บทนำ ในการสร้างสิ่งของเครื่องใช้ขึ้นมาผู้สร้างต้องกำหนดสมบัติเบื้องต้นที่ต้องการ เพื่อที่จะเลือกใช้วัสดุและเครื่องมือให้เหมาะสม เช่น มีความแข็งแรงทนรับน้ำหนักได้มีความยืดหยุ่นไม่แตกหักง่าย ดังนั้นการเลือกวัสดุ เพื่อนำมาสร้างสิ่งของหรือชิ้นงานนั้นจะต้องตอบโจทย์กับชิ้นงานที่ต้องการสร้าง ตัวอย่าง เก้าอี้สำหรับผู้สูงอายุ ต้องเลือกวัสดุที่สามารถรองรับน้ำหนักได้ดี มีความแข็งแรง และมีความนุ่ม เพื่อให้ผู้สูงอายุนั่งสบาย ในขณะเดียวกันเครื่องมือที่นำมาสร้างต้องเหมาะสมในการยึดติดวัสดุ เช่น ใช้กาวในการติดวัสดุที่เป็นผ้ากับพลาสติก คือ วัสดุแต่ละประเภทมีสมบัติที่แตกต่างกันจึงทำให้มีความเหมาะสมในการนำมาใช้งานที่แตกต่างกันด้วยวัสดุหรือเครื่องมือที่ใช้สร้างหรือประกอบชิ้นส่วนของชิ้นงานต้องเลือกใช้งานให้เหมาะสมกับประเภทงานและวัสดุด้วย
วัสดุมีอยู่หลายประเภททั้งจากธรรมชาติและมนุษย์สร้างขึ้นหรือที่เรียกว่า “วัสดุสังเคราะห์” วัสดุบางประเภทอาจนำมาใช้ได้ทันทีโดยไม่ต้องมีการแปรรูปหรือมีการแปรรูปให้เหมาะสมต่อการนำไปใช้งานโดยกระบวนการในการแปรรูปจะแตกต่างกันตามความเหมาะสมของสมบัติวัสดุและความต้องการในการใช้งานในอดีตวัสดุประเภทต่างๆยังมีไม่มากมนุษย์จึงใช้วัสดุที่มาจากธรรมชาติ เช่น ดิน หิน ทราย เขาสัตว์ หนังสัตว์ ใบไม้ นำมาสร้างเป็นสิ่งของเครื่องใช้ ต่อมาได้มีการนำวัสดุธรรมชาติมาพัฒนา เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ได้มากขึ้น เช่น โลหะ ไม้เซรามิค คอมโพสิต วัสดุสมัยใหม่
วัสดุทางธรรมชาติ : โดยการใช้ดินเหนี่ยวมาผสมน้ำปั้นเป็นอิฐเพื่อสร้างที่อยู่อาศัย
ที่มา : บ้านดิน โครงการเพาะพันธุ์ปัญญา โรงเรียนขุนหาญวิทยาสรรค์
วัสดุสมัยใหม่ อิฐมวลเบาทีพีไอ
ที่มา : https://www.tpipolene.co.th/th/news/annoucement/120-tpi-block-5
วัสดุธรรมชาติ และ วัสดุสังเคราะห์ มีสมบัติเฉพาะตัวที่แตกต่างกันไปดังนั้นต้องเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมต่อการใช้งานสมบัติของวัสดุมีหลายด้าน ในบทนี้จะยกตัวอย่างสมบัติของวัสดุ ด้านความยืดหยุ่น ความแข็งแรงและนำความร้อน
สภาพยืดหยุ่น(elasticity)
เป็นสมบัติของวัสดุที่เปลี่ยนแปลงรูปร่างได้เมื่อมีแรงกระทำและจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมเมื่อหยุดออกแรงกระทำต่อวัสดุนั้นตัวอย่างวัสดุที่มีสภาพยืดหยุ่นเป็นยางสปริงสายเคเบิลมีการนำสายเคเบิลมาเป็นส่วนประกอบของโครงสร้างสะพานเนื่องจากสะพานต้องการโครงสร้างที่ยืดหยุ่นและรับแรงดีได้ดี
ความแข็งแรง (strength)
คือความสามารถในการรับน้ำหนัก หรือแรงกดทับ โดยวัสดุนั้นจะยังคงสภาพได้ไม่แตกหัก วัสดุที่รับน้ำหนักได้มากจะมีความแข็งแรงมากกว่าวัสดุที่รับน้ำหนักน้อย สมบัติความแข็งแรงของวัสดุ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้มากมาย เช่น การสร้างสะพาน โครงสร้างที่เป็นทานจะต้องมีสมบัติในการรับน้ำหนักและแรงกดได้มาก
การนำความร้อน (heat conduction)
วัสดุที่มีสมบัติเป็นตัวนำความร้อน คือ วัสดุที่ความร้อนผ่านได้ดี เช่น เหล็ก อะลูมิเนียม ทองเหลือง
วัสดุที่ฉนวนความร้อน คือ วัสดุที่นำความร้อนได้ไม่ดี เช่น ไม้ พลาสติก ผ้า
ควรเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับการใช้งาน ตัวอย่าง เช่น กระทะหรือหม้อหุงต้ม ตัวกระทะหรือตัวหม้อหุงต้มต้องการให้ความร้อนผ่านไปยังอาหาร ส่วนมากทำด้วยสเตนเลส หรืออะลูมิเนียม แต่ที่จับหรือหูหิ้วไม่ต้งอการให้ความร้อนผ่าน จึงทำด้วยพลาสติก เนื่องจากเป็นฉนวนความร้อน
เมื่อทราบว่าวัสดุมีหลายประเภท วัสดุแต่ละประเภทมีสมบัติและการใช้งานอย่างไร สามารถศึกษาได้จากตัวอย่างดังต่อไปนี้
📯1. โลหะ (metal)
เป็นวัสดุที่ได้จากการถลุงสินแร่ต่าง ๆ ได้แก่ เหล็ก ทองแดง อลูมิเนียม นิเกิล ดีบุก สังกะสี ทองคำตะกั่ว โลหะที่ได้จากการถลุงสิ่นแร่ ลักษณะ : เนื้อค่อนข้างบริสุทธิ์ มีความแข็งแรง ไม่เพียงพอที่จะนำมาใช้ในด้านอุตสาหกรรมโดยตรงส่วนมากจะต้องนำไปผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณสมบัติก่อนการใช้งานซึ่งโลหะ
สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ได้แก่ โลหะประเภทเหล็กและโลหะประเภทที่ไม่ใช่เหล็ก
1.1 โลหะประเภทเหล็ก (ferrous metal)
เป็นโลหะที่มีธาตุเหล็กเป็นส่วนประกอบหลัก เช่น เหล็กหล่อ เหล็กเหนียว เหล็กกล้า นิยมใช้กันมากที่สุดในวงการอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความแข็งแรงสามารถปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนแปลงรูปร่างและรูปทรงได้หลายวิธีเช่น การหล่อ การกลึง การอัดรีด ขึ้นรูป
ตัวอย่างประเภทของเหล็กในงานช่าง
1.2 โลหะประเภทไม่ใช่เหล็ก (non-ferrous metal)
เป็นโลหะที่ไม่มีธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบ ดังนั้นโลหะประเภทนี้จะไม่เกิดสนิม เช่น ดีบุก อะลูมิเนียม สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง ทองดำ เงิน ทองคำขาว แมกนีเซียม พลวง ซึ่งโลหะแต่ละประเภทมีสมบัติเฉพาะตัวที่แตกต่างกัน จึงเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านที่แตกต่างกัน เช่น แมกซีเนียมใช้กับวัสดุทนความร้อน นิกเกิลใช้งานกับอุตสาหกรรม ที่ต้องการการกัดกร่อนจากสารเคมี อะลูมิเนียมใช้กับงานที่ต้องการน้ำหนักเบา
ตัวอย่างโลหะประเภทไม่ใช่เหล้กที่ใช้ในชีวิตประจำวัน
🧱2. ไม้ (wood)
ไม้ เป็นวัสดุพื้นฐานที่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย เนื่องจากไม้ธรรมชาติมีความสวยงาม
2.1 ไม้สังเคราะห์พลาสติก (wood plastic composite)
2.1.1 ไฟเบอร์บอร์ดควาหมาแน่ปานกลาง ( Medium Density Fiberboard) มีกระบวนการผลิตจากการอัดเศษไม้เช่นเดียวกันกับไม้ปาติเกิล หลังจากได้แผ่นไม้จะปิดผิวไม้ด้วยแผ่นลามิเนตหรือกระดาษพลาสติก ซึ่งจะทำให้มีเนื้อสัมผัสที่ละเอียดและเรียบมากกว่า ไม้ปาติเกิล
2.1.2 ไม้อัด (particle board) คือไม้ที่ผลิตโดยวิธีการนำไม้จริงมาปลอกเปลือกนอกออกตัดไม้ให้เป็นแผ่นบาง จากนั้นจึงนำแผ่นไม้ที่ได้มาอัดให้เป็นแผ่นเดียวกันกลายเป็น ไม้อัด
2.1.3 ไม้สังเคราะห์ไฟเบอร์ซีเมนต์ (wood Fiber composite) ไ เป็นไม้เทียมที่มีส่วนผสมของ ปูน,ทราย,ผงไม้ และนำมาผ่านกระบวนการอัดขึ้นรูป ในรูปแบบต่างๆซึ่งแตกต่างกันตามลักษณะการใช้งาน เช่น ไม้พื้น,ไม้ระแนง,ไม้เอนกประสงค์,ไม้บัว ไม้สังเคราะห์ไฟเบอร์ซีเมนต์เรา สามารถหาซื้อได้ตามร้านวัสดุก่อสร้างทั่วไป ยี่ห้อที่พบได้ตามท้องตลาดเช่น ไม้คอนวูด,ไม้เฌอร่า,ไม้ตราช้าง
ข้อดี :
1. หาง่าย ราคาถูก มีขายตามท้องตลาด
2. สามารถทำสี และเลือกสีให้เหมือนไม้จริงได้
3. สามารถตัดแต่ง เจาะสกรูได้เหมือนไม้จริง
4. หมดปัญหาเรื่องปลวก แมลง และเชื้อรา ที่มากวนใจบ้าน
5. ทนต่อความร้อน ทนความชื้น ไม่บวมน้ำ รับได้ทั้งแรงกดและแรงกระแทกได้สูง
ข้อเสีย:
1. แตกหักง่าย ถึงแม้จะแข็งแต่ตัวพื้นไฟเบอร์ซีเมนต์จะเปราะ
2. ค่อนข้างมีน้ำหนัก เพราะมีส่วนผสมของปูน และทราย
3. ถึงแม้พื้นไม้สังเคราะห์ไฟเบอร์ซีเมนต์ จะทำสีเลียนแบบได้เหมือนไม้จริง แต่ต้องอาศัยคนฝีมือในการทาสีให้เหมือน ไม่อย่างนั้นงานจะออกมาเละเทะ (สีโปร่งแสงโชว์ลายไม้)
4. เมื่อเหยียบหรือสัมผัสแล้ว อาจจะรู้สึกร้อนง่าย เพราะทำจากซีเมนต์
5. ทำสีมีโอกาสลอกได้ง่าย ถ้าเป็นโดนขูดขีด ก็จะเป็นรอยที่เห็นเป็นเนื้อปูนสีขาว ขัดแก้ไขไม่ได้อย่างง่ายดาย เหมือนไม้จริง
🧱3. เซรามิก (ceramic )
เซรามิคเป็นผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัตถุดิบในธรรมชาติเช่น ดิน หิน ทรายและแร่ธาตุต่างๆ นำมาผสมกันหลังจากนั้นจึงนำไปเผา เพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้แข็งแรงและคงรูป ตัวอย่าง วัสดุเซรามิคในที่นี้ คือ แก้ว Glass ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความโปร่งแสงความแข็งแกร่งและความมันแวววาว มีองค์ประกอบหลัก คือสารประกอบซิลิคอน ซึ่งผ่านกระบวนการผลิตที่อุณหภูมิสูง โดยเมื่อแก้วผ่านกระบวนการปรับปรุงสมบัติและขึ้นรูป เป็นแผนจะเรียกว่า กระจก การผลิตกระจกเพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานของมนุษย์
ตัวอย่าง เซรามิกประเภทกระจก
กระจก.pdf🧱4.วัสดุผสม (composite)
วัสดุผสมเป็นวัสดุที่มีการผสมวัสดุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเข้าด้วยกัน โดยวัสดุที่ผสมเข้าด้วยกันจะต้องไม่ละลายซึ่งกันและกัน ซึ่งวัสดุที่มีปริมาณมากกว่าจะเรียกว่าเป็นวัสดุหลัก Matrix และวัสดุอีกชนิดหนึ่งหรือหลายชนิดที่กระจายหรือแทรกตัวอยู่ในเนื้อวัสดุหลักเรียกว่าวัสดุเสริมแรง reinforcement material วัสดุเสริมแรงที่นำมาผสมนั้น จะช่วยปรับปรุงสมบัติเชิงกลของวัสดุหลักให้ดีขึ้น โดยวัสดุเสริมแรงอาจมีลักษณะเป็นก้อน เช่นเกล็ดหรืออนุภาคก็ได้ วัสดุคอมโพสิต สามารถแบ่งออกได้ 3 ประเภท ได้แก่ วัสดุเชิงประกอบพอลิเมอร์ วัสดุเชิงประกอบโลหะ วัสดุเชิงประกอบเซรามิก
วัสดุผสม.pdf🎯.วัสดุสมัยใหม่ (Modern material)
วัสดุสมัยใหม่ถูกผลิตโดยสังเคราะห์ขึ้นด้วยเทคโนโลยีชั้นสูง ซึ่งเป็นการพัฒนาสมบัติของวัสดุให้ดีขึ้นสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย เช่น วัสดุนาโนนาโน (nanomaterial) วัสดุชีวภาพ (Biomateral) ตัวเก็บประจุยิ่งยวด (Ultracapaitor) เนื้อหานี้ขอนำเสนอรายละเอียดเฉพาะเรื่อง วัสดุนาโน ดังนี้
วัสดุสมัยใหม่.pdfVDO วัสดุนาโน
ที่มา : https://www.youtube.com/watch?v=Dzk0Qs6uLL8