วัสดุศาสตร์ 3 พว32034 (ม.ปลาย)

ชดุ วชิ า วัสดศุ าสตร์ 3 รายวชิ าเลือกบังคับ ระดับมธั ยมศึกษาตอนปลาย รหสั พว 32034 หลักสตู รการศึกษานอกระบบระดบั การศกึ ษาข้ันพ้นื ฐาน พทุ ธศกั ราช 2551สานักงานสง่ เสรมิ การศึกษานอกระบบและการศกึ ษาตามอัธยาศัย สานักงานปลัดกระทรวงศกึ ษาธิการ กระทรวงศึกษาธกิ าร

ก คำนำ ชดุ วิชาวสั ดุศาสตร์ 3 รหัสวชิ า พว32034 ตามหลักสูตรการศึกษานอกระบบระดับการศึกษาข้ันพ้ืนฐาน พุทธศักราช 2551 ระดับมัธยมศึกษาตอนปลายนี้ ประกอบด้วยเน้ือหาหลักวัสดุศาสตร์ การใช้ประโยชน์และผลกระทบจากวัสดุ การคัดแยกและการรีไซเคิลวัสดุทิศทางการพัฒนาวัสดุในอนาคต ส่ิงประดิษฐ์จากวัสดุตามหลักสะเต็มศึกษา และเทคโนโลยีการกาจัดวัสดุ เน้ือหาความรู้ ดังกล่าว มีวัตถุประสงค์เพ่ือให้ผู้เรียนมีความรู้ ความเข้าใจเก่ียวกับหลักวัสดุศาสตร์ โครงสร้างและสมบัติวัสดุ การใช้ประโยชน์จากวัสดุตลอดจนสาเหตุและผลกระทบที่เกิดจากการผลิตและการใช้งานของวัสดุต่อสิ่งมีชีวิตและส่ิงแวดล้อม สามารถคดั แยกวัสดุและกาจดั วัสดุที่ใช้แล้วในชวี ิตประจาวนั ของตนเอง และชุมชนได้ สานกั งาน กศน. ขอขอบคุณ มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุบลราชธานี ที่ให้การสนับสนุนองค์ความรู้ประกอบการนาเสนอเน้ือหา รวมท้ังผู้มีส่วนเกี่ยวข้องในการจัดทาชุดวิชา หวังเป็นอยา่ งย่ิงว่าชดุ วชิ านี้ จะเกิดประโยชนต์ ่อผูเ้ รียน กศน. และสร้างความตระหนกั ในการจัดการวัสดุทใี่ ชแ้ ล้วอย่างร้คู ณุ คา่ ตอ่ ไป สานักงาน กศน.

ข คำแนะนำกำรใช้ชุดวชิ ำ ชุดวิชาวัสดุศาสตร์ 3 รหสั วชิ า พว32034 ใช้สาหรับนักศึกษาหลักสูตรการศึกษานอกระบบระดับการศกึ ษาข้ันพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 ระดับมธั ยมศึกษาตอนปลายแบ่งออกเปน็ 2 สว่ น คือ สว่ นที่ 1 โครงสรา้ งของชดุ วชิ า แบบทดสอบกอ่ นเรียน โครงสรา้ งหนว่ ยการเรียนรู้เนือ้ หาสาระ กจิ กรรมเรียงลาดับตามหน่วยการเรียนรู้ และแบบทดสอบหลังเรียน ส่วนที่ 2 เฉลยแบบทดสอบและกิจกรรม ประกอบดว้ ย เฉลยแบบทดสอบก่อนเรยี นและหลังเรียน เฉลยและแนวตอบกิจกรรมท้ายหนว่ ยการเรียน เรยี งลาดับตามหนว่ ยการเรียนรู้วธิ กี ำรใชช้ ดุ วชิ ำ ให้ผเู้ รียนดาเนินการตามข้ันตอน ดงั น้ี 1. ศกึ ษารายละเอียดโครงสร้างชุดวิชาโดยละเอียด เพือ่ ใหท้ ราบว่าผูเ้ รยี นต้องเรียนรู้เน้อื หาในเรื่องใดบา้ งในรายวชิ านี้ 2. วางแผนเพอ่ื กาหนดระยะเวลาและจัดเวลาท่ผี เู้ รยี นมีความพรอ้ มท่จี ะศกึ ษาชดุ วิชาเพ่ือให้สามารถศึกษารายละเอียดของเน้ือหาได้ครบทุกหน่วยการเรียนรู้ พร้อมทากิจกรรมตามทก่ี าหนดให้ทนั ก่อนสอบปลายภาค 3. ทาแบบทดสอบก่อนเรยี นของชุดวชิ าตามทกี่ าหนด เพื่อทราบพนื้ ฐานความรู้เดิมของผู้เรียน โดยให้ทาลงในสมุดบันทึกกิจกรรมการเรียนรู้และตรวจสอบคาตอบจากเฉลยแบบทดสอบ เฉลยและแนวตอบกจิ กรรมทา้ ยหน่วยการเรียน 4. ศกึ ษาเนื้อหาในชุดวชิ าในแต่ละหน่วยการเรยี นร้อู ย่างละเอยี ดใหเ้ ขา้ ใจ ท้ังในชดุ วิชาและสือ่ ประกอบ (ถา้ ม)ี และทากิจกรรมท่กี าหนดไว้ใหค้ รบถว้ น 5. เม่ือทากิจกรรมเสร็จแต่ละกิจกรรมแล้ว ผู้เรียนสามารถตรวจสอบคาตอบได้จากเฉลยและแนวตอบกิจกรรมท้ายหน่วยการเรียน หากผู้เรียนตรวจสอบแล้วมีผลการเรียนรู้ไม่เป็นไปตามทค่ี าดหวัง ให้ผูเ้ รียนกลับไปทบทวนเนื้อหาสาระในเร่ืองน้ันซ้าจนกว่าจะเข้าใจแล้วกลับมาทากิจกรรมนัน้ ซ้า

ค 6. เม่ือศึกษาเนื้อหาสาระครบทุกหน่วยแล้ว ให้ผู้เรียนทาแบบทดสอบหลังเรียนและตรวจคาตอบจากเฉลยแบบทดสอบหลังเรียนที่ให้ไว้ในท้ายเล่ม เพ่ือประเมินความรู้หลังเรียนหากผลไม่เป็นไปตามท่ีคาดหวัง ให้ผู้เรียนกลับไปทบทวนเนื้อหาสาระในเรื่องน้ันให้เข้าใจอีกครั้งหนึ่ง แล้วกลับมาทาแบบทดสอบหลังเรียนและตรวจให้คะแนนตนเองอีกครั้ง ผู้เรียนควรทาแบบทดสอบหลังเรียนใหไ้ ดค้ ะแนนไมน่ อ้ ยกว่ารอ้ ยละ 60 ของแบบทดสอบทง้ั หมด (หรือ36 ขอ้ ) เพื่อใหม้ ่ันใจว่าจะสามารถสอบปลายภาคผา่ น 7. หากผู้เรียนได้ทาการศึกษาเนอื้ หาและทากจิ กรรมแล้วยังไมเ่ ข้าใจ ผู้เรียนสามารถสอบถามและขอคาแนะนาไดจ้ ากครู ผู้รู้ หรือแหลง่ คน้ คว้าอ่นื ๆ เพิม่ เตมิกำรศึกษำค้นควำ้ เพม่ิ เตมิ ผู้เรียนอาจศึกษาหาความรู้เพิ่มเติมได้จากแหล่งเรียนรู้อ่ืน ๆ เช่น หนังสือเรียนรายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ ระดับมธั ยมศึกษาตอนปลาย ตามหลกั สูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพนื้ ฐาน พุทธศักราช 2551 คู่มือประชาชนการคัดแยกขยะมูลฝอยอย่างถูกวิธีและเพ่ิมมูลค่าคมู่ อื การสรา้ งวินยั สู่การจัดการขยะแบบครบวงจร วารสาร แผ่นพับประชาสัมพันธ์ อินเทอร์เน็ตผู้รู้ และแหลง่ เรยี นรู้ในชุมชน เปน็ ต้นกำรวัดผลสัมฤทธทิ์ ำงกำรเรียน การวัดผลสัมฤทธ์ิทางการเรยี น หลักสูตรรายวิชาเลือกบงั คบั “วสั ดุศาสตร์ 3 ” เปน็ ดงั นี้ 1. ระหว่างภาค วัดผลจากการทากิจกรรมหรืองานทไ่ี ด้รบั มอบหมายระหว่างเรียน 2. ปลายภาค วดั ผลจากการทาข้อสอบวัดผลสมั ฤทธ์ิปลายภาค

ง โครงสรา้ งชดุ วิชา พว32034 วสั ดุศาสตร์ 3 ระดับมธั ยมศึกษาตอนปลายสาระการเรยี นรู้ สาระความรพู้ ้นื ฐานมาตรฐานการเรยี นรู้ มาตรฐานที่ 2.2 มคี วามรู้ ความเข้าใจ และทักษะพ้ืนฐานเกย่ี วกบั คณติ ศาสตร์วทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยีมาตรฐานการเรียนรู้ระดับ มีความรู้ความเข้าใจ ทักษะและเห็นคุณค่าเก่ียวกับกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เทคโนโลยี ส่ิงมีชีวิต ระบบนิเวศ ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมในท้องถ่ิน ประเทศ โลกสาร แรง พลังงาน กระบวนการเปลี่ยนแปลง โครงงานวิทยาศาสตร์ของโลกและดาราศาสตร์มีจิตวิทยาศาสตรแ์ ละนาความรไู้ ปใชใ้ นการดาเนนิ ชีวิตผลการเรียนรู้ทค่ี าดหวงั 1. มีความรคู้ วามเข้าใจเก่ียวกับหลักวสั ดศุ าสตร์ การใชป้ ระโยชนแ์ ละผลกระทบจากวัสดุ การคัดแยกและการรีไซเคลิ เทคโนโลยกี ารกาจัดวัสดุ สงิ่ ประดษิ ฐ์จากวัสดุตามหลกัสะเต็มศกึ ษา และแนวโน้มและทิศทางการพฒั นาวสั ดใุ นอนาคต 2. สามารถออกแบบและสรา้ งสงิ่ ประดษิ ฐ์จากวสั ดุใชแ้ ล้วได้ 3. ตระหนักถึงผลกระทบท่เี กดิ จากการใชว้ สั ดใุ นชีวิตประจาวัน

จสรุปสาระสาคญั 1. วัสดุศาสตร์ (Materials Science) หมายถึง การศึกษาท่ีเกี่ยวข้องกับวัตถุเป็นการนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรมศาสตร์ เพื่ออธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบพน้ื ฐานของวัสดุ และสมบตั ขิ องวสั ดุ ซ่งึ ความรดู้ ังกล่าว จะนามาผลติ หรอื สร้างเป็นผลิตภัณฑ์ เพ่ือแก้ปัญหาหรืออธิบายสิ่งต่าง ๆ ที่เก่ียวเนื่องกับวัสดุและสมบัติท่ีสนใจ ได้แก่โลหะ พลาสติก หรือ พอลิเมอร์ และเซรามิกส์ โดยวัสดุศาสตร์มีความสาคัญต่อการดาเนินชีวิตของมนษุ ย์ จงึ ถือได้วา่ จะเป็นสว่ นหนง่ึ ของปัจจัยพน้ื ฐานในการดาเนินชีวิต และเป็นส่วนหน่ึงในการพัฒนาประเทศ ให้กา้ วทันเทคโนโลยีที่ทันสมยั ในดา้ นตา่ ง ๆ ในอนาคต 2. มนษุ ยม์ ีความผกู พนั กับวัสดุศาสตรม์ าเปน็ เวลาช้านาน โดยเราสามารถพฒั นาสมบตั ขิ องวัสดุให้สามารถใชง้ านในด้านตา่ ง ๆ ในชีวติ ประจาวัน ในการพฒั นาสมบัติของวัสดยุ อ่ มเกดิ มลพิษจากการผลติ และการใชง้ านวัสดุ และเกดิ ผลกระทบทีเ่ กดิ จากการใชว้ ัสดตุ อ่สงิ่ มชี วี ิตและสงิ่ แวดลอ้ มได้ 3. การคัดแยกวัสดุท่ีใช้แล้วเป็นวิธีการลดปริมาณวัสดุท่ีใช้แล้วท่ีเกิดข้ึนจากต้นทาง ได้แก่ ครัวเรือน สถานประกอบการต่าง ๆ ก่อนทิ้ง ในการจัดการวัสดุที่ใช้แล้ว จาเป็นต้องจัดให้มีระบบการคัดแยกวัสดุที่ใช้แล้ว ประเภทต่าง ๆ ตามแต่ลักษณะองค์ประกอบโดยมีวตั ถปุ ระสงคเ์ พือ่ นากลบั ไปใช้ประโยชน์ใหม่ โดยจัดวางภาชนะให้เหมาะสม ตลอดจนวางระบบการเกบ็ รวบรวมวัสดุที่ใช้แล้วอย่างมีประสิทธิภาพ และสอดคล้องกับระบบการคัดแยกวัสดุท่ีใช้แล้ว เพื่อเป็นการสะดวกแกผ่ ู้เกบ็ ขนและสามารถนาวสั ดุทใี่ ช้แลว้ บางชนดิ ไปขายเพ่ือเพ่ิมรายได้ให้กับตนเองและครอบครัว รวมท้ังง่ายต่อการนาไปกาจัด หลัก 3R เป็นหลักการจัดการเศษวัสดุ เพ่ือลดปริมาณเศษวัสดุ ได้แก่ รีดิวซ์ (Reduce) คือ การใช้น้อยหรือลดการใช้ รียูส(Reuse) คือ การใช้ซ้า และ รีไซเคิล (Recycle) คือ การผลิตใช้ใหม่ ใช้เป็นแนวทางปฏิบัติในการลดปรมิ าณเศษวสั ดใุ นครัวเรือน โรงเรียน และชุมชน

ฉ 4. ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อตอบสนองต่อการเจริญเติบโตของเศรษฐกิจและสังคมในปัจจุบัน การพัฒนาวัสดุให้มีสมบัติที่เหมาะกับความต้องการใช้งาน จึงเป็นส่ิงท่ีมีความจาเป็นอย่างยิ่ง อันจะช่วยให้การพัฒนาของเทคโนโลยีเติบโตไปพร้อมกับการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ ควบคู่กันไป โดยทิศทางการพัฒนาวัสดุเพื่อให้มีความเหมาะกับการใช้งาน จึงมุ่งเน้นพัฒนาให้วัสดุมีความเบา แข็งแรงทนทาน ทนต่อสภาพอากาศ มีความยืดหยนุ่ สงู นาไฟฟ้ายิง่ ยวด หรือวัสดุที่มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ตามความตอ้ งการของภาคอุตสาหกรรม 5. สะเตม็ ศกึ ษา (STEM Education) คอื แนวทางการจัดการศกึ ษาที่บรู ณาการความรใู้ น 4 สหวทิ ยาการ ได้แก่ วิทยาศาสตร์ วิศวกรรม เทคโนโลยี และคณติ ศาสตร์ โดยเนน้การนาความร้ไู ปใช้แกป้ ญั หาในชีวิตจรงิ รวมทง้ั การพฒั นากระบวนการหรือผลผลิตใหม่ที่เป็นประโยชน์ต่อการดาเนินชีวิต และการทางาน 6. การเผาเศษวัสดุเหลือทิ้งเป็นการจัดการเศษวัสดุเหลือท้ิง เป็นวิธีท่ีได้รับความนยิ มสามารถกาจัดของเสยี ที่มาจากการรักษาพยาบาลและของเสียที่มพี ษิ ได้ ดกี วา่ การกาจัดเศษวัสดุเหลือทิ้งโดยวิธีฝังกลบและอาจนาส่วนที่เหลือนี้ไปใช้ประโยชน์ได้ ผลกระทบทางระบบนิเวศน์ก็น้อยกว่า ความจาเปน็ ทีจ่ ะต้องแสวงหาแหลง่ พลังงานหมุนเวียนทดแทนพลังงานเช้ือเพลิงฟอสซิลซ่ึงนับวันจะมีปริมาณลดน้อยลงและมีราคาสูงขึ้น เศษวัสดุเหลือทิ้งเป็นอีก ทางเลือกหนึ่งด้านการผลิตพลังงาน เพราะเศษวัสดุเหลือท้ิง มีศักยภาพท่ีสามารถนามาใช้เพ่ือผลิตพลังงานได้ ท้ังนี้ เน่ืองจากมีปริมาณมาก และไม่ต้องซ้ือหาแต่ในปัจจุบันมีการนาเศษวัสดุเหลือทงิ้ มาผลติ เปน็ พลงั งานนอ้ ยมากเมือ่ เทยี บกับพลังงานทดแทนด้านอนื่ ๆขอบข่ายเนื้อหา จานวน 20 ชว่ั โมง จานวน 20 ชว่ั โมง หน่วยท่ี 1 หลักวัสดศุ าสตร์ จานวน 20 ช่วั โมง หนว่ ยที่ 2 การใชป้ ระโยชนแ์ ละผลกระทบจากวสั ดุ จานวน 20 ช่วั โมง หนว่ ยที่ 3 การคดั แยกและการรีไซเคลิ จานวน 20 ช่ัวโมง หนว่ ยท่ี 4 แนวโนม้ และทิศทางการพัฒนาวสั ดใุ นอนาคต จานวน 20 ชัว่ โมง หนว่ ยท่ี 5 ส่งิ ประดษิ ฐจ์ ากวัสดุตามหลักสะเตม็ ศึกษา หน่วยท่ี 6 เทคโนโลยกี ารกาจัดวัสดุ

ชการจัดประสบการณก์ ารเรยี นรู้ 1. บรรยาย 2. ศกึ ษาคน้ ควา้ ด้วยตนเองจากสือ่ ที่เกี่ยวขอ้ ง 3. พบกลุม่ ทาการทดลอง อภิปราย แลกเปล่ยี นเรียนรู้ วิเคราะห์ และสรปุ การเรียนรู้ที่ได้ลงในเอกสารการเรียนรู้ด้วยตนเอง (กรต.)สื่อประกอบการเรยี นรู้ 1. ส่ือเอกสาร ได้แก่ 1.1 ชุดวชิ า วัสดุศาสตร์ 3 รหสั วิชา พว32034 1.2. สมดุ บนั ทึกกจิ กรรมการเรียนรู้ ชดุ วชิ า วัสดศุ าสตร์ 3 2. สอื่ อเิ ลก็ ทรอนิกส์ ได้แก่ 2.1 เว็บไซต์ 2.2 หนงั สือเรยี นอิเลก็ ทรอนกิ ส์ กลมุ่ สาระการเรียนรวู้ ทิ ยาศาสตร์ 2.3 CD,DVD ทเ่ี กยี่ วข้อง 3. แหล่งเรยี นรู้ในชุมชน ได้แก่ 3.1 มุมหนงั สอื กศน.ตาบล 3.2 หอ้ งสมุดประชาชนอาเภอ 3.3 หอ้ งสมุดประชาชนจังหวดั 3.4 ศูนยว์ ทิ ยาศาสตรเ์ พอ่ื การศึกษา 3.5 เทศบาลและสานกั งานสิง่ แวดล้อมจานวนหน่วยกติ ระยะเวลาเรยี นตลอดหลักสตู ร จานวน 120 ชวั่ โมง รวม 3 หน่วยกติ

ซกิจกรรมการเรยี นรู้ 1. ทาแบบทดสอบกอ่ นเรียนและตรวจสอบคาตอบจากเฉลยท้ายเลม่ รายวชิ าวัสดุศาสตร์ 3 2. ศกึ ษาเนอื้ หาสาระในหน่วยการเรียนรู้ทกุ หนว่ ย 3. ทากจิ กรรมตามที่กาหนดและตรวจสอบคาตอบจากเฉลยและแนวตอบในท้ายเลม่ รายวชิ าวสั ดศุ าสตร์ 3 4. ทาแบบทดสอบหลงั เรียนและตรวจสอบคาตอบจากเฉลยท้ายรายวิชาวสั ดศุ าสตร์ 3

สารบญั ฌคำนำ หนา้คำแนะนำกำรใชช้ ุดวิชำ กโครงสรำ้ งชุดวชิ ำ ขสำรบัญ งหน่วยท่ี 1 หลักวสั ดศุ ำสตร์ ฌ 1 เรอื่ งที่ 1 ควำมหมำยของวัสดุศำสตร์และประเภทของวัสดุ 2 เรือ่ งท่ี 2 สมบตั ิวสั ดศุ ำสตร์ 11หนว่ ยที่ 2 กำรใชป้ ระโยชน์และผลกระทบจำกวสั ดุ 17 เรื่องท่ี 1 กำรใช้ประโยชน์จำกวสั ดุ 18 เรอ่ื งที่ 2 มลพิษจำกกำรผลิตและกำรใช้งำน 43 เรอ่ื งท่ี 3 ผลกระทบตอ่ ส่ิงมีชวี ติ และส่งิ แวดลอ้ ม 45หนว่ ยที่ 3 กำรคัดแยกและกำรรไี ซเคลิ วสั ดุ 50 เร่อื งที่ 1 กำรคดั แยกวสั ดุท่ีใชแ้ ลว้ 51 เรอ่ื งที่ 2 กำรจดั กำรวัสดุดว้ ยกำรรไี ซเคลิ 58หนว่ ยท่ี 4 แนวโน้มกำรใช้วัสดแุ ละทศิ ทำงกำรพัฒนำวสั ดุในอนำคต 70 เรอ่ื งที่ 1 แนวโนม้ กำรใช้วัสดุในอนำคต 71 เร่ืองที่ 2 ทศิ ทำงกำรพฒั นำวสั ดใุ นอนำคต 74หนว่ ยที่ 5 สงิ่ ประดิษฐจ์ ำกวสั ดตุ ำมหลกั สะเตม็ ศึกษำ 81 เรอ่ื งท่ี 1 หลกั สะเตม็ ศกึ ษำ 82 เรอ่ื งที่ 2 หลกั สะเตม็ ศึกษำสำหรบั กำรประดิษฐว์ ัสดุใช้แล้ว 86 เร่อื งท่ี 3 กำรประดษิ ฐว์ ัสดุใช้แล้ว 91หน่วยท่ี 6 เทคโนโลยีกำรกำจัดวสั ดุ เรือ่ งที่ 1 เทคโนโลยีกำรกำจดั เศษวสั ดเุ หลือท้ิงดว้ ยกำรเผำ 103 เรอ่ื งท่ี 2 กำรผลิตพลังงำนจำกเศษวสั ดเุ หลอื ทง้ิ 104บรรณำนุกรม 119คณะผู้จัดทำ 127 140

1  หนว่ ยท่ี 1 หลกั วสั ดศุ าสตร์สาระสําคญั วัสดุศาสตร์ (Materials Science) หมายถึง การศึกษาที่เกี่ยวข้องกับวัตถุ เป็นการนําความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรมศาสตร์ เพ่ืออธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบพื้นฐานของวัสดุ และสมบตั ขิ องวัสดุ ซงึ่ ความร้ดู งั กลา่ ว จะนํามาผลติ หรอื สร้างเป็นผลิตภัณฑ์ เพื่อแก้ปัญหาหรืออธิบายสิ่งต่าง ๆ ท่ีเกี่ยวเน่ืองกับวัสดุและสมบัติท่ีสนใจ ได้แก่โลหะ พลาสติก หรือ พอลิเมอร์ และเซรามิกส์ โดยวัสดุศาสตร์มีความสําคัญต่อการดําเนินชีวิตของมนุษย์ จงึ ถอื ไดว้ ่าจะเปน็ สว่ นหนึ่งของปจั จัยพ้ืนฐานในการดําเนินชีวิต และเป็นส่วนหน่ึงในการพฒั นาประเทศ ให้กา้ วทันเทคโนโลยีทีท่ นั สมยั ในด้านตา่ ง ๆ ในอนาคตตัวชว้ี ัด 1 บอกความหมายและประเภทของวสั ดุได้ 2 สรุปโครงสร้างและสมบัติของวัสดุได้ขอบขา่ ยเนอื้ หา 1 ความหมายของวัสดศุ าสตร์และประเภทของวสั ดุ 2 สมบตั ิวสั ดุ

2  หนว่ ยท่ี 1 หลักวสั ดุศาสตร์เรื่องท่ี 1 ความหมายของวัสดศุ าสตร์ วัสดุศาสตร์ (Materials Science) คือ การศึกษาท่ีเก่ียวข้องกับวัสดุ เป็นการนําความรู้ทางวทิ ยาศาสตร์ และวิศวกรรมศาสตร์ เพอื่ อธบิ ายถึงความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบพื้นฐานของวัสดุ และสมบัติของวัสดุ ซ่ึงความรู้ดังกล่าวน้ี จะนํามาผลิตหรือสร้างเป็นผลิตภัณฑ์พร้อมทั้งหาค่าสมรรถนะในการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ความรู้ที่นํามาใช้น้ันจะมีลักษณะเป็นสหวิทยาการ คือ การใช้ความรู้ในหลาย ๆ แขนงมาร่วมกัน วัสดุศาสตร์จึงยิ่งจําเป็นต้องใช้ความรู้หลายแขนงวิชา ไม่ว่าจะเป็นความรู้ทางฟิสิกส์ เคมี วิศวกรรม ชีววิทยา ไฟฟ้าคณิตศาสตร์ หรือ การแพทย์ เข้ามาร่วมกันเพ่ือแก้ปัญหาหรืออธิบายส่ิงต่าง ๆ ที่เกี่ยวเน่ืองกับวสั ดุและสมบัติทสี่ นใจ ประเภทของวัสดศุ าสตร์ ในปัจจุบันไม่ว่าวิศวกร นักวิทยาศาสตร์ หรือนักเทคโนโลยี ล้วนต้องเกี่ยวข้องกับวัสดุ (Materials) อยู่เสมอทง้ั ในเชงิ ของผ้ใู ชว้ ัสดุ ผผู้ ลิตและผู้ควบคุมกระบวนการผลิต ตลอดจนผู้ออกแบบทั้งในรูปแบบ องค์ประกอบ และโครงสร้าง บุคคลเหล่าน้ีจําเป็นอย่างย่ิงท่ีจะต้องเลือกใชว้ สั ดใุ หเ้ หมาะสมถกู ต้องจากสมบัตขิ องวสั ดเุ หลา่ นั้น นอกจากนี้ยงั สามารถวเิ คราะหไ์ ด้ว่าเมอ่ื มีความผดิ ปกตเิ กดิ ขึน้ มนั เปน็ เพราะเหตุใด โดยเฉพาะอยา่ งยิ่งในปจั จบุ นั การคน้ คว้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มีความก้าวหนา้ ไปอย่างมาก วสั ดใุ หม่ ๆ ถูกผลติ ข้ึน และมีการค้นคว้าสมบัติพิเศษของวัสดุ เพื่อใช้ประโยชน์มากขึ้น กระบวนการผลิตก็สามารถทําได้อย่างมปี ระสิทธิภาพ ทําใหร้ าคาของวัสดนุ ้นั ต่าํ ลง วสั ดุศาสตร์ แบ่งออกเปน็ 3 ประเภท ได้แก่ 2.1 โลหะ (Metallic materials) 2.2 พลาสติก หรอื พอลเิ มอร์ (Polymeric materials) 2.3 เซรามกิ (Ceramic materials)

3  2.1 วสั ดปุ ระเภทโลหะ เป็นสารอนนิ ทรีย์ (Inorganic substances) ท่ปี ระกอบดว้ ย ธาตุ ท่ีเป็นโลหะเพียงชนดิ เดยี วหรอื หลายชนิดก็ได้ และอโลหะประกอบอย่ดู ้วยกไ็ ด้ ธาตุที่เป็นโลหะ ได้แก่ เหล็กทองแดง อะลูมิเนียม นิกเกิล และไทเทเนียม ธาตุที่เป็นอโลหะ ได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน และออกซิเจน โลหะที่มีโครงสร้างเป็นผลึกซึ่งอะตอมจะมีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบและเฉพาะ โดยทั่วไปโลหะเป็นตัวนําความร้อนและไฟฟ้าท่ีดี โลหะหลายชนิดมีสมบัติค่อนข้างแข็งแรง และอ่อน (ductile) ที่อุณหภูมิห้องและมีโลหะอีกหลายชนิดที่คงสภาพแข็งแรงดีแม้ท่ีอณุ หภมู สิ ูง โลหะและโลหะผสม (Alloys) สามารถแบ่งออกเปน็ 2 พวก คอื 1) โลหะและโลหะผสมทม่ี ีเหลก็ เปน็ องค์ประกอบ (ferrous metals andalloys) โลหะพวกนจี้ ะประกอบดว้ ยเหล็กที่มเี ปอร์เซน็ ตส์ ูง เชน่ เหล็กกล้า และเหลก็ หลอ่ 2) โลหะและโลหะผสมท่ไี มม่ เี หล็กเป็นองคป์ ระกอบ หรอื มอี ย่นู อ้ ย(nonferrous metals and alloys) เชน่ อะลมู ิเนยี ม ทองแดง สงั กะสี ไทเทเนยี ม และนิกเกิล คําว่า โลหะผสม (Alloys) หมายถึง ของผสมของโลหะตั้งแต่ 2 ชนิดหรือมากกวา่ 2 ชนดิ หรือเปน็ โลหะผสมกบั อโลหะ ภาพที่ 1.1 วสั ดุประเภทโลหะ ที่มา : http://www.fsocial789013.blogspot.com/

4  2.2 วัสดพุ อลิเมอร์ พอลเิ มอร์ (Polymers) หมายถงึ สารประกอบที่โมเลกลุ มีขนาดใหญม่ ากเกดิ จากโมเลกุลเดี่ยวมาเชอ่ื มตอ่ กันดว้ ย พันธะเคมีแตล่ ะโมเลกลุ เด่ียวหรอื หนว่ ยยอ่ ย เรยี กว่ามอนอเมอร์ วัสดพุ อลเิ มอร์ส่วนมากประกอบด้วยสารอินทรีย์ (คาร์บอนเป็นองค์ประกอบ)ที่มีโมเลกุลเป็นโซ่ยาว หรือเป็นโครงข่าย โดยโครงสร้างแล้ววัสดุพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไม่มีรูปร่างผลึก แต่บางชนิดประกอบด้วยของผสมของส่วนท่ีมีรูปร่างผลึกและส่วนมากไม่มีรูปร่างผลึกความแข็งแรงและความอ่อนเหนียวของวัสดุพอลิเมอร์มีความหลากหลาย เน่ืองจากลักษณะของโครงสร้างภายใน ทําให้วัสดุพอลิเมอร์ส่วนมากเป็นตัวนําไฟฟ้าที่ไม่ดี บางชนิดเป็นฉนวนไฟฟา้ ที่ดี โดยทวั่ ไปวัสดพุ อลิเมอร์ มีความหนาแน่นตํ่า และมีจุดอ่อนตัวหรืออุณหภูมิของการสลายตัวคอ่ นขา้ งตํ่า ประเภทของพอลิเมอร์ พอลิเมอรเ์ ป็นสารที่มีอยมู่ ากมายหลายชนดิ ซ่ึงในแตล่ ะชนิดก็จะมีสมบตั ิและการกําเนิดทีแ่ ตกต่างกนั ดังนัน้ การจัดจําแนกประเภทพอลิเมอรจ์ ึงสามารถทําได้หลายวธิ ีขน้ึ อยู่กับวา่ ใช้ลักษณะใดเป็นเกณฑใ์ นการพจิ ารณา เราสามารถจาํ แนกประเภทพอลิเมอรไ์ ด้โดยอาศยั ลกั ษณะตา่ ง ๆ ดังต่อไปนี้ 1. พจิ ารณาตามแหล่งกําเนิด เปน็ วิธีการพจิ ารณาโดยดจู ากวธิ กี ารกาํ เนดิ ของพอลเิ มอรช์ นดิ นนั้ ซึ่งจะสามารถจําแนกพอลิเมอรไ์ ดเ้ ป็น 2 ประเภท คอื พอลเิ มอร์ธรรมชาติ และพอลเิ มอรส์ งั เคราะห์ 1) พอลิเมอร์ธรรมชาติ (Natural Polymers) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ สามารถพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด โดยพอลิเมอร์ธรรมชาติเหล่านี้เป็นสิ่งที่สงิ่ มชี ีวิตผลติ ขน้ึ โดยอาศัยกระบวนการทางเคมีต่าง ๆ ที่เกิดขนึ้ ภายในเซลล์ และมกี ารเก็บสะสมไว้ใช้ประโยชน์ตามส่วนต่าง ๆ ดังน้ันพอลิเมอร์ธรรมชาติจึงมีความแตกต่างกันไปตามชนิดของสิง่ มีชวี ติ และตําแหน่งท่ีพบในสงิ่ มีชีวิต ตัวอย่างพอลิเมอร์ธรรมชาติ ได้แก่ เส้นใยพืช เซลลูโลสและไคตนิ เปน็ ตน้

5  ภาพที่ 1.2 พอลเิ มอรธ์ รรมชาติ ทมี่ า : http://www.newsplus.co.th 2) พอลิเมอร์สังเคราะห์ (Synthetic Polymers) เกิดจากการสังเคราะหข์ ึ้นโดยมนษุ ย์ ด้วยวธิ ีการนาํ สารมอนอเมอร์จาํ นวนมากมาทาํ ปฏิกริ ยิ าเคมภี ายใต้สภาวะทีเ่ หมาะสม ทําใหม้ อนอเมอรเ์ หล่านัน้ เกิดพันธะโคเวเลนตต์ ่อกนั กลายเปน็ โมเลกลุพอลิเมอร์ โดยสารมอนอเมอร์ทม่ี ักใช้เป็นสารตงั้ ตน้ ในกระบวนการสังเคราะหพ์ อลเิ มอร์คือสารไฮโดรคาร์บอนทเ่ี ปน็ ผลพลอยไดจ้ ากการกล่นั นาํ้ มนั ดิบและการแยกแกส๊ ธรรมชาติ เช่นเอททีลีน สไตรีน โพรพิลนี ไวนิลคลอไรด์ เปน็ ต้น ภาพที่ 1.3 พอลิเมอร์สงั เคราะห์ ทม่ี า : http://www.vcharkarn.com

6  2. พิจารณาตามมอนอเมอร์ทีเ่ ปน็ องค์ประกอบ เปน็ วิธีการพจิ ารณาโดยดจู ากลกั ษณะมอนอเมอร์ ท่ีเขา้ มาสรา้ งพนั ธะรว่ มกัน โดยจะสามารถจาํ แนกไดเ้ ปน็ 2 ประเภท คือ 1) โฮโมพอลิเมอร์ (Homopolymer) คอื พอลเิ มอร์ที่เกดิ จากมอนอเมอร์ ชนดิ เดยี วกันท้ังหมด เชน่ แป้ง พอลเิ อทลิ ีน และพวี ีซี เปน็ ต้น ภาพท่ี 1.4 แสดงโมเลกุลของโฮโมพอลเิ มอร์ ทีม่ า : https://th.wikipedia.org/wiki/ 2) โคพอลิเมอร์ (Copolymer) คือ พอลเิ มอร์ท่เี กดิ จากมอนอเมอร์มากกว่า 1 ชนิดขึ้นไป เช่น โปรตนี ซ่ึงเกิดจากกรดอะมโิ นทีม่ ีลกั ษณะตา่ ง ๆ มาเชอื่ มตอ่ กนัพอลิเอไมด์และพอลิเอสเทอร์ เป็นตน้ภาพที่ 1.5 แสดงโมเลกลุ ของโคพอลเิ มอร์ ท่มี า : https://th.wikipedia.org/wiki/3. พิจารณาตามลักษณะการใชง้ านไดเ้ ป็น 4 ประเภท ได้แก่1) อิลาสโตเมอร์ (Elastomer)หรอื พอลเิ มอร์ประเภทยาง อาจเปน็พอลิเมอรธ์ รรมชาติ หรอื พอลเิ มอร์สังเคราะห์ ท่มี ีสมบัตยิ ืดหยุน่ เกิดจากลักษณะโครงสร้างโมเลกลุมีลกั ษณะม้วนขดไปมา และบิดเป็น เกลยี ว สามารถยืดตัวได้เม่อื มีแรงดึง หดกลบั ไดเ้ มอ่ื ลดแรงดึง และสามารถเกิดการยืดตัวหดตัวซาํ้ ไป ซํา้ มาได้ เช่น ภาพที่ 1.6 อิลาสโตเมอร์ยางรถยนต์ เป็นตน้

7  2) เส้นใย (Fabric) คือ พอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดยาว ลักษณะโครงสร้างมีความเหนียวและยืดหยุ่น สามารถนํามาปั่นเป็นเส้นยาวได้ เม่ือนํามาสานจะได้ผลิตภณั ฑท์ ่ีมีความคงตัว เหมาะสําหรับนําไปใช้เป็น เครื่องนุ่งห่ม สามารถนําไปซักรีดได้ โดยไม่เสียรูป หรือเสื่อมคุณภาพ โดยเส้นใยน้ันมีท้ังที่เกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ และได้จากการสงั เคราะห์ ภาพท่ี 1.7 เสน้ ใย ทม่ี า : http://santext.igetweb.com 3) พลาสตกิ (Plastic) คอื พอลเิ มอรก์ ลุ่มใหญก่ ว่าพอลิเมอรป์ ระเภทอื่น ๆ เปน็พอลเิ มอร์ที่ได้จากการสังเคราะหข์ ึ้น โดยทว่ั ไปจะมลี กั ษณะออ่ นตวั ได้เมอื่ ไดร้ บั ความรอ้ น ทําให้สามารถนําไปหลอ่ หรอื ขึ้นรปู เป็นรูปต่าง ๆ ได้ มสี มบตั ริ ะหวา่ งเสน้ ใยกบั อิลาสโตเมอร์ พลาสติกอาจจําแนกไดเ้ ปน็ พลาสติกยดื หยุ่น และพลาสตกิ แขง็ ภาพท่ี 1.8 พลาสตกิ ทีม่ า : http://www.kanchanapisek.or.th

8  4) วัสดเุ คลอื บผวิ (Coating Materials) คอื พอลเิ มอร์ทใี่ ชใ้ นการปอ้ งกันตกแต่งผวิ หน้าของวสั ดุรวมถึงพอลเิ มอรข์ นาดเล็กทใี่ หส้ ี ใชย้ อ้ มผ้าใหม้ สี ีต่าง ๆ พอลิเมอร์กันน้าํบางชนิดเคลือบเหล็กไม่ใหเ้ กิดสนมิ นอกจากนี้ ยังรวมถึงกาว กาวลาเทกซ์ และกาวพอลเิ มอร์ชนดิ ตา่ ง ๆ ภาพท่ี 9 วสั ดเุ คลอื บผิว 2.3 วสั ดุเซรามิกส์ เซรามิกส์ มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกว่า “เครามอส (Keramos)” หมายถึงวตั ถทุ ผ่ี า่ นการเผา ดงั นัน้ ผลติ ภัณฑ์เซรามกิ ส์จงึ ครอบคลมุ ผลติ ภัณฑ์ตา่ ง ๆ ที่ใชค้ วามรอ้ นในกระบวนการผลิต ปัจจุบัน เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ทําจากวัตถุดิบในธรรมชาติ เช่นดิน หิน ทราย และแร่ธาตุต่าง ๆ นํามาผสมกัน ทําเป็นส่ิงประดิษฐ์แล้วเผาเพื่อเปล่ียนเนื้อวัสดุใหม้ คี วามแข็งแรงและคงรปู อยู่ได้ เชน่ อิฐ ถว้ ยชาม แก้ว แจกัน เป็นตน้ วัสดุประเภทเซรามกิ ส์ ส่วนใหญใ่ ช้วตั ถุดิบอยู่ 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ วัตถุดิบหลักเช่น ดิน เฟลด์สปาร์ อวอตซ์ และวัตถุดิบรอง ซึ่งเป็นวัตถุดิบช่วยเสริมให้ผลิตภัณฑ์ท่ีได้มีคุณภาพสงู ขนึ้ เชน่ ดิกไคซ์ โดโลไมต์ และสารประกอบออกไซดบ์ างชนิด ดิน (Clays) เปน็ วัตถดุ บิ สําคัญในการผลิตเซรามิกสห์ ลายประเภท โดยเฉพาะผลิตภัณฑ์ท่ีใช้เป็นภาชนะใส่อาหาร เคร่ืองสุขภัณฑ์ กระเบื้อง เป็นต้น ถ้าแบ่งดินตามลักษณะทางกายภาพอาจจาํ แนกได้เป็นดินขาว (Chaina clays) และดินเหนยี ว (Ball clays)

9  เฟลดส์ ปาร์ (Feldspar) หรอื หินฟนั มา้ เป็นสารประกอบอะลมู ิโนซลิ เิ กต (Al3O5Si) ใช้ผสมกับดนิ เพ่อื ช่วยใหส้ ว่ นผสมหลอมตัวที่อณุ หภมู ติ ํา่ และทําให้ผลิตภณั ฑ์มคี วามโปร่งแสง ใชผ้ สมในน้ํายาเคลอื บทาํ ให้ผลิตภัณฑม์ ีความแวววาว ในอุตสาหกรรมแก้ว เม่อื เฟลด์สปารห์ ลอมตวั กับแกว้ จะทําให้แกว้ มีความเหนยี ว คงทนต่อการกระแทก และทนตอ่ ความรอ้ นเฉียบพลัน ควอตซ์ (Quartz) หรอื หินเข้ียวหนุมาน เป็นสารประกอบออกไซดข์ องซลิ คิ อนไดออกไซค์ (SiO2) หรอื ทเี่ รยี กวา่ ซลิ ิกา ส่วนมากมลี กั ษณะใสไมม่ ีสี แตถ่ า้ มีมลทินเจอื ปนจะทาํ ให้เกดิ สตี า่ ง ๆ ควอตซ์ ทาํ หนา้ ที่เป็นโครงสร้างของผลติ ภัณฑเ์ ซรามิกส์ ชว่ ยให้เกดิความแขง็ แรง ไมโ่ คง้ งอ ทําใหผ้ ลติ ภณั ฑ์ทงั้ กอ่ นเผาและหลงั เผาหดตวั น้อย แรโ่ ดโลไมต์ (Dolomite) หรือหินตะกอนทมี่ ีองคป์ ระกอบหลัก คอืแคลเซยี มแมกนีเซียมคารบ์ อเนต (CaMg(CO3)2 มลี ักษณะคล้ายหนิ ปูน ใชผ้ สมกับเนื้อดินเพือ่ลดจุดหลอมเหลวของวัตถุดิบ และใช้ผสมในนา้ํ ยาเคลอื บ สารประกอบออกไซด์ เปน็ สารที่ใช้เตมิ เพื่อใหผ้ ลติ ภัณฑม์ สี มบตั ิและคุณภาพตามท่ีต้องการ เชน่ มีสมบตั ทิ นไฟ มีสมบัตโิ ปร่งแสงทึบแสง นอกจากนี้ยังมีวัตถุดิบอ่ืนๆ เช่น ดิกไคต์ ซ่ึงมีองค์ประกอบเหมือนดิน แต่มีโครงสร้างผลึกและสัดส่วนขององค์ประกอบต่างกัน ปริมาณอะลูมินาท่ีองค์ประกอบมีผลต่อสมบัติของผลิตภัณฑ์ถ้าอะลูมินาเป็นองค์ประกอบร้อยละ 28 – 32 โดยมวล จะมีลักษณะเป็นหินแข็งเหมาะสําหรับแกะสลักเป็นรูปต่างๆ แต่ถ้าอะลูมินาเป็นองค์ประกอบร้อยละ11 –28โดยมวล เหมาะสําหรับใช้ผลิตวัสดุทนไฟ กระเบื้องปูพื้นและถ้ามีอะลูมินาเป็นองค์ประกอบในสัดส่วนทนี่ ้อยกวา่ นีจ้ ะใช้ผสมทําปูนซเี มนตข์ าว เปน็ ต้น

10  กระบวนการผลติ เซรามกิ สแ์ ตล่ ะชนดิ ประกอบด้วยขัน้ ตอนต่าง ๆ เชน่การเตรยี มวตั ถดุ บิ การขึ้นรูป การตากแห้ง การเผาดบิ การเคลือบ การเผาเคลือบ นอกจากนี้การตกแตง่ ใหส้ วยงามโดยการเขยี นลวดลายดว้ ยสหี รอื การติดรปู ลอก ซ่งึ สามารถทาํ ไดท้ ง้ั ก่อนและหลังการเคลอื บ ภาพที่ 1.10 วัสดปุ ระเภทวสั ดุเซรามกิ ส์ ในชีวติ ประจําวัน ทีม่ า : http://www.hong-pak.com

11 เรอ่ื งท่ี 2 สมบตั ิของวัสดุ การศกึ ษาและทดสอบสมบตั ิของวัสดุ มีความสาํ คัญและมคี วามจําเปน็ ตอ่ผู้ปฏิบัติงาน ท้ังในด้านวิทยาศาสตร์ วิศวกรรม และด้านเทคโนโลยี เพราะแต่ละกลุ่มย่อมต้องมีความรู้ ความเข้าใจในศาสตร์ของวัสดุ เพ่ือใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ สําหรับการออกแบบหรือผลิตผลิตภัณฑ์ ตลอดจนการสังเคราะห์วัสดุชนิดใหม่ แต่การศึกษาสมบัติวัสดุนี้อาจศึกษาในรายละเอียดท่ีแตกต่างกนั เช่น หากเป็นการศกึ ษาทางวิทยาศาสตร์ของวัสดุ จะเป็นการศึกษาความสัมพันธ์ที่เกิดข้ึนระหว่างโครงสร้างและสมบัติของวัสดุ การศึกษาทางวิศวกรรมศาสตร์ของวัสดุ จะเป็นการอาศัยความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและสมบัติในการออกแบบ เพื่อสร้างผลิตภัณฑใ์ หไ้ ดต้ ามต้องการ ดังนนั้ การศึกษาสมบตั ขิ องวัสดุโดยทั่ว ๆ ไป จาํ แนกได้ ดงั นี้ 1) สมบัตทิ างเคมี (Chemical properties) เป็นสมบัติท่ีสําคัญของวัสดุซ่ึงจะบอกลักษณะเฉพาะตัวท่ีเกี่ยวกับโครงสร้างและองค์ประกอบของธาตุต่าง ๆ ท่ีเป็นวัสดุน้ัน ตามปกติสมบัตินี้จะทราบได้จากการทดลองในหอ้ งปฏบิ ัติการเทา่ น้ัน โดยใช้วธิ กี ารวิเคราะหแ์ บบทําลายหรือไม่ทาํ ลายตวั อยา่ ง 2) สมบตั ทิ างกายภาพ (Physical properties) เปน็ สมบตั ิเฉพาะของวัสดุท่เี ก่ยี วกบั การเกดิ อันตรกริ ยิ าของวัสดุนัน้ กบัพลังงานในรูปตา่ ง ๆ กนั เช่น ลกั ษณะของสี ความหนาแนน่ การหลอมเหลว ปรากฏการที่เกิดเกีย่ วกับสนามแม่เหล็กหรอื สนามไฟฟา้ เป็นตน้ การทดสอบสมบัตินี้จะไมม่ ีการทําให้วสั ดุนนั้ เกดิการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรอื ถูกทาํ ลาย 3) สมบตั เิ ชิงกล (Mechanical properties) เป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัสดทุ ี่ถูกกระทําด้วยแรง โดยทัว่ ไปจะเก่ียวกับการยืดและหดตัวของวสั ดุ ความแข็ง ความสามารถในการรับนาํ้ หนกั ความสกึ หรอ และการดดู กลนืพลงั งาน เป็นตน้ 4) คุณสมบัติทางความรอ้ น (Thermal propties) เป็นการตอบสนองของวัสดุต่อปฏิบัติการทางความร้อน เช่น การดูดซับพลังงานของของแข็งในรูปของความร้อนด้วยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและขนาด พลังงานจะถ่ายเทไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ํากว่าถ้าวัสดุมีสองบริเวณที่มีอุณหภูมิต่างกัน โดยวัสดุอาจเกิดการหลอมเหลวในบริเวณท่ีมีอุณหภูมิสูง ความจุความร้อน การขยายตัวจากความร้อนและการนําความรอ้ นเป็นสมบตั ิทางความรอ้ นทส่ี าํ คัญของวสั ดุของแข็งในการนาํ ไปใชง้ าน

12  3.1 สมบัตวิ ัสดปุ ระเภทโลหะ (Metallic Materials) วัสดพุ วกนีเ้ ปน็ สารอนนิ ทรีย์ (Inorganic substances) ท่ปี ระกอบด้วยธาตุ ที่เป็นโลหะเพียงชนดิ เดยี วหรือหลายชนิดก็ได้ และอโลหะประกอบอยดู่ ว้ ยกไ็ ด้ ธาตทุ ี่เป็นโลหะ ได้แก่ เหลก็ ทองแดง อะลมู ิเนียม นิกเกิล และไทเทเนยี ม ธาตทุ ่เี ปน็ อโลหะ ได้แก่คาร์บอน ไนโตรเจน และออกซเิ จน โลหะทมี่ โี ครงสรา้ งเป็นผลึกซึ่งอะตอมจะมกี ารจัดเรียงตวั อยา่ งเปน็ ระเบียบและเฉพาะ ทําใหโ้ ลหะมีสมบัติ ดังน้ี 1. การนําไฟฟา้ เป็นตวั นาํ ไฟฟ้าไดด้ ี เพราะมีอิเล็กตรอนเคลอ่ื นท่ีไปไดง้ ่ายทว่ั ท้งั กอ้ นของโลหะ แตโ่ ลหะนาํ ไฟฟ้าได้นอ้ ยลง เมอื่ อณุ หภมู ิสูงขนึ้ เนอื่ งจากไอออนบวกมกี ารสนั่ สะเทือนดว้ ยความถแ่ี ละชว่ งกว้างท่สี งู ขึน้ ทาํ ใหอ้ ิเล็กตรอนเคลอื่ นท่ีไม่สะดวก 2. การนาํ ความร้อน โลหะนําความร้อนไดด้ ี เพราะมีอิเลก็ ตรอนที่เคลอ่ื นท่ีได้ โดยอิเล็กตรอนซ่งึ อยู่ตรงตาํ แหนง่ ท่มี ีอณุ หภูมิสงู จะมีพลงั งานจลน์สูง และอเิ ล็กตรอนท่ีมีพลังงานจลนส์ ูงจะเคลือ่ นทไ่ี ปยงั ส่วนอื่นของโลหะจึงสามารถถา่ ยเทความร้อนให้แก่ส่วนอืน่ ๆ ของ แท่งโลหะที่มีอณุ หภูมิตา่ํ กว่าได้ 3. ความเหนียว โลหะตีแผ่เป็นแผ่นหรือดึงออกเป็นเส้นได้ เพราะไอออนบวก แต่ละไอออนอยู่ในสภาพเหมือนกัน ๆ กัน และได้รับแรงดึงดูดจากประจุลบเท่ากันทั้งแท่งโลหะไอออนบวกจึงเลื่อนไถลผ่านกันได้โดยไม่หลุดจากกัน เพราะมีกลุ่มขอองอิเล็กตรอนทําหน้าท่ีคอยยึดไอออนบวกเหล่าน้ไี ว้ 4. ความมันวาว โลหะมผี วิ เป็นมนั วาว เพราะกลุ่มของอิเล็กตรอนที่เคล่ือนท่ีได้ โดยอิสระจะรับและกระจายแสงออกมา จงึ ทาํ ให้ โลหะสามารถสะทอ้ นแสงซ่ึงเป็นคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ได้ 5. จดุ หลอมเหลว โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง เพราะพันธะในโลหะ เป็นพันธะท่ีเกิดจากแรงยึดเหนย่ี วระหวา่ งวาเลนซอ์ ิเล็กตรอนอิสระทงั้ หมดในก้อนโลหะกับไอออนจงึ เป็นพนั ธะทีแ่ ข็งแรงมาก

13  3.2 สมบตั ิวสั ดุพอลิเมอร์ ชนิดของสมบัติของพอลิเมอร์แบ่งอย่างกว้างๆได้เป็นหลายหมวดขึ้นกับความละเอียด ในระดับนาโนหรือไมโครเป็นสมบัติที่อธิบายลักษณะของสายโดยตรงโดยเฉพาะโครงสร้างของพอลิเมอร์ ในระดับกลาง เป็นสมบัติท่ีอธิบายสัณฐานของพอลิเมอร์เม่ืออยู่ในที่ว่าง ในระดับกว้างเป็นการอธิบายพฤติกรรมโดยรวมของพอลิเมอร์ ซ่ึงเป็นสมบัติในระดับการใช้งาน จุดหลอมเหลว คําว่าจุดหลอมเหลวท่ีใช้กับพอลิเมอร์ไม่ใช่การเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวแต่เป็นการเปลี่ยนจากรูปผลึกหรือกึ่งผลึกมาเป็นรูปของแข็ง บางคร้ังเรยี กวา่ จดุ หลอมเหลวผลึก ในกลุ่มของพอลิเมอร์สังเคราะห์ จุดหลอมเหลวผลึกยังเป็นที่ถกเถียงในกรณขี องเทอร์โมพลาสตกิ เชน่ เทอรโ์ มเซตพอลิเมอร์ท่ีสลายตัวในอณุ หภูมิสงู มากกวา่จะหลอมเหลวน้อยกว่าการผสมของโมเลกุลเล็ก ๆ ผลกระทบน้ีเป็นผลจากข้อเท็จจริงที่ว่า แรงขับเคลื่อนสําหรับการผสมมักเป็นแบบระบบปิด ไม่ใช่แบบใช้พลังงาน หรืออีกอย่างหนึ่ง วัสดุที่ผสมกันได้ท่ีเกิดเป็นสารละลายไม่ใช่เพราะปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ชอบทําปฏิกิริยากันแต่เป็นเพราะ การเพ่ิมค่าเอนโทรปีและพลังงานอิสระที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มปริมาตรท่ีใช้งานได้ของแต่ละส่วนประกอบ การเพิ่มข้ึนในระดับเอนโทรปีขึ้นกับจํานวนของอนุภาคท่ีนํามาผสมกันเพราะโมเลกุลของพอลิเมอร์มีขนาดใหญ่กว่า และมีความจําเพาะกับปริมาตรเฉพาะมากกว่าโมเลกุลขนาดเล็ก จํานวนของโมเลกุลท่ีเก่ียวข้องในส่วนผสมของพอลิเมอร์มีค่าน้อยกว่าจํานวนในส่วนผสมของโมเลกุลขนาดเล็กที่มีปริมาตรเท่ากัน ค่าพลังงานในการผสมเปรียบเทียบได้ต่อหน่วยปริมาตรสําหรับส่วนผสมของพอลิเมอร์และโมเลกุลขนาดเล็ก มีแนวโน้มเพ่ิมข้ึนของพลังงานอิสระในการผสมสารละลายพอลิเมอร์และทําให้การละลายของพอลิเมอร์เกิดไดน้ ้อย การแตกก่ิง ของสายพอลิเมอร์มีผลกระทบต่อสมบัติท้ังหมดของพอลิเมอร์สายยาวที่แตกก่ิงจะเพ่ิมความเหนียว เนื่องจากการเพ่ิมจํานวนของความซับซ้อนต่อสาย ความยาวอย่างส่มุ และสายสั้นจะลดแรงภายในพอลิเมอร์เพราะการรบกวนการจัดตัวโซ่ข้างส้ัน ๆ ลดความเป็นผลึกเพราะรบกวนโครงสร้างผลึก การลดความเป็นผลึกเก่ียวข้องกับการเพิ่มลักษณะโปรง่ ใสแบบกระจกเพราะแสงผ่านบริเวณทเี่ ป็นผลึกขนาดเล็ก

14  การนําความร้อนของพอลิเมอรส์ สว่ นใหญ่มคี ่าต่ํา ด้วยเหตุนี้วสั ดพุ อลเิ มอร์จงึ ถกู นํามาใชเ้ ป็นฉนวนทางความร้อน เน่อื งจากคา่ การนําความร้อนตํ่าเช่นเดียวกบั วสั ดุเซรามกิ ส์ โดยสมบตั ิความเปน็ ฉนวนของพอลเิ มอร์จะสูงขึ้นจากโครงสรา้ งท่มี ีลกั ษณะเปน็รูอากาศเล็ก ๆ ทีเ่ กิดจากกระบวนการเกิด polymerization เชน่ โฟมพอลีไสตรนี หรือทเ่ี รียกว่าStyrofoam ซึ่งมกั ถูกนํามาใช้เป็นฉนวนกนั ความรอ้ น 3.3 สมบัตวิ ัสดุเซรามิกส์ วัสดุเซรามิกส์ เป็นสารอนินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุที่เป็นโลหะและธาตุที่เป็นอโลหะรวมตัวกันด้วยพันธะเคมี วัสดุเซรามิกส์มีโครงสร้างเป็นได้ทั้งแบบมีรูปร่างผลึก และไม่มีรูปร่างผลกึ หรอื เป็นของผสมของท้งั สองแบบ วัสดเุ ซรามิกสส์ ่วนใหญม่ ีความแข็งสูงและคง ความแข็งแรงได้ท่อี ณุ หภูมสิ งู แตม่ กั จะเปราะ ในช่วงหลังวสั ดุเซรามิกส์ ได้มีการพัฒนาขึ้นเพ่ือใช้สร้างเคร่ืองยนต์ ข้อไดเ้ ปรียบของวสั ดุเซรามิกส์ สาํ หรบั นาํ มาใช้สรา้ งเคร่อื งยนต์ คอื น้าํ หนกั เบามีความแข็งแรงสูง มีความแข็งสูง ทนความร้อนและทนต่อการขัดสีได้ดี ลดการเสียดทานและยังมีสมบัติเป็นฉนวนอีกด้วย สมบัติด้านการเป็นฉนวนควบคู่ไปกับการทนความร้อนสูง ๆ และทนต่อการขัดสี ทําให้เซรามิกส์หลายชนิดสามารถนําไปใช้บุผนังเตาเผาท่ีอุณหภูมิสูงเพ่ือหลอมโลหะ เช่น เตาหลอมเหล็กกล้า การนําเซรามิกส์ไปใช้งานทางอวกาศนับว่ามีความสําคัญมากคือ ใช้กระเบ้ืองเซรามิกส์บุผนังกระสวยอวกาศ (space shuttle) วัสดุเซรามิกส์เหล่านี้ช่วยกันความร้อนไม่ให้ผ่านเข้าไปถึงโครงสร้างอะลูมิเนียมภายในกระสวยอวกาศเม่ือขณะบินออก และกลบั เขา้ สบู่ รรยากาศของโลกซงึ่ มอี ณุ หภูมิสูงถงึ 800 องศาเซสเซยี ส การนําความร้อนของเซรามิกส์ จะเป็นฉนวนความร้อนมากขึ้นตามจํานวนอิเล็กตรอนอิสระที่ลดลง ค่าการนําความร้อนของวัสดุเซรามิกอยู่ในช่วงประมาณ 2 ถึง 50 วัตต์ต่อเมตรเคลวิล เม่ืออุณหภูมิสูงข้ึนการกระเจิงจากการส่ันของผลึกจะมากขึ้น ทําให้การนําความร้อนของวัสดุเซรามิกส์ลดลง แต่ค่าการนําความร้อนจะกลับเพิ่มขึ้นอีกคร้ังท่ีอุณหภูมิสูงทั้งน้ี เน่ืองจากการถ่ายเทความร้อนของรังสีอินฟราเรด จํานวนหนึ่งจะสามารถทําให้ความร้อนถ่ายเทผ่านวัสดุเซรามิกส์โปร่งใสได้ โดยประสิทธิภาพการนําความร้อนของกระบวนการน้ีจะเพิม่ ขนึ้ ตามอณุ หภูมทิ ีส่ ูงข้นึ

15  กล่าวโดยสรปุ การศกึ ษาสมบตั ิของวัสดแุ ตล่ ะประเภท มคี วามสําคัญและมีความจําเปน็ ตอ่ ผู้ปฏบิ ตั ิงานอยา่ งมาก เพอื่ ให้สามารถออกแบบและสร้างผลิตภณั ฑใ์ ห้ได้ตามความต้องการและเกดิ ประโยชน์ต่อการใช้งานมากทีส่ ุด โดยการออกแบบผลิตภณั ฑจ์ ะต้องคํานึงถึงชนิด และสมบัติของวัสดทุ ่จี ะนําไปใช้ตวั อย่างสมบัตขิ องวสั ดชุ นิดตา่ ง ๆ ชนดิ ของวัสดุ สมบตั ิโลหะ ทองแดง (Cu) นาํ ไฟฟ้าดี สามารถทาํ ใหม้ ีรปู รา่ งต่างๆ ไดด้ ีเหล็กหลอ่ (cast iron) สามารถหล่อได้ กลงึ ได้ รบั การสั่นได้เหล็กแอลลอย (alloy steel) มคี วามแข็งแรงสูงและสามารถเพ่มิ ความแขง็ แรง ไดด้ ้วยความร้อนซลิ ิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ให้ประโยชนท์ างแสง และเป็นฉนวนความร้อน(วสั ดหุ ลักในการผลติ แกว้ )แมกนเี ซยี มออกไซด์ (MgO) เป็นฉนวนความรอ้ น,หลอมเหลวท่ีอุณหภมู ิสูง, สมบตั เิ ฉ่อื ยต่อโลหะท่ีหลอมเหลวแบเรียมไทเทไนท์ (BaTiO3) เปล่ยี นเสยี งเป็นไฟฟ้า โดยอาศัยสมบตั ิการ เปล่ียนแปลงความต้านทานพอลเิ มอร์พอลิเอทลี ีน(Polyethylene: PE)  ทําเป็นแผน่ ฟิลม์ บางๆได้ ออ่ นตวั ได้ เป็นฉนวน ความรอ้ นและไฟฟ้าพอลโิ พรไพลีน(Polypropylene: ผิวแขง็ ทนทานตอ่ การขดี ขว่ น อ่อนตวั ได้PP) เปน็ ฉนวนไฟฟ้าทีด่ มี าก แมท้ อ่ี ุณหภูมสิ ูงพอลไิ วนลิ คลอไรด์ (Polyvinyl เปน็ ฉนวนไฟฟา้ อยา่ งดี ไมต่ ิดไฟ มีลกั ษณะเป็นchloride: PVC) ของแข็งคงรูป และออ่ นนุ่มเหนยี ว สามารถ นาํ ไปใช้งานได้อยา่ งกว้างขวางพอลไิ วนลิ อะซเิ ตต (Polyvinyl ออ่ นนิ่มเป็นของเหลวข้นหนืด สขี ่นุ ขาว เมอ่ื แห้งacetate: PVA) จะใส ไม่สามารถหลอ่ ขนึ้ รปู ดว้ ยวธิ ีแมพ่ มิ พ์

16 ชนดิ ของวสั ดุ สมบัติพอลสิ ไตรีน (Polystyrene: PS) แขง็ แต่เปราะ แตกรานง่าย น้าํ หนักเบา เป็นฉนวนไฟฟา้พอลิอะครเิ ลต (Polyacrylate) มคี วามโปร่งใสคลา้ ยกระจก มจี ุดออ่ นตัวตาํ่ มีความเหนียว คงรปู ดีมากและทนทานต่อ การขีดข่วนพอลคิ ารบ์ อเนต (Polycarbonate) โปร่งใส และแขง็ มาก ต้านทานการขีดข่วน ไดด้ ีไนลอน(Nylon) เหนยี ว และมผี ิวลืน่พอลเิ ททระฟลอู อโรเอทลิ ีน ทนทานตอ่ การกัดกรอ่ นของสารเคมี และ(Polytetrafluoroethylene : ทนความร้อนสูง สีขาวขุ่น ผิวมคี วามลื่นมันPTFE) ไมต่ ้องการสารหลอ่ ลนื่ฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ เนอ้ื แข็งคงตัว แตเ่ ปราะ ทนทานตอ่ การผุกร่อน(PhenolFormaldehyde :Bakelite)อีพอกซี(Epoxy) เป็นฉนวนไฟฟา้ และกนั ความช้นื ได้ กจิ กรรมท้ายหนว่ ยที่ 1  หลงั จากทีผ่ เู้ รยี นศกึ ษาเอกสารชุดการเรยี นหนว่ ยที่ 1 จบแลว้ ใหศ้ กึ ษาคน้ คว้าเพิ่มเติมจากแหล่งเรยี นรตู้ ่าง ๆ แลว้ ทาํ กจิ กรรมการเรียนหนว่ ยที่ 1 ในสมุดบันทึกกจิ กรรมการเรยี นรู้ แลว้ จดั สง่ ตามทค่ี รผู ้สู อนกําหนด

17  หนว่ ยที่ 2 การใชป้ ระโยชนแ์ ละผลกระทบจากวสั ดุสาระสาํ คญั มนษุ ยม์ ีความผูกพันกบั วสั ดุศาสตร์มาเป็นเวลาช้านาน โดยเราสามารถพฒั นาสมบัติของวสั ดุให้สามารถใชง้ านในด้านตา่ ง ๆ ในชีวิตประจาํ วัน ในการพฒั นาสมบตั ิของวัสดุย่อมเกดิมลพิษจากการผลติ และการใชง้ านวสั ดุ และเกดิ ผลกระทบท่ีเกิดจากการใช้วสั ดตุ ่อส่ิงมชี วี ิตและสิ่งแวดลอ้ มได้ตวั ชว้ี ัด 1. อธบิ ายถงึ การใช้ประโยชนจ์ ากวสั ดุ 2. อธิบายสาเหตขุ องมลพิษจากการผลิตและการใช้งาน 3. บอกผลกระทบท่ีเกดิ จากการใชว้ สั ดุต่อสง่ิ มชี วี ิตและสิง่ แวดล้อมขอบขา่ ยเน้อื หา 1. การใชป้ ระโยชนจ์ ากวสั ดุ 2. มลพิษจากการผลิตและการใช้งาน 3. ผลกระทบจากการใชว้ สั ดตุ อ่ สิง่ มชี ีวติ และสิ่งแวดล้อม

18  หนว่ ยที่ 2 การใช้ประโยชนแ์ ละ ผลกระทบจากวสั ดุเร่ืองท่ี 1 การใชป้ ระโยชน์จากวัสดุ มนษุ ย์มีความผูกพนั กบั วัสดศุ าสตรม์ าเป็นเวลาชา้ นาน หรอื อาจกลา่ วได้วา่ “วสั ดุศาสตร์อยูร่ อบตวั เรา” ซึ่งวตั ถุต่างๆ ลว้ นประกอบขน้ึ จากวสั ดุ โดยเราสามารถพัฒนาสมบตั ขิ องวสั ดใุ ห้สามารถใช้งานในดา้ นต่าง ๆ ในชีวติ ประจําวนั สามารถจําแนกไดเ้ ปน็ 3 ประเภท ได้แก่โลหะ พอลเิ มอร์ และเซรามกิ สส์ ์ 1.1 วสั ดปุ ระเภทโลหะ โลหะทน่ี ยิ มนาํ มาใช้ในงานอตุ สาหกรรมสามารถแบง่ เป็นกลุ่มใหญ่ ๆ 3ประเภท ได้แก่ 1) โลหะจําพวกเหลก็ (Ferrous metal) เปน็ โลหะท่มี แี หล่งทีม่ าจากสินแร่เหลก็ ซ่งึ เปน็ แรม่ ปี ริมาณมากบนพ้ืนผวิ โลกและมีการนํามาใชป้ ระโยชน์คดิ เป็นปริมาณมากที่สดุ 2) โลหะนอกกลุม่ เหล็ก (Nonferrous metal) สามารถแบง่ เป็นประเภทย่อย ๆ ได้ 3 ชนิด คอื กลุ่มโลหะพนื้ ฐาน เป็นโลหะทีม่ ีแหล่งกําเนิดเปน็ แรป่ ระเภทออกไซดห์ รอืซลั ไฟด์ซง่ึ มกี ระบวนถลงุ เอาโลหะออกมาได้งา่ ย เชน่ ทองแดง ตะกว่ั สังกะสี ดีบุก พลวงเปน็ ต้น กลมุ่ โลหะหนกั เปน็ โลหะทมี่ ีความหนาแนน่ สูงกวา่ 5 กรัมตอ่ ลูกบาศกเ์ ซนตเิ มตร เช่นแทนทาลัม ไทเทเนียม แคดเมียม ปรอท โครเมียม แมงกานีส นิกเกลิ เป็นตน้ และกลุ่มโลหะเบา ซ่งึ เปน็ โลหะท่ีมีความหนาแนน่ นอ้ ยกวา่ 5 กรมั ต่อลูกบาศก์เซนติเมตร เชน่ อะลมู เิ นยี มแมกนีเซยี ม เบริลเลียม เป็นตน้ 3) โลหะมคี ่า (Precious metal) เป็นโลหะทม่ี ีสีสันสวยงามและคงทน จงึ นิยมใชท้ ําเป็นเครอื่ งประดบั เช่น ทองคํา เงนิ และแพลทินัม นอกจากนโี้ ลหะมีค่ายังมคี วามสําคญัในด้านทุนสํารองเงนิ ตราระหว่างประเทศ เนอื่ งจากมลู คา่ ของโลหะประเภทน้ี มีแนวโนม้ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนือ่ ง

19  เน่ืองด้วยโลหะมีคุณสมบัติท่ีดีมากมายหลายประการจึงทําให้ความต้องการใช้โลหะมีเพ่ิมมากขึ้นมาโดยตลอด ดังจะเห็นได้จากปัจจุบันที่โลหะเข้ามาเป็นส่วนหน่ึงในชีวิตประจําวันของมนุษย์จนขาดไม่ได้ ท้ังเคร่ืองใช้ครัวเรือน ภาชนะบรรจุภัณฑ์ เคร่ืองประดับ เฟอร์นิเจอร์อุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ยานพาหนะ ส่ิงก่อสร้าง ผลงานศิลปะ หรือแม้กระทั่งอาวุธยทุ โธปกรณ์ กล็ ว้ นแต่ทาํ ขึ้นดว้ ยมโี ลหะเปน็ สว่ นประกอบท้ังสิ้น โลหะสามารถนํามาใช้ประโยชน์ทัง้ ในรูปของโลหะบรสิ ทุ ธิ์ โลหะผสมประเภทต่างๆ และสารประกอบโลหะ การใชป้ ระโยชน์ของโลหะชนิดต่าง ๆ 1. เหล็ก เหล็กเป็นแร่ธาตุโลหะที่มีอยู่บนพื้นผิวโลกมากที่สุด เป็นอันดับสองรองจากอะลูมิเนียม มนุษย์ได้คิดค้นวิธีการถลุงแร่เหล็กมาเป็นเวลานานกว่า 3,500 ปี โดยในยุคเริ่มแรกได้นาํ มาใชเ้ พอ่ื การสงคราม และด้วยคณุ สมบตั ิที่ดีหลายประการโดยเฉพาะด้านความแข็งแรงสูงและมรี าคาถกู ทําให้ปัจจุบันเหล็กนับเป็นโลหะท่ีมีการนํามาใช้ประโยชน์มากท่ีสุดในโลก โดยมีปริมาณการผลิตเหล็กคิดเป็นร้อยละ 95 ของปริมาณการผลิตโลหะทั้งหมด สําหรับทางอุตสาหกรรมมกี ารนําเหล็กมาใช้อย่างแพรห่ ลายในรปู ของเหล็กหล่อ (Cast iron) และเหล็กกล้า(Steel) การใชป้ ระโยชน์ของโลหะเหล็ก เหล็กมีการนําไปใช้ประโยชน์มากมายนับตั้งแต่การใช้เป็นวัสดุสําหรับงานก่อสร้างต่างๆ เช่น โครงสร้างอาคาร เสา คาน หลงั คา สะพาน เสาไฟฟ้าแรงสูง เป็นต้น ในอุตสาหกรรมคมนาคมขนส่งก็มีการใช้เหล็กเป็นวัสดุสําหรับผลิตยานพาหนะต่างๆ เช่น รถยนต์ รถบรรทุกรถไฟ เรือเดินสมุทร และเครื่องบิน นอกจากน้ีของใช้ต่างๆ ในชีวิตประจําวันของเราก็ล้วนมีส่วนประกอบทที่ ําจากเหล็กท้งั สิน้ ไม่วา่ จะเปน็ ตเู้ ย็น เคร่อื งปรับอากาศ พดั ลม นาฬิกาเคร่ืองซักผ้า หม้อหุงข้าว กระทะ เตาแก๊ส ถังแก๊ส เตารีด โต๊ะ เก้าอี้ มุ้งลวด ท่อนํ้า ช้อน ส้อมมีด ฯลฯ

20  2. ดีบุก ดีบุกเป็นโลหะสีขาวซึ่งมีการนํามาใช้ประโยชน์เป็นเวลานานแล้ว เนื่องจากดีบุกสามารถผสมเป็นเน้ือเดียวกับทองแดงได้ดี การใช้งานในช่วงแรกจึงเป็นการผลิตโลหะผสมระหว่างดีบุกกับทองแดงหรือท่ีเรียกว่า โลหะสัมริด (Bronze) ซ่ึงมีการใช้ค้นพบมาตั้งแต่ประมาณ 3,500 ปีก่อนครสิ ตกาล ดบี ุกจดั เปน็ โลหะท่ีมลี ักษณะเด่นคอื มีความออ่ นตวั สงูมคี วามต้านทานตอ่ การกัดกร่อนสงู และมีคณุ สมบตั ิดา้ นหลอ่ ล่นื ดี การใชป้ ระโยชน์ของโลหะดบี กุ โลหะดีบุกเป็นโลหะอ่อนจึงไม่ใช้ดีบุกในการผลิตชิ้นส่วนจักรกล แต่ด้วยคุณสมบัติเดน่ ที่มคี วามทนทานต่อการกดั กร่อนของกรดและสารละลายต่าง ๆ ทนต่อการเป็นสนิม มีความเงางาม สวยงาม และไม่ก่อให้เกิดสารพิษท่ีเป็นอันตรายต่อร่างกาย จึงนิยมใช้ในการเคลือบแผ่นเหล็กเพ่ือผลิตเป็นภาชนะบรรจุอาหารและเคร่ืองดื่ม ดีบุกเม่ือรีดเป็นแผ่นบาง ๆ สามารถนําไปใช้ห่อสิ่งของต่าง ๆ เพ่ือป้องกันความช้ืนได้ดี นอกจากนี้โลหะดีบุกยังมีคุณสมบัติในการผสมเป็น เนื้อเดียวกับโลหะอ่ืนได้ดี จึงสามารถผลิตเป็นโลหะดีบุกผสมที่มีคุณสมบัติเหมาะสมกับการใช้งานได้อย่างกว้างขวาง เช่น โลหะดีบุกผสมตะกั่ว พลวง หรือสังกะสี ท่ีใช้ในการผลิตโลหะบัดกรีสําหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เคร่ืองใช้ไฟฟ้า และคอมพิวเตอร์ โลหะดีบุกผสมตะก่ัวเพ่ือใช้ผลิตหม้อนํ้ารถยนต์และช้ินส่วนยานยนต์ โลหะดีบุกผสมทองแดงที่ใช้ในการผลิตทองสมั ฤทธ์ิเพื่อทําระฆงั และศลิ ปะวตั ถุตา่ ง ๆ โลหะดีบกุ ผสมเงนิ ทองแดง และปรอท ใช้สําหรบัอุดฟันและงานทันตกรรม นอกจากน้ียังใช้ทําโลหะดีบุกผสมทองแดงและพลวงหรือที่ เรียกว่าพิวเตอร์ (Pewter) ซ่ึงนิยมนําไปผลิตเป็นเครื่องใช้ เคร่ืองประดับตกแต่ง ของท่ีระลึก ตลอดจนการชุบเคลือบต่าง ๆ อีกด้วย โลหะดีบุกที่สําคัญอีกชนิดหนึ่งท่ีใช้ทําเป็นโลหะแบริ่ง มีช่ือว่าBabbit เป็นโลหะที่ประกอบด้วย ดีบุก พลวง ทองแดง และอาจมีตะก่ัวผสมอีกเล็กน้อย โลหะผสมชนิดน้ีมีโครงสร้างพื้นฐานท่ีอ่อนและมีสัมประสิทธิ์ความฝืดต่ําทําให้เหมาะท่ีจะใช้เป็นโลหะแบรงิ่

21  3. ตะกว่ั ตะกั่วเปน็ ทร่ี ้จู กั มานานต้งั แต่ 3,500 ปีก่อนคริสตกาล ในอยี ิปต์สมัยโบราณมีการใช้แร่ตะกั่วเป็นเครื่องสําอางสําหรับทาตา โลหะตะกั่วก็นับเป็นโลหะชนิดหน่ึงที่มีการใช้มานานที่สุด การคน้ พบโลหะตะกว่ั เกิดขน้ึ โดยบังเอญิ โดยขณะท่มี กี ารกอ่ กองไฟบนแรท่ ่มี ีส่วนผสมของตะกัว่ ไดเ้ กิดมโี ลหะตะกั่วหลอมเหลวไหลออกมาบริเวณกองไฟนั้น เนื่องจากตะกว่ั มีจดุ หลอมเหลวต่าํ จงึ สามารถสกดั เอาโลหะออกจากแรไ่ ด้โดยง่ายด้วยอณุ หภมู ทิ ี่ไมส่ ูงนักชาวโรมันโบราณเริม่ นาํ โลหะตะก่ัวมาใช้อย่างจริงจังสําหรับผลิตเป็นภาชนะและท่อนํ้า ซ่ึงยังคงหลักฐานอยจู่ นกระทัง่ ปจั จุบัน นบั จากน้นั ก็ได้มกี ารใช้ประโยชน์จากโลหะตะกั่วอย่างแพร่หลายจนจัดเป็นโลหะท่ีมีการใช้มากท่ีสุดเป็นอันดับห้ารองจาก เหล็ก อะลูมิเนียม ทองแดง และสงั กะสี การใชป้ ระโยชน์ของโลหะตะก่ัว โลหะตะกั่วเป็นมีคุณสมบัติเด่นคือ มีหลอมเหลวตํ่า มีความหนาแน่นสูง มีความอ่อนตัวสูง ความแข็งแรงอยู่ในเกณฑ์ต่ํา มีคุณสมบัติหล่อล่ืน และต้านทานการกัดกร่อนได้ดีการใช้ประโยชน์โลหะตะก่ัวส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมทําแบตเตอร่ีรถยนต์ ใช้เป็นสารประกอบตะกั่วสําหรับผสมทําสี ใช้ทําลูกกระสุนและยุทธภัณฑ์ ใช้ทําฉากกั้นเพ่ือป้องกันรังสีต่าง ๆ เช่น รังสีเอ็กซ์ รังสีเบต้า รังสีแกมมา เป็นต้น นอกจากนี้ยังใช้เป็นธาตุผสมกับโลหะทองแดงและเหล็ก เพื่อเพ่ิมคุณสมบัติด้านการกลึงหรือตัด ซึ่งการนําตะกั่วไปใช้ประโยชน์ในดา้ นตา่ ง ๆ ทง้ั สภาพโลหะและสารเคมที ่ีสําคญั มดี ังนี้ 1) แบตเตอร่ี โลหะตะกัว่ ใชม้ ากทส่ี ดุ ในการผลติ แบตเตอรี่ ซ่ึงประกอบดว้ ยแผน่ ขว้ั และหว่ งยึดแบตเตอรี่ แบตเตอร่ีทใ่ี ชใ้ นรถยนต์จะมตี ะก่วั ประมาณ 9 - 12 กโิ ลกรัม 2) เปลือกเคเบิล ใชต้ ะก่ัวหุม้ สายเคเบิลไฟฟา้ และสื่อสารที่อยู่ใตด้ นิ และใต้น้ํา เพอ่ืป้องกันความเสยี หายจากความชื้น และการกดั แทะของหนู ซึ่งช่วยใหไ้ มเ่ กดิ การขัดขอ้ งในระบบไฟฟา้ และการสอื่ สาร 3) ตะก่ัวแผ่น เน่อื งจากตะกัว่ มคี ุณสมบตั ติ า้ นทานการกัดกร่อน จึงใชต้ ะก่วั แผน่เปน็ วสั ดกุ ่อสรา้ งทสี่ าํ คัญในอตุ สาหกรรมเคมี และการกอ่ สร้างอาคาร แผน่ กนั้ รังสีตา่ ง ๆ รวมทัง้การใชต้ ะกว่ั แผ่นรว่ มกับแอสเบสทอสและเหลก็ สําหรบั ปูใต้ฐานตึกเพอ่ื ป้องกันการส่นั สะเทือนและควบคมุ เสยี งสาํ หรบั รถไฟใต้ดิน

22  4) ท่อตะก่วั เนื่องตะกั่วมคี ุณสมบตั ิต้านการกัดกดั กร่อน ดดั งอง่าย และแปรรูปดว้ ยการอัดรดี ง่าย จงึ ใชท้ าํ ท่อไร้ตะเข็บสาํ หรับอุตสาหกรรมเคมแี ละระบบทอ่ สง่ นา้ํ 5) โลหะบัดกรี จากคุณสมบัติจุดหลอมเหลวต่ําและราคาถูก จึงใช้เจือกับดีบุกเป็นโลหะบัดกรี (อัตราส่วนดีบุกต่อตะกั่ว 60-40 หรือ 70-30) เพ่ือเช่ือมชิ้นงานโลหะให้ติดกันโลหะบัดกรีบางชนิดอาจผสมธาตุอื่น เช่น พลวงและเงิน เข้าไปเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งและตา้ นทานการกดั กรอ่ น 6) โลหะตวั พิมพ์ที่ใชใ้ นอุตสาหกรรมการพิมพ์ เป็นโลหะผสมระหว่างตะก่ัว พลวงและดีบกุ โดยตะก่วั ช่วยใหม้ จี ุดหลอมตัวตํ่าและหล่อไดง้ ่าย พลวงช่วยเพม่ิ ความแข็งแรงตา้ นทานแรงกดและการสกึ หรอ ลดอุณหภูมหิ ลอ่ และลดการหดตัวตัวพมิ พ์ สําหรบั ดบี กุ ชว่ ยให้หล่อได้งา่ ย ลดความเปราะ และช่วยให้ตัวพมิ พม์ ลี วดลายละเอยี ด 7) โลหะผสมตะกัว่ - ดบี ุก (มดี ีบกุ 8-12%) ใช้ในการเคลอื บผวิ แผ่นเหลก็ เพอ่ื เพิม่ความแขง็ แรงและต้านทานการกัดกรอ่ น นิยมใชท้ าํ ถงั บรรจุน้ํามนั รถยนต์ อุปกรณ์กรอง และมงุ หลงั คา 8) ฟวิ ส์ระบบตดั ไฟอตั โนมัติ อาศยั คุณสมบตั ทิ ่ีมจี ดุ หลอมเหลวตํ่า จงึ ทาํ ให้ตะกวั่หลอมละลายเม่ือมกี ระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นมากเกินท่กี าํ หนดไว้ในระบบ 9) รงควตั ถุ ใชส้ าํ หรับเปน็ สีสาํ หรบั ทาเพอ่ื ปอ้ งกนั สนิมให้เหลก็ และเหล็กกลา้ และใช้ทาสเี ครอ่ื งหมายบนบาทวถิ ี 4. สังกะสี สังกะสีเป็นโลหะท่ีมีการผลิตและนํามาใช้ประโยชน์เม่ือประมาณ 600 ปีมาแล้วโดยชว่ งแรกจะมกี ารใชม้ ากในแถบประเทศอนิ เดยี และจีน โดยมีการผลิตเคร่ืองใช้ท่ีทําจากโลหะสังกะสีผสม และนําสังกะสีออกไซด์มาผสมถ่านหินเพ่ือใช้ทําเคร่ืองป้ันดินเผา สําหรับกระบวนการผลิตโลหะสังกะสีท่ีเป็นต้นแบบของเทคโนโลยีการถลุงสังกะสีในปัจจุบันถูกคิดค้นในปี 1738 โดยวิลเลี่ยม แชมเปี้ยม ทําให้มีการใช้สังกะสีอย่างแพร่หลาย และถือเป็นโลหะท่ีมีปริมาณการใช้มากทส่ี ุดเปน็ อันดับสีใ่ นปัจจบุ นั รองจากเหล็ก อะลูมเิ นียม และทองแดง

23  การใชป้ ระโยชน์ของโลหะสังกะสี สังกะสีเป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวตํ่า มีความเหนียวน้อยหรือเปราะ เพราะมีระบบผลึกเป็นรูปหกเหลี่ยม อัตราการยืดตัวน้อย และมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดีนอกจากนี้ยังสามารถก่อให้เกิดพิษได้เน่ืองจากรวมตัวกับออกซิเจนเป็นสังกะสีออกไซด์ได้ง่ายซ่ึงเป็นควันสีขาวที่มีอันตราย สังกะสีถูกนําไปใช้ประโยชน์หลายด้าน ตามคุณสมบัติท่ีมีมากมายโดยอาจแบ่งการใชป้ ระโยชน์ตามลักษณะการนาํ ไปใช้ไดด้ ังนี้ 1) ใช้เคลือบผิวเหล็กเพื่อป้องกันการเกิดสนิม และการผุกกร่อน โดยสังกะสีจะทําหนา้ ทีป่ ้องกัน 2 ข้นั ตอนคือ ขั้นแรกจะทําหน้าทปี่ อ้ งกนั ผิวเหลก็ ไมใ่ หส้ มั ผัสกับอากาศหรอืสารอยา่ งอน่ื และหากเกดิ รอยขีดข่วนหรือผกุ รอ่ นจนถึงผวิ เหล็กแลว้ สงั กะสจี ะทําหน้าทใ่ี นขนั้ ตอ่ ไปรูปของ Galvanic action คือ โลหะสงั กะสีซ่งึ มคี ณุ สมบตั ทิ างเคมีไฟฟ้า(Electrochemical activity) สูงกว่าเหล็กจะทําตัวเป็นขั้วบวกและดึงออกซิเจนมาทําปฏิกิริยาเกิดเปน็ สนิมแทนเหล็ก ทาํ ให้ผิวเหลก็ ไมผ่ กุ รอ่ นแม้ผวิ เหล็กจะสัมผสั ถูกอากาศ การใชง้ านดา้ นน้ีมีสดั ส่วนมากทส่ี ุดโดยคิดเปน็ ร้อยละประมาณ 45 - 50 ของการบริโภคสังกะสีท้งั หมด 2) ใชท้ าํ ทองเหลืองโดยผสมกับโลหะทองแดง และอาจมโี ลหะอื่น ๆ ผสมเพม่ิคณุ สมบัตเิ ป็นการเฉพาะต่อการใชง้ าน เช่น ตะกั่ว อะลมู ิเนยี ม ดีบกุ พลวง แมงกานสี เป็นตน้ 3) สงั กะสอี อกไซด์ใชใ้ นอตุ สาหกรรมยาง เซรามกิ ส์ ยา สีสะท้อนแสง สังกะสีซลั เฟดใชใ้ นการผลิตสารทาํ ใยสังเคราะหเ์ รยอน และสังกะสคี ลอไรดใ์ ช้ทาํ ยาดบั กลนิ่ ปาก ยาฆ่าเชื้อ และยารกั ษาเน้ือไมไ้ มใ่ หผ้ แุ ละติดไฟงา่ ย 4) สงั กะสฝี ุ่น (Zinc dust) ใชใ้ นการผลิตสารเคมที ่ใี ชใ้ นการพมิ พ์และย้อมผา้ใช้ผสมกับอะลูมเิ นยี มผงเพื่อแกน้ ้ํากระดา้ ง ใช้เป็นสารผลิตก๊าซในคอนกรีตทาํ ให้ได้รพู รุน ใชเ้ ป็นสารเร่งในอตุ สาหกรรมปิโตรเลยี ม ช่วยให้เกดิ การคายไฮโดรเจนในการทําสบูจ่ ากข้ีผง้ึ พาราฟนินอกจากนี้ยังใชท้ ําดอกไม้ไฟ ผงไฟแฟลช อตุ สาหกรรมนาํ้ ตาล และกระดาษ 5) ใชท้ ําโลหะผสมสําหรบั งานหล่อ (Die casting) เนอื่ งจากมจี ดุ หลอมเหลวต่ําจึงให้คุณสมบัติท่ีดีคือ ง่ายก็การขึ้นรูป นอกจากนี้ยังคงทน กลึงไสตกแต่งง่าย และมีสีสันสวยงาม โลหะผสมที่สําคัญ ได้แก่ อะลูมิเนียม แมกนีเซียม และทองแดง เป็นต้น สําหรับผลิตภัณฑ์ท่ีทําด้วยโลหะสังกะสีผสมมีมากมายเช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ ลูกบิดประตู ของเล่นเด็กเครอ่ื งใชใ้ นครวั เรอื น เครอ่ื งมอื กล อุปกรณส์ ํานกั งาน และท่อนาํ้ เป็นตน้

24  5. พลวง พลวงเป็นโลหะท่ีมีการใช้ประโยชน์มานานกว่า 2,500 ปี โดยชื่อของโลหะพลวง(Antimony) มาจากภาษากรีกวา่ Anti และ Monos ซึ่งหมายความว่า โลหะที่ไมค่ ่อยพบได้โดยลําพัง แต่ในความเป็นจริง บางครั้งเราอาจพบโลหะพลวงบริสุทธิ์ในสภาพธรรมชาติได้(Native antimony) สัญลักษณ์ทางเคมีของโลหะพลวงคือ Sb ซ่ึงมาคําว่า Stibium ในภาษาลาติน การใชป้ ระโยชนข์ องโลหะพลวง พลวงเป็นโลหะสีขาวเงิน วาว มีคุณสมบัตแิ ขง็ เปราะ ไม่สามารถแปรรูปไดท้ อ่ี ุณหภูมิปกติ แต่มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนของกรดเจือจางได้ ท่ีอุณหภูมิสูงจะรวมตัวกับออกซิเจนได้ดแี ละให้เปลวไปสนี ํ้าเงนิ เม่อื กลายเป็นออกไซดจ์ ะเป็นผงสขี าว โลหะพลวงไม่สามารถใช้งานได้ในสภาพบริสุทธิ์ ส่วนใหญ่จะถูกใช้ในลักษณะของโลหะผสม โดยการใช้ประโยชน์ของโลหะพลวงมีรายละเอียด ดังน้ี 1) การใช้งานหลักของโลหะพลวง คือ เป็นสารเจือในตะกั่ว สําหรับทําแผ่นธาตุแบตเตอร่ี นอกจากนี้ยังใช้ในงานเกี่ยวกับเคมี ท่อ แผ่นมุงหลังคา ใช้บุถัง ทําโลหะตัวพิมพ์โลหะบัดกรี โลหะรองเพลา และกระสุน เป็นต้น เน่ืองจากช่วยเพิ่มความแข็ง ความต้านทานการกดั กรอ่ น ลดการหดตวั และให้ความคมชัดสาํ หรบั โลหะตัวพมิ พ์ 2) ใช้เป็นสารชะลอการติดไฟ พลวงไตรออกไซดห์ รือไตรคลอไรดใ์ นสารละลายอนิ ทรียใ์ ชใ้ นการทําเส้นใยกันไฟและเปลวไฟจากการสันดาป 3) มกี ารใช้พลวงไตรออกไซดใ์ นการผลติ พลาสติก เซรามิกส์ส์เคลอื บ ใชเ้ ปน็ สีขาวสําหรับทาสี และเป็นสารที่ใหล้ กั ษณะคล้ายแกว้ และมีคุณสมบัติการสะทอ้ นแสงท่ีดีพลวงออกไซดใ์ ช้รว่ มกับคลอรเิ นเทดพาราฟนิ และปนู ขาวในอุตสาหกรรมทอผา้ นอกจากน้ีพลวงเพนตะซลั ไฟด์ยังใชท้ าํ สีสําหรับพรางตา และเปน็ สารทาํ ให้ยางแขง็ ตวั

25  6. นิกเกิล นิกเกิลเป็นโลหะมีสีขาวเงนิ มีความคล้ายคลึงกับเหล็กด้านความแข็งแรงและมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีคล้ายทอง มีการคิดค้นวิธีการสกัดโลหะนิกเกิลจากแร่เป็นครั้งแรกเม่ือประมาณ 250 ปีที่ผ่านมา นิกเกิลเป็นธาตุท่ีเช่ือว่ามีปริมาณมากบริเวณใจกลางของโลก เน่ืองจากผลวิเคราะห์ของสะเก็ดดาวท่ีมีแหล่งกําเนิดไม่ต่างกับโลกพบว่า มีนิกเกิลในปรมิ าณสูงการใชป้ ระโยชนข์ องโลหะนิกเกลิ นิกเกิลเป็นโลหะท่ีมีคุณสมบัติต้านทานการเกิดออกซิเดช่ัน และต้านทานการกัดกร่อนสูง มีความเหนียวและอ่อนตัวมากสามารถข้ึนรูปท่ีอุณหภูมิต่ําได้ง่าย นอกจากนี้ยังสามารถละลายกับโลหะอื่นได้ง่าย และให้สารละลายของแข็งที่มีความเหนียว งานใช้งานโลหะนิกเกลิ ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าผสม นอกจากนั้นยังใช้ในงานทต่ี อ้ งทนการกดั กรอ่ นสงู ๆ และใช้เคลือบผิวเหล็ก การใชป้ ระโยชน์ของโลหะนิกเกิล 1) ใชท้ าํ มาตรนาํ้ ประตูน้าํ ทอ่ สาํ หรับอปุ กรณ์ส่งถ่ายความร้อน และวสั ดุกรองในอตุ สาหกรรมเคมแี ละการกลั่นนาํ้ มนั 2) ใช้ทําโลหะผสมชนิดพิเศษ (Superalloy) ซงึ่ ต้านทานความเค้นและทนการกดั กรอ่ นท่อี ุณหภมู สิ งู สําหรับอตุ สาหกรรมอากาศยาน โดยใชเ้ ป็นวัสดใุ นการผลติ อุปกรณ์รกั ษาระดับความดันอากาศ ชน้ิ ส่วนตา่ งๆ และเคร่อื งยนต์ของเครื่องบินไอพ่น 3) ใช้เคลอื บผวิ อปุ กรณป์ ระดบั ยนต์ตา่ งๆ รวมถึงเคร่อื งใชใ้ นครวั เรือน เช่นเตาไฟฟ้า หม้อหงุ ข้าว เตาป้งิ ขนมปัง เครื่องเปา่ ผม ชอ้ มสอ้ ม จาน ถาด และอปุ กรณ์การทาํ อาหาร เปน็ ต้น 4) ใช้ผลิตอปุ กรณไ์ ฟฟา้ เชน่ หลอดสูญญากาศ หลอดโทรทศั น์ และใชท้ ําข้ัวแอโนด แคโทด และลวดยึดในอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ โดยอาศยั คณุ สมบัตกิ ารยืดดงึการต้านแรง และคุณลกั ษณะการปลอ่ ยอเิ ล็กตรอน 5) จากคณุ สมบัตทิ ส่ี ามารถดดู ตดิ แม่เหล็กของนกิ เกลิ จงึ ใชใ้ นอปุ กรณ์ตา่ ง ๆมากมาย เชน่ เครอื่ งแปลงกาํ ลังสําหรบั พลงั งานอัลตรา้ โซนิค อปุ กรณก์ ารสาํ รวจใตน้ ํ้าในอตุ สาหกรรมการเดนิ เรอื อปุ กรณท์ ําความสะอาดชิ้นงานกอ่ นเคลือบผวิ ในอตุ สาหกรรมชบุ เคลอื บโลหะ

26  6) ใชท้ ําสปรงิ แบนในระบบถา่ ยทอดโทรศพั ท์ ปลกั๊ ไฟซึ่งทนการกดั กร่อนจอแม่เหล็ก แกนเหนย่ี วนาํ ในคลืน่ เสยี งวทิ ยุ เครอื่ งกาํ เนิดไฟฟา้ ในมอเตอร์ไซค์ รถยนต์ และมอเตอร์กระแสตรงขนาดใหญ่ นกิ เกิลผงที่อดั เปน็ แท่งใช้ในแบตเตอรที่ ม่ี สี ารละลายเปน็ ด่างซง่ึ ใชใ้ นเครอ่ื งบิน 7) ในการกอ่ สรา้ งมกี ารใชน้ ิกเกิลในรปู เหลก็ กลา้ ไรส้ นิมเพ่อื ทําอุปกรณป์ ระดบัอาคาร เน่อื งจากมีความตา้ นทานการกดั กร่อน แขง็ แรง และใหค้ วามสวยงาม 7. แทนทาลมั แทนทาลัมนับเป็นโลหะใหม่ท่ีเพิ่งมีการค้นพบและนํามาใช้ประโยชน์เมื่อประมาณ200 ปีท่ีผ่านมา โดยมักจะพบร่วมกันกับไนโอเบียม จนช่วงแรกท่ีมีการค้นพบเข้าใจว่าธาตุท้ังสองชนิดน้ีเป็นประเภทเดียวกัน แทนทาลัมเป็นโลหะท่ีมีคุณสมบัติทนความร้อนสูงมาก มีความเหนียว สามารถรดี เป็นเส้นลวดขนาดเลก็ หรอื ตีเป็นแผ่นบาง ๆ ได้ มคี วามตา้ นทานการกัดกร่อนเป็นส่ือนําไฟฟ้าและความร้อนที่ดี และมีคุณสมบัติด้านการเก็บประจุไฟฟ้าที่ดี นอกจากน้ียังสามารถนาํ ไปผสมกับโลหะอื่น ๆ ได้ การใชป้ ระโยชนข์ องโลหะแทนทาลมั แทนทาลัมมกี ารใช้ประโยชน์ในงานตา่ ง ๆ ดังน้ี 1) ใช้ผงโลหะแทนทาลัม เป็นวัตถุดิบในการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitor)สําหรับเคร่ืองมืออิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องใช้เทคโนโลยีข้ันสูง โดยเฉพาะอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่นโทรศัพท์มือถือ เครื่องคอมพิวเตอร์ เคร่ืองมือส่ือสาร เคร่ืองคํานวณ เครื่องส่งสัญญาณเตือนภัยหมอ้ แปลงไฟฟ้า และกลอ้ งวดี ีโอดจิ ติ อล เปน็ ต้น ซึ่งการใช้แทนทาลัมในงานดา้ นน้ีคดิ เปน็รอ้ ยละ 55 ของการใช้งานท้งั หมด 2) ใชท้ ําเครอื่ งมือและอปุ กรณ์ทางเคมี ซ่งึ มีความตา้ นทานและทนต่อการกดั กร่อนของกรด และสารเคมี รวมทง้ั ใชท้ ําภาชนะบรรจุนา้ํ ยาและสารประกอบเคมีบางชนิด 3) แทนทาลมั คาร์ไบด์ มคี วามแขง็ แรงและทนทานตอ่ การกดั กรอ่ นไดด้ ี สามารถใช้ผสมกบั โลหะคารไ์ บดช์ นดิ อืน่ ๆ เชน่ ทังสเตนคารไ์ บด์หรอื ไนโอเบียมคารไ์ บด์ เพ่ือใช้ในการทาํเคร่ืองมอื กลงึ เจาะ ไส หรอื ตดั เหลก็ และโลหะอ่นื ๆ

27  4) ใชท้ ําโลหะผสมทม่ี ีคณุ สมบตั ิพเิ ศษ เช่น วัสดทุ ใี่ ชใ้ นเคร่ืองยนตแ์ ละตวั ถังของยานอวกาศ ตลอดจนพาหนะที่ตอ้ งการคุณสมบตั กิ ารทนความรอ้ นสูงทเ่ี กดิ จากการเสยี ดสีใชท้ าํ ขดลวดความรอ้ น คอนเดนเซอร์วาลว์ และปม๊ั ชนดิ พิเศษ นอกจากนี้ยังใช้ผสมกับโลหะอน่ื ๆ เชน่ โคบอลต์ เหลก็ นกิ เกลิ ไททาเนียม และไนโอเบียม 5) ใช้ทาํ เครอื่ งมอื พเิ ศษอ่ืนๆ เช่น ตวั เชอื่ มกระดูกหรอื ด้ายเยบ็ กระดกู เคร่อื งมอืผ่าตดั เครือ่ งมือผลติ ใยสงั เคราะห์ และเคร่ืองมือในหอ้ งปฏบิ ัติการ 6) การใช้งานอืน่ ๆ เชน่ ทาํ เลนส์สาํ หรับกล้องถ่ายรปู และกลอ้ งจลุ ทรรศน์ทมี่ ีค่าดรรชนหี ักเหสูงมากเป็นพิเศษ และใชเ้ ปน็ ตวั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ าในการทําวสั ดุสังเคราะห์ เชน่ยางเทียม เปน็ ต้น 8. อะลูมิเนยี ม โลหะอะลูมิเนียมเป็นธาตุเร่ิมเป็นท่ีรู้จักของมนุษย์เม่ือไม่นานมาน้ี โดยมีการค้นพบคร้งั แรกในปี ค.ศ. 1820 ณ แหลง่ บอกไซด์ ประเทศฝร่งั เศส ซ่ึงต่อมาได้ใช้เป็นชือ่ เรยี กแรอ่ ะลูมเิ นยี มจนถึงปจั จุบัน แมโ้ ลหะอะลมู ิเนียมจะเป็นธาตุชนิดใหม่ แต่มีคณุ สมบตั ิเดน่หลายประการและสามารถนําไปใช้ได้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมหลายประเภท ทําให้การใช้ประโยชน์จากโลหะอะลูมิเนยี มมปี ริมาณเพ่มิ ข้นึ มาโดยตลอด จนนับเป็นโลหะนอกกลุ่มเหล็กท่ีมปี ริมาณการใช้มากท่ีสุดในโลก โดยปัจจุบันมีปริมาณการใช้โลหะอะลูมิเนียมท่ัวโลกประมาณ28 ล้านตันต่อปี คิดเป็นปรมิ าณการใช้ท่ีเพม่ิ ขึ้นจากเมอื่ 20 ปีที่แล้วถงึ รอ้ ยละ 75 การใชป้ ระโยชน์ของโลหะอะลูมเิ นียม อะลูมิเนียมเป็นโลหะท่ีมีคุณสมบัติเด่นในหลายด้าน เช่น มีความหนาแน่นน้อยน้ําหนักเบา และมีกาํ ลังวัสดุต่อหน่วยสูง (High Strength to weight ratio) มคี ณุ สมบตั ทิ ่ียืดตัวได้ง่ายและมีความเหนียวมาก ทําให้สามารถขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีต่าง ๆ ได้ง่าย มีจุดหลอมเหลวตํา่ และมีคุณสมบตั ิการไหลของนา้ํ โลหะท่ดี ี ทาํ ใหม้ ีความสามารถในการขน้ึ รูปด้วยวิธีหล่อได้ดี มีค่าการนําไฟฟ้าที่ดี มีค่าการนําความร้อนสูง และผิวหน้าของโลหะอะลูมิเนียมมีดัชนีการสะท้อนของแสงสูง ดังนั้นโลหะอะลูมิเนียมจึงนําไปใช้ประโยชน์อย่างกวา้ งขวาง เช่น

28  1) เนือ่ งจากอะลูมิเนียมมีความแขง็ แรงเทียบกบั นํ้าหนักสูง จึงนิยมใช้ทําเคร่ืองจักรอุปกรณ์ ตลอดจนช้ินส่วนหลายอย่างในเครื่องบิน จรวด และรถยนต์ เพื่อลดน้ําหนักของยานพาหนะให้นอ้ ยลงและช่วยในการประหยดั เชื้อเพลงิ 2) อะลูมิเนียมสามารถทําปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศได้ดี ทําให้เกิดฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) ที่ผิวของช้ินงาน ซ่ึงฟิล์มน้ีมีความแน่นทึบมากจึงช่วยให้สามารถต่อตา้ นการเปน็ สนิมไดด้ ว้ ยตัวเองและต้านทานการกัดกร่อนในชน้ั บรรยากาศไดด้ ี ดงั นัน้ โลหะอะลมู เิ นียมจึงนิยมนาํ ไปใช้งานในอตุ สาหกรรมหลายประเภท เช่น ใช้ทาํ ท่อ กรอบประตูกรอบหนา้ ต่าง และวัสดุกอ่ สร้างตา่ ง ๆ เปน็ ตน้ 3) อะลูมิเนยี มสามารถผสมกบั โลหะอ่ืน ๆ ได้หลายชนิด เช่น ซิลกิ อน ทองแดงแมกนีเซียม และสงั กะสี ซึ่งโลหะอะลูมเิ นียมผสมแต่ละประเภทจะมีคุณสมบัติท่ีแตกต่างกันทําใหม้ ขี อบเขตการใช้งานทก่ี วา้ งขวางมาก 4) ใช้เป็นตัวนาํ ไฟฟ้าในงานที่ตอ้ งคาํ นึงถงึ เรอ่ื งนาํ้ หนกั เบาเป็นสําคัญ เช่นสายไฟฟา้ แรงสูง เปน็ ต้น 5) เหมาะสาํ หรับใชท้ าํ เปน็ ภาชนะหุงต้มหรอื หีบห่อบรรจุอาหาร โดยเฉพาะกระป๋องทบ่ี รรจเุ ครือ่ งดมื่ คารบ์ อนเนต เน่อื งจากไมก่ อ่ ใหเ้ กิดสารพษิ ท่เี ปน็ อนั ตรายต่อร่างกายและทนต่อการ กดั กรอ่ นไดด้ ี โดยปจั จุบนั กระปอ๋ งเครอ่ื งดื่มกว่ารอ้ ยละ 97 และกระปอ๋ งเบยี ร์เกอื บท้ังหมดล้วน ทาํ จากโลหะอะลูมเิ นียมทง้ั ส้ิน 6) ใช้ทําแผ่นสะท้อนแสงในแฟลชถา่ ยรูป จานสะท้อนแสงในโคมไฟหรอืไฟหน้ารถยนต์

29  9. แมกนเี ซยี ม แมกนีเซียมเป็นธาตุท่ีมีมากที่สุดเป็นอันดับ 8 บนพื้นผิวโลก โดยแหล่งที่สําคัญคือ น้ําทะเลซ่งึ จะมปี ริมาณของแมกนเี ซยี มคลอไรด์ (MgCl2) ซ่ึงถา้ คดิ นํ้าหนักของแมกนีเซียมที่มอี ย่ใู นทะเลทั้งหมดจะได้ปริมาณถงึ 1.85 x 1015 ตนั การใชป้ ระโยชน์ของโลหะแมกนเี ซียม แมกนีเซียมเป็นโลหะท่ีมีนํ้าหนักเบา สามารถตัดเจาะได้ง่ายและมีความแข็งแรงอยู่ในเกณฑ์สูงเมื่อเทียบกับนํ้าหนัก แต่ข้อจํากัดที่ทําให้โลหะแมกนีเซียมมีการใช้งานไม่มากนักได้แก่ มีความแข็งแรงและความเหนียวต่ํา ขาดคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังรวมตัวกับออกซิเจนเกิดเป็นเปลวไฟท่ีอุณหภูมิสูงได้ง่าย ทําให้แมกนีเซียมมีการใช้งานส่วนใหญ่ในรูปธาตุผสมกับโลหะอืน่ โดยการใชป้ ระโยชนข์ องโลหะแมกนีเซียมมีดังนี้ 1) โลหะแมกนเี ซยี มเมื่อผสมดว้ ยโลหะตา่ งๆ ในปรมิ าณเลก็ น้อย เช่น อะลูมเิ นยี มแมงกานีส โลหะแรเอิร์ธ ทอเลียม สังกะสี และเซอร์โคเนยี ม จะได้โลหะทีม่ ีความแขง็ แรงรับนา้ํ หนกั ได้มากทีอ่ ณุ หภมู สิ ูงและอุณหภมู ิปกติ ทนการสัน่ สะเทือน และสามารถกลึงไสและแปรรปู ได้งา่ ย 2) ใช้กําจดั ออกซเิ จนและกํามะถนั ในการผลติ โลหะนิกเกิลผสมและทองแดงผสมใชก้ าํ จัดกํามะถนั ในอตุ สาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า ใช้กําจดั บสิ มัทในตะกว่ั และเปน็ สารลดออกซเิ จนในการผลิตเบริลเลยี ม ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม ทอเรยี ม และยูเรเนยี ม ใช้การผลติซลิ ิโคนและสารประกอบอนิ ทรยี เ์ คมีตา่ ง ๆ 3) ใช้สาํ หรบั ปอ้ งกนั การกัดกร่อนโดยเป็นแอโนดเพ่อื ปอ้ งกันแคโทดของโลหะอ่นื ๆโดยเฉพาะท่อใตด้ ิน แท็งค์น้าํ ตวั เรอื เครือ่ งทําน้ํารอ้ น และโครงสร้างอ่นื ๆ ทอ่ี ยู่ใต้ดนิ และใตน้ ํา้ 4) ใชใ้ นแบตเตอรีส่ ําหรบั งานเฉพาะอยา่ งและการทหาร โดยเปน็ ขัว้ แอโนดทําให้มีนํา้ หนกั เบาแตใ่ หไ้ ฟแรงสงู 5) เน่ืองจากเป็นโลหะท่ีมีนา้ํ หนักเบาจึงนํามาใช้ในการผลิตช้นิ สว่ นยานยนตต์ า่ ง ๆเชน่ คาร์บเู รเตอร์ ตะแกรงหน้า วัสดุปิดเครื่องทําความสะอาดอากาศ คนั โยกถา่ ยกําลงั คลชั ล้อพวงมาลัย เสอื้ สูบ เกียร์ มอเตอร์ เปน็ ตน้ ทําใหร้ ถยนต์มีน้ําหนักลดลงและชว่ ยประหยัดพลงั งานได้มากข้นึ

30  10. ทองแดง โลหะทองแดงนับเป็นโลหะที่มนุษย์รู้จักและนํามาใช้งานเป็นเวลานานมากท่ีสุดประเภทหน่งึ ทองแดงมสี ัญลกั ษณท์ างเคมี คอื Cu ซงึ่ มาจากภาษาลาตนิ วา่ Cuprumที่หมายถงึ ช่อื เกาะไซปรัส (Cyprus) อนั เปน็ แหล่งแร่ทองแดงขนาดใหญท่ ี่มีการคน้ พบและนาํ โลหะทองแดงมาใชป้ ระโยชน์เมอื่ หลายพนั ปีกอ่ น แรท่ องแดงสามารถพบในสภาพบรสิ ุทธ์ิโดยธรรมชาติ คือ พบในสภาพท่ีเป็นโลหะ (Metallic state) หรือในสภาพทองแดงธรรมชาติ(Native copper) ทําให้รวบรวมและนาํ มาหลอมเปน็ โลหะสําหรบั ใชง้ านไดง้ ่าย แตถ่ อื เปน็ ธาตุที่พบปริมาณไม่มากบนผิวโลก (ประมาณ 0.0001% ของธาตุบนพื้นผิวโลกท้ังหมด) และถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับแร่อะลูมิเนียมและเหล็กที่มีปริมาณ 8.07% และ 5.06% ของธาตุท้ังหมดตามลําดบั การใชป้ ระโยชนข์ องโลหะทองแดง โลหะทองแดงมีคุณสมบัติเด่นมากมายโดยเฉพาะการนําไฟฟ้าและการนําความร้อนท่ีสูง มีความต้านทานการกัดกร่อน สามารถแปรรูปด้วยวิธีต่างๆ ได้ง่าย นอกจากน้ียังมี ความแขง็ แกรง่ และมคี วามต้านทานความลา้ สูง ดังนน้ั โลหะทองแดงจงึ มีการนําไปใชป้ ระโยชน์อย่างกว้างขวางดังนี้ 1) เนอื่ งจากทองแดงเปน็ ตัวนาํ ไฟฟ้าท่ีดีการใช้งานส่วนใหญจ่ งึ เกย่ี วข้องกับอุตสาหกรรมไฟฟา้ เช่น ใช้ทําสายไฟ เคเบิล มอเตอร์ เครอ่ื งกําเนิดไฟฟา้ ไดนาโม พดั ลม ระบบควบคมุ ในโรงงาน อุปกรณไ์ ฟฟา้ ระบบจ่ายกาํ ลงั เคร่อื งปรบั อากาศ และอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์ตา่ ง ๆ 2) ด้วยคุณสมบัตติ า้ นทานการกัดกร่อนทองแดงจงึ นาํ มาใชใ้ นการกอ่ สรา้ งหลายอยา่ ง เช่น ทาํ หลงั คา ท่อนา้ํ และข้อตอ่ ตา่ งๆ ระบบให้ความร้อน และระบบปรับอากาศ 3) ใช้ทาํ เครื่องจักรกล เครอ่ื งใชใ้ นบ้าน เน่ืองจากข้ึนรปู ง่าย และเนอ่ื งจากมคี วามสามารถต้านทานการกดั กรอ่ นของนํ้าทะเลและมกี ารถา่ ยเทความรอ้ นสงู จึงใช้ทาํทอ่ วาล์ว ข้อตอ่ ในโรงกลนั่ น้ําจากนํ้าทะเล อปุ กรณ์แลกเปลยี่ นความรอ้ น และเครือ่ งมอื กลอื่น ๆ 4) ใช้ในอตุ สาหกรรมยานยนต์ และชิ้นส่วนเคร่ืองบิน เรอื เดินสมุทร หวั จักรรถไฟอุปกรณ์สวติ ซ์ และสัญญาณตา่ ง ๆ

31  5) การใชป้ ระโยชนด์ ้านอ่ืน ๆ ของทองแดง เชน่ ใช้ผลิตยุทธภัณฑ์ ใชใ้ นอุตสาหกรรมเคมี เครอ่ื งวดั ตา่ ง ๆ เครอื่ งประดบั เคร่ืองตกแตง่ เหรียญกษาปณ์ บรรจุภณั ฑ์และใชผ้ ลติ โลหะผสม เช่น ทองเหลือง และทองสัมฤทธ์ิ เปน็ ตน้ 11. ทองคํา ทองคําเป็นโลหะชนิดแรกที่มีการนํามาใช้ประโยชน์เมื่อประมาณ 8,000 ปีมาแล้ว สัญลักษณ์ทางเคมีของทองคํา คือ Au ซึ่งมาจากภาษาลาตินว่า Aurum ที่มีความหมายถึง แสงสว่างแห่งรุ่งอรุณ ทองคําเป็นแร่ท่ีประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวหรือสามารถปรากฏพบในสภาพบริสุทธิ์โดยธรรมชาติ (Native gold) จึงมีกระบวนการแยกสกัดของจากแร่ ท่ีไม่ยุ่งยาก บางครั้งอาจพบก้อนโลหะทองคําในธรรมชาติขนาดใหญ่ซ่ึงสามารถนําไปหลอม เพื่อใช้งานได้ทันที ด้วยจดุ เด่นดา้ นสสี นั ทส่ี วยงาม มีความเหนียวสามารถดึงเปน็ เส้นลวดหรือตีแผ่เป็นแผ่นบาง ๆ ได้ ทําให้การใช้ประโยชน์ของทองคําจะเน้นไปทางด้านการผลิตเครื่องประดับต่าง ๆ การใชป้ ระโยชน์ของโลหะทองคาํ ทองคาํ มคี ณุ สมบตั นิ ําไฟฟ้าและนําความร้อนไดด้ ี มคี วามเหนยี ว สามารถขน้ึ รปูได้ง่าย มีความตา้ นทานการกัดกร่อน และเป็นธาตุเฉื่อยที่ไม่ทําปฏิกิริยากับสารใด ๆ ในอุณหภูมิปกติ จึงทําให้ทองมีความเงางามไม่หมองอยู่ตลอดเวลา นอกจากนี้ทองคํายังเป็นธาตุท่ีหายากและมีความคงทนไม่แปรสภาพแม้เวลาจะผ่านไปนานเท่าใด จึงถูกนํามาเป็นส่ือกลางในการแลกเปลี่ยนซ้ือขายเชิงพาณิชย์ และเป็นปัจจัยทางด้านเศรษฐศาสตร์ในการแสดงฐานะ ความมั่งคง รวมถงึ ใช้เป็นทุนสํารองสาํ หรบั แต่ละประเทศในการเจรจาทําธุรกรรมตา่ ง ๆ นอกเหนือจากการใช้งานหลกั ในการทาํ เครื่องประดับ และของตกแตง่ ต่าง ๆ แล้วโลหะทองคาํ ยงั มกี ารนาํ ไปใช้ประโยชนใ์ นดา้ นตา่ ง ๆ อีกมากมาย ดงั น้ี 1) ทองคําใช้เป็นสว่ นประกอบในลวดตัวนาํ ของอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกสต์ ่าง ๆ เพอื่ใชใ้ นการเชื่อมตอ่ กับระบบแผงวงจรควบคมุ ท่ีทาํ หนา้ ที่ประมวลผล หรอื ส่งข้อมูลในระบบสั่งงานขนาดเล็ก โดยเฉพาะอปุ กรณท์ ่ตี อ้ งการความเรว็ ในการประมวลผลสูง 2) ใชเ้ คลอื บอุปกรณ์ไฟฟ้าของดาวเทียมเพ่อื ป้องกนั รังสีคอสมคิ และการเผาไหม้ของดวงอาทิตย์ เพราะทองคาํ มีคุณสมบตั กิ ารสะทอ้ นแสงทีด่ แี ละมีความทนทานตอ่ การกดั กรอ่ น

32  3) ใชใ้ นงานทนั ตกรรม เชน่ การทําครอบฟัน และการทาํ ฟนั ปลอม 4) ทองคําถกู นํามาใช้ผสมในไอออนของแสงเลเซอร์ เพอ่ื เปน็ ตัวควบคุมปรับความชัดเจนของโฟกัสในการผ่าตัดเซลล์มะเร็งด้วยการยิงเลเซอร์ โดยจะเลือกทําลายเฉพาะเซลลม์ ะเร็งและไมก่ ่อใหเ้ กิดอันตรายกับรา่ งกาย 5) ใชเ้ คลือบกระจกเคร่อื งบนิ ในหอ้ งนักบนิ เพ่อื ป้องกันความรอ้ นจากแสงอาทติ ย์และชว่ ยรักษาอุณหภมู ภิ ายในหอ้ งนกั บนิ กาํ จัดเมฆหมอกท่อี าจบดบังทศั นวิสัยในการมองเหน็ของนกั บนิ 6) ในเครอ่ื งตรวจวดั ความชืน้ ใช้ทองคําเป็นตัวเคลอื บระบบตรวจวดั ปรมิ าณของแก๊สคารบ์ อน ไดออกไซด์ที่มีสว่ นสําคัญในการป้องกนั การเน่าเสยี ของอาหาร เนื่องจากทองไมท่ าํ ปฏิกิริยากบั ความชื้นในอากาศทเ่ี ปน็ สภาพที่เหมาะสมของการเจรญิ เตบิ โตของสง่ิ มีชวี ิตจาํ พวกเห็ดและรา 7) ทองใชเ้ ป็นตวั เคลือบทกี่ ระเปาะของเทอร์โมมเิ ตอร์ เนอ่ื งจากมคี ุณสมบัติในการสะทอ้ นความร้อนได้ดี ทาํ ให้การวัดอณุ หภูมเิ ป็นไปอยา่ งถกู ต้องแม่นยํา นอกจากนี้ ยงั มีการใช้ตะกวั่ ในการทําหลอดบรรจสุ ีสาํ หรบั งานศลิ ปะ ออกไซด์ของตะกว่ั ใชส้ ารออกซิไดซ์ในการผลิตสยี ้อม ไม้ขดี ไฟ ยางเทียม กลนั่ น้าํ มนั กาว และใช้เป็นโลหะถว่ งน้าํ หนกั เป็นต้น 1.2 วัสดปุ ระเภทพอลเิ มอร์(พลาสตกิ ) พอลิเมอร(์ พลาสติก) แตล่ ะประเภทแตกตา่ งกันเนื่องจากมหี ่วงโซ่คารบ์ อนท่ีตา่ งกนั สามารถจําแนกออกเป็น 10 ประเภท ดงั นี้ 1.2.1 พอลเิ อทลิ ีน (Polyethylene: PE) โดยทั่วไปแล้ว พอลิเอทิลีนมีสีขาวขุ่น โปร่งแสง มีความลื่นมันในตัวเมื่อสัมผสั จึงร้สู ึกล่ืน หยุน่ ตวั ได้ ไม่มกี ล่นิ ไมม่ ีรส ไม่ติดแมพ่ ิมพ์ มีความเหนยี ว ทนความร้อนได้ไม่มากนัก ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี เป็นฉนวนไฟฟ้า ใส่สีผสมได้ง่าย มีความหนาแน่นตํ่ากว่าน้ํา จึงลอยนํ้าได้ เมื่อความหนาแน่นสูงขึ้น จะทําให้มีความแข็ง และความเหนียวเพิ่มข้ึนอุณหภูมิหลอมตัวสูงขึ้น และอัตราการคายก๊าซเพิ่มขึ้น เม่ือความหนาแน่นลดลง จะทําให้อัตราการเส่อื มสลายของผวิ เพิ่มข้ึน กล่าวคอื ผวิ จะแตกรานได้ง่ายขึ้น

33  ผลิตภัณฑท์ ที่ าํ ดว้ ยพอลเิ อทิลนี ผลติ ภณั ฑท์ สี่ ําคญั ไดแ้ ก่ ขวดใส่สาร เคมี ขวดใส่นา้ํ ลังหรอื กลอ่ งบรรจุสนิ ค้าภาชนะตา่ งๆ เครื่องเลน่ ของเด็ก ถงุ เย็น ถาดทาํ นาํ้ แข็ง ช้นิ สว่ นของแบตเตอรี่ ช้นิ สว่ นอิเลก็ ทรอนกิ ส์ ฉนวนไฟฟา้ ถงุ ใสข่ อง แผ่นฟลิ ม์ สาํ หรบั ห่อของ โต๊ะและเก้าอ้ี ภาพท่ี 2.1 ผลิตภัณฑท์ ่ีทําจากพอลเิ อทลิ นี ท่ีมา : http://www.gacner.com/ 1.2.2 พอลิโพรไพลีน (Polypropylene: PP) พอลโิ พรไพลีน มลี กั ษณะขาวข่นุ ทึบแสงกวา่ พอลิเอทิลีน มคี วามหนาแน่นในช่วง 0.890 – 0.905 กโิ ลกรัมต่อลกู บาศกเ์ มตร ด้วยเหตุน้ี จึงสามารถลอยน้ําได้เช่นเดียวกนั กับพอลิเอทิลีน ลักษณะอนื่ ๆ คล้ายกับพอลเิ อทิลีน ผลติ ภณั ฑท์ ่ีทําจากพอลิโพรไพลีน ผลติ ภัณฑท์ ี่พบเสมอคือ กล่องเคร่อื งมอื กระเปา๋ ปกแฟ้มเอกสาร กลอ่ งและตลบั เคร่ืองสาํ อาง กล่องบรรจุอาหาร อุปกรณ์ของรถยนต์ เครื่องใช้ในครวั เรือน อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์ อุปกรณท์ างการแพทย์ วัสดบุ รรจุภณั ฑ์ในอุตสาหกรรม ขวดใสส่ ารเคมี กระปอ๋ งนํ้ามนั เครอื่ ง กระสอบข้าวและถุงบรรจุปุ๋ย

34  ภาพที่ 2.2 ผลิตภณั ฑท์ ่ีทําจากพอลโิ พรไพลนี ทมี่ า : http://kanchanapisek.or.th 1.2.3 พอลิไวนลิ คลอไรด์ (Polyvinyl chloride: PVC) พอลไิ วนลิ คลอไรด์ เป็นพอลเิ มอรท์ ่ีสําคัญที่สุดในกลุ่มไวนิลดว้ ยกนั มกัเรยี กกนั ทั่วไปว่า พีวซี ี เนอื้ พีวซี ีมักมลี ักษณะขุน่ ทบึ แตก่ ็สามารถผลิตออกมาให้มีสีสนั ได้ทุกสีเป็นฉนวนไฟฟ้าอยา่ งดี ตวั มันเองเป็นสารท่ที าํ ให้ไฟดับจึงไม่ตดิ ไฟ มีลักษณะทงั้ ท่เี ป็นของแขง็คงรปู และออ่ นนุม่ เหนยี ว เรซินมที ั้งท่เี ป็นเมด็ แขง็ หรืออ่อนนุ่ม และเปน็ ผง จึงสามารถนาํ ไปใช้งานได้อย่างกว้างขวาง ผลติ ภณั ฑ์ท่ีทาํ จากพอลิไวนลิ คลอไรด์ ผลิตภัณฑ์ทั่วไป ได้แก่ หนังเทียม ซึ่งมีความอ่อนนุ่มกว่าหนังแท้สําหรับหุ้มเบาะเก้าอ้ีหรือปูโต๊ะ เคลือบกระดาษและผ้า กระเป๋าถือ ของสตรี กระเป๋าเดินทางกระเปา๋ ใส่สตางค์ รองเท้า เข็มขัด หุ้มสายไฟฟ้า สายเคเบิล หุ้มดา้ มเครือ่ งมอื หมุ้ ลวดเหลก็ท่อนาํ้ ท่อร้อยสายไฟฟา้ อ่างน้ํา ประตู หนา้ ตา่ ง 1.2.4 พอลิไวนิลอะซเิ ตต (Polyvinyl acetate: PVA) เป็นพอลเิ มอร์ทีม่ ีแขนงหนาแนน่ มลี กั ษณะโมเลกลุ แบบอะแทกตกิ ไมม่ ีความเป็นผลึก จึงมีลักษณะอ่อนน่ิมมากจนเป็นของเหลวข้นหนืด สีขุ่นขาว เมื่อแห้งจะใสเน่ืองจากความอ่อนน่ิม จนมีลักษณะเป็นของเหลวข้นหนืด จึงไม่สามารถหล่อขึ้นรูปด้วยวิธีแมพ่ มิ พใ์ ด ๆ ได้

35  การใช้งาน พอลิเมอรช์ นิดนใี้ ช้ทาํ กาวในรูปของอีมัลชนั สําหรบั ติดไม้ กระดาษ ผา้และหนงั เทยี ม มักเรยี กกาวชนดิ นว้ี ่า \"กาวลาเทก็ ซ\"์ ใช้เป็นสารเหนียวในหมากฝรง่ั ทาํ สี และเคลอื บหลอดไฟแว็บ สาํ หรบั ถา่ ยรูปในสมัยก่อน 1.2.5 พอลสิ ไตรนี (Polystyrene: PS) เปน็ พอลเิ มอรเ์ ก่าแกท่ ่รี จู้ กั กนั มานานแล้ว โดยทวั่ ไปสไตรีนพอลเิ มอร์ จะมคี วามแขง็ เปราะแตกรานได้งา่ ย แต่สามารถทําใหเ้ หนยี วขน้ึ ได้ โดยการเตมิ ยางสังเคราะห์บิวทาไดอีนลงไป ซึ่งเรียกว่า สไตรีนทนแรงอัดสูง การใช้สไตรีน เป็นโคพอลิเมอร์ (พอลิเมอร์ท่ีประกอบด้วยมอนอเมอร์ 2 ชนิด) เพ่ือปรับปรุงคุณภาพ และสมบัติของพอลิเมอร์อื่นให้ดีขึ้นเมื่อรวมตัวกับพอลิเมอร์อ่ืนจะทําให้มีคุณสมบัติเปลี่ยนไป เช่น มีความเหนียว และความแข็งเพ่ิมขึ้น ทนความร้อนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจุดหลอมตัวสูงข้ึน พอลิสไตรีนบริสุทธิ์มีลักษณะใสคล้ายกระจก ปัจจบุ นั นกั วิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคโนโลยี การผลติ พอลิสไตรนี ให้มีคุณภาพดีขน้ึมีความเป็นผลึกใส แข็ง และข้ึนรูปได้ง่าย พอลิสไตรีนเป็นพอลิเมอร์ท่ีมีอุณหภูมิ หลอมเหลวเป็นช่วงกว้าง ทําให้ง่ายต่อการหล่อขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ สามารถเลือกต้ังอุณหภูมิ และความดันของเครอื่ งจักรไดง้ า่ ย พอลิสไตรีนเปน็ พอลิเมอร์ที่มีนํา้ หนักเบา ราคายอ่ มเยา ผลิตภัณฑ์ท่ีทําจากพอลิสไตรีน พอลิสไตรนี เรซิน มลี ักษณะเป็นเมด็ เป็นผง และเป็นของเหลว เหมาะสําหรบั การขน้ึ รูปผลิตภณั ฑ์ดว้ ยวธิ ีตา่ ง ๆ ผลิตภณั ฑท์ วั่ ไป ได้แก่ ถว้ ยจาน แก้วน้าํ ชอ้ นสอ้ มทใ่ี ช้แลว้ ทงิ้ กล่องบรรจุอาหาร และผลไม้ ไม้บรรทดั อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ ของเล่น ด้ามลกู อมขนมเดก็ ขวดหรอื กระปกุ ใสย่ าเฟอร์นเิ จอร์บางอยา่ ง ชน้ิ ส่วนในตู้เย็น โฟมกนั แตก สําหรบั บรรจุภัณฑ์ และฉนวนความร้อน ภาพที่ 2.3 ผลิตภัณฑ์ท่ีทาํ จากพอลิสไตรีน ทมี่ า : http://kanchanapisek.or.th/

36  1.2.6 พอลอิ ะคริเลต (Polyacrylate) พอลิอะคริเลต มักเรียกกันทั่วไปว่า อะคริลิก เป็นพอลิเมอร์ที่ได้จากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม สามารถผลิตได้จากมอนอเมอร์หลายชนิด พลาสติกประเภทนี้ที่เป็นพื้นฐาน ได้แก่ เมทิลเมทาคริเลต (Methyl methacry late) พอลิอะคริเลต เป็นพลาสติกที่มีโครงสร้างเส้นสายเป็นแบบ อะแทกติก (Atactic) กล่าวคือ โมเลกุลมีก่ิงหรือแขนงไม่แน่นอนสั้นบ้างยาวบ้าง มีความโปร่งใสมาก (แสงผ่านได้ประมาณร้อยละ 92) จึงเป็นวัสดุมาตรฐานที่ใช้ผลติ ชนิ้ ส่วนรถยนต์ เชน่ เลนส์และฝาครอบไฟท้าย ผลติ ภัณฑท์ ่ีทาํ จากพอลอิ ะครเิ ลต อาจนาํ พอลอิ ะคริเลตมาใชแ้ ทนกระจกทง้ั ใสและเป็นสชี า ผลิตภณั ฑ์อืน่ ๆ ไดแ้ ก่ กล่องพลาสติก กระจกกนั ลมสาํ หรบั เรือเรว็ กระจกบังลมสาํ หรบั หมวกนิรภัยชิน้ ส่วนทางอิเลก็ ทรอนกิ ส์ เส้นใยนาํ แสง (Fiber optics) กระจกโคมไฟรถยนต์ แผน่ ปา้ ยและปา้ ยโฆษณา 1.2.7 พอลคิ ารบ์ อเนต (Polycarbonate) พอลิคาร์บอเนตเป็นพลาสติกท่ีมีความโปร่งใส และแข็งมาก ต้านทานการขีดข่วนไดด้ ี จึงมักใชท้ าํ ผลติ ภัณฑ์แทนแก้วหรอื กระจก ผลิตภัณฑท์ ่ีทําจากพอลคิ าร์บอเนต ลักษณะของเรซินมีทัง้ เป็นเมด็ ใส เปน็ ผง และเป็นแผ่น เหมาะสําหรับการขึ้นรปู ดว้ ยแม่พมิ พ์ เชน่ การฉดี เข้าแม่พิมพ์ หรือเอกซ์ทรชู ัน ใชท้ าํ โคมไฟฟ้า กระจกเลนส์โคมไฟหน้าของรถยนต์ กระจกแว่นตาภาชนะ และขวดพลาสติก ใบพดั เรอื และชิน้ สว่ นอิเล็กทรอนิกส์

37  1.2.8 ไนลอน (Nylon) ไนลอนเปน็ พอลเิ มอรท์ ่มี มี านาน คนไทยมกั รู้จักไนลอนในรปู ของเสื้อผา้ และเชอื กไนลอน ผลิตภณั ฑไ์ นลอนที่นิยมใชแ้ พร่หลาย มหี ลายชนิด เชน่ ไนลอน 4ไนลอน 6,6 ไนลอน 6,10 ไนลอน 10 และไนลอน 11 เป็นตน้ ผลติ ภัณฑท์ ่ีทําจากไนลอน เน่ืองจากไนลอนมีสมบัติท่ีดี ในด้านความเหนียว และมีผิวล่ืน จึงมักใช้ทําเฟืองเกียร์แทนโลหะ เพ่ือลดการใช้สารหล่อล่ืน ทําเส้นใยท่ีมีเส้นละเอียดมาก สําหรับทอเป็นผ้า และผลิตเครื่องนุ่งห่ม ลักษณะของเรซินมีทั้งท่ีเป็นเม็ด แผ่น แท่ง และท่ออีกด้วยผลิตภัณฑ์จากไนลอนที่พบเห็นได้ท่ัวไป ได้แก่ เครื่องมือช่าง ฝาครอบไฟฟ้า ภายในรถยนต์อุปกรณ์ไฟฟ้า รอก และเชือกราวม่าน อวน แห หวี เฟืองเกียร์ ลูกปืนในเครื่องจักรกลท่ีไม่ต้องใช้นา้ํ มนั หล่อลื่น ผา้ ไนลอน และใบเรอื 1.2.9 พอลิเททระฟลอู อโรเอทิลนี (Polytetrafluoroethylene : PTFE) พอลิเททระฟลูออโรเอทิลีน (พีทีเอฟอี) เป็นพลาสติกชนิดพิเศษท่ีรู้จักกันดีชนิดหนึ่ง มีคุณสมบัติดีเยี่ยมในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมี และทนความร้อน สูง สีขาวขุ่น ผิวมีความล่ืนมัน ไม่ต้องการสารหล่อลื่น เนื่องจากมีความทนทานต่อความร้อนสูงมาก จึงทําให้กระบวนการขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ ต้องใช้ความร้อนสูง และมีความยงุ่ ยากกวา่ พลาสติกชนดิ อนื่ ผลติ ภัณฑ์ที่ทําจากพอลเิ ททระฟลอู อโรเอทิลีน ลกั ษณะของเรซินเปน็ ของเหลว เป็นเม็ด และเปน็ ผง ใชเ้ คลือบด้ามเครอ่ื งมอื ช่าง เคลอื บภายในหม้อและกระทะทําใหไ้ มต่ ้องใชน้ ํ้ามัน หมุ้ สายไฟฟ้า แหวนลกู สูบของเครื่องยนต์ ลกู ปืนทใี่ ชใ้ นเคร่อื งจกั รกลทไ่ี ม่ต้องการสารหล่อลื่น ภาชนะและอปุ กรณท์ ่ใี ช้ในการทดลองทางเคมี เช่น หลอดทดลอง บกี เกอร์ ฯลฯ นอกจากนี้ยังใชผ้ สมกบั นาํ้ มนั หล่อลื่นเพอื่ เพ่มิ ประสทิ ธิภาพการหล่อลืน่ อกี ด้วย ภาพท่ี 2.4 ผลิตภณั ฑ์ที่ทาํ จาก พอลเิ ททระฟลูออโรเอทิลีน ท่มี า : http://kanchanapisek.or.th/

38  1.2.10 ฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ (PhenolFormaldehyde : Bakelite) ฟีนอลฟอรม์ าลดไี ฮด์ หรือเบกาไลต์ เป็นพลาสติกประเภทเทอรโ์ มเซ็ตชนิดแรก ทีร่ จู้ กั มานาน มสี นี ํ้าตาลคล้ายขนมปงั มีความแข็ง และอยู่ตัว เรซนิ ชนดิ น้ีมีทงั้ ที่เป็นของเหลวใส เหมาะสาํ หรับหล่อในพิมพ์ และแบบทเ่ี ป็นผงสําหรบั การข้นึ รูปด้วยแมพ่ ิมพ์ ซ่ึงชนดิ หลงั น้ี มีสีนํา้ ตาลดําเพียงอย่างเดียว ผลติ ภัณฑ์ทีท่ ําจากฟนี อลฟอร์มาลดไี ฮด์ ใช้ทําปลอกหุ้มขดลวดทองแดงรถยนต์ แกนคอยล์ในเคร่ืองรับวิทยุและโทรทศั น์ เปลือกเคร่ืองโทรศพั ทส์ มยั โบราณ ดา้ มเครื่องมือชา่ ง หูหมอ้ หกู ระทะ ด้ามมีดลูกบิลเลียด แผงวงจรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ กาว สารเคลือบผิว ตลอดจนใช้เป็นสารเติมแตง่ ในอตุ สาหกรรมยาง 1.3 วัสดปุ ระเภทเซรามิกส์ส์ ผลิตภัณฑเ์ ซรามิกส์สท์ ี่พบหรือใช้ในชีวติ ประจาํ วนั มมี ากมายหลายชนดิตัวอยา่ งผลติ ภัณฑเ์ ซรามกิ ส์ส์ตามลักษณะการใชง้ าน ไดแ้ ก่ 1) ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์สท์ ใ่ี ช้เปน็ ภาชนะรองรับหรอื ปรุงอาหาร เชน่ ถว้ ย ชาม 2) ผลติ ภัณฑ์เครื่องสขุ ภณั ฑ์ เชน่ โถสว้ ม อา่ งล้างหน้า ทวี่ างสบู่ 3) ผลติ ภณั ฑ์กระเบอ้ื ง เช่น กระเบื้องปพู ื้น กระเบอื้ งกรุฝาผนัง 4) ผลติ ภณั ฑท์ ใ่ี ช้งานด้านไฟฟ้า เชน่ กล้องฟิวส์ ฐานและมือจบั สะพานไฟฟา้ 5) ผลติ ภัณฑท์ ี่ใช้เป็นวัสดุทนไฟ เชน่ อฐิ ฉนวนทนไฟ 6) ผลติ ภัณฑแ์ กว้ เช่น แก้ว กระจก การใช้ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ส์ ควรคํานึงถึงอันตรายท่ีอาจเกิดขึ้นจากสารเคมีต่าง ๆ ที่เก่ียวข้องในกระบวนการผลิต เช่น สารตะกั่วที่ใช้เป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายและเคลือบให้มีสีสดใส ถ้านํ้าเคลือบยึดติดกับผิวเน้ือดินป้ันไม่ดี สารตะกั่วที่เคลือบอาจหลุดกะเทาะออกมาได้ ซึ่งเป็นอันตรายต่อการบริโภค นอกจากน้ีการนําผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไปใส่อาหารที่เปน็ กรดหรือเบส จะทาํ ใหส้ ารตะก่วั ท่เี คลือบอยลู่ ะลายปนมากับอาหารได้

39  ภาพท่ี 2.5 ผลติ ภณั ฑเ์ ซรามิกสส์ ์ มหี ลากหลายรปู แบบ และสีสัน ท่ีมา : http://fieldtrip.ipst.ac.th เซรามิกส์ (ceramic) มีความหมายวา่ ความรอ้ น คาํ จํากัดความของคําวา่เซรามิกส์ คือ วัสดุที่เกิดจากการรวมกันของสารอนินทรีย์ ( inorganic ) ท่ีอุณหภูมิสูง และสําหรับคําจํากัดความตาม ASTM คือ วัสดุท่ีเร่ิมต้นจากสารอนินทรีย์ มาประกอบกันเกิดปฏิกิริยา ท่ีอุณหภูมิสูง ส่งผลให้อนุภาคของวัสดุเกิดการรวมชิดติดกันจนเกิดเป็นอนุภาคขนาดเปลย่ี นไปหรือเกิดเฟสใหม่ขน้ึ และทําใหโ้ ครงสรา้ งผลึกเปล่ยี นไปจากเดมิ เมอื่ กลา่ วถึงคาํ ว่า เซรามิกส์ มกั จะนกึ ถึงผลติ ภัณฑ์ประเภทต่าง ๆ ทใ่ี ชใ้ นชีวิตประจําวัน เช่น ผลิตภัณฑ์บนโต๊ะอาหาร ได้แก่ ถ้วยกาแฟ จานชาม เหยือก ผลิตภัณฑ์ประเภทสุขภณั ฑ์ อ่างลา้ งหนา้ ทใี่ ส่สบู่ แก้วนํ้า กระเบ้อื งปูพืน้ และบุผนงั กระเบ้ืองหลงั คาเซรามิกส์ โอ่ง กระถาง และของตกแต่งต่าง ๆ แตใ่ นความเป็นจริง ปัจจุบันผลิตภัณฑ์เซรามิกส์มีมากกว่าที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ซึ่งทุกคนอาจไม่คิดว่าสิ่งของที่ใช้ในชีวิตประจําวัน เช่นอุปกรณ์อิเลคโทรนิคต่าง ๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ โทรทัศน์ วิทยุ รถยนต์ อุปกรณ์ในเคร่ืองจักรตา่ ง ๆ อปุ กรณท์ างด้านการแพทย์ กระดกู เทียม ฟันปลอม จะมีส่วนที่เป็นเซรามิกส์ประกอบอยู่ดว้ ยทงั้ ส้ิน