ชนิดของวัสดุ (วัสดุผสม) บทที่ 3 (ต่อ) ชนิดของวัสดุ (วัสดุผสม)

วัสดุผสม (Composites) เป็นวัสดุที่มีหลายเฟส โดยแต่ละเฟสที่นำมาประกอบจะแสดงสมบัติที่สำคัญของตัวมันเอง เพื่อให้ได้สมบัติที่ดีมากขึ้นกว่าเดิม และมีสมบัติที่หลากหลายมากกว่าเดิม วัสดุหลายเฟสที่สร้างขึ้น มีสปก.เฟสที่แตกต่างทางเคมี และแยกออกจากกันอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งจะเห็นรอยต่อระหว่างเฟส เกิดเองตามธรรมชาติ : ไม้ กระดูก

วัสดุผสม & เฟส เนื้อพื้น (matrix) ซึ่งอยู่ด้วยกันอย่งต่อเนื่องและ ล้อมรอบเฟสอีกเฟสหนึ่งเอาไว้ เฟสที่กระจาย (dispersed phase) หรือตัวเสริมแรง (reinforcement)

สมบัติของวัสดุผสมที่ได้จะเป็นฟังก์ชันหรือขึ้นกับสมบัติของสารตั้งต้น ปริมาณสารตั้งต้น รูปทรง ขนาดของอนุภาคของสารตั้งต้น การกระจายตัว (distribution) และ การเรียงตัว (orientation)

การจัดเรียงตัวของวัสดุผสม (Connectivity) Ten different connectivity patterns of diphasic materials

วัสดุผสมประกอบด้วย กลุ่มหลัก 3 กลุ่ม วัสดุผสมเสริมแรงด้วยอนุภาค วัสดุผสมเสริมแรงด้วยเส้นใย วัสดุผสมโครงสร้าง

1. Particle -reinforced composites เฟสอนุภาคจะมีความแข็งและมอดูลัสความยืดหยุ่นสูงกว่า matrix phase อนุภาคเสริมแรง จะเนี่ยวรั้งหรือยับยั้งการเคลื่อนที่ของ matrix phase ในบริเวณที่อยู่ใกล้อนุภาคนั้น แข็งแรงมากน้อยแค่ไหน ขึ้นอยู่กับการยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงตรงบริเวณรอยต่อระหว่างเนื้อพื้นกับอนุภาค อนุภาคละเอียดมีเส้นผ่านศูนย์กลาง ~ 0.01-0.1 m (10-100 nm) ความแข็งแรงขึ้นอยู่กับ dispersed &matrix phase ในระดับโมเลกุล อนุภาคขนาดเล็กที่กระจายตัวจะช่วยยับยั้งการเคลื่อนที่ของ dislocation ตย. Cermet , concrete, carbon black

http://www.efunda.com/formulae/solid_mechanics/composites/images/CM_Particle.gif 24/6/11 http://www.greenwood1993.com/images/column_1244520749/particle_board2.jpg 24/6/11 http://www.strath.ac.uk/media/departments/eee/cue/research/modellingandadvancedsoftware/intmodfig1-360x306.jpg 24/6/11

2. Fiber -reinforced composites สมบัติของวัสดุผสมจะขึ้นอยู่กับ สมบัติของเส้นใย ความสามารถในการส่งผ่านแรงกระทำระหว่าง fiber/matrix และการเรียงตัวของเส้นใย อนุภาคเสริมแรง จะเนี่ยวรั้งหรือยับยั้งการเคลื่อนที่ของ matrix phase ในบริเวณที่อยู่ใกล้อนุภาคนั้น http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/fiberorient.JPG

http://ibegham.com/wiki/img/wiki_up/Why-Composites.jpg 24/6/11

หน้าที่ของ Matrix phase ประสานกับเส้นใยอย่างดี ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนแรงไปสู่เส้นใย ป้องกันเส้นใยไม่ให้เกิดความเสียหายที่ผิว ป้องกันการขยายตัวของรอยแตกจากเส้นใยหนึ่งไปยังเส้นใยหนึ่ง

http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/particlerc.JPG 24/6/11

Polymer Matrix Composites Fiber –glass (E-glass) แก้วขึ้นรูปเป็นเส้นใย มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณ 3-20 m นิยมใช้ : ขึ้นรูปง่าย หาวัตถุดิบง่าย แข็งแรงสูง เฉี่อยต่อปฏิกิริยาเคมี ใช้ในโครงตัวถังยานยนต์และเรือ ท่อพลาสติก ถังภาชนะบรรจุวัสดุปูพื้นทางอุตสาหกรรม

แข็งแรงสูง (ที่อุณหภูมิสูง) Carbon Fiber แข็งแรงสูง (ที่อุณหภูมิสูง) ทนต่อความชื้น สารเคมี ตัวทำละลาย กรด-ด่างได้ดี ราคาไม่แพง ใช้ในอุปกรณ์กีฬา ถังอัดความดัน โครงสร้างเครื่องบิน http://www.modbargains.com/images/Products/Power%20Slot/Carbon_Fiber_Fabric_Twill_2x2.jpg

ทางการค้า : Kevlar, Nomex ทนต่อการเผาไหม้ มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง Aramid Fiber แข็งแรงกว่าโลหะ ทางการค้า : Kevlar, Nomex ทนต่อการเผาไหม้ มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง เส้นใยเหนียว ดัดโค้งได้ดี ใช้ในผลิตภัณฑ์กันกระสุน อุปกรณ์กีฬา ยางรถ เชือก โครงจรวด http://www.made-in-china.com/image/2f0j00kMvaSmTPCGzKM/Aramid-Fiber-Fabrics.jpg www.hisupplier.com/products-1665-Organic-Acid

วัสดุผสมแบบลูกผสม (Hybrid Composites) ใช้เส้นใยที่แตกต่างกันมากกว่า 2 ชนิด ในเมทริกซ์ชนิดเดียวกัน สมบัติโดยรวมดีกว่าวัสดุผสมที่มีเส้นใยเพียงชนิดเดียว ตย. C-fiber + fiber-glass + Resin polymer ได้วัสดุที่แข็งแรงสูงขึ้น แกร่งมากขึ้น ต้านทานต่อการกระแทกสูงขึ้น ต้นทุนต่ำ ใช้กับโครงสร้างสำหรับการขนส่งทางบก ทางน้ำ ทางอากาศ ที่ต้องการน้ำหนักเบา อุปกรณ์กีฬา

http://www.scielo.br/img/revistas/mr/v9n3/31782f2.gif 24/6/11

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Graphics/Composites.jpg 24/6/11 http://cdn3.explainthatstuff.com/smart-car-composite-materials.jpg 24/6/11