18-32 หฤทภัค (2)

ภาพรวมของวัสดุเชิงประกอบ An Overview of Composite Materials หฤทภคั กรี ติเสวี 1 ฉัตรชัย วีระนิติสกุล 2 อภิรตั น์ เลาหบ์ ุตรี 3 1. บทนำ ความหมายกวา้ ง ๆ ของวัสดเุ ชิงประกอบ เฟสตอ่ เนื่อง เรียกว่า เมทรกิ ซ์ (Matrix) และวสั ดุ หรอื วสั ดคุ อมโพสิต (Composite materials) อาจ ส่วนเหลือท่ีกระจายตัวอยู่ในวัสดุเน้ือหลักน้ัน หมายถึง วัสดุที่เกิดจากการรวมตัวของวัสดุมาก เรียกว่า สารเสริมแรง (Reinforcement) โดย กว่าหนึ่งชนิดขึ้นไปแล้วทำให้สมบัติของวัสดุรวม เมทริกซ์จะทำหน้าท่ีห่อหุ้มสารเสริมแรงและทำให้ ดีข้ึน สำหรับความหมายเชิงวิศวกรรมของวัสดุ วัสดุเชิงประกอบเป็นรูปร่างข้ึน ส่วนสารเสริมแรง เชิงประกอบ หมายถึง วัสดุที่ประกอบข้ึนจากวัสดุ จะทำหน้าที่เสริมสมบัติให้เมทริกซ์และทำให้วัสดุ ที่มีสมบัติแตกต่างกันตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปโดยไม่ เชิงประกอบมีสมบตั ิตามต้องการ เกิดการรวมตัวเป็นเนื้อเดียวกัน ทำให้สมบัติของ วัสดุเชิงประกอบที่เกิดขึ้นมีสมบัติร่วมกันของวัสดุ 2. วิวัฒนาการของวสั ดุเชิงประกอบ ท่ีเป็นองค์ประกอบ ดังนั้น การทำนายหรือคาด- วัสดุเชิงประกอบในธรรมชาติ (Natural คะเนสมบัติของวัสดุเชิงประกอบจึงไม่สามารถ composite) ท่ีมนุษย์นำมาใช้ประโยชน์เป็นระยะ ทำนายได้จากวัสดุที่เป็นองค์ประกอบชนิดใด เวลายาวนานแล้ว ได้แก่ ไม้ (Wood) ที่ประกอบ เพียงชนิดเดียว [1, 2] องค์ประกอบของวัสด ุ ด้วยเส้นใยเซลลูโลส (Cellulose fiber) ผสมเฮมิ- เชิงประกอบ ได้แก่ วัสดุท่ีเป็นเนื้อหลักและเป็น เซลลูโลส (Hemicellulose) ในเมทริกซ์ลิกนิน 1 อาจารย์ โปรแกรมเทคโนโลยอี ตุ สาหกรรม คณะวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบรุ ี 2 อาจารย์ สาขาวิชาเทคโนโลยีเครอื่ งกล คณะเทคโนโลยอี ุตสาหกรรม มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั พระนคร 3 ผ้ชู ่วยศาสตราจารย์ ภาควิชาวศิ วกรรมวัสดุ คณะวศิ วกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วทิ ยาเขตบางเขน 18 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

(Lignin) สำหรับตวั อยา่ งวสั ดเุ ชิงประกอบทมี่ นุษย์ และอีพอกซี ตามลำดับ ในเวลานั้นมีการพัฒนา ประดิษฐ์ขึ้นในยุคก่อนประวัติศาสตร์ เช่น อิฐ กระบวนการผลิตเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง โบราณที่เตรียมขึ้นจากการผสมฟางข้าวกับดิน เล็กมาก ๆ จากแก้วหลอมเหลว ที่เรียกว่า เหนียว เส้นฟางข้าวจะช่วยให้ดินเหนียวมีความ เส้นใยแก้ว (Glass fiber) ออกสู่ตลาดเพ่ือใช้งาน แข็งแรงมาก จนสามารถใช้ก่อซ้อนกันขึ้นเป็นผนัง เป็นฉนวนกันความร้อน การนำวัสดุทั้งสอง เพื่อสร้างเป็นท่ีกำบังภัยได้ ต่อมาเมื่อมนุษย์เร่ิม ประเภทดังกล่าวมาประกอบกลายเป็นจุดเร่ิมต้น พัฒนารูปแบบของการดำรงชีพเป็นการเลี้ยงสัตว์ ของนวัตกรรมการผลิตวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ และเพาะปลูก วัสดุจากธรรมชาติใกล้ตัวต่าง ๆ ในยุคปจั จุบัน [5] ได้แก่ ผลิตภัณฑ์จากไม้ หนังสัตว์ เอ็น และ ในระยะเร่ิมต้น เนื่องจากความต้องการ กระดูกสัตว์ ถูกนำมาอัดซ้อนประกอบกันด้วย วัสดุท่ีมีความแข็งแรงและข้ึนรูปให้มีรูปร่าง กาวธรรมชาติเพื่อให้ ได้เป็นวัสดุท่ีมีสมบัติเฉพาะ ซับซ้อนได้ จึงกลายเป็นแรงผลักดันให้เกิดการนำ ในการใช้งาน โดยจะนำพอลิเมอร์และเส้นใย เอาเส้นใยแก้วท่ีมีความแข็งแรงสูงมาเสริมแรงให้ ธรรมชาติท่ีเป็นสารจำพวกโปรตีน เซลลูโลส กับเรซินพอลิเมอร์ หรือที่รู้จักกัน คือ พลาสติก คอลลาเจน และเคอราทิน มาประกอบกันให้เกิด เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว (Glass fiber-reinforce เป็นวัสดุเชิงประกอบ ที่มีสมบัติแข็งแรงและ plastic, GFRP, FRP, GRP) และมีชื่อทั่วไปคือ ทนทานต่อการใช้งาน เช่น การทำคันธนูและ ไฟเบอร์กลาสส์ (Fiberglass) ให้เกิดเป็นวัสดุ รถเทียมม้าจากช้ันไม้ท่ีถูกอัดเช่ือมด้วยกาว เชิงประกอบที่ทนแรงกระทำขณะใช้เป็นแม่แบบ ธรรมชาติที่ได้จากการเค่ียวหนังปลา เขาสัตว์ จำลองในการขึ้นรูปชิ้นงานได้ และในเวลาต่อมา และกระดูก [3] นอกจากน้ี ยังพบการใช้ซีเมนต์ วัสดุเชิงประกอบก็เริ่มมีการพัฒนาเพื่อการใช้งาน (Cement) เป็นวัสดุประสานในการก่อสร้าง มากข้ึนเร่ือย ๆ โดยใช้เป็นส่วนประกอบของ พีระมิดในอียิปต์ วิหารทรงกลม และโรงละคร ช้ินส่วนที่ต้องการความแข็งแรงมากกว่าการใช้ สมัยโรมัน [4] เรซินพอลิเมอร์เพียงอย่างเดียว เช่น ตัวเรือ วัสดุเชิงประกอบในยุคปัจจุบันเริ่มต้นราว รวมไปถึงช้ินส่วนต่าง ๆ ในเครื่องบินด้วย แม้ว่า กลางคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็นยุคท่ีความรู้ความ การเปล่ียนชนิดของพอลิเมอร์ที่ใช้เป็นเมทริกซ์ ก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเร่ิม จะทำให้ได้วัสดุเชิงประกอบที่มีสมบัติแตกต่างกัน เข้ามามีบทบาทต่อการพัฒนา ในระยะต้นของ ตามจุดประสงค์ในการประยุกต์ใช้งาน แต่ก็ทำให้ ศตวรรษพอลิเมอร์สังเคราะห์ชนิดแรกได้ถูกผลิต ต้องปรับเปล่ียนเทคโนโลยีการผลิตให้เหมาะสมกับ และจำหน่ายเชิงการค้า คือ เรซินฟีนอลฟอร์- เมทริกซ์พอลิเมอร์ท่ีนำมาใช้ด้วย ในเวลาเดียวกัน มัลดีไฮด์ (Phenol formaldehyde resin) หรือ นั้นก็เริ่มมีการพัฒนาเทคโนโลยีของยางข้ึน เรซินฟีนอลิก (Phenolic resin) ต่อมาได้มีการ การบ่ม (Curing) ยางธรรมชาติกับกำมะถันทำให้ เตรียมพอลิเมอร์สงั เคราะห์ชนดิ อน่ื ๆ ไดแ้ ก่ เรซิน เกิดการเชื่อมโยงของโมเลกุลยางธรรมชาติเกิด ยูเรียฟอร์มัลดีไฮด์ พอลิเอสเตอร์ชนิดไม่อ่ิมตัว เป็นยางที่มีสมบัติยืดหยุ่น นอกจากน้ี การนำ 19 ฉบบั ที่ 70 ปที ่ี 22 พฤศจิกายน 2552 - มกราคม 2553

ผงถ่านดำ (Carbon black) และเส้นใยอื่น ๆ พัฒนาวัสดุพอลิเมอร์ท้ังการสังเคราะห์พอลิเมอร ์ มาเสริมแรงให้กับเมทริกซ์ยางจะเป็นการเพ่ิม ช นิ ด ใ ห ม่ ๆ ที่ เ ป็ น เ ท อ ร์ โ ม พ ล า ส ติ ก จ า ก ความแข็งแรงของยาง และได้วัสดุเชิงประกอบ อุตสาหกรรมปิโตรเคมี และกรรมวิธีการผลิต ท่ีมีความแข็งแรงและทนทานต่อการใช้งานได้มาก เส้นใยท่ีมีความแข็งแรงชนิดต่าง ๆ เช่น การผลิต ขึ้น จึงสามารถนำมาใช้เป็นยางล้อรถยนต์และ เส้นใยคารบ์ อน (Carbon fiber) ทมี่ ีความแข็งแรง เครอ่ื งบินได้ สูง และสามารถนำมาทำเป็นเส้นใยเสริมแรง ช่วงกลางของคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็น ทำให้เกิดเป็นพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใย ช่วงท่ีเกิดสงครามโลกคร้ังที่สองขึ้น ทำให้ความ คาร์บอน (Carbon fiber-reinforce plastic, ต้องการวัสดุท่ีมีความแข็งแรงสูงเพิ่มข้ึนเพ่ือ CFRP) ข้ึน วัสดุใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นเหล่านี้ทำให้เกิด ตอบสนองการผลิตเครื่องบิน รถยนต์ และ ตัวเลือกที่หลากหลายต่อการนำไป ใช้งาน ยุทโธปกรณ์ต่าง ๆ วัสดุเชิงประกอบจึงเป็นส่ิง เน่ืองจากสมบัติของวัสดุเชิงประกอบสามารถ ที่ต้องการเป็นอย่างมาก นอกจากจะนำวัสด ุ ออกแบบให้เป็นไปตามความต้องการได้ โดย เชิงประกอบมาใช้เป็นช้ินส่วนประกอบแล้ว ปรับเปลี่ยนวัสดุเร่ิมต้นท่ีใช้ ในขณะที่กระบวนการ ยังนำมาใช้ ในงานเกี่ยวกับกึ่งโครงสร้างอ่ืน ๆ ข้ึนรปู มีการพฒั นาอยา่ งเหมาะสมทำใหส้ ามารถขน้ึ อีกด้วย เช่น การใช้เป็นโดมใส่สายอากาศเรดาห์ รูปวัสดุเชิงประกอบให้มีรูปร่างที่ต้องการได้ ทำให้ ที่ต้องการท้ังความแข็งแรงและสมบัติที่ ไม่ เกิดเป็นวัสดุเชิงประกอบยุคใหม่ท่ีสามารถ ดูดซับเรดาห์ อีกท้ังภาวะสงครามทำให้เกิดการ ประยุกต์ใช้ได้กับงานท่ัวๆ ไปจนถึงงานท่ีต้องการ ขาดแคลนวัสดุธรรมชาติ ได้แก่ โลหะและยาง ความแขง็ แรงมาก ๆ ได้ การพัฒนาเทคโนโลยีจึงเป็นไปอย่างเร่งด่วน เพ่ือ ช่วงคร่ึงหลังคริสต์ศตวรรษที่ 20 ความ สังเคราะห์วัสดุที่สามารถใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติ ก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยียังดำเนิน วัสดุเชิงประกอบจึงมีบทบาทมากข้ึนและมีการ ต่อไป พร้อมกับความต้องการหาวัสดุที่สามารถ พัฒนาอย่างรวดเร็ว ท้ังการสังเคราะห์วัสด ุ ทนความร้อนได้สูงมากเพ่ือใช้สำหรับอุตสาหกรรม เชิงประกอบใหม่ ๆ และการพัฒนากระบวนการ อวกาศยาน เช่น อุตสาหกรรมการผลิตเคร่ืองบิน ขึ้นรปู ให้มปี ระสทิ ธิภาพมากขน้ึ และดาวเทียมท่ีปฏิบัติหน้าที่ในอวกาศ ทำให้ต้องมี ภายหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ส้ินสุด การพัฒนาวัสดุเชิงประกอบที่มีเมทริกซ์เป็นโลหะ การนำวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์มาใช้งานท่ัวไปมี เนื่องจากยังไม่มีเมทริกซ์เป็นพอลิเมอร์ชนิดใดท่ี มากข้ึน เชน่ การนำเส้นใยแกว้ เสริมแรงพอลเิ อส- สามารถทนความร้อนท่ีสูงระดับนั้นได้ โดยวัสดุ เตอร์มาใช้ทำเป็นเรือขนาดบุคคล ท่อท่ีไม่เกิดการ เชิงประกอบโลหะในระยะเร่ิมแรกเป็นการนำเอา กดั กรอ่ น อา่ งอาบนำ้ และเฟอรน์ เิ จอรต์ า่ งๆ รวมถงึ เส้นใยอนินทรีย์ เช่น เส้นใยคาร์บอน และ ในอุตสาหกรรมรถยนต์ที่เร่ิมขยายตัวมากขึ้น ซิลิกอนคาร์ ไบด์ มาเสริมแรงให้แก่เมทริกซ์ และต้องการวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา อะลูมิเนียม ทำให้ ได้วัสดุท่ีมีสมบัติท่ีดีขึ้นและ และทนทานต่อการกัดกร่อน นอกจากน้ี การ ทนทานต่อการเปล่ียนแปลงรูปร่างเมื่อใช้งาน 20 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

ที่อุณหภูมิสูง จากนั้นก็เร่ิมมีการพัฒนาวัสด ุ งานทั่วไป เพ่ือให้ได้อุปกรณ์ที่มีคุณภาพสูงมากขึ้น เชิงประกอบท่ีมีเมทริกซ์เป็นเซรามิกหรือวัสด ุ เช่น เคร่ืองมือต่าง ๆ จนถึงอุปกรณ์กีฬา เป็นต้น เชิงประกอบเซรามิก เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์เสริม นอกจากน้ียังมีการนำเอาวัสดุมากกว่า 2 ชนิด แรงเมทริกซ์อะลูมินา เส้นใยคาร์บอนเสริมแรง ขึ้นไปมาเสริมสมบัติซ่ึงกันและกัน เกิดเป็นวัสด ุ เมทรกิ ซค์ ารบ์ อน เป็นตน้ เพ่ือประยุกต์ใช้ในงานที่ เชิงประกอบผสม (Hybrid composite) และการ สัมผัสความร้อนสูง และต้องทนทานต่อการ พัฒนาเทคนิคการผสมวัสดุตั้งแต่ 2 ชนิดข้ึนไป กัดกร่อน สำหรับความก้าวหน้าของวัสดุเชิง- ให้มีความเข้ากันได้ระดับอนุภาคหรือที่เรียกว่า ประกอบที่มีเมทริกซ์เป็นพอลิเมอร์ จะเป็นยุคที่ วัสดุเชิงประกอบนาโน (Nano-composite) [2] พอลิเมอร์สังเคราะห์ท่ีมีสมบัติหลากหลายได้มี เพอ่ื ทำให้เกิดความเปน็ เนื้อเดียวข้ึนในวัสด ุ การผลิตข้ึนมาอย่างมากมาย รวมท้ังการผลิต ดังจะเห็นได้ว่าภายในเวลาเพียงไม่ถึงหนึ่ง เส้นใยพอลิเมอร์ท่ีมีความแข็งแรงสูงท่ีเรียกว่า ศตวรรษ วัสดุเชิงประกอบชั้นสูงก้าวเข้ามาเป็น เส้นใยอะรามีด (Aramid fiber) หรือที่รู้จักกันใน วัสดุที่มีบทบาทอย่างมากด้านวัสดุศาสตร์ โดย ชื่อทางการค้าว่า เคฟลาร์ (Kevlar) และเส้นใย เฉพาะอย่างยิ่งช่วงหลังปีคริสต์ศักราช 1970 ท่ี พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นสูงพิเศษ (Ultra การพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับวัสดุเชิงประกอบ high molecular weight polyethylene, เป็นไปอย่างก้าวกระโดด ในปัจจุบันการวิจัยและ UHMWPE) ทำให้ได้วัสดุเชิงประกอบท่ีมีสมบัติดี พัฒนาจะเน้นไปท่ีการพัฒนาเชิงควบคุมคุณภาพ มากข้ึนและสามารถนำไปใช้ ในงานท่ีต้องการ การเพ่ิมประสิทธิภาพของกระบวนการผลิต ความ สมบัติเฉพาะตัวท่ีไม่สามารถหาได้จากการใช้วัสดุ เข้ากันได้ระหว่างวัสดุองค์ประกอบและการเสริม เพยี งชนดิ เดยี ว สมบัติของวัสดุองค์ประกอบบางอย่าง เพื่อให้ได้ ช่วงปลายคริสต์ศตวรรษท่ี 20 จนถึง วสั ดทุ มี่ ีสมบัติเหมาะสมกับการใชง้ านมากทีส่ ดุ ปัจจุบันเรียกได้ว่าเป็นยุคแห่งวัสดุเชิงประกอบ ชน้ั สงู (Advance composite materials) เนอ่ื งจาก 3. ประเภทของวัสดเุ ชิงประกอบ นักวัสดุศาสตร์สามารถพัฒนาวัสดุเชิงประกอบ วัสดุเชิงประกอบประกอบด้วยส่วนสำคัญ และกระบวนการผลิตให้เกิดเป็นวัสดุท่ีมีสมบัติ 2 ส่วน ได้แก่ เมทริกซ์และสารเสริมแรง ดังนั้น ต่าง ๆ ท่ีตอบสนองความต้องการและการ ถ้าจำแนกวัสดุเชิงประกอบตามชนิดของวัสดุที่เป็น ประยุกต์ใช้ได้มากมาย ทำให้เกิดการขยายตลาด เมทริกซ์จะสามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ของวัสดุเชิงประกอบขึ้นในวงกว้าง โดยการ ได้แก่ วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ (Polymer พัฒนาวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ให้มีสมบัติ matrix composite, PMC) วัสดุเชิงประกอบ ท่ีดีมากขึ้น ทนความร้อนสูงขึ้น เพ่ือใช้ ในงาน โลหะ (Metal matrix composite, MMC) และ โครงสร้างและการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรม วัสดุเชิงประกอบเซรามิก (Ceramic matrix ยานยนต์และอวกาศยานได้ ส่วนวัสดุเชิงประกอบ composite, CMC) และสามารถจำแนกย่อย โลหะและวัสดุเชิงประกอบเซรามิกเร่ิมถูกนำมาใช้ ต่อไปได้อีกตามลักษณะของสารเสริมแรง ได้แก่ 21 ฉบับที่ 70 ปีที่ 22 พฤศจิกายน 2552 - มกราคม 2553

รูปที่ 1 การจำแนกประเภทของวัสดุเชิงประกอบตามชนิดของเมทริกซ์และลักษณะของ สารเสรมิ แรง อนุภาค (Particle) เส้นใย (Fiber) และวิสเกอร์ เส้นใยยาว (Long fiber) ซ่ึงมีอัตราส่วนมากกว่า (Whisker) ดงั รูปท่ี 1 [6] 1,000 ข้ึนไป และเส้นใยสั้น (Short fiber) ซึ่งมี สารเสริมแรงในวัสดุเชิงประกอบสามารถ อัตราส่วนน้อยกว่า 1,000 [6] เส้นใยมีทั้งที่เป็น ถูกจำแนกตามลักษณะเป็นอนุภาค เส้นใย และ เส้นใยอินทรีย์และเส้นใยอนินทรีย์ ตัวอย่างเส้นใย วิสเกอร์ อนุภาคเสริมแรงจะมีลักษณะเป็นเม็ด อินทรีย์ เช่น เส้นใยอะรามีด เส้นใยเซลลูโลส หรือผง เช่น ผงถ่านดำ ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นต้น เป็นต้น ส่วนเส้นใยอนินทรีย์อาจเป็นเส้นใยแก้ว และถ้าพิจารณาอัตราส่วนระหว่างความยาวต่อ เส้นใยคาร์บอน หรือเส้นใยโลหะ เช่น เส้นใย เส้นผ่านศูนย์กลาง (Aspect ratio) ถ้าอัตราส่วน โบรอน เส้นใยทองแดง เป็นต้น ส่วนวิสเกอร์เป็น ดังกลา่ วมากกวา่ 100 ข้นึ ไปจะเรียกสารเสรมิ แรง ลักษณะของเส้นใยขนาดเล็กมากที่มีเส้นผ่าน น้ันเป็นเส้นใย [5] ซึ่งอาจจำแนกตามความยาว ศูนย์กลางในหน่วยไมโครเมตรและมีความยาว เป็นเส้นใยต่อเน่ือง (Continuous fiber) และ เพียงไม่กี่มิลลิเมตร ซ่ึงเกิดจากการก่อตัวทางยาว เส้นใยไม่ตอ่ เนื่อง (Discontinuous fiber) และยงั ของผลกึ เดีย่ ว (Elongated single crystal) จึงมี สามารถจำแนกเส้นใยไม่ต่อเน่ืองตามอัตราส่วน แนวโน้มที่จะเป็นผลึกสมบูรณ์ที่ปราศจากการ ระหว่างความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางได้เป็น เคล่ือน (Dislocation) ทำให้วิสเกอร์มีความ แขง็ แรงสูงมาก เช่น วสิ เกอร์ซลิ กิ อนคาร์ไบด์ [5] 22 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

3.1 วัสดเุ ชงิ ประกอบพอลิเมอร ์ สมบัติเชิงกลน้ีจะเป็นสมบัติร่วมที่เกิด โดยธรรมชาติ พอลิเมอร์เป็นสารประกอบ จากสมบัติของเมทริกซ์พอลิเมอร์ และสมบัติ อินทรีย์ขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างเป็นหน่วยซ้ำ เช่ือมต่อ ของเส้นใยเสริมแรงประกอบกันทำให้วัสด ุ กันเป็นสายยาว ทำให้พอลิเมอร์มีความแข็งแรงไม ่ เชิงประกอบมีความแข็งแรงเพิ่มข้ึนมากกว่า สูงนัก มีความหนาแน่นต่ำ และมีความทนทานต่อการ วัสดุพอลิเมอร์ เน่ืองจากเส้นใยเสริมแรงทำ กัดกร่อน การเสริมแรงให้พอลิเมอร์ทำได้โดยการ หน้าท่ีรับแรงกระทำ แต่สำหรับระยะยืดสูงสุด เติมเส้นใยเสริมแรงลงในพอลิเมอร์ให้เกิดเป็นวัสดุ น้ัน วัสดุเชิงประกอบจะมีความสามารถในการ เชิงประกอบที่มีความแข็งแรงมากขึ้น โดยทั่วไปเส้นใย ยืดสูงสุดได้ ไม่เกินระยะยืดสูงสุดของเส้นใย เสริมแรงสำหรับวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์มักเป็น เสริมแรง สำหรับเมทริกซ์พอลิเมอร์ควรมี เส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงเพ่ือทำหน้าท่ีในการรับ ความเหนียวทนทานมากพอที่จะห่อหุ้มเส้นใย และกระจายแรงกระทำ โดยวัสดุเชิงประกอบจะมี เสริมแรงไว้ [7] สารเสริมแรงในรูปอนุภาค ความแข็งแรงสูงท่ีสุดตามแนวการเรียงตัวของเส้นใย มีส่วนเสริมความแข็งแรงได้ ไม่ดีเท่ากับรูป เสริม-แรง การเสริมแรงนี้ทำให้เมทริกซ์พอลิเมอร์ เส้นใย เนื่องจากความไม่ต่อเน่ืองของสาร สามารถรับแรงกระทำได้สูงขึ้นโดยไม่เปลี่ยนรูปร่าง เสริมแรงส่งผลต่อการกระจายแรง จึงนิยม ดังแสดงรูปท่ี 2 ท่ีแสดงถึงสมบัติเชิงกลอย่างง่าย เรียกสารเสริมแรงในรูปอนุภาคว่า สารเติม ของวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์เม่ือให้แรงตามแนว (Filler) [6] วัสดุเชิงประกอบจะมีความแข็ง- การเรยี งตัวของเส้นใย แรงมากขึ้นอย่างมากเม่ือเปรียบเทียบกับ ความหนาแน่นท่ีเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยทำให้ ความแข็งแรงจำเพาะ (Specific strength) ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างความแข็งแรงต่อ ความหนาแน่นของวัสดุเพ่ิมสูงขึ้น จึงทำให้ สามารถนำวัสดุเชิงประกอบมาใช้สำหรับงาน โครงสร้างบางชนิดที่ต้องรับแรงกระทำท่ี ไม่ สูงมากนักได้ เช่น เฟอรน์ ิเจอรต์ า่ ง ๆ สำหรับเมทริกซ์พอลิเมอร์สามารถ แ บ่ ง ย่ อ ย อ อ ก เ ป็ น เ ม ท ริ ก ซ์ เ ท อ ร์ โ ม เ ซ ต ติ ง (Thermosetting matrix) และเมทริกซ์- เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic matrix) ทมี่ คี วามแตกตา่ งกนั ในพฤตกิ รรมเชงิ ความรอ้ น รูปท่ี 2 สมบัติเชิงกลของวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ ของพอลิเมอร์ โดยเทอร์โมเซตติงเป็นพอลิ- เมอร์ท่ีมีโครงสร้างแบบร่างแห และมีสมบัติ เปรยี บเทียบกบั วัสดุองค์ประกอบ แข็งเปราะ เม่ือเกิดปฏิกิริยาการเชื่อมโยง 23 ฉบบั ท่ี 70 ปีที่ 22 พฤศจกิ ายน 2552 - มกราคม 2553

โมเลกุล หรือการบ่มแล้วจะเกิดการคงรูปและไม่ แผ่น (Sheet molding compound, SMC) สามารถเปล่ียนแปลงรูปร่างได้อีก ส่วนเทอร์โม- สำหรับการขึ้นรูปเป็นชิ้นงานที่มีลักษณะแผ่น และ พลาสติกเป็นพอลิเมอร์ท่ีมีโครงสร้างแบบเส้นหรือ พรีเพรกผสมเสร็จแบบหนา (Bulk molding แบบกง่ิ สามารถหลอมเหลวไดเ้ มื่อได้รับความร้อน compound, BMC) จะใช้สำหรับการข้ึนรูปเป็น เหนืออุณหภูมิหลอมเหลว มีสมบัติเหนียวและ ชิ้นงานที่มีรูปทรง ความแตกต่างกันของพรีเพรก ทนทานต่อสิ่งแวดล้อม พฤติกรรมเชิงความร้อนน้ี ทั้งสองชนิดจะอยู่ที่ความยาวของเส้นใยเสริมแรง จะมีผลต่อกระบวนการขึ้นรูปวัสดุเชิงประกอบ และความหนืดของเมทริกซ์ พรีเพรกแบบแผ่น สำหรับเมทริกซ์เทอร์โมเซตติง การข้ึนรูปวัสดุ มักจะทำจากเส้นใยยาวและมีความสามารถในการ เชิงประกอบจะเป็นการผสมสารเสริมแรงให้เข้า ไหลของเมทริกซ์น้อยกว่า ส่วนพรีเพรกแบบหนา กับมอนอเมอร์ในแม่พิมพ์ ก่อนท่ีจะทำให้เกิด มักจะทำจากเส้นใยสั้น และความสามารถในการ ปฏิกิริยาเคมีเช่ือมโยงเป็นโครงสร้างแบบร่างแห ไหลสูงเพ่ือความเหมาะสมสำหรับการข้ึนรูปเป็น และหลังจากที่ปฏิกิริยาส้ินสุดวัสดุเชิงประกอบจะ ช้ินงาน สำหรับพรีเพรกของวัสดุเชิงประกอบ เกิดการคงรูปซ่ึงจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่าง เทอร์โมพลาสติกนั้น จะอยู่ในรูปแผ่นที่เป็นเส้นใย ได้อีก ในขณะที่การข้ึนรูปวัสดุเชิงประกอบท ่ี แก้วส้ันๆ ในเมทริกซ์พอลิโอเลฟิน ท่ีเรียกว่า เมทริกซ์เป็นเทอร์โมพลาสติกน้ัน จะใช้หลักการ พรีเพรกผืนแก้วเทอร์โมพลาสติก (Glass mat ให้ความร้อนเหนืออุณหภูมิหลอมเหลวและขึ้นรูป thermoplastic, GMT) โดยพรีเพรกเมื่อได้รับ ก่อนท่ีจะทำให้เย็นตัวลงเพ่ือเกิดการคงรูป โดยถ้า ความร้อนเหนืออุณหภูมิหลอมเหลวของเมทริกซ์ หลังจากคงรูปแล้วได้รับความร้อนอีกคร้ัง ส่วนที่ และทำให้เป็นรูปร่างท่ีต้องการก่อนท่ีจะถูกทำให้ เป็นเมทริกซ์ก็จะสามารถหลอมเหลวได้อีก การท่ี เย็นตัวลงและคงรูป จะเลือกใช้เมทริกซ์ชนิดใดนั้นขึ้นอยู่กับสมบัติใน ไฟเบอร์กลาสส์หรือไฟเบอร์ เป็นตัวอย่าง การประยุกต์ใช้งานเปน็ สำคญั ข อ ง วั ส ดุ เ ชิ ง ป ร ะ ก อ บ พ อ ลิ เ ม อ ร์ ท่ี มี เ ม ท ริ ก ซ์ ในอุตสาหกรรมวัสดุเชิงประกอบ วัตถุดิบ เทอร์โมเซตติงเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้วท่ีมีส่วน- สำหรับการผลิตอาจอยู่ในรูปของช้ินงานก่ึงสำเร็จ แบ่งทางการตลาดสูง โดยท่ัวไปหมายถึงเมทริกซ์ หรือพรีเพรก (Prepreg) เพื่อความสะดวกในการ พอลิเอสเตอร์หรือไวนิลเอสเตอร์ ไฟเบอร์กลาสส์ ข้ึนรูป ถ้าเป็นพรีเพรกของวัสดุเชิงประกอบ จะนำไปประยุกต์ใช้ในงานที่ต้องการความแข็งแรง เมทริกซ์เทอร์โมเซตติงจะเป็นเส้นใยที่อยู่ใน ปานกลาง น้ำหนักเบา เช่น หลังคารถกระบะ เมทริกซ์เทอร์โมเซตติง แต่ทำให้เกิดการเช่ือมโยง เฟอร์นิเจอร์ขนาดเล็ก เป็นต้น ส่วนเมทริกซ์ โมเลกุลเพียงบางส่วนเท่าน้ัน และเมื่อจะนำมา อีพอกซีจะถูกใช้ในงานที่ต้องการความแข็งแรง ขึ้นรูปเป็นรูปร่างท่ีต้องการแล้วจึงจะทำให้เกิดการ สูงกว่า นอกจากน้ียังมีการนำเส้นใยเสริมแรง เชื่อมโยงโมเลกุลที่สมบูรณ์ พรีเพรกลักษณะน้ีอาจ อ่ืน ๆ ได้แก่ เส้นใยคาร์บอนและเส้นใยอะรามีด มาในรูปแผ่น ที่เรียกว่า พรีเพรกผสมเสร็จแบบ และมีความแข็งแรงสูงกว่าเส้นใยแก้วมาใช้ในงาน 24 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

ที่ต้องการสมบัติด้านความแข็งแรงสูงมาก ส่วน ขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำกว่าโลหะ ส่วน วัสดุเชิงประกอบเมทริกซ์เทอร์โมพลาสติกมีส่วน กรณีที่สารเสริมแรงมีลักษณะเป็นเส้นใยยาว แบ่งทางการตลาดน้อยกว่า มักใช้ทำเป็นวัสดุ วัสดุเชิงประกอบท่ีได้จะมีความแข็งแรงสูงข้ึน สำหรับตกแต่งภายในท่ีต้องการความเหนียว มากอกี ด้วย ทนทาน หรือนำไปอัดซ้อนกับวัสดุอ่ืนเพ่ือเพิ่มความ โดยทั่วไปวัสดุเชิงประกอบโลหะจะนำไป แขง็ แรง เปน็ ตน้ ใช้งานในลักษณะเดียวกับโลหะ สารเสริมแรงท่ี เติมเข้าไปจะเป็นการปรับปรุงสมบัติของเมทริกซ์ 3.2 วสั ดเุ ชงิ ประกอบโลหะ [6, 8, 9] โลหะให้ดีย่ิงขึ้น และมีอายุการใช้งานนานข้ึน วัสดุเชิงประกอบโลหะได้พัฒนาข้ึนเพ่ือ อย่างไรก็ตามการนำไปใช้งานยังจำกัดเนื่องจาก ปรับปรุงความสามารถในการทนทานต่อความล้า ต้นทุนในการผลิตทส่ี งู มาก ของโลหะให้ดีมากขึ้น โดยเฉพาะอะลูมิเนียม และไทเทเนียม ท่ีเป็นเมทริกซ์โลหะท่ีต้องการให ้ 3.3 วสั ดุเชงิ ประกอบเซรามกิ [6, 10] มีสมบัติพิเศษในการใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศ- เซรามิกเป็นวัสดุท่ีมีความทนทานต่อการ ยาน สารเสริมแรงอาจอยู่ในลักษณะของอนุภาค ใช้งานท่ีอุณหภูมิสูง ไม่นำความร้อน ทนทานต่อ เส้นใย หรือวิสเกอร์ก็ได้ นอกจากนี้ สารเสริมแรง การกัดกร่อน และอัตราการเปล่ียนแปลงรูปร่าง สำหรับโลหะต้องมีความแข็งแรงสูง และทนความ เม่ือได้รับความร้อนต่ำมาก เซรามิกจึงนำมาใช้ใน ร้อนสูงด้วย เน่ืองจากโลหะต้องใช้อุณหภูมิสูงมาก งานที่ต้องการความทนทานต่ออุณหภูมิสูง และ ในการขึ้นรูป และสารเสริมแรงท่ีใช้ต้องไม่เกิดการ ในสภาวะที่มีการกัดกร่อนสูง แต่ข้อเสียของ กัดกร่อนกับเมทริกซ์โลหะ จากข้อจำกัดเหล่านี้ เซรามิก คือ เปราะและแตกหักง่าย เม่ือเกิด ทำให้สารเสริมแรงอนินทรีย์และเส้นใยแก้ว รอยแตกแล้วไม่สามารถซ่อมแซมได้ โดยง่าย ไม่สามารถใช้เสริมแรงให้กับเมทริกซ์โลหะได้ การเสริมแรงให้กับเมทริกซ์เซรามิกเป็นการ สารเสริมแรงท่ีใช้จึงต้องเป็นสารเสริมแรงเซรามิก ปรับปรุงสมบัติให้วัสดุเชิงประกอบท่ี ได้ม ี หรือสารเสริมแรงโลหะ เช่น ซิลิกอนคาร์ ไบด ์ ความเหนียวและทนทานมากขึ้น สารเสริมแรง อะลูมินา เส้นใยโบรอน เป็นต้น การเสริมแรงเป็น จะเข้าไปขวางการแพร่ของรอยแตกท่ีอาจเกิดข้ึน การทำให้เมทริกซ์โลหะมีความทนทานต่อความล้า ระหว่างการใช้งาน เม่ือวัสดุเชิงประกอบได้รับ สูงขึ้นมาก และมีอายุการใช้งานนานขึ้น อีกทั้ง แรงจะไม่เกิดการเปราะแตกในทันที เนื่องจาก ความหนาแน่นของสารเสริมแรงท่ีน้อยกว่าโลหะ รอยแยกจะถูกหน่วงด้วยสารเสริมแรงเน่ืองจาก ทำให้ความหนาแน่นของวัสดุเชิงประกอบลดลง สมบัตทิ ี่เรียกว่า ความเหนียวแบบเทยี ม (Pseudo รวมถึงสัมประสิทธ์ิการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ductile) สำหรับเมทริกซ์เซรามิกที่ไม่เสริมแรง (Coefficient temperature expansion, CTE) จะแสดงสมบัติที่เปราะ และแตกทันทีเม่ือได้รับ ลดลง เพราะสารเสริมแรงเป็นเซรามิกจึงมีการ แรงกระทำจนถึงจุดจุดหนึ่ง ดังนั้น การใส่สาร 25 ฉบบั ท่ี 70 ปีท่ี 22 พฤศจกิ ายน 2552 - มกราคม 2553

เสริมแรงเข้าไปจะทำให้วัสดุเชิงประกอบเซรามิกที่ เชิงประกอบสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย ได้มีความเหนียวทนทานมากขึ้น สารเสริมแรง สาขา คลอบคลุมตั้งแต่วัสดุสำหรับการใช้งาน ที่ใช้ในการเสริมแรงอาจอยู่ในรูปอนุภาค เส้นใย ท่ัวไป จนกระท่ังถึงวัสดุท่ีใช้ในงานเฉพาะกิจที่ หรือวิสเกอร์ ได้แก่ อะลูมินา ซิลิกา ซิลิกอน- ตอ้ งการสมบตั พิ เิ ศษมาก ๆ คาร์ ไบด์ และคาร์บอน เป็นต้น และสำหรับ 4.1 ด้านอวกาศยานและเคร่ืองยนต์ เมทริกซ์เซรามิก ได้แก่ ซีเมนต์ คาร์บอน ซิลิ- สมบัติของวัสดุเชิงประกอบที่มีความแข็งแรง กอนคาร์ไบด์ เปน็ ตน้ จำเพาะสูง หรือมีความแข็งแรงสูงเม่ือเทียบกับ วัสดุเชิงประกอบได้นำมาใช้งานเป็นเวลา ความหนาแน่นของวัสดุ จะมีประโยชน์อย่างมาก นานโดยเฉพาะการใช้เป็นวัสดุโครงสร้างท่ีใช้เส้น สำหรบั การขนส่งทางอากาศ เพราะถ้าน้ำหนักรวม โลหะและหินกรวดทรายต่าง ๆ เป็นสารเสริมแรง ของอากาศยานลดลงโดยที่ไม่ส่งผลกระทบต่อ ให้แก่เมทริกซ์ซีเมนต์หรือคอนกรีต สำหรับการ สมบัติเชิงกลจะเป็นการประหยัดเช้ือเพลิงในการ พัฒนาเทคโนโลยีคอนกรีตอาจทำโดยการใช้เส้นใย ขนส่งอย่างมาก และถา้ วสั ดทุ ่ีใชม้ ีความทนทานตอ่ เสริมแรง เช่น เส้นใยแก้ว หรือเส้นใยคาร์บอน การใช้งานจะมีประโยชน์ต่อการบำรุงรักษาใน แทนเส้นโลหะเพ่ือแก้ปัญหาด้านการกัดกร่อนเมื่อ ระยะยาวอีกด้วย ในระยะเร่ิมต้นวัสดุเชิงประกอบ ใช้งานเป็นเวลานาน สำหรับวัสดุเชิงประกอบ ถูกพัฒนามาเพ่ือใช้เป็นวัสดุสำหรับเคร่ืองบินทหาร เซรามิกขั้นสูงที่มีความเหนียว ทนทานต่อการ ดาวเทียม ต่อเน่ืองมาจนถึงกระสวยอวกาศ และ กัดกร่อน และสามารถประยุกต์ ใช้ ในงานที่ เครื่องบินพาณิชย์ในปัจจุบัน ทำให้สัดส่วนของ อุณหภูมิสูงนั้น ยังมีการใช้งานอย่างจำกัด วัสดุเชิงประกอบต่อวัสดุอ่ืน ๆ มีแนวโน้มที่จะเพิ่ม เน่อื งจากต้นทุนในกระบวนการผลิตท่ีสูง มากข้นึ [11] พลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว และ 4. การประยกุ ต์ใชว้ สั ดุเชิงประกอบ เส้นใยคาร์บอน ได้นำมาใช้เป็นส่วนประกอบหลัก สมบัติของวัสดุเชิงประกอบสามารถ ในโครงสร้างผิวของเคร่ืองบินทิ้งระเบิดรุ่นบี 2 ออกแบบได้จากวัสดุองค์ประกอบ สัดส่วนระหว่าง (B2 Stealth bomber) ทำให้มีสมบัติพิเศษท่ียาก วัสดุองค์ประกอบ ความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุ แกก่ ารถกู ตรวจจบั [3] และใช้เป็นส่วนประกอบใน องค์ประกอบ การเรียงตัวของสารเสริมแรง และ เครื่องบินพาณิชย์โบอิง 777 (รูปที่ 3) และโบอิง การกระจายตัวของสารเสริมแรงในเมทริกซ์ การ 787 นอกจากนี้ พลาสติกเสริมแรงดังกล่าวน้ียัง ควบคุมปัจจัยเหล่านี้มีส่วนทำให้สมบัติของวัสดุ นำมาใช้เป็นวัสดุทำตัวถังเคร่ืองบินพาณิชย์ เชิงประกอบเป็นไปได้ตามต้องการ ทำให้วัสด ุ แอร์บัสเอ 380 ซ่ึงเป็นเคร่ืองบินพาณิชย์ที่มีขนาด ใหญท่ ีส่ ุดในปัจจุบนั [12] 26 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

รูปท่ี 3 วัสดเุ ชิงประกอบพอลิเมอรท์ ีถ่ ูกใช้ในเครือ่ งบนิ พาณิชย์โบอิง 777 การค้นหาวัสดุที่มีสมบัติทนต่อความร้อน เคร่ืองยนต์กังหันแก๊สบางรุ่น และท่อปล่อยแก๊ส สูงและมีสมบัติเชิงกลท่ีดีเพื่อใช้ผลิตอวกาศยาน ในเครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่อ่ืน ๆ อาจใช้วัสด ุ กลายเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาวัสดุ เชิงประกอบเซรามิกเป็นวัสดุในการผลิต (รูปท่ี 4) เชิงประกอบโลหะข้ึน โดยเมทริกซ์อะลูมิเนียม เช่น เส้นใยซิลิกอนคาร์ ไบด์เสริมแรงเมทริกซ์ เสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ได้นำมาใช้ ซิลิกอนคาร์ ไบด์ [10, 13] ข้อดีของวัสดุเชิง แทนท่ีอะลูมิเนียมในการผลิตเครื่องบินรบ ประกอบเซรามิกที่เหนือวัสดุเชิงประกอบโลหะ เอฟ 16 ทำให้มีความทนทานต่อการใช้งาน คือ สามารถใช้งานได้ ในที่ท่ีมีอุณหภูมิสูงกว่า มากข้นึ [8, 9] ด้านเครอ่ื งยนตส์ ำหรับอวกาศยาน มีค่าสัมประสิทธ์ิการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเนื่องจาก เช่น เครื่องยนต์กังหันแก๊ส จะผลิตจากวัสดุเชิง ความร้อนต่ำและทนทานต่อสภาวะกัดกร่อน ประกอบโลหะซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถรักษา แต่ข้อดอ้ ย คือ ความเปราะของเมทริกซเ์ ซรามิก ความแข็งแรงจำเพาะ ณ อุณหภูมิสูงได้ สำหรับ 27 ฉบับที่ 70 ปีที่ 22 พฤศจิกายน 2552 - มกราคม 2553

รูปที่ 4 วัสดเุ ชิงประกอบเซรามกิ ทนี่ ำมาใช้ในเครอื่ งยนตก์ ังหนั แก๊ส 4.2 ดา้ นยานยนต์ เรือ และเครื่องยนต์ ส่วนโครงสร้าง เช่น กันชน โครงสร้างร่วมในห้อง ข้อได้เปรียบของวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ โดยสาร เป็นต้น โดยชนิดของวัสดุเชิงประกอบ สำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิต พอลิเมอร์มีหลายชนิด ท้ังเมทริกซ์เทอร์โมเซตติง รถยนต์ ได้แก่ การมีความแข็งแรงจำเพาะสงู และ ได้แก่ พอลิเอสเตอร์ อีพอกซี และเมทริกซ์- สามารถขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนท่ีซับซ้อนได้ ในระยะ เทอร์โมพลาสตกิ ได้แก่ พอลโิ พรพลิ ีน พอลิเอไมด์ เริ่มต้นวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์นำมาใช้เป็น และพอลิอีเทอร์อีเทอร์คีโตน เป็นต้น รวมทั้ง ชิน้ สว่ นท่ีไม่ใช่โครงสร้าง เชน่ แผ่นคนั เรง่ วสั ดุทำ ลักษณะของสารเสริมแรงอาจอยู่ ในรูปของ ขอบยึดกระจก และขอบแผ่นกรอง ตามมาด้วย เส้นใยสั้น หรือเส้นใยต่อเน่ืองที่ถูกทอเป็นผืน ช้ินส่วนกึ่งโครงสร้าง เช่น ห้องรวมท่ออากาศ ซ่ึงขน้ึ อย่กู บั สมบัติท่ีต้องการนำไปใช้ในแต่ละส่วน ชิน้ สว่ นในหอ้ งเคร่ืองส่วนหน้า (รูปที่ 5) [14] และ รปู ท่ี 5 วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ทถ่ี ูกใชเ้ ปน็ สว่ นประกอบในรถยนต์ 28 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

ในด้านการผลิตเรือ วัสดุเชิงประกอบ ทำให้ ได้เป็นแผ่นตัวเรือที่แข็งแรง มีน้ำหนักเบา พอลิเมอร์นำไปใช้เป็นวัสดุในการทำเรือขนาดเล็ก และทนทานตอ่ สงิ่ แวดล้อม มาตั้งแต่ยุคเร่ิมต้นการผลิต เน่ืองจากเป็นวัสดุ วัสดุเชิงประกอบที่มีเมทริกซ์อะลูมิเนียม ที่มีความทนทานต่อการใช้งาน สามารถข้ึนรูป เสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิกอนคาร์ ไบด์ หรือ ได้ง่ายด้วยมือ ต่อมาเม่ือวัสดุเชิงประกอบ เสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนและเส้นใย ถูกพัฒนาให้มีสมบัติท่ีดีมากข้ึน จึงกลายเป็น ซิลิกอนคาร์ ไบด์ มีการนำไปใช้เป็นวัสดุแทนท่ี ส่วนประกอบสำหรับเรือโดยสารขนาดใหญ่จนถึง เหล็กและเหล็กหล่อในการผลิตช้ินส่วนใน เรือรบ เมทริกซ์ที่นิยมใช้ ในการทำเรือได้แก่ เ ค ร่ื อ ง ย น ต์ ( รู ป ที่ 6 ) [ 9 , 1 5 ] เ พื่ อ เ พิ่ ม พอลิเอสเตอร์ ไวนิลเอสเตอร์ และอีพอกซ ี ประสิทธิภาพของลูกสูบเครื่องยนต์ดีเซล โดยใช้เส้นใยแก้ว ชนิดเส้นใยส้ันและเส้นใยผืน เน่ืองจากอัตราการขยายตัวจากความร้อนของ เป็นสารเสริมแรง นอกจากนี้ ยังพบการใช้วัสดุ วัสดุเชิงประกอบต่ำกว่าของโลหะ และมีการใช้ เชิงประกอบ พอลิเมอร์ประกบร่วมกับแกน ซึ่ง วัสดุเชิงประกอบประเภทนี้เป็นวัสดุในระบบเบรค เป็นวัสดุที่เบาและแข็งแรงเพ่ือทำเป็นตัวเรือ และเพลา เน่ืองจากทนทานต่อความล้าสูง รูปท่ี 6 วัสดเุ ชิงประกอบโลหะทถี่ ูกใชเ้ ป็นสว่ นประกอบในเครื่องยนต์ 29 ฉบบั ที่ 70 ปที ี่ 22 พฤศจกิ ายน 2552 - มกราคม 2553

4.3 ด้านอน่ื ๆ วสั ดเุ ชงิ ประกอบเปน็ วัสดุ เซรามิกที่สมบัติทั่วไป คือ เปราะและแตกหักง่าย สำคัญในอุตสาหกรรมอ่ืน ๆ อีกมากมาย เช่น ใน สารเสริมแรงท่ีถูกใส่ลงในเมทริกซ์เซรามิก อุตสาหกรรมการก่อสร้าง เส้นใยแก้วท่ีถูกพัฒนา สามารถหน่วงการแยกท่ีเกิดขึ้นได้ ทำให้เกิดเป็น มาพิเศษเพ่ือการเสริมแรงให้กับเมทริกซ์ซีเมนต์ วัสดเุ ชงิ ประกอบที่มีความเหนยี วทนทานมากขนึ้ หรือการใช้คอนกรีตท่ีเกิดจากซีเมนต์เสริมแรงด้วย การปรับเปลี่ยนชนิดของวัสดุองค์ เส้นใยคาร์บอนและเถ้าลอยทำให้เกิดเป็นคอนกรีต ประกอบ หรือสัดส่วนการผสม ทำให้เกิดสมบัติที่ ท่ีมีน้ำหนักเบา ด้านวัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร ์ หลากหลายและสามารถออกแบบให้เป็นไปตาม ไม่นิยมใช้เป็นวัสดุโครงสร้างท่ีรับแรงโดยตรง แต่ ต้องการได้ ปัจจุบันวัสดุเชิงประกอบนับได้ว่าเป็น มักใช้ประกอบกับวัสดุโครงสร้างเดิมเพ่ือเสริม วัสดุที่ใช้งานท่ัวไป ครอบคลุมอุตสาหกรรมหลัก ประสิทธิภาพให้ดีย่ิงขึ้น สำหรับอุตสาหกรรม ต่าง ๆ ตง้ั แต่ อวกาศยาน ยานยนต์ การก่อสรา้ ง อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุเชิงประกอบโลหะที่เป็น ตลอดจนถึงอุปกรณ์กีฬา เป็นต้น อย่างไรก็ตาม อนุภาคซิลิกอนคาร์ ไบด์เสริมแรงเมทริกซ์ การวิจัยและพัฒนาด้านวัสดุเชิงประกอบยังมี อะลูมิเนียมจะนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับการทำ ความจำเป็นที่ต้องดำเนินต่อไป เพ่ือให้ได้วัสดุท่ีมี ฮาร์ดดิสก์ เพราะสามารถออกแบบให้มีค่า สมบัติท่ีดีขึ้นเหมาะกับการใช้งานมากข้ึนและเพื่อ สัมประสิทธิ์การขยายตัวเน่ืองจากความร้อนได้ ตอบสนองความตอ้ งการของมนษุ ยต์ ่อไป โดยการปรับสัดส่วนของอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ วัสดุเชิงประกอบสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอีก เอกสารอ้างองิ หลาย ๆ ด้าน ซ่ึงพบได้ในชีวิตประจำวัน เช่น [1] D. Hull and T. W. Clyne, “An หมวกนิรภัย กระดานโต้คล่ืน ไม้เทนนิส ไม้กอล์ฟ introduction to composite เปน็ ตน้ materials” Cambridge University Press, 1996, Cambridge. 5. บทสรปุ [2] A . K e l l y a n d A . M o r t e n s e n , วัสดุเชิงประกอบเป็นการนำเอาสมบัติที่ดี “Composite Materials: Overview”, ของวัสดุมากกว่าหน่ึงชนิดมาผนวกกัน ทำให้เกิด in Encyclopedia of Materials: เ ป็น สม บั ติที่ เห ม าะ กับ ก าร ปร ะ ยุก ต์ ใช้ ง าน ต าม Science and Technology, K. H. J. ความต้องการของมนุษย์ พอลิเมอร์มีข้อจำกัดใน Buscow, R. W. Cahn, M. C. ด้านความแข็งแรง การเสริมแรงเมทริกซ์พอ- Flemings, L. B. Ilcewicz, E. J. ลิเมอร์ด้วยเส้นใยเสริมแรงจึงเป็นการเพิ่มความ Kramer, and S. Mahajan, Eds. แขง็ แรงใหก้ ับพอลเิ มอรอ์ ยา่ งมาก โลหะมีขอ้ จำกัด Amsterdam: Elsevier, 2001, pp. ในด้านความทนทานต่อความล้า การใส่สารเสริม- 1361-1371. แรงลงไปในเมทริกซ์โลหะ ทำให้วัสดุเชิงประกอบ [3] A. Beukers, “Polymer Matrix ที่ได้มีความทนทานต่อการใช้งานมากขึ้น สำหรับ Composites: Application”, in 30 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .

Encyclopedia of Materials: Science Mahajan, Eds. Amsterdam: and Technology, K. H. J. Buscow, Elsevier, 2001, pp. 5442-5447. R. W. Cahn, M. C. Flemings, L. B. [9] W . H . H u n t , “ M e t a l M a t r i x Ilcewicz, E. J. Kramer, and S. Composites” in Comprehensive Mahajan, Eds. Amsterdam: Composite Materials, A. Kelly and Elsevier, 2001, pp. 7384-7388. C. Zweben, Eds. Amsterdam: [4] D. J. Hannant, “Cement-based Elsevier, 2000, pp. 57-66. Composites”, in Comprehensive [10] K. M. Prewo and W. K. Tredway, Composite Materials, A. Kelly and “Ceramic Matrix Composites: C. Zweben, Eds. Amsterdam: Application” Encyclopedia of Elsevier, 2000, pp. 323-362. Materials: Science and Technology, [5] K. K. Chawla, “Fibrous Reinforce- K. H. J. Buscow, R. W. Cahn, M. C. ments for composites: Overview” in Flemings, L. B. Ilcewicz, E. J. Encyclopedia of Materials: Science Kramer, and S. Mahajan, Eds. and Technology, K. H. J. Buscow, Amsterdam: Elsevier, 2001, pp. R. W. Cahn, M. C. Flemings, L. B. 1056-1060. Ilcewicz, E. J. Kramer, and S. [11] R. Boyer, “Aircraft Materials” in Mahajan, Eds. Amsterdam: Encyclopedia of Materials: Science Elsevier, 2001, pp. 3160-3167. and Technology, K. H. J. Buscow, [6] M. G. Bader, “The Composites R. W. Cahn, M. C. Flemings, L. B. Market” in in Comprehensive Ilcewicz, E. J. Kramer, and S. Composite Materials, A. Kelly and Mahajan, Eds. Amsterdam: C. Zweben, Eds. Amsterdam: Elsevier, 2001, pp. 66-73. Elsevier, 2000, pp. 1-13. [12] L. B. Ilcewicz, “Composite Appli- [7] “Guide to Composite Materials”, cations in Commercial Airframe www.gurit.com. Structures” in Comprehensive [8] W . H . H u n t , “ M e t a l M a t r i x Composite Materials, A. Kelly and Composites: Applications” in C. Zweben, Eds. Amsterdam: Encyclopedia of Materials: Science Elsevier, 2000, pp. 87-119. and Technology, K. H. J. Buscow, [13] D. W. Richerson, “Industrial R. W. Cahn, M. C. Flemings, L. B. Applications of Ceramic Matrix Ilcewicz, E. J. Kramer, and S. Composites” in Comprehensive 31 ฉบบั ที่ 70 ปที ่ี 22 พฤศจกิ ายน 2552 - มกราคม 2553

Composite Materials, A. Kelly and [15] D. B. Miracle, “Metal matrix C. Zweben, Eds. Amsterdam: composites–From science to Elsevier, 2000, pp. 549-570. technological significance”, [14] R. Brooks, “Composites in Auto- Composites Science and Techno- motive Applications: Design” logy, 65, 2005, pp 2526–2540. in Comprehensive Composite Materials, A. Kelly and C. Zweben, Eds. Amsterdam: Elsevier, 2000, pp. 341-363. 32 วิ ศ ว ก ร ร ม ส า ร ม ก .