกไซดท ใี่ ชเปน ฐานรองรับตัว integrated circuit chips ในอปุ กรณ thermal conduction
module

8.1 โครงผลึกอยา งธรรมดาของเซรามกิ

กอ นอน่ื เราลองพิจารณาถงึ โครงผลึกอยางธรรมดาของเซรามิก ตารางที่ 8.1 ไดยกตวั อยา งสารประกอบเซรามิก
บางชนดิ ท่มี โี ครงผลึกอยา งธรรมดา และจุดหลอมเหลวของสารประกอบเหลาน้ี

ตารางที่ 8.1 สารประกอบเซรามกิ บางชนิดและจุดหลอมเหลว

สารประกอบเซรามิก จดุ หลอมเหลว (oC) สารประกอบเซรามิก จดุ หลอมเหลว (oC)

Hafnium carbide, HfC 4150 Boron carbide, B4C 2450
Titanium carbide, TiC 3210 Alumium oxide Al2O3 2050
Tungsten carbide, WC 2850 Silicon dioxide* SiO2 1715
Magnesium oxide, MgO 2789 Silicon nitride, Si3N4 1900
Silicon carbide, SiC 2500 Titanium dioxide, TiO2 1605

* Cristobalite

72

8.2 กระบวนการผลติ ผลิตภณั ฑเ ซรามกิ

ผลิตภณั ฑจําพวกเซรามิก สามารถถูกผลิตขนึ้ ไดโ ดยการนาํ ผงหรอื อนุภาคมาอดั ข้นึ เปนรูปรา งแลวนาํ ไปเผาท่ี
อณุ หภูมิสูง ๆ เพียงพอเพอ่ื ทจ่ี ะทาํ ใหอ นุภาคเหลานนั้ เกาะกันหรือเกิดพนั ธะระหวา งกันข้นึ ขัน้ ตอนพนื้ ฐานท่ใี ชในการ
ผลิตผลิตภัณฑเ ซรามิกมีดงั นคี้ ือ
1. การเตรียมวสั ดุ
2. การข้นึ รปู หรอื การหลอ
3. การทาํ ใหแหง และเผาทอ่ี ณุ หภมู ิสูงเพียงพอเพือ่ ทีจ่ ะทาํ ใหอ นุภาคของเซรามกิ เกดิ พนั ธะระหวา งกัน

การเตรยี มวัสดุ ผลิตภัณฑเซรามิกสวนใหญถูกผลติ ขนึ้ โดยการรวมกลมุ (agglomeration) ของอนุภาควัตถดุ บิ
ของผลิตภัณฑเ หลาน้จี ะแตกตา งกนั โดยข้นึ อยกู บั สมบตั ขิ องผลติ ภัณฑเซรามกิ ตามที่ตอ งการ อนภุ าคและสว นประกอบ
อ่ืน เชน สารยึดเหนีย่ ว (binder) และสารหลอลนื่ (Lubricants) อาจถกู เตมิ ลงไปและผสมเขา ดวยกนั ดว ยวิธแี บบเปย ก
หรอื แบบแหงได ในกรณขี องผลติ ภัณฑเซรามกิ ท่ไี มต องการสมบตั ิพเิ ศษ เชน อฐิ ธรรมดา ทอนา้ํ หรือผลติ ภัณฑดนิ
เหนยี วอนื่ ๆ ในทางปฏิบตั เิ ราสามารถผสมสว นประกอบท้งั หมดดว ยน้ํา แตในกรณขี องผลิตภณั ฑเซรามกิ อืน่ บางชนดิ
วัสดดุ บิ อาจจะถูกบดแบบแหง รวมกับสารยึดเหน่ียวและสารเติมแตงอ่ืน ๆ และในบางครง้ั อาจมีการใชท ัง้ กระบวนการ
แบบแหง และแบบเปย กรวมกัน ตัวอยางเชน ในการผลติ ฉนวนอะลมู ินา (Al2O3) ทีม่ คี ุณภาพสงู ชนิดหนึ่ง อนภุ าคของ
วตั ถดุ บิ จะถกู บดรวมเขากบั นํา้ พรอ มกบั สารยดึ เหน่ียวจาํ พวกไข (wax) เกดิ เปนสารละลายขน (slurry) หลังจากนัน้ จะทํา
ใหแ หง ดวยวธิ กี ารฉดี พน (spray) เกิดเปนเมด็ ทรงกลมขนาดเลก็ ๆ

การข้ึนรปู ผลติ ภัณฑเซรามิกซ่งึ ถกู ผลิตขน้ึ โดยการรวมกลมุ ของอนภุ าคน้นั อาจถกู ข้นึ รูปไดด วยวธิ ีการที่แตก
ตา งกันหลายวิธีท้ังในสภาวะทแี่ หง , เหนยี วหรือของเหลว กระบวนการขึ้นรปู ทอ่ี ณุ หภูมิตํา่ (cold-formimg processes)
จะเปน วิธที ม่ี ักถูกใชในอตุ สาหกรรมเซรามกิ แตกระบวนการขึน้ รูปท่ีอณุ หภูมิสูง (hot-forming processes) กม็ กั ถกู ใช
เชนกัน กระบวนการอดั (pressing) กระบวนการ slip casting และกระบวนการ extrusion จะเปนวธิ ีที่ใชกันท่ัวไปในการ
ข้นึ รปู เซรามิก

กระบวนการอดั (pressing) วัตถุดิบของเซรามิกท่อี ยใู นรูปของอนุภาคสามารถถกู กดอัดไดใ นสภาวะแหง
เหนยี ว หรอื เปยกในแมแบบเพื่อไดผ ลติ ภัณฑท่มี รี ปู รางลกั ษณะตามที่ตองการ

กระบวนการอดั แหง (dry pressing) กระบวนการน้มี กั ถูกใชในการผลติ ผลติ ภณั ฑ เชน วตั ถทุ นไฟที่ใชใ น
งานโครงสรา ง (วสั ดุท่ีตานทานตอ ความรอ นไดส ูง) และสว นประกอบของอุปกรณอิเล็กทรอนกิ ส กระบวนการอัดแหง
(dry pressing) อาจกลา วไดอีกนยั หนง่ึ คือ กระบวนการอัดขึ้นรปู ผงเซรามกิ ทผี่ สมน้าํ และ/หรือสารยดึ เหนย่ี วประเภทสาร
อินทรียจํานวนเล็กนอ ยในแมแ บบใหแนนในแนวแกนเดี่ยว (uniaxial compaction) หลังจากท่ีเซรามิกผา นกระบวนการ
อดั เย็น (cold pressing) แลวผลติ ภัณฑนั้นก็จะถูกเผา (sintered) เพ่อื ใหไ ดค วามแข็งแรงและโครงสรางตามทตี่ องการ
กระบวนการอดั แหงถกู ใชอ ยา งกวางขวาง เน่ืองจากเปนกระบวนการทสี่ ามารถขึน้ รปู ผลิตภัณฑไ ดห ลายรูปแบบอยา ง
รวดเร็ว มีความสมา่ํ เสมอและมคี วามผิดพลาดนอย ตวั อยา งเชน อะลูมนิ า ไททาเนต และเฟอรไรด สามารถถูกอดั แหง
ใหไ ดข นาดตง้ั แตไ มกม่ี ลิ ลเิ มตรจนถงึ หลายนิว้ ไดด วยอัตราการผลติ 5000 ชิ้นตอ นาที

73

กระบวนการอดั แบบ isostatic ในกระบวนการนี้ ผงเซรามิกจะถูกปอนใสลงในภาชนะบรรจทุ ม่ี ดิ ชดิ และยืด
หยุนได (มกั จะเปน ยาง) (ถูกเรยี กวา ถงุ bag)) ถุงน้จี ะบรรจุอยูในหอ งของของเหลวไฮดรอลิกซ่ึงจะถกู ปอ นดวยความดัน
ผลติ ภณั ฑทีถ่ กู ผลติ ขึ้นโดยวธิ ีการอดั แบบ isotatic นี้มีดงั นคี้ อื วัสดทุ นไฟ อฐิ ฉนวนของหวั เทียน เครือ่ มอื จาํ พวกคาร
ไบด crucibles และ bearing

กระบวนการอดั รอ น (hot pressing) สาํ หรบั ในกระบวนการอดั และเผาควบคกู นั นผี้ ลิตภณั ฑเ ซรามิกที่ถูก
ผลิตขนึ้ จะมีความหนาแนน สูง และมีสมบตั ิเชงิ กลดขี ึ้น วธิ กี ารอัดแบบแกนเดี่ยว (uniaxial) และ isotatic สามารถกู นํามา
ใชไดใ นกระบวนการนี้

กระบวนการ slip casting รปู รา งของเซรามิกสามารถถกู หลอขนึ้ ไดโ ดยกระบวนการทีม่ ลี กั ษณะเฉพาะตวั ท่ี
เรียกวา slip casting ข้นั ตอนทีส่ ําคญั ของกระบวนการ slip casting มีดงั นีค้ อื

1. การเตรยี มวัตถดุ บิ ซึ่งประกอบดว ยเซรามกิ ทีม่ ีลกั ษณะเปนผงและของเหลว (สวนใหญม กั จะเปน ดินเหนียว
และนํา้ ) ใหอยูในสภาพแขวนลอยทม่ี คี วามเสถียร ท่ีเรยี กวา slip

2. เท slip ลงในแมแ บบทีม่ รี ูพรนุ ซง่ึ สว นใหญแ ลว จะถกู ทําจาก plaster of paris สว นทเี่ ปนนา้ํ ใน slip จะถูก
ดูดซับดว ยแมแ บบบางสว น ขณะทข่ี องเหลวถกู กําจัดออกจาก slip ช้นิ ของวัสดุทมี่ ีลกั ษณะก่งึ ของแขง็ จะ
แขง็ ตวั อยูรอบ ๆ ผิวของแมแ บบ

3. เมอื่ วสั ดมุ ีความหนามากเพยี งพอแลว กระบวนการหลอจะถกู ยบั ยั้งและ slip ทีม่ ากเกนิ พอจะถูกเทออก
จากชอ งวา ง ซงึ่ วิธกี ารน้ีเรยี กวา drain casting สวนอีกวิธหี นึ่งคอื รูปรางของแขง็ จะถกู ทําขน้ึ โดยใหมกี าร
หลอ อยา งตอเนื่องจนกระท่งั ชอ งวางภายในแมแ บบท้ังหมดถูกเตมิ จนเตม็ วิธีการหลอในลักษณะนจ้ี ะถกู
เรียกวา solid casting

4. วสั ดุภายในแมแบบจะถกู ทาํ ใหแ หงจนกระทงั่ มคี วามแข็งแรงเพียงพอท่จี ะเคลื่อนยา ย และเอาวสั ดุนัน้ ออก
จากแมแบบ

5. สุดทาย วสั ดทุ ี่หลอแลว นี้จะถกู เผาเพอ่ื ใหไดส มบตั ิและโครงสรางตามท่ีตองการ
กระบวนการ slip casting เปนวธิ กี ารทเ่ี หมาะสมกบั การข้นึ รปู ผลิตภัณฑที่มีผนงั บาง และมีรปู รา งทส่ี ลบั ซับซอ น
แตตองการความหนาทส่ี มา่ํ เสมอ นอกจากน้ีกระบวนการ slip casting นีย้ งั เหมาะกับงานพัฒนาชนิ้ สว นและการผลติ
ผลิตภัณฑที่มีจํานวนนอยในเชิงเศรษฐศาสตร มผี ลติ ภัณฑห ลายชนดิ ของกระบวนการ slip casting ทีถ่ ูกหลอภายใต
สภาวะความดันหรือสุญญากาศ

กระบวนการ extrusion วสั ดทุ ่ีมีรปู รา งทรงกระบอกกลวงสามารถถูกผลติ ขน้ึ โดยกระบวนการ extrusion ผาน
แมแบบ ซง่ึ วธิ กี ารน้ีมักจะถกู ใชในการผลติ ผลติ ภณั ฑตา งๆ เชน อฐิ ทนไฟ ทอระบายนํา้ กระเบื้อง และฉนวนไฟฟา
เปน ตน เครอื่ งจกั รที่มกั ถูกนาํ มาใชค อื เครอ่ื ง vacuum-auger-type extrusion ซึง่ วตั ถุดบิ เซรามกิ ท่ปี ระกอบดว ยดิน
เหนยี วและนํ้าจะถกู อดั ผา นแมแ บบทเี่ ปนเหลก็ กลาหรอื โลหะผสมดวย auger ท่ีถูกขับเคล่อื นดวยมอเตอร

กรรมวธิ ีทางความรอน เปน ขน้ั ตอนทส่ี าํ คัญท่สี ดุ ของการผลติ ผลิตภณั ฑเซรามิก ซ่ึงมหี ลายวธิ ีดวยกนั คือ
1. การอบแหง และการกําจดั สารยึดเหนยี่ ว วตั ถปุ ระสงคของวธิ ีน้ีคือ เพอ่ื กําจัดนํ้าออกจากตวั เซรามกิ กอ นที่จะนําไป

เผาท่อี ุณหภูมสิ ูง โดยทวั่ ไปการอบแหง จะกระทําท่อี ณุ หภูมิต่าํ กวา 100oC และอาจใชเวลาถงึ 24 ชว่ั โมง ถาผลติ

74

ภณั ฑเ ซรามกิ น้นั มีขนาดใหญและสารยดึ เหน่ียวเปน สารจาํ พวกอนิ ทรีย จะตองเผาทอ่ี ณุ หภมู ิ 200-300oC เพ่อื ทาํ ให
สารเหลานี้หมดไป
2. Sintering คือกระบวนการท่ที าํ ใหอนภุ าคของวสั ดุเซรามกิ เกดิ พันธะซงึ่ กนั และกัน โดยการแพรข องของแขง็ ท่ี
อณุ หภูมสิ ูง ซงึ่ จะทําใหส ว นทเี่ ปน รูพรนุ ของเน้ือวสั ดลุ ดลงและมคี วามหนาแนน มากข้นึ โดยมากวิธนี ีจ้ ะใชกับ
เซรามกิ จําพวก alumina, beryllia, ferrites และ titanates

ในกระบวนการ sintering อนุภาคจะเกาะเขากันโดยการแพรภายใตสถานะทเี่ ปนของแขง็ ทอ่ี ุณหภูมิสงู มากแต
ตํ่ากวา จุดหลอมเหลวของสารประกอบทถ่ี ูกเผานนั้ ตัวอยางเชน ฉนวนของหวั เทียนท่ที าํ จากอะลูมนิ าจะถกู เผาทอ่ี ุณหภูมิ
1600oC (จุดหลอมเหลวของอะลูมนิ าเทา กับ 2050oC) ในกระบวนการ sintering การแพรข องอะตอม จะเกดิ ขน้ึ ระหวา ง
หนาผิวสัมผสั ของอนภุ าค ทาํ ใหเ กดิ พันธะทางเคมีซงึ่ กันและกันขึน้ ถากระบวนการดาํ เนินตอ ไป จะเกดิ อนภุ าคท่ใี หญ
ขน้ึ เนอ่ื งจากเกิดการรวมตัวของอนภุ าคเล็ก ๆ เขา ดว ยกันมากขึ้น ดังเชน การ sintering ของ MgO (ท่ีแสดงในรปู ที่ 8.1
(a), (b) และ (c))

รูปท่ี 8.1 ภาพ Scanning electron micrographs ของพนื้ ผิวของ MgO (ผงทถี่ ูกอดั แนน) ทถ่ี กู เผาที่ 1430oC ในสภาวะ
อากาศนง่ิ เปน เวลา (a) 30 นาที (สัดสว นรพู รนุ = 0.39), (b) 303 นาที (f.p. = 0.14); (c) 1110 นาที (f.p. = 0.09); พื้น
ผวิ ของ (c) ท่ถี ูก annealed ไดแสดงดังรปู (d)

ขึน้ เมอ่ื เวลาทใี่ ชในการ sintering เพ่ิมขนึ้ อนุภาคจะมขี นาดใหญข นึ้ แตความพรุน (porosity) ของวัสดจุ ะลดลง (รูปท่ี 8.2)
สดุ ทา ยทจี่ ุดส้ินสดุ ของกระบวนการ ขนาดของเกรนจะเขา สูสภาวะสมดุล (รูปที่ 8.1 (d)) แรงทขี่ บั เคล่อื นใหก ระบวนการ
ดําเนินไป คอื การลดพลังงานของระบบใหต ่ําลง
3. Vetrification มีผลิตภณั ฑเซรามกิ บางชนิด เชน porcelain และสวนประกอบของวสั ดุอเิ ล็กทรอนกิ สบ างชนิดจะ

ประกอบดว ยวฏั ภาคของแกว วฏั ภาคของแกวน้จี ะทาํ หนา ทีเ่ ปน ตวั กลางในการเช่อื มประสานอนุภาคของเซรามิก
กลา วคือ เมอ่ื ใหค วามรอ นวสั ดเุ ซรามกิ เหลานี้ แกว จะหลอมเหลวและแพรเขาไปในชอ งวา งของวัสดุ และบางครงั้
อาจเกิดปฏิกิรยิ ากับวสั ดุท่อี ยูภ ายใน และเม่อื อณุ หภูมลิ ดลง แกวจะแข็งตัว และชว ยยดึ อนภุ าคที่ไมห ลอมเหลวใหตดิ
กนั

75

รูปที่ 8.2 กราฟแสดงความสมั พนั ธร ะหวา งความพรนุ และเวลาท่ีใชในการ sintering ของ MgO ทีถ่ กู เติมดว ย CaO
0.2% โดยนา้ํ หนัก และถูกเผาภายใตสภาวะอากาศน่งิ ที่ 1330 และ 1430oC ขอสงั เกตคอื การเผาที่อณุ หภูมิสูงขึ้นจะทาํ
ใหค วามพรุนลดลงอยา งรวดเรว็

8.3 วัสดุเซรามิกธรรมดาและเซรามิกวศิ วกรรม

เซรามกิ แบง ไดอ อกเปน 2 พวก คือ
1. วัสดุเซรามกิ ธรรมดา (tradition ceramic) เซรามิกพวกน้ปี ระกอบดวยสว นประกอบทส่ี ําคัญ 3 สวนคอื ดินเหนยี ว

ซิลกิ า (flint) และเฟลสปาร (Feldspar) สว นใหญดนิ เหนียวประกอบดว ย hydrated aluminum, silicates
(Al2O3.SO2H2O) และออกไซดอน่ื ๆ เชน TiO2, Fe2O, MgO, CaO, Na2O และ K2O

ตารางท่ี 8.2 องคประกอบทางเคมขี องดนิ เหนยี วบางชนิด

ซลิ กิ า SiO2) ท่เี ปนสว นประกอบทีส่ ําคัญในดินเหนยี ว อาจถกู เรยี กวา flint หรอื quartz จะมีจดุ หลอมเหลวทส่ี งู
และทนไฟไดด ี สวน potash (potassium) feldspar ซึ่งมสี ูตรเคมี K2O.Al2O3.6SiO2 จะมีจดุ หลอมเหลวท่ตี ํา่ กวาและเกดิ
เปนแกว ไดเ ม่อื ถูกเผา แกว นจ้ี ะทําหนาทใี่ นการเชอื่ มประสานสวนประกอบที่ทนไฟ (silica) เขา ดว ยกัน

76

ผลติ ภัณฑเ ซรามิกท่ีทาํ จากดินเหนยี ว ไดแ ก อิฐทีใ่ ชใ นการกอ สราง ทอ ระบายนา้ํ กระเบอื้ งมุงหลงั คา และ
กระเบ้ืองปูพืน้ เปนตน

ผลติ ภัณฑ whiteware เชน ถวยไฟฟา ถว ยชาม และเครอื่ งสุขภณั ฑจ ะถกู ทาํ จากสวนประกอบของดนิ เหนียว
ซิลิกา และเฟลสปาร โดยมีการควบคุมองคป ระกอบ ตารางที่ 8.3 ไดรวบรวมองคประกอบทางเคมีของผลิตภณั ฑ
whiteware ทป่ี ระกอบดวยสว นประกอบท่ีสาํ คญั 3 ชนดิ (triaxial)

ตารางท่ี 8.3 องคป ระกอบทางเคมขี องผลติ ภณั ฑ whiteware บางชนดิ

2. วัสดเุ ซรามกิ วศิ วกรรม (engineering ceramics) หรอื เซรามิกทางเทคนคิ (technical ceramics) เซรามกิ ชนิดน้ีสวน
ใหญจะประกอบดว ยสารบรสิ ทุ ธ์ิ หรอื เกอื บบรสิ ทุ ธ์ิ ของสารประกอบออกไซด คารไ บด หรอื ไนไตรด วสั ดเุ ซรามิก
วศิ วกรรมทส่ี ําคัญ เชน อะลูมนิ า ซิลิคอนไนไตรด ซลิ คิ อนคารไ บด และเซอรโ คเนยี ม

8.4 สมบตั ทิ างไฟฟา ของเซรามกิ

วัสดเุ ซรามิกไดถ กู นํามาประยุกตใ ชในงานวิศวกรรมทางไฟฟา และอเิ ล็กทรอนกิ สเปนจาํ นวนมาก กลาวคอื มี
วสั ดุเซรามกิ หลายชนิดทีถ่ กู ใชเ ปน ฉนวนทางไฟฟา ท่คี วามตา งศกั ยทางไฟฟาทงั้ ตา่ํ และสงู และยงั ไดถ กู นาํ มาใชเปนตัว
เก็บประจุไฟฟา (capacitors) ชนดิ ตาง ๆ ที่มขี นาดเล็ก นอกจากนีเ้ ซรามกิ บางชนดิ ยงั มสี มบตั พิ ิเศษท่ีสามารถเปลย่ี น
สัญญาณแรงดนั ทางกลไปเปนสญั ญาณทางไฟฟา หรือในทางกลบั กนั ก็สามารถเปลี่ยนสญั ญาณทางไฟฟา ไปเปน
สญั ญาณแรงดนั ทางกลไดเ ชน กัน ซงึ่ วัสดเุ ซรามิกท่มี คี ุณสมบตั เิ ชนน้จี ะถกู เรียกวา piezoelectrics

กอนท่จี ะกลาวถงึ สมบตั ทิ างไฟฟา ตาง ๆ ของวสั ดเุ ซรามกิ ชนิดตา ง ๆ จะขอกลา วถึงสมบัติพื้นฐานบางชนิดของ
ฉนวน หรอื วัสดุไดอเิ ล็กตริก ดงั นค้ี อื

1. คาคงที่ไดอเิ ลก็ ตรกิ (dielectric constant)
2. dielectric breakdown strength
3. loss factor

77

คาคงที่ไดอเิ ลก็ ตริก (dielectric constant) เราลองพจิ ารณาตวั เก็บประจชุ นิดแผน ขนาน (paralled-plate
capacitor) ทป่ี ระกอบดวยแผน โลหะทีม่ ีพน้ื ท่ี A และแยกหางกนั เปน ระยะ d ดังแสดงในรูปที่ 8.3

รปู ท่ี 8.3 แสดงตวั เกบ็ ประจุชนดิ แผน ขนาน (parallel-plate capacitor) แบบธรรมดา

ในกรณีทชี่ อ งวา งระหวางแผนโลหะเปนสุญญากาศ เมื่อใสค วามตางศักย V ใหกับแผนโลหะ ท่แี ผนโลหะหนง่ึ จะ

มีประจสุ ทุ ธเิ ปน +q และอีกแผน โลหะแผน หนงึ่ จะมีประจุสุทธิเปน –q คา ประจุ q จะเปนสัดสวนโดยตรงกบั ความตา งศักย

V ดงั นีค้ อื

q = CV หรอื C= q
V
เมอ่ื C เปน คาคงทซี่ ึ่งถกู เรียกวาความจุ (capacitance) ของตัวเกบ็ ประจุ หนว ยในระบบ SI ของความจุ คอื

coulomb/volt (C/V) หรอื farad (F) ดงั นั้น I farad = 1 coulomb/volt
เน่อื งจากหนว ยของความจุจะมีคานอยมาก เพราะฉะนนั้ จงึ มักจะใชเ ปน picofarad (1 pF = 10-12 F) หรือ

microfarad (1 µ F = 10-6 F)

คาความจขุ องตวั เก็บประจเุ ปนคาวดั ความสามารถในการเก็บประจุทางไฟฟา กลาวคือ ถาคา ความจมุ ีคา สงู

ประจทุ ่ถี กู เก็บไวใ นแผน โลหะกจ็ ะมากดว ย คา ความจุ C จะมีความสัมพันธกบั พื้นทข่ี องแผน โลหะและระยะหา งระหวา ง

แผนโลหะ ดังนี้

C = ε0A
d

เม่อื ε 0 = permittivity ของ free space = 8.854 x 10-12 F/m

ถา ชองวางระหวา งแผนโลหะถกู ใสดวยวัสดุไดอิเล็กตรกิ (หรือฉนวน) คา ความจุของตัวเก็บประจุจะมีคาเพ่มิ ขึน้

ดวยตวั คณู k ซ่ึงเรียกวา คา คงที่ไดอเิ ล็กตริก (dielectric) ของวัสดุไดอิเลก็ ตรกิ ดังน้ี

C = kε 0 A
d

78

ตารางที่ 8.4 แสดงคาคงท่ไี ดอิเล็กตรกิ ของวัสดฉุ นวนเซรามกิ บางชนิด

พลังงานที่ถกู เก็บสะสมในตวั เก็บประจุในปรมิ าตรท่กี ําหนดท่ีคา ความตางศักยคา หน่ึง จะเพ่มิ ขึน้ โดยคา คงที่
ไดอเิ ล็กตรกิ เมอื่ มีวสั ดไุ ดอเิ ล็กตรกิ อยู

ถาใชว ัสดทุ มี่ ีคาคงท่ไี ดอิเลก็ ตริกสงู จะสามารถผลิตตัวเกบ็ ประจุทม่ี ขี นาดเลก็ ลงได

Dielectric strength เปน ปรมิ าณท่ีบอกถึงความสามารถของวสั ดุในการท่จี ะเกบ็ พลงั งานไวไ ดท คี่ วามตางศกั ย
สูง ๆ ซึ่งถูกนยิ ามไวเ ปน volt ตอ หนว ยความยาว หรือกลาวอกี นัยหนงึ่ ไดวา คอื คา ท่บี อกถึงปรมิ าณสนามไฟฟา สูงสุดที่
วัสดุยงั คงรกั ษาความเปนฉนวนไวไ ด

โดยทั่วไป คา dielectric strength จะมีหนวยเปน V/mil (1 mil = 0.001 น้ิว) kV/mm ถา วัสดุไดอิเลก็ ตริกถกู
ปอ นดวยความตางศกั ยทสี่ ูงมาก ๆ อาจทําใหค วามเคนของอเิ ล็กตรอนหรอื ไอออนในการท่จี ะพยายามไหลผานวัสดไุ ดอิ
เล็กตริกมีคา เกินกวาคา dielectric strength และถามีคาเกนิ กวา คา dielectric strength วสั ดไุ ดอเิ ล็กตรกิ จะถกู ทาํ ลาย
และทาํ ใหเกดิ การไหลของกระแสไฟฟา ขนึ้ คา dielectric strength ของวสั ดุฉนวนเซรามกิ บางชนิดถกู แสดงไวในตารางท่ี
8.4

Dielectric loss factor โดยปกติ ถา ความตา งศกั ยท่ีใชใ นการรกั ษาประจบุ นตวั เก็บประจมุ ีรปู รา งสญั ญาณเปน
ลกั ษณะ sinusoidal เชน ความตา งศักยจ ากกระแสไฟฟาสลับ กระแสไฟฟา จะอยนู ําหนา ความตางศกั ย 90oC เสมอ เมอ่ื
ไมม ีการสญู เสยี พลังงานระหวางแผนโลหะ แตโดยความเปน จริงแลว กระแสไฟฟา จาํ นําหนา ความตางศกั ย 90o-δ ซงึ่
δ คือ dielectric loss angle และผลคณู ของ k tan δ คอื loss factor ซึ่งเปนคาปรมิ าณทบี่ อกถงึ พลังงานทสี่ ญู เสียไปใน
รูปของพลงั งานความรอนของตวั เก็บประจใุ นวงจรกระแสไฟฟา สลบั ตารางที่ 8.4 ไดแสดงคา loss factor ของวัสดฉุ นวน
ของเซรามกิ บางชนดิ ไว

8.5 วัสดุเซรามิกทใี่ ชเปน ฉนวน

วสั ดเุ ซรามิกเปน วัสดทุ ม่ี ีสมบัตทิ างไฟฟาและสมบตั ิเชงิ กลที่เหมาะสมท่สี ามารถนํามาใชเปนฉนวนในงานอตุ

79

สาหกรรมทางดา นไฟฟา และอิเล็กทรอนกิ สอ ยางมาก เนอื่ งจากพนั ธะระหวา งอะตอมทเ่ี กดิ ขึ้นในเซรามิกเปน พันธะแบบ
ไอออนกิ และโคเวเลนตท แ่ี ข็งแรง ดงั นัน้ จึงทาํ ใหอ ิเล็กตรอนและไอออนถกู จํากดั ในการเคลื่อนท่ี เปน ผลทําใหวัสดุ
เซรามกิ มีสมบัติเปน ฉนวนไฟฟา ที่ดี และสมบัตเิ ชิงกลทีแ่ ขง็ แรงแตค อ นขา งเปราะ ตวั อยา งของเซรามิกท่ีใชเ ปน ฉนวนมี
ดังน้ี

Electrical porcelain ประกอบดวยดนิ เหนยี ว 50%, ซลิ ิกา 25% และ feldspar องคป ระกอบเชน นี้จะทําใหว สั ดุ
มสี ภาพพลาสตกิ ท่ดี ีและชวงของอณุ หภมู ิในการเผาคอ นขา งกวาง โดยมีราคาตน ทุนตาํ่ ขอ เสยี ของวัสดุเซรามกิ ท่ใี ช
เปน ฉนวนชนดิ นค้ี อื มคี า loss factor สูงกวาวสั ดชุ นดิ อื่น (ตารางท่ี 8.4) เพราะแอลคาไลออนมีการเคล่ือนทไี่ ดดี

Steatite steatite porcelains เปน ฉนวนทางไฟฟา ท่ีดี เพราะมี power-loss factor ต่ํา, ไมดูดความช้ืน และมคี า
impact strength สูง วัสดเุ ซรามกิ ชนิดนถี้ กู ใชใ นอตุ สาหกรรมไฟฟา และอิเล็กทรอนกิ สอยา งกวางขวาง steatite ท่ใี ชใ น
อตุ สาหกรรมจะประกอบดวย 90% talc และ 10% clay โครงสรางของ steatite จะประกอบดว ยผลกึ enstatite ทเี่ กิด
พันธะรว มกนั ดว ยแกว (glassy matrix)

Fosterite มสี ตู รทางเคมดี ังนคี้ ือ Mg2SiO4 และเนื่องจากไมม ีแอลคาไลไอออน จึงทาํ ใหม คี วามตา นทานสงู และ
มกี ารสญู เสยี พลังงานต่าํ กวา steatite เมื่ออุณหภูมสิ ูงข้นึ นอกจากนี้ fosterite ยังมี loss factor ตา่ํ ทค่ี วามถี่สูง (ตารางท่ี
8.4)

Alumina เซรามกิ อะลูมนิ าจะประกอบดวยผลกึ Al2O3 ท่ีเกิดพนั ธะรว มกนั ดว ยแกว วฏั ภาคของแกว นีเ้ กิดจาก
การผสมระหวา งดนิ เหนยี ว talc และ alkaline earth fluxes ซ่งึ ปราศจากแอลคาไล เซรามิกอะลมู นิ าจะมคี า dielectric
strengths ท่สี งู และ dielectric losses ทต่ี ่ําและมคี วามแข็งแรงสงู อะลูมินาที่ผานกระบวนการ sintering จะใชในอปุ กรณ
ทางดา นอิเลก็ ทรอนิกสมากมาย เนือ่ งจากมี dielectric losses ตํา่ และมีพ้ืนผิวท่เี รยี บ

รปู ท่ี 8.4 ชนิ้ สวนของฉนวนอิเลก็ ทรอนิกสแ ละฉนวนไฟฟา บางชนดิ ที่ผลติ จาก steatite
ประโยชนของเซรามกิ เชงิ ไฟฟา

1. ทาํ เปนฉนวนไฟฟา
2. ทาํ ตัวเกบ็ ประจุ capacitor
3. ทาํ สารก่ึงตัวนํา

80

ประโยชนของเซรามกิ เชิงกลและความรอน
1. ทําผงขดั
2. ทาํ วัตถทุ นไฟ
3. ทนกรดและดาง

แกว

แกวเปน วสั ดุท่ีมีลกั ษณะพิเศษซึ่งไมมีวสั ดุวศิ วกรรมใดเหมอื น เพราะเปนวัสดทุ โ่ี ปรง ใส แขง็ ท่ีอณุ หภูมหิ อ ง
พรอ มกนั นน้ั มคี วามแขง็ แรงเพยี งพอและทนทานตอ การกดั กรอนในสภาพแวดลอมตาง ๆ ดังน้ัน จึงทาํ ใหแ กว เปน วสั ดุที่
ขาดเสยี ไมไ ดใ นงานวศิ วกรรมตาง ๆ เชน งานกอ สรางและกระจกของยานพาหนะตา ง ๆ หลอดสญุ ญากาศและหลอดไฟ
ในงานทางดานอตุ สาหกรรมไฟฟา และเครอื่ งมอื เครื่องแกว ตาง ๆ ทใี่ ชใ นงานอุตสาหกรรมเคมี เปนตน

แกวคือ วัสดเุ ซรามกิ ทีถ่ ูกทาํ ข้ึนจากสารอนินทรียทอี่ ณุ หภูมสิ ูง แกวแตกตา งจากวสั ดเุ ซรามิกอ่ืน ๆ คอื เมือ่ องค
ประกอบถกู หลอมเหลวโดยใหค วามรอนและทําใหเ ย็นตวั ลงแลว แกว จะแขง็ ตวั โดยไมเ กิดโครงผลึก ดังน้นั แกวจงึ เปน
วสั ดทุ ี่ไมมีผลึก หรอื อสณั ฐาน โมเลกลุ ของแกว จะไมมีการเรยี งตวั อยางเปนระเบยี บ

81

ตารางท่ี 8.5 องคป ระกอบของแกวบางชนิด

82

9. วัสดุผสม

9.1 วัสดุผสมคอื อะไร

ในปจ จบุ นั คาํ นยิ ามของคาํ วา วสั ดผุ สม (Composite Materials) ทีย่ อมรับกันอยา งกวางขวางนั้นยังไมม ี แตถา หา
ดจู ากพจนานกุ รมซ่งึ ไดค ํานิยามไวว า วสั ดุผสมเปนสง่ิ ใดกไ็ ดท ่ปี ระกอบดว ยองคป ระกอบทางเคมีท่แี ตกตางกนั ตงั้ แต 2
ชนิดขึ้นไป ในระดบั ของอะตอมของวสั ดุ เชน โลหะผสมบางชนดิ และวัสดพุ อลิเมอร สามารถเรียกไดว าเปน วัสดผุ สม
เพราะมันประกอบดว ยกลุม อะตอมท่แี ตกตา งกัน ถาพจิ ารณาจากโครงสรา งในระดบั ไมโคร (ประมาณ 10-4-10-2 ซม.)
ของโลหะผสม เชน เหลก็ กลาธรรมดาจะประกอบดว ยเฟอรไ รด (ferrite) และเพยี รไลด (pearlite) สามารถรยี กไดว า เปน
วสั ดผุ สมเพราะเฟอรไ รดและเพียรไ ลดมอี งคป ระกอบทต่ี า งกนั (เปน โครงสรางทเี่ ปนยูเทคทอยดของเหลก็ กลา ) ซึง่
สามารถดไู ดจากกลอ งไมโครสโคปทีร่ ะดับแมคโคร (ประมาณ 10-2 ซม. หรอื มากกวา) พลาสติกที่เสริมแรงดว ยใยแกว
สารมารถ
มองเหน็ ดว ยตาเปลา วามีใยแกว ผสมกบั พอลเิ มอร จึงถือวา วัสดุผสมในขณะน้ีเราพอจะเห็นไดแ ลว วาความยากในการให
คํานิยามของวสั ดผุ สมอยูท ีค่ วามจํากัดของขนาดขององคป ระกอบในวัสดุนนั้ ๆ ในงานออกแบบทางวศิ วกรรม โดยทวั่ ไป
วัสดผุ สมจะหมายถงึ วสั ดุทปี่ ระกอบดว ยองคป ระกอบที่มีขนาดอยใู นชวงของไมโครถึงแมคโคร แตช อบทีจ่ ะใหอ ยใู นขว ง
แมคโครมากกวา

วัสดผุ สม (composite material) เปนระบบของวัสดุท่ีประกอบดว ยของผสมหรือเปน การรวมกันของสารตง้ั แต 2
ชนิดข้ึนไปทงั้ ในขนาดไมโครหรือแมคโครกไ็ ด ที่องคประกอบทางเคมแี ตกตางกนั และจะตอ งไมล ะลายเขาดวยกัน

ความสาํ คญั ทางวศิ วกรรมของวัสดผุ สมอยทู ี่วา วัสดุ 2 ชนิดมากกวา 2 ชนดิ ทีน่ ํามาผสมกันใหไดวสั ดุผสมท่ีมี
สมบตั ิพเิ ศษดีเปน พิเศษหรือใหมลี กั ษณะท่ีสําคัญบางอยางแตกตา งไปจากสารเดิม

วัสดุตา งๆ ที่จดั อยูใ นพวกวัสดผุ สมน้นั มมี ากมาย แตจะขอกลาวเฉพาะที่มคี วามสาํ คัญท่สี ดุ ตองานวศิ วกรรมเทา
นนั้ ซง่ึ ไดแก พลาสตกิ เสริมแรงดวยเสน ใย คอนกรีต ยางมะตอย ไมแ ละอ่ืน ๆ เชน การใชวสั ดผุ สมในการออกแบบเชิง
วิศวกรรม

9.2 วัสดผุ สมทเี่ ปนพลาสตกิ เสริมแรงดว ยเสนใย

เสนใยสังเคราะหท ่ีใชเสริมแรงพลาสติกในสหรฐั อเมริกามดี ว ยกัน 3 ประเภทหลัก คอื เสน ใยแกว อะรามีด เสน
ใยอะรามดี เปนพลาสตกิ พวก อะโรมาตกิ พอลิอะไมคท มี่ โี ครงสรางของโมเลกุลแข็งมาก ๆ (very rigid) และเสน ใย
คารบอน เสน ใยแกว คือพวกท่ีใชกนั มากที่สดุ และมรี าคาตาํ่ สุด เสน ใยอะรามีด และเสน ใยคารบอนมคี วามแข็งแรงสงู
และมคี วามหนาแนนตาํ่ และนําไปประยุกตไ ดมากมาย โดยเฉพาะอยางยิง่ การสรางยานอวกาศ เนื่องจากมรี าคาแพง

ใยแกว สาํ หรับเสริมแรงพลาสติกเรซนิ
ใยแกว ทนี่ าํ มาใชเ สรมิ แรงพลาสตกิ เพ่ือใหมโี ครงสรางแบบวัสดุผสมและใชส ําหรบั ทาํ แบบหรือแมพิมพ
(molding compounds) วัสดุพวกนจี้ ะมลี ักษณะเฉพาะท่ีดคี ือ มีความแขง็ แรงสูง มรี ูปทรงทเี่ สถยี ร เปนฉนวนความรอน-
เยน็ ทดี่ ี ไมดูดคามชน้ื ทนทานตอ การผุกรอ น เปน ฉนวนไฟฟาทีด่ ี ขนึ้ รปู งาย และมีราคาคอ นขา งถกู

83

แกว ทีใ่ ชสาํ หรบั ทาํ ใยแกว ท่นี บั วาสําคัญทส่ี ุดมอี ยู 2 ประเภท คือ E (electrical) glasses และ S (high-
strength) glasses

E glass เปนเสน ใยแกวที่ใชกนั มากทสี่ ุด และใชกับกระบวนการผลติ แบบตอเนอ่ื ง E glass เปนแกวท่ไี ดจ าก
สารประกอบของ lime-aluminum-borosilicate ซึ่งไมมโี ซเดยี มหรอื โพแทสเซยี มหรอื มีปรมิ าณนอย องคป ระกอบหลัก
ของ E glass คือมซี ลิ ิกา (SiO2) 52-56% อะลมู เิ นียมออกไซด (Al2O3) 12-16% แคลเซียมออกไซด 16-15% และโบรอน
ออกไซด (B2O3) 8-13% E glass ที่บริสุทธมิ์ ี tensile strength ประมาณ 500 ksi (3.44 GPa) และมี modulus of
elasticity 10.5 Msi (72.3 GPa)

S glass มคี า อัตราสวนของ Strength ตอนํ้าหนักสูงกวาและราคาแพงกวา E glass และในระยะเริม่ แรก S
glass จึงถูกนําไปประยกุ ตใ ชทางการทหารและอวกาศ tensile strength ของ S glass มีคา มากกวา 650 Ksi (4.48
SiO2) ประมาณ 65% อะลมู นิ า (Al2O3) 25% และแมกนีเซยี มออกไซด (MgO) 10%

การผลติ ใยแกว (glass fibers) และแบบตา ง ๆ ของวัสดุทเี่ สริมแรงดวยใยแกว (fiber glass
reinforcing)

ใยแกว หรอื ไฟเบอรก ลาสผลติ ไดจากการดงึ แกวที่กําลังหลอมเหลวอยใู นเตาใหอ อกมาเปนเสนเล็ก ๆ
(filaments) แลว นาํ มาปน เขา ดว ยกันทาํ เปนเกรยี ว เสน ใยเลก็ ๆ เหลานน้ี าํ ไปทําใยแกว หรอื ใหอ ยูรวมกันเปนกลุม
(roving) หรอื อาจจะทอเปนแผน ไฟเบอร แผนใยแกว ทท่ี อเปนผนื ใชใ นการเสริมแรง แผนใยแกว สามารถตัดทาํ เปนรปู
รา งตาง ๆ เสนใยเล็ก ๆ อาจทําใหมนั อยูร วมกันไดโ ดยใชเ รซนิ สว นแผนใยแกวจะทาํ ใหต ดิ กนั ไดดวยพนั ธะเคมี

สมบตั ิของใยแกว
การเปรยี บเทียบสมบตั เิ ก่ียวกับแรงดงึ (Tensile properties) และความหนาแนน ของเสน ใยแกวอี เทียบกบั เสน
ใยคารบ อนและเสนใยอะรามดี ไดดังแสดงไวใ นตารางที่ 9.1 จะเห็นไดว า เสนใยแกวมี Tensile strength และมอดูลัสอีลา
สตซิ ติ ตี าํ่ กวาใยคารบอนและใยอะรามดี แตมีคาความยดื มากกวา ความหนาแนนของใยแกว ก็สูงกวา ของใยคารบ อนและ
ใยอะรามดี อยา งไรกต็ ามใยแกวก็ไดรับความนิยมอยา งกวางขวางทใ่ี ชสําหรับเสรมิ แรงพลาสติกเพราะมรี าคาถกู

ตารางท่ี 9.1 แสดงการเปรียบเทยี บสมบัติของเสน ใยท่ีใชเ สริมแรงพลาสติก

เสน ใยคารบอนสําหรบั เสริมแรงพลาสติก (Carbon Fibers for Reinforced Plastics)
วัสดผุ สมทผ่ี ลิตจากการใชใยคารบอนไปเสรมิ แรงใหกับพลาสติกเรซิน (plastic resin) เชน อีพอกซี (epoxy)
เพ่ือใหว สั ดุผสมนน้ั มีคุณลักษณะเฉพาะในหลาย ๆ สวนรว มกนั คอื ทําใหมนี าํ้ หนกั เบา มีความแขง็ แรงสูง มคี วามแขง็ ตัว
ไมโ คงงองาย สมบตั ิเหลา นกี้ อ ใหเ กดิ ความสนใจทจ่ี ะนําไปประยุกตท างดานยานอวกาศ (aerospace) เชน สรางเครอ่ื ง

84

บิน โดยใชว ัสดผุ สมทที่ าํ ดวยใยคารบ อนเสรมิ แรงพลาสติก แตเ นอื่ งจากราคาของเสนใยคารบอนคอ นขา งสูง จงึ ทําใหก าร
นําไปใชง านทางดานอุตสากรรมตาง ๆ เชน อุตสาหกรรมรถยนตต อ งกาํ จัดตวั ลง

เสนใยคารบอนทีใ่ ชวสั ดุผสมน้ี ทํามาจากแหลง ทส่ี ําคัญ 2 แหลง คอื พอลอิ ะครีโลไนไทรล (Polyacrylonitrile,
PAN) กบั ยางมะตอย (pitch) ซ่งึ เปนตวั ทเี่ กิดขนึ้ มากอ นทจ่ี ะเปน เสนใยคารบอนเรียกวา พรีเคอเซอร (Precursor)

โดยท่ัวไปเสนใยคารบ อนผลติ มาจาก PAN-precursor ดว ยกระบวนการ 3 ข้ันตอนดว ยกนั คอื
1. กระบวนการทาํ ใหเ สถียร (stabilization)
2. กระบวนการทาํ ใหเกดิ คารบ อน (Carbonization)
3. กระบวนการทาํ ใหเปนแกรไฟต (graphitization)

รปู ท่ี 9.1 แสดงข้นั ตอนตาง ๆ ของกระบวนการผลติ ใยคารบอนท่มี คี วามแข็งแรงและโมดลู ัสสูงจากพอลอิ ะครไี นไทรล
(PAN) พรีเคอเซอร

ขั้นตอนแรกเปน กระบวนการทําใหเสถียร (Stabilization stage) ข้นั ตอนนี้เสนใย PAN จะถูกดึงใหย ืดเปนเสน
ตรง โดยใหเสน ใยแตละเสน ขนานกบั แกนเสนใย แลว ทาํ ใหเกดิ ออกซิเดชนั ดวยอากาศทอี่ ุณหภูมิประมาณ 200-220oC
(392-428oF) ทัง้ ๆ ท่ียงั ดงึ อยู

ข้ันตอนทส่ี อง เปน กระบวนการทาํ ใหเกดิ คารบอน (Carbonization) ซึง่ เปนการผลติ เสน ใยคารบอนดวยการ
กาํ จดั ออกซิเจน ไฮโดรเจน และไนโตรเจนจากเสนใย PAN การเผาใหก ลายเปนคารบ อนน้ีตามปกตจิ ะเผาทอ่ี ณุ หภมู ิ
1000-1500oC ในบรรยากาศของแกสเฉอ่ื ย ในระหวา งการเกิดกระบวนการทเี่ ปลยี่ นเปน คารบ อนน้ี เสน ใยน้ันจะเปลี่ยน
เปน เสนใยเลก็ ๆ หรอื เปนแถบ (ribbon) คลายแกรไฟต ขน้ึ ในแตละเสนใย ซ่งึ ทําใหค วามแข็งแรงเพิ่มขนึ้ อยา งมาก

ขนั้ ที่สามหรือการทําใหเ สนใยเปน แกรไฟตซง่ึ เปน กระบวนการที่ใชสําหรบั เพิ่มอีลาสตกิ มอดลู ัสจากการทมี่ ีความ
แข็งแรงสงู ในระหวา งทม่ี ีการเผาที่อุณหภมู ิสงู กวา 1800oC เสนใยแตล ะเสนจะมกี ารเปล่ียนโครงสรางกลายเปน ผลึก
คลา ยแกรไฟตเ พ่ิมขนึ้

วัสดผุ สมพลาสตกิ เสริมแรงดว ยเสนใย
เรซนิ พอลิเอสเทอรเ สรมิ แรงดว ยเสนใยแกว (Fiberglass-reinforced polyester resins) ความแขง็ แรงของ

พลาสตกิ เสรมิ แรงดว ยเสน ใยแกว น้ัน สว นใหญจะขน้ึ อยูกบั ปรมิ าณของแกว และการจดั ตัวของใยแกว โดยทัว่ ไปถา
เปอรเ ซน็ ตโดยน้าํ หนกั ของแกว ในวสั ดผุ สมมีคาสูงกวา ความแขง แรงของพลาสตกิ เสริมแรงก็จะแขง็ แรงกวา ดวย เมอื่ มี
เสนใยแกวท่ีพนั กนั เปนเกลียวขนานกัน อาจทาํ ใหปริมาณของใยแกวมใี นวสั ดผุ สมไดถ ึง 80% โดยนาํ้ หนัก ซึ่งเปน สว นที่
ทําใหวัสดนุ ้ีมคี วามแข็งแรงสูง

85

คอนกรีต

คอนกรีต (concrete) เปนวัสดวุ ศิ วกรรมหลกั ท่ีใชใ นการกอ สราง วศิ วกรโยธาใชค อนกรีตในการออกแบบกอ

สรา ง เชน สรา งสะพาน อาคาร เขือ่ น กําแพงสาํ หรับกักเกบ็ และกั้นนาํ้ และใชส รา งถนน ในป 1993 สหรฐั อเมรกิ าผลติ
คอนกรตี ใชประมาณ 60x107 เมตรกิ ตัน ซ่งึ มากกวาเหลก็ กลา ถงึ 8.7x107 เมตริกตันในปเ ดยี วกนั เมอ่ื กลา วถงึ
วัสดกุ อสรางแลว คอนกรตี มขี อ ไดเปรียบกวา วสั ดุอน่ื ๆ มากมาย เชน งายตอ การออกแบบและเปลย่ี นแปลงไดงาย
สามารถหลอ ได ประหยดั ราคาถูก มคี วามทนทาน ปองกันไฟได สามารถนําไปประกอบหรือสรา งท่ีบรเิ วณงานได และ
ยังสามารถออกแบบหรอื สรางใหสวยงามได ส่ิงทเี่ ปนขอ เสียของคอนกรตี โดยพิจารณาจากทัศนะของวศิ วกร คือ

คอนกรตี มี tensile strength ต่ําความออ นตวั หรอื ความเหนยี วตํ่า และมกี ารหดตวั บา ง
คอนกรตี เปนวสั ดุผสมประเภทเซรามกิ ชนดิ หนง่ึ ซ่ึงประกอบดวยอนุภาคท่ีหยาบของวัสดฝุ งตวั อยูในเมทรกิ ซ

แข็งของเนอ้ื ซีเมนต (ตัวเชอื่ ม) ซ่งึ ตามปกตจิ ะเปนปูนซีเมนตพ อรต แลนดกบั นา้ํ คอนกรตี อาจมอี งคป ระกอบทีแ่ ตกตา ง

กันบาง แตต ามปกตแิ ลวจะประกอบดวยปูนซเี มนตพ อรตแลนด 7-15% น้ํา 14-21% อากาศ 1 -8% สวนผสมที่
2

ละเอียดเปน ผง 24-30% และสว นผสมท่เี ปน อนุภาคหยาบ 31-51% โดยปรมิ าตร รูปท่ี 13.27 แสดงภาพตดั
ขวางของตัวอยา งคอนกรีตทข่ี ดั มันแลว เน้อื ซเี มนตในคอนกรตี จะทําหนาทเ่ี ปน กาวเพื่อยดึ อนภุ าคตางๆ เขา ดว ยกันเปน
วัสดุผสม ตอไปนี้เรามาดูลักษณะเฉพาะขององคป ระกอบของคอนกรตี และสมบัตบางอยางของมนั

ปนู ซีเมนตพ อรตแลนด (Portland Cement)
การผลติ ปนู ซเี มนตพอรต แลนด วตั ถดุ บิ ท่ีสาํ คัญทีใ่ ชในการผลิตปูนซีเมนตพ อรต แลนด ไดแ ก ปูนขาว หรอื

ไลม (CaO) ซิลกิ า (SiO2) อะลมู นิ า (Al2O3) และเหลก็ ออกไซด (Fe2O3) องคประกอบเหลา นจ้ี ะมีอัตราสว น
ทีพ่ อเหมาะในการผลิตปูนซีเมนตพอรต แลนดช นิดตางๆ วตั ถดุ ิบท่ไี ดร ับการคัดเลือกมาแลว นํามายอย บดใหละเอียด
แลว นาํ มาผสมกนั ใหเขา กันตามอัตราสว นทต่ี อ งการ ของผสมที่ไดนีจ้ ะถูกนาํ ไปเผาท่อี ุณหภมู ิ 1400 ถงึ 1650oC
(2600-3000oF) ในเตาหมนุ (rotary kiln) ในกระบวนการนขี้ องผสมเมอ่ื ถกู เผาจะเกดิ การเปล่ยี นแปลงทาง

เคมขี น้ึ ผลท่ไี ดจะเปนกอนซเี มนต (cement clinker) หลงั จากทาํ ใหเ ยน็ แลว นําไปบดใหละเอียด และผสมผง

ยิปซัม (Gypsum CaSO42H2O) ลงไปอีกเลก็ นอ ย เพือ่ ควบคมุ เวลาแข็งตวั (setting time) ของคอนกรตี
องคประกอบทางเคมขี องปนู ซเี มนตพ อรต แลนด

จากความคดิ และขอสรุปเชงิ ปฏิบัติการ ปูนซเี มนตพอรต แลนดสามารถประกอบดวยสารประกอบหลัก 4 อยา ง

คอื

สารประกอบ สูตรเคมี ตัวยอ

ไตรแคลเซยี มซลิ ิเกต 3CaO⋅SiO2 C3S
ไดแคลเซยี มซลิ ิเกต 2CaO⋅SiO2
ไตรแคลเซยี มอะลมู ิเนต 3CaO⋅AlO3 C2S
เตตระแคลเซียมอะลมู โิ นเฟอรไรต 4CaO⋅Al2O3⋅Fe2 C3A
C4AF
O3

86

ชนิดตางๆ ของปนู ซเี มนตพ อรต แลนด
ชนิดตางๆ ของปนู ซเี มนตพอรตแลนดผ ลติ ออกมาจากการแปรเปลย่ี นปรมิ าณขององคประกอบทางเคมขี า งบน

น้ี โดยท่วั ไปมอี งคป ระกอบหลักทางเคมอี ยู 5 อยา งดงั แสดงในตารางที่ 9.2

ตารางที่ 9.2 แสดงองคประกอบที่สาํ คัญทางเคมขี องปนู ซเี มนตพ อรต แลนด

ชนดิ ที่ 1 (Type I) เปนปูนซเี มนตพอรตแลนดทใ่ี ชทั่วไป ปนู ซีเมนตช นดิ นีใ้ ชท ําคอนกรีตท่ีจะตอ งไมใช
หรอื ถูกกับดนิ หรอื น้าํ ทมี่ ปี รมิ าณซลั เฟตสงู หรือตอ งไมมคี วามรอนเกดิ ขน้ึ จากการที่ซเี มนตรวมกบั นาํ้ เพราะเกดิ ไฮเดร
ชนั ทาํ ใหอุณหภมู สิ งู ขึ้นจนรบั ไมไ ด ปูนซีเมนตช นิดท่ี 1 น้ใี ชประยุกตใ นการทาํ คอนกรตี สรา งทางเทา อาคารคอนกรตี
เสริมแรง สรา งสะพาน ทอ ระบายนาํ้ แท็งกน ํ้าและอา งเก็บนาํ้

ชนดิ ที่ 2 (Type II) ปูนซีเมนตพอรตแลนดช นิดนใ้ี ชกบั งานทีม่ ปี ริมาณซลั เฟตเปน ตวั ทาํ ลายขนาดปาน
กลาง เชน ทําโครงสรางทางระบายนา้ํ โดยท่มี คี วามเขม ขนของซลั เฟตในนํ้าบาดาลสูงกวาปกติ ซเี มนตช นดิ นี้ปกตจิ ะใช
ในสภาพบรรยากาศทีร่ อ นสาํ หรบั ทาํ โครงสรางใหญ เชน สรา งตอหมอใหญๆ และสรางกําแพลงใหญๆ สาํ หรบั กักเกบ็ น้ํา
ซเี มนตชนิดนี้ใหความรอนเมอื่ รวมกบั นํา้ เพราะเกดิ ไฮเดรชนั ขนาดปานกลาง

ชนดิ ที่ 3 (Type III) เปนปนู ซีเมนตพอรต แลนดทไ่ี ดพฒั นาใหม คี วามแขง็ แรงสงู จากด้งั เดิม เปนซเี มนตท ่ี
ใชทําคอนกรีตท่ีตอ งเอาโครงสรา งออกเร็ว เพ่ือวาจะไดใชง านใหเ รว็ ขนึ้

ชนิดที่ 4 (Type IV) เปน ซเี มนตที่ใหค วามรอ นจากไฮเดรชนั ตาํ่ จงึ นําไปใชงานเม่ือตองการใหค วามรอนท่ี
เกิดข้นึ ต่ําที่สดุ ปูนซีเมนตชนดิ ที่ 4 น้ใี ชงานทาํ คอนกรตี ทเ่ี ปนโครงสราง โดยใชซีเมนตจ าํ นวนมากๆ เชน สรา งเขอ่ื น
ใหญ ๆโดยท่คี วามรอ นทเ่ี กดิ ขนึ้ จากการแข็งตัวของซเี มนตเปนแฟกเตอรที่วกิ ฤต

ชนดิ ที่ 5 (Type V) เปนซีเมนตท่ีตา นทางการทําลายจากซลั เฟต จึงใชส าํ หรบั ทําคอนกรตี ท่ีตอ งถกู กบั ดิน
และนาํ้ บาดาลท่มี ปี รมิ าณซัลเฟตสูง

การแขง็ ตัวของซเี มนตพ อรต แลนด ปูนซเี มนตพอรตแลนดแ ข็งตวั ไดด วยการเกิดปฏิกริ ยิ ากับนาํ้ ท่เี รียกวา
ปฏิกิรยิ าไฮเดรชนั ปฏกิ ิรยิ าเหลา น้ีซับซอ นและยงั เขา ใจไดไมส มบูรณนัก ไตรแคลเซยี มซิลเิ กต (C3S) และได
แคลเซยี มซิลเิ กต (C2S) เปนองคป ระกอบของซเี มนตพอรต แลนดประมาณ 75% โดยนาํ้ หนกั และเมอื่ สารประกอบ

87

เหลานเี้ กิดปฏิกริ ยิ ากับนา้ํ ในระหวา งแขง็ ตวั ของซเี มนต ผลท่ีเกิดขน้ึ จากปฏกิ ริ ิยาไฮเดรชันนคี้ ือ ไตรแคลเซียมซิลิเกตไฮ

เดรตสารตัวนี้จะเกิดเปน อนภุ าคเล็กมากๆ (นอยกวา 1µm) และมลี กั ษณะเปนคอลลอยดัล เจล (colloidal gel)

ในขณะเดียวกนั แคลเซยี มไฮดรอกไซด (Ca(OH)2) กจ็ ะเกิดข้ึนดว ยจากการเกิดไฮเดรชนั อง C3S และ C2S และ
เปนสารท่มี รี ูปรางผลึก ปฏกิ ิรยิ าเคมเี หลานีเ้ กิดข้นึ ดงั สมการ

2C3S+6H2O → C3S2⋅3H2O+3Ca(OH)2

2C2S+4H2O → C3S2⋅3H2O+Ca(OH)2

สารไตรแคลเซยี มซิลิเกต (C3S) จะแขง็ ตวั เร็วและเปนสารที่มบี ทบาทเก่ยี วกับความแข็งแรงของปนู ซีเมนต

พอรตแลนดต อนเริ่มแรก การเกดิ ไฮเดรชันของ C3S สว นมากจะใชเวลาประมาณ 2 วัน ดงั นน้ั ความแขง็ แรงของปูน

ซเี มนตพอรต แลนดในตอนเรม่ิ แรกจะมีปริมาณของ C3S สูงกวาสารอ่นื

ไดแคลเซียมซลิ ิเกต (C2S) เกิดปฏกิ ริ ยิ าไฮเดรชันกับนา้ํ ชา และจะมคี วามแข็งแรงเพ่มิ ขน้ึ ตอ งใชเวลา 1

อาทติ ยลวงแลว ไตรแคลเซยี มอะลูมเิ นต (C3A) เกิดปฏกิ ิริยาไฮเดรชนั อยา งรวดเร็วพรอ มกบั มคี วามรอ นเกิดขึน้ ดวย

อัตราทส่ี งู C3A จะคอยๆ ใหค วามแข็งแรงในตอนแรก และจะตอ งรักษาใหซ เี มนตท ี่ตอ ตา นซลั เฟต (ชนดิ ท่ี 5) อยใู น

ระดบั ต่าํ

น้ําผสมคอนกรีต (Mixing Water for Concrete) นาํ้ ธรรมชาตสิ วนมากสามารถดม่ื ได และ

สามารถนาํ มาใชค อนกรีตได แตนํ้าบางชนิดไมสามารถด่ืมได แตสามารถใชทาํ ซีเมนตไ ด ถานํา้ มีสารเจือปน

(impurity) ถึงระดบั ที่กาํ หนดไว นาํ้ น้นั จะตองนําไปตรวจเสยี กอนวาจะมผี ลตอ ความแข็งแรงของคอนกรีตหรอื ไม

วสั ดเุ ฉือ่ ย (inert materials) สําหรับผสมคอนกรีต (Aggregates for Concrete) วสั ดเุ ฉ่อื ย

หรือวสั ดุท่ีไมไดเกีย่ วขอ งกบั การเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ตามปกติจะมีผสมอยใู นคอนกรตี ประมาณ 60-80% โดยปรมิ าตร
ของคอนกรตี และวัสดุเหลา นจี้ ะมีผลตอ สมบัติของคอนกรตี อยางมาก วสั ดทุ ่ใี ชผ สมน้ีอาจจะจาํ แนกออกเปนพวกท่ีเปน ผง

ละเอียด และพวกเปน กอนหรือหยาบ พวกที่ละเอยี ดประกอบดวยทราบซ่ึงอาจมขี นาดถงึ 1 นิ้ว (6 mm) สวน
4

อนุภาคที่หยาบไดแ กอนุภาคทีไ่ มสามารถผา นเครือ่ งรอนนมั เบอร 16 (ชองกวา ง 1.18 mm) ชว งของขนาดระหวา ง

พวกละเอยี ดกบั พวกหยาบยงั มกี ารเหลือ่ มลา้ํ กนั อยบู า ง หินทีใ่ ชทําซีเมนตสว นใหญจ ะหยาบ สวนแรธาตุ (minerals)
เชน ทรายโดยมากจะเปน สว นละเอียด

การใหอ ากาศกระจายอยใู นคอนกรีต (Air Entrainment)

คอนกรตี ทีมฟี องอากาศเล็กๆ กระจายอยูท ว่ั ไปอยา งสม่าํ เสมอน้ีเปน การปรับปรุงใหค อนกรตี ปองกันความเย็น
และรอ นไดแ ละยงั ชว ยทําใหค อนกรตี บางชนดิ ใชง านไดด ขี ึน้ สารทีจ่ ะทาํ ใหเ กดิ ฟองอากาศเม่อื เติมลงไปในซีเมนตพอรต

แลนด บางชนิดแลวจะจดั เปนซเี มนตอกี ประเภทหน่งึ โดยการเติมอกั ษร A เขา ไปหลงั ชนิดของซีเมนต เชน ชนิด 1A

(Type IA) และชนดิ 2A (Type IIA) สารทีท่ ําใหเกดิ ฟองอากาศประกอบดวยสารท่เี รยี กวา surface-

active agents หรอื เปนพวก surfactants ซงึ่ กค็ อื ผงซักฟอก สารพวกนีจ้ ะทําหนาท่ลี ดแรงตึงผวิ (surface

tension) ระหวา งอากาศกับผิวน้ําจงึ ทาํ ใหฟ องอากาศเลก็ มาๆ เกิดขึ้น (90% ของฟองอากาศจะมีขนาดเล็กกวา

100 ไมโครเมตร) เมื่อทาํ ใหค อนกรีตเย็ฯจดั พอดีจะชวยปองกนั ใหฟ องอากาศยังคงอยูในคอนกรีตประมาณ 4-8%
โดยปริมาตร

ความแข็งแรงตอ การอดั ของคอนกรตี คอนกรีตโดยพ้ืนฐานแลวเปน วัสดผุ สมเซรามกิ ซึง่ มคี วามแข็งแรงมาก

ตอแรงอัดมากกวาแรงดึง ดังนนั้ การออกแบบทางวศิ วกรรมจงึ ใชค อนกรตี เปน หลักสําหรับรับแรงกดหรอื แรงอดั ความ

88

สามารถในการรบั แรงดงึ ของคอนกรีตสามารถทําใหเพ่มิ มากขน้ึ ได โดยเสริมแรงดวยเหล็กเสน ซง่ึ จะไดก ลาวในเรือ่ งนตี้ อ
ไป

สดั สว นตา งๆ ท่ีใชผสมคอนกรตี
การออกแบบของผสมที่จะใชท าํ คอนกรีตนน้ั ควรจะตอ งพจิ ารณาจากปจจัยตา งๆ ดังตอ ไปน้ี
1. ความสามารถในการใชง านของคอนกรตี คอนกรีตตอ งสามารถทจ่ี ะไหลหรือทําใหมรี ูปรางตามแบบที่นําไป

เทหรอื หลอ
2. ความแข็งแรงและชวงเวลาของการใชงาน สาํ หรบั การนาํ คอนกรีตไปใชป ระโยชนสวนใหญจะตอ งมีความ

แขง็ แรง และชว งการถงึ เกณฑท กี่ ําหนด
3. การผลิตจะตองประหยดั สว นใหญท น่ี ํามาใชพ ิจารณาคือ ราคาซึง่ เปน ปจจยั ที่สาํ คญั ทสี่ ุด
วิธีตางๆ ทใ่ี ชออกแบบสว นผสมของคอนกรีตสมยั ใหมมีสว นเกีย่ วของกบั วธิ ดี ง้ั เดมิ เมือ่ ป 1900 ทใ่ี ชอตั ราสวน
โดยปรมิ าตรของๆ ผสมเปน 1 : 2 : 4 ซงึ่ เปนอัตราสวนของซเี มนตต อ วสั ดเุ ฉอื่ ยละเอียดตอ วัสดเุ ฉอ่ื ยหยาบ วนั น้ีวธิ ีท่ี
ใชเตรียมสว นผสมของคอนกรีตโดยใชน้าํ หนักและปริมาตรสมั บูรณ (absolute-volume) นัน้ ไดเ ตรียมไวสําหรับ
ขางหนา โดยสถาบันคอนกรตี ของอเมริกา (the american concrete institute) เปนเคาโครงของวธิ ีการหา
ปรมิ าณขององคประกอบทตี่ อ งการคอื ซเี มนตสวนผสมท่เี ฉอ่ื ย (aggregate) ท้งั สว นท่ลี ะเอียดและหยาบ และ
ปริมาณของน้ําสําหรบั ปรมิ าตรของคอนกรตี จํานวนหนง่ึ โดยกําหนดอัตราสว นโดยนา้ํ หนักขององคป ระกอบ ความถวง
จาํ เพาะของแตละองคประกอบ และปรมิ าตรของนํ้าทต่ี องใชต อนาํ้ หนกั ของซเี มนตใ ห

รปู ท่ี 9.3 แสดงชวงของสัดสว นของวัสดุทใ่ี ชใ นการทาํ คอนกรตี ดวยวธิ ีการโดยปรมิ าตรสมั บรู ณ
รูปที่ 9.3 แสดงชว งของสัดสวนของวสั ดทุ ่ีใชใ นการทาํ คอนกรตี ดวยวิธีการโดยปริมาตรสัมบูรณ สําหรบั
คอนกรตี ชนดิ ธรรมดาและชนดิ มฟี องอากาศ คอนกรตี ธรรมดาจะมีซเี มนต 7-15% สวนผสมเฉ่อื ยชนิดละเอยี ด (fine
agg.) มี 25-30% สว นผสมเฉอื่ ยชนดิ หยาบ (course agg.) 31-51% และนา้ํ 16-21% โดยปริมาตร

89

ปรมิ าณของอากาศทม่ี ใี นคอนกรตี ธรรมดาอยูใ นชว ง 1 -3% แตถ า เปนคอนกรีตชนดิ มีฟองอากาศ (A-E) จะมี
2

อากาศอยู 4-8% จากทีไ่ ดกลาวมาแลว อตั ราสวนของนํา้ ตอซีเมนตเ ปนปจ จัยอยางหนึง่ ท่ใี ชห าความแข็งแรงตอแรงอดั
ของคอนกรีต อัตราสว นของนาํ้ ตอซเี มนต ถา สงู กวา 0.40 จะทาํ ใหความแขง็ แรงตอ แรงอัดของคอนกรตี ลดลงอยา งมี
นยั สาํ คญั

คอนกรีตเสรมิ แรงและพรีสเตรสคอนกรตี (Reinforced and Prestressed Concrete)
โดยที่ความทนแรงดงึ ของคอนกรรี ตจะต่ํากวาคอนกรีตแรงอดั ประมาณ 10-15 เทา ดงั นัน้ คอนกรตี ทว่ี ิศวกร
ใชในการออกแบบเปน หลกั คอื คอนกรีตแรงอดั อยางไรก็ตามสวนใหญของคอนกรตี ท่ีไดร บั แรงดงึ เชน สิ่งท่ีเกดิ กบั คาน
คอนกรีต ตามธรรมชาติจะมเี หล็กเสริมแรงเปน คาน ในคอนกรีตเสรมิ แรงนี้ แรงดงึ จะเกดิ การถา ยเทจากคอนกรตี ไปยัง
เหล็กทเ่ี สริมแรงผานทางพนั ธะ (bonding) คอนกรีตทีม่ กี ารเสรมิ ดวยเหล็กอาจอยูใ นรูปของแทง เหล็ก เหลก็ เสน และ
ตะแกรงเหลก็ หรือตาขา ยเหลก็ เปน ตน คอนกรีตประเภทน้ีจัดวา เปน คอนกรตี เสรมิ แรง (reinforced
concrete) คอนกรีตชนดิ นจี้ ะทนแรงดงึ และตานการโคง (bending) ไดอยางดี
พรีสเตรสคอนกรตี (prestressed concrete) เปนคอนกรีตทท่ี าํ ใหเกิดความเคน ในเหลก็ ทีเ่ สริมแรงกอ น
ความทนทานตอ แรงดงึ ของคอนกรีตเสริมแรงน้นั สามารถปรับปรงุ ใหด ีขึน้ ไดอยางการใชแรงอัด (compressive
stresses) ซงึ่ ความเคน ทีเ่ กดิ ในคอนกรีตเนือ่ งมาจากเกดิ pretensioning หรือ posttensioning กบั เหลก็ ท่ี
ใชเ สรมิ แรง เหลก็ ทใ่ี ชเ สริมแรงน้เี รยี กวา เทนดนั ส (tendons) เชน เทนดันสอาจเปนแทงเหลก็ หรอื สายเคเบลิ ขอ ดี
การทําใหเกิดพรีสเตรสคอนกรีตคอื ความเคนที่เกดิ ขน้ึ กบั เหลก็ เทนดนั สจากแรงอัดจะชวยตอตา นใหค อนกรตี ทนตอแรง
ดึงยิง่ ขึน้
พรเี ทนชนั (พรีสเตรส) คอนกรีต [Pretension (prestressed) concrete]
ในสหรฐั อเมรกิ า prestressed concrete สว นมากจะเปน pretension ในวิธีการนีต้ ามปกตเิ ทนดันส
จะอยใู นรูปของสายเคเบลิ ทไี่ ดจ ากลวดหลายเสน พันเปน เกรยี วสายเคเบิลนจี้ ะถกู ดงึ ใหย ดื โดยท่ปี ลายหน่ึงจะถกู ยดึ ไวกบั
ทยี่ ดึ (anchorage) อกี ปลายหนึง่ ยดึ ตดิ ไวกบั แมแรงทป่ี รบั ได (adjustable jack) ขณะที่เทนดันสนีถ้ กู ดงึ อยู
แลว เทคอนกรตี หมุ สายเคเบลิ เม่อื คอนกรีตถงึ จุดทม่ี ีความแขง็ แรงตามตองการแลว แรงดึงจะลดลงทีป่ ลายแมแรงสาย
เคเบิลควรจะสั้นลงแบบอีลาสติก แตเ ปนไปไมไดเ พราะสายเคเบลิ ยดึ ตดิ กับคอนกรตี เสยี แลว ในกรณเี ชน นค้ี วามเคน จาก
แรงอัดกจ็ ะเกดิ ขนึ้ ในคอนกรตี
โพสเทนชัน (พรีสเตรส) คอนกรีต ในกระบวนการนีต้ ามปกตจิ ะมีทอเล็ก ๆ (hollow conduits) ทใี่ สเทนดนั ส
เหล็กไวในคอนกรตี (เชน ใสไวท ค่ี าน) กอนเทคอนกรีตลงไป เทนดนั สน อ้ี าจเปน ลวดเหลก็ พนั กันเปน เกรยี ว หรอื เปน
ลวดเหล็กท่วี างขนานกนั หรอื อาจเปน แทง เหลก็ แขง็ ก็ได แลว เทคอนกรตี ลงไป เมื่อคอนกรีตแข็งพอสมควร เทนดนั ส
เหลา นปี้ ลายหนึง่ จะถกู ยดึ ไวก บั ทยี่ ึด (anchorage) ของปลายคอนกรีต อกี ปลายหน่งึ ของเทนดนั สจ ะถูกดึงดวยแมแรงที่
สงู มากพอแลวใสตัวประกอบยึดไวแ ทนแมแ รง ทว่ี า งระหวา งเทนนสิ

แอสฟลท

ยางมะตอยหรอื แอสฟล ท” (Asphalt) หรอื ที่เรยี กกนั ท่วั ไปในบา นเราวา “ยางมะตอย” นั้น เปนวสั ดปุ ระสาน
ชนิดหน่ึง มลี ักษณะยืดหยุน ทนทางและปองกนั นาํ้ ซมึ ซ่งึ มนษุ ยรูจกั และนาํ มาใชประโยชนในหลายๆ ดา น รวมทงั้ นํามา
ใชเปน วัสดใุ นการกอสรางอาคารบา นเรือนหรอื ถงั เก็บนาํ้ ตัง้ แตส มยั โบราณ แอสฟล ทเกดิ ขึน้ ตามธรรมชาติในหลายๆ

90

แหงของโลก และที่นาํ มาใชอยา งแพรห ลายในปจจบุ นั เกอื บท้ังหมดทัง้ ในวงการวศิ วกรรมและอตุ สาหกรรมจะเปน แอส
ฟลทซ่งึ เปน ผลท่ีไดจ ากการกลัน่ นํ้ามันดบิ คุณสมบตั ิท่ีสําคัญของแอสฟลทใ นเชิงการนาํ มาใชเปนวสั ดุกอ สรางสามารถ
สรุปไดด ังน้ี
• คุณสมบตั ิในการยืดและประสาน (Cementing)
• คณุ สมบัตใิ นการปองกันน้าํ ซมึ (Water Proofing)
• คุณสมบตั ิท่ีเปลี่ยนเปนของเหลว หรือออ นตัวเมอ่ื ไดรบั ความรอ น และแข็งตวั เมอื่ เย็นลง (Thermoplastic)

คณุ สมบตั ทิ ง้ั 3 ดังกลา ว ทาํ ใหแอสฟล ทไดถ กู นํามาใชใ นงานตา งๆ ทั้งงานทางดา นวศิ วกรรม และในอตุ สาห
กรรมหลายอยาง เชน
• ใชเ ปน ตวั ประสานเพื่อเกาะยึดวัสดตุ า งๆ เชน หนิ ยอ ย และกรวด เปนตน เขาดว ยกันเพอื่ ใหไ ดส วนผสม

สําหรับใชใ นการทาํ ผวิ ทางจราจร
• ใชสาํ หรับดาดคลองชลประทาน อางเกบ็ นาํ้ สระนํา้ ผิวหนาของเขอ่ื นดนิ เพ่อื ปอ งกันน้าํ ซึม และปองกนั

การกดั กรอ นของผวิ ดนิ
• ใชเ ปน วัสดุในวงการอตุ สาหกรรมตางๆ เชน ทําสกี นั สนิท ทํากระดาษปองกนั ความชื้น ผสมกบั ทรายทาํ อฐิ

สําหรับงานกอ สราง ทาํ กระเบอื้ งลกู ฟกู สําหรับมุงหลงั คา ตลอดจนใชเปน วัสดุสวนผสมในการผลติ ยางรถ
ยนต เปน ตน
ยางมะตอยมอี งคประกอบทางเคมคี ือ มคี ารบ อน 80-86% ไฮโดรเจน 9-10% ออกซิเจน 2-8%
กํามะถัน 0.5-7%
และมีไนโตรเจนเลก็ นอย และอน่ื ๆ ไดแ กโลหะมอี ยูนอ ยมาก (trace metals) สารทเี่ ปนองคป ระกอบของยาง
มะตอยแตค อนขางจะแตกตางกนั อยางมากและซับซอ น ซ่งึ จะมีพอลเิ มอรต ้งั แตม วลโมเลกลุ ตาํ่ ถงึ มวลโมเลกุลสงู และ
ผลติ ภณั ฑจ ากการควบแนน (condensation products) จะประกอบดว ยไฮโดรคารบ อนทเี่ ปน โซยาว ที่เปนวง
แหวนและที่มีวงแหวนตอ กนั
ยางมะตอยที่นบั วาสําคัญคือ ใชเ ปนตวั ยดึ ติดกับหินยอย (aggregate) เปน ยางมะตอยผสม (asphalt
mix) ใชส าํ หรับลาดถนน สถาบันยางมะตอยในสหรฐั อเมริกาไดออกแบบของผสมทจ่ี ะใชสาํ หรับลาดถนนและใหชอ่ื วา
ของผสม 8 โดยใชของที่จะผสมกับยางมะตอย (หนิ ยอ ย) มขี นาดเล็กโดยจะตอ งผา นแรง (sieve) เบอร 8 เชน ยาง
มะตอยผสมชนดิ ที่ 4 (type IV asphalt mix) สําหรับลาดถนน มีองคประกอบของยางมะตอย 3.0-7.0%
ผสมกับหนิ ยอ ยทีผ่ านแรง เบอร 8 จาํ นวน 35-50%

แหลงกาํ เนดิ ของแอสฟลท
แอสฟล ทตามธรรมชาติ (Native Asphalt)
ซึ่งเกิดขน้ึ เองตามธรรมชาตใิ นลกั ษณะเปนบึง เนื่องจากนํ้ามันดิบตามธรรมชาติใตผิวโลกข้ึนมายงั ผิวโลก และ

ถูกกระทาํ ภายใตส ภาวะแวดลอ มตามธรรมชาติ เชน ความรอ นจากแสงอาทติ ยและลม ยงั ผลใหสว นประกอบท่ีเปน กาซ
หรือนํ้ามนั ที่ระเหยงา ย แยกตัวออกไปยงั ผลใหเ หลอื เปนแอสฟลทซ ่งึ เปน วัสดุท่หี นักกวา ไวบนพน้ื ผวิ ดิน ตัวอยา งของ
แอสฟสทที่เกิดตามธรรมชาติ เชน

ทะเลสาบแอสฟล ท (Lake Asphalts) เปนแอสฟลทท พ่ี บตามธรรมชาติอยใู นลักษณะเปน บึงคลายทะเล
สาป ซึง่ อาจมเี ฉพาะแอสฟล ทเ ทานน้ั หรอื อาจมนี ้าํ ผสมอยูก็ได

91

หินแอสฟลท (Rock Ashalts) ไดแกพ วกหินปนู ทีม่ แี อสฟล ทซมึ อยอู ม่ิ ตัว กลาวคือ แอสฟลทจะแทรกอยู
เต็มไปหมดตามชอ งวา ง ซ่งึ อาจมปี รมิ าณมากถงึ รอ ยละ 20 หินแอสฟลทน พี้ บอยทู ่วั ไปในตา งประเทศ สําหรับใน
ประเทศไทยเรายังไมมีเอกสารที่รายงานทางดา นน้ี

แอสฟล ทธ รรมชาติอื่นๆ นอกจากทะเลยสาปแอสฟล ทแ ละหินแอสพัลทแ ลว ยังมีแอสฟลทธ รรมชาติท่พี บอยทู ่ัว
ไปตงั้ แตเ ปนบงึ เล็กๆ หรือแทรกอยเู ปน ช้นั ๆ ระหวางชน้ั ของหิน ซง่ึ ในบางแหงจะมปี รมิ าณแอสฟล ทท่คี อนขา งสูง เรยี ก
วา กิลโซไนท (Gilsonite) มีคุณสมบตั ิท่ีแข็งและเปราะ หรอื ที่เรยี กกนั ทวั่ ไปวา แอสฟล ทไ ตท (Asphaltities)
ซ่งึ หมายถงึ แอสฟล ทท ่มี ีจดุ หลอมเหลวที่สูง

แอสฟล ทท ่ไี ดจ ากการผลิต
เปน แอสฟลทท ไี่ ดจ ากสวนทเี่ หลอื จากการกลนั่ น้ํามนั ดิบ (Crude Oil) หลงั จากการกลั่นเอานา้ํ มนั เช้ือเพลงิ
และนํา้ มันหลอ ล่ืน นํา้ มันดิบตามธรรมชาติที่ไดม าจากแหลงตางๆ ทว่ั โลก จะมีลักษณะและสวนประกอบแตกตางกนั ซงึ่
สามารถแยกตามสว นประกอบหลักของน้าํ มันดบิ ออกไปเปน 3 ประเภทคอื
- นํ้ามนั ดิบประเภทสวนประกอบหลกั เปน พาราฟน (Parafin Base Crude) นํ้ามนั ดิบประเภทนภ้ี าย

หลงั จากการแยกเอานํ้ามันประเภทตา งๆ เชน นาํ้ มันเบนซนิ นา้ํ มนั กา ด นํ้ามันดเี ซล น้ํามนั หลอลนื่ หรือนา้ํ
มนั เตาออกแลว สวนทเ่ี หลือจากการกล่นั จะเปนพาราฟน
- นํา้ มันดบิ ประเภทสว นประกอบหลกั เปนแอสฟลท (Asphalt Base Crude) คือน้ํามันดิบ ซึ่งสวนท่ี
เหลอื สว นใหญจ ากการกลั่นเอานาํ้ มันประเภทตางๆ ออกแลวจะเปน แอสฟล ท
- น้าํ มนั ดบิ ประเภทสว นประกอบหลกั เปน แอสฟลท (Asphalt Base Crude) คอื นํ้ามนั ดบิ ซึง่ สว นท่ี
เหลือสว นใหญจ ากการกลั่นเอาน้ํามันประเภทตางๆ ออกแลวจะเปนแอสฟลท
- นา้ํ มันดิบแบบผสม (Mixed Base Crude) ไดแ กน้าํ มันดิบซึ่งภายหลังจากการแยกเอาพวกนาํ้ มัน
ตางๆ ออกแลว สวนทเี่ หลอื จะมที ง้ั พาราฟน และแอสฟล ท
ในอตุ สาหกรรมการผลติ แอสฟลทท ่วั ไป จะใชน าํ้ มันดบิ ประเภท Asphalt Base Crude ทั้งน้ีเพราะสว นที่
เหลอื จากการกลัน่ สวนใหญจะไดเปนแอสฟล ท

ไม

ในปจจุบนั นถี้ ึงแมว า จะมีผูประดษิ ฐวสั ดุอน่ื ขึน้ มาหลายชนิด เพื่อใชแ ทนไม แตไ มก็ยังอยใู นความนยิ มของ
มหาชนโดยท่ัวไป ทัง้ ในเขตนครหลวงและในทองทีช่ นบท ท่ีเปน เชนนก้ี เ็ พราะวาไมเปนวัสดุธรรมชาติ ซื้อหาไดงา ยการ
กอสรา งกท็ าํ ไดง า ยโดยไมต องการเครอื่ งมอื พเิ ศษมากมาย เพียงแตใชเล่อื ย กบไสไม ฆอนและตะปู ชา งก็สามารถกอ
สรางอาคารไมไ ดแลว ในสมัยกอ นไมถ ูกใชอ ยา งฟมุ เฟอ ย เม่ือการผุพงั เสยี หายจากปลวก มอด ก็รอ้ื ทงิ้ แลว เปลย่ี นใหม
แตใ นปจจบุ ันนวี้ ิทยาการกา วหนาประกอบกบั ปาสว นมากถูกโคน ทาํ ลาย เราจงึ จาํ เปนตองศึกษาการใชไมอยา งประหยดั
เพราะไมไ มเพยี งแตจะใชใ นการกอ สรางอาคารไมเ ทาน้ัน ยงั สมารถนํามาทําเคร่ืองตกแตง เครอ่ื งเรอื น เครอ่ื งประดบั
และเครือ่ งใชตา ง ๆ ประจาํ บา นไดอ ีกดวย นอกจากนีใ้ นการกอสรา งอาคารคอนกรตี เสรมิ เหล็ก ก็ยงั ตอ งใชไ มเปน สว น
ประกอบทสี่ าํ คัญ เชน ไมแบบ คา้ํ ยนั และนงั่ ราน เปน ตน

ความจรงิ แลว ถา เรานาํ ไมมาใชใหเ หมาะสมกับลักษณะของงานและสงิ่ แวดลอม เชน ใชไ มแกน ทไี่ มมีมอดกินมา
กอนมาเปน สวนโครงสรางภายในของอาคาร เชน คาน ตง หรอื พน้ื สว นโครงสรางภายนอกอาคารกใ็ ชไมอาบน้าํ ยา หรอื
สีทา เปนตน อาคารไมก จ็ ะมอี ายยุ นื ยาว ไมน อ ยกวา 20 ปขึ้นไปทเี ดียว เปน ท่ที ราบกันดีในวงการชา งแลววา ไมน้นั ถา

92

อยใู นสภาวะแหง หรอื เปย กตลอดเวลา เชน จมอยใู นดินตํา่ กวาระดบั นํ้าใตด ิน กจ็ ะไมมีการผุพัง ถาเปยกบา ง แหง บา ง ก็
จะเกดิ การผชุ ้ินตรงน้นั ทงั้ นเี้ น่อื งจากการกดั กินของแบคทีเรยี บางพวกนนั่ เอง นอกจากนีข้ อ ดขี องไมก็อยูที่วา เมื่อปลูก
สรางอาคารคอนกรตี เสรมิ เหลก็ ถาร้อื ลงมาก็คงมแี ตเ ศษปรกั หักพงั ของพวก อฐิ หนิ ปนู ทรายเทานนั้

ลักษณะโครงสรา งของไม (The Structure of Wood)
เน่อื งจากไมเปน วัสดุกอสรา งท่มี ลี กั ษณะโครงสราง และคณุ สมบัติเก่ยี วขอ งกบั Cell ทที่ าํ หนาทใี่ นการเจรญิ เติบ

โตของตนไม ซง่ึ แบง ออกไดเ ปน 3 ประเภท คือ
1. Conducting Tissue เปน cell ซึ่งทาํ หนา ทล่ี าํ เลียงนํา้ แรธาตเุ พอ่ื ปรุงอาหาร โดยมากเปน Pore หรอื Vessel ถา

Fore หรือ Vessel ถา Pore โตกม็ ีเน้อื หยาบ ถา Pore เลก็ เน้ือกล็ ะเอยี ด
2. Storage Tissue เปน cell ซึง่ ทาํ หนา ทสี่ ะสมอาหารเพอ่ื ใชในการเจรญิ เตบิ โต ไดแ ก cell ท่มี ีผนังบางเรียกวา

Parenchyma Cell
3. Strengthening Tissue เปน cell ซ่งึ สรา งความแข็งแรงใหแ กต นไม ไดแ ก พวก Fibers มลี ักษณะยาว แคบ อาจมี

ผนงั cell หนาหรอื บางกไ็ ด

ลาํ ตนของตนไมป ระกอบดว ย
1. ไสไม (Pitch) มักจะอยบู ริเวณกลางลําตน สาํ หรับไมป กตธิ รรมดาใหก าํ ลงั ของเนอื้ ไมต ํา่ เกดิ ข้นึ พรอม ๆ กบั ความ

เจรญิ เตบิ โตของตน ไม
2. ไมแ กน (Heart wood) เปน ท่ีอยตู อ จากไสไมออกมา สวนน้เี ปน สวนของ cell ที่ไมท าํ งานในการลาํ เลยี งอาหารแลว มี

สเี ขม ทําหนา ทเ่ี ปน โครงของลาํ ตน มีกําลังของเนอื้ ไมสูงกวา
3. กะพีไ้ ม (Sapwood) อยตู อจากไมแกน ออกมา มสี ีออ นกวา เปน สวนที่ตนไมใชล ําเลียงอาหารทรี่ ากดูดขึน้ มาจากดนิ

สง ตอ ไปยังใบเพอ่ื ปรงุ อาหาร
4. เยอ่ื เจรญิ (Cambium Layer) เปน ชั้นบาง ๆ ถดั จากกะพีไ้ มอ อกมา เปนสว นท่สี ราง cell ในเนื้อไมแ ละเปลือกไมข ึ้น

มา
5. เปลอื กช้นั ใน (Inner bark) อยูต ดิ กับเยอื่ เจริญมาจากดา นนอก มีลกั ษณะออน เปยกชน้ื เปน สวนท่สี ง อาหารทป่ี รงุ

แลวจากใบไปเล้ยี งสวนตาง ๆ ของลําตนใหเจรญิ เตบิ โต
6. เปลือกชนั้ นอก (Outer bark) ประกอบดวยเย่ือไมท ีแ่ หงแลว ทําหนาท่ีหมุ หอ ลาํ ตน ปองกันการระเหยของน้าํ ในลํา

ตน
7. วงรอบปห รือวงประจําป (Annual rings) เปน วงแสดงการเจริญเติบโตของไมใ นรอบ 1 ป มลี ักษณะเปนวงรอบ ๆ ไส

ไมว งรอบนอี้ าจมลี ักษณะถีห่ รือหา งกไ็ ดตามชนิด และความอุดมสมบูรณของพืน้ ทน่ี ้นั ๆ ในทางปา ไมใชนบั วงรอบป
น้ใี นการบอกอายขุ องไมได

ผลติ ภัณฑท ท่ี าํ จากไม
1.1 ไมอดั และไมประสาน
1.1.1 ไมอ ัด (plywood) หมายถงึ แผนไมท ี่ประกอบดวยไมบางมีจาํ นวนชั้นเปนเลขค่ี คอื 3, 5, 7, ฯลฯ

ทากาวแลวอัดตดิ เขาดว ยกัน โดยใหท ิศทางของเสย้ี นไมข องชิ้นขา งเคยี งสลบั เปน มมุ ฉากตอ กนั การอดั อาจอัดใหหนา

93

บางเทา ใดก็ได โดยการเพ่ิมจาํ นวนช้ัน หรอื ความหนาของไมบางซึ่งอาจปอกใหห นาแตกตางกันไดต ้ังแต 1 มม. ถงึ 4-5
มม. ทง้ั นแ้ี ลว แตวาจะนําไปใชใ นงานอะไร ไมอ ดั ตามปกติมีขนาดมาตรฐาน 4 x 8 ฟุต หรือ (1.20 x 2.40 ม.) ไมท ี่ใชใ น
การอัดอาจตางชนดิ กันก็ได ความทนทานขน้ึ อยูกับกาวที่ใชแ ละลกั ษณะงาน เชน

ไมอ ดั ภายใน ใชก าวทนน้ําพอควร ไดแ กพ วกยูเรยี ฟอรม ัลดีไฮด
ไมอดั ภายนอก ใชก าวทนน้ําไดเ ต็มที่ ไดแ กพ วกฟน วลฟอรม ลั ดีไฮด และรีซอลซนี วล ฟอมลั ดีไฮด

1.1.2 ไมป ระสาน (Laminated wood) ตา งกบั ไมอ ดั ทจ่ี ํานวนช้ัน คอื จะเปน เทาใดก็ไดแ ละวางใหเสีย้ น
ของแตละแผน ขนานกนั การอัดตองใชแรงอดั สงู เปน พิเศษ ดังนน้ั ไมท่ไี ดก ็จะมคี วามแนน สูง ใชใ นงานเฉพาะอยาง เชน
ทาํ เปนสว นประกอบของเครอื่ งจกั รกล คานตงขนาดใหญ ไมพ้ืน โดยสามารถทําใหโคง เปนรปู อยางไรก็ได กาวท่ีใชโ ดย
มากเปน กาวที่แขง็ ตัวในอณุ หภมู ิตาํ่ ไดแก รซี อสซนี อลฟอมัลดีไฮด

1.1.3 ไมอดั พเิ ศษ (Special Plywood) ทาํ เหมือนไมอ ัดธรรมดาทุกอยา งตางกนั แคว าทศิ ทางของ
เสยี้ นในแตล ะชัน้ ไมเปนมุมฉากหรือขนานกนั ใชใ นงานพิเศษบางอยางเทานนั้ เชน ในการทาํ ถังกลม เปน ตน ไมช นดิ น้ี
ตามปกตไิ มม กี ารผลิต เพราะนอกจากจะยุงยากและเสยี หายในการผลติ แลวคณุ ภาพของไมทีไ่ ดอาจกลบั มคี ณุ ภาพเลว
กวาดวย

1.2 ไมป ระกอบ (Composite wood) แบง ออกไดเปน 3 ประเภท คอื
1.2.1 Fibre Board พวกนที้ ําจากชน้ิ ไมซง่ึ ตม และบดจน cell ไมแยกออกมาเปนอิสระเสยี กอ น

กรรมวิธแี ยกออกเปน 2 อยาง คือ วิธเี ปย กและวิธแี หง วธิ ีแหง ตองมกี าวเปนสวนผสม แตใ นวิธเี ปยก ไยไมจะจับยึดกัน
เองเหมอื นการทาํ กระดาษ แผนไยไมอ ัดนีอ้ าจทําใหมคี วามแข็งออ น แตกตา งกนั ได คอื

- Hard Board แขง็ ที่สุด อดั แหง อดั เปยกกไ็ ด
ถา อัดแหง ใชป รมิ าณความช้ืน 12%
ถาอัดเปย ก ใชปริมาณความชื้น 50%
หรืออัดปานกลาง ใชป ริมาณความชน้ื 17-50%

- Soft Board ออ นท่สี ดุ ใชเปน เครอ่ื งเกบ็ เสยี งหรอื ฉนวนกนั ความรอ น บางทีเรียกวา
Insulation Board

1.2.2 Particle Board ชนดิ นแ้ี ผน ชิ้นไมอัดนัน้ ไมยังมีสภาพเปนช้นิ ๆ อยู ถา ชิ้นไมทีใ่ ชม คี วาม
ยาวมาก เรยี กวา เซฟิ วงิ บอรด ถา ชน้ิ ไมท ่ีใชม ขี นาดเลก็ ลง และยาวสม่ําเสมอกวา พวกแรก เรยี กวา ชพิ บอรด ผลติ
ภณั ฑประเภทนต้ี องใชก าวเปน วสั ดปุ ระสานท้ังส้นิ

1.2.3 Wool-Wool-Board ทาํ จากไมท ่ไี สเปน เสน ยาวๆ คลุกปูนซเี มนตเ หมอื นงานคอนกรีตแลว อดั
เปนแผน ๆ เมอ่ื ปูนซเี มนตแ ขง็ ตวั ก็เปนแผนแขง็ ในประเทศไทยเรามผี ูผลิตจําหนายเรียกวา “เซลโลกรตี ” มีคณุ สมบัติ
ในการเปน สื่อความรอ น เกบ็ เสียงไดดี สามารถตบแตง โดยใชก ับงานปนู ไดด ี

-------------------------------------------------------------------------------