1 ส.ค. 2020 เวลา 01:51 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
วัสดุคอมโพสิต(Composite Materials) คืออะไร?
#แบบเข้าใจง่ายๆ
(เรียบเรียงโดย นติ นววิธาน)
วัสดุคอมโพสิต (Composite Materials) คือ วัสดุที่เกิดจากการนำวัสดุ 2 ชนิดขึ้นไปมาประกอบกันจนได้คุณสมบัติที่ดีขึ้น
ในยุค 3,000 ปีก่อนคริตกาล ชาวอียิปต์นำฟางมาฝังไว้ในอิฐที่ทำจากโคลน เพื่อลดรอยแตกที่เกิดจากการหดตัวของอิฐ ฟางที่ฝังเข้าไปจะทำให้วัสดุโดยรวมแล้วทนแรงดึงได้มากขึ้น
ปัจจุบัน วัสดุคอมโพสิตเกิดจากการนำเส้นใย (Fiber) เช่น เส้นใยคาร์บอน,เส้นใยแก้ว ฯลฯ ไปฝังในวัสดุเนื้อพื้น (Matrix) ซึ่งมักจะเป็นพอลิเมอร์แผ่นบางๆ จากนั้นนำวัสดุที่ได้มาซ้อน-สานกันทีละชั้นๆ
หนึ่งในวัสดุคอมโพสิต ที่นิยมนำมาใช้งานมากที่สุดคือ
วัสดุคอมโพสิต จากพลาสติกที่เสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใย (Fiber-reinforced Plastics, FRP) วัสดุชนิดนี้ถูกนำมาใช้งานในหลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์กีฬา, รถแข่ง, เฮลิคอปเตอร์, จนถึงเครื่องบินพานิชย์
ในอุตสาหกรรมการบินได้มีการนำวัสดุคอมโพสิต มาใช้เป็นส่วนประกอบของเครื่องบินเนื่องจาก วัสดุคอมโพสิต มีความแข็งแรงสูงมาก แต่มีน้ำหนักเบามาก
ในปี ค.ศ. 1909 ฟีโนลิค เรซิน (Phenolic resin) ได้ถูกคิดค้นขึ้น และนำมาใช้สร้างเครื่องบินขนส่งและเครื่องบินรบในสงครามโลกครั้งที่ 2 โดยโครงของเครื่องบินจะทำมาจากไม้ ส่วนฟีโนลิค เรซิน เป็นตัวเชื่อมประสานระหว่างไม้
การใช้ไม้เป็นองค์ประกอบหลัก ทำให้เครื่องบินเบาและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว อีกทั้งยังช่วยลดต้นทุนในการสร้างเครื่องบินให้ถูกกว่าเครื่องบินที่ทำมาจากโลหะ แต่ ฟีโนลิค เรซิน ก็มีข้อเสียที่สำคัญอยู่ประการหนึ่งคือ หาก ฟีโนลิค เรซิน ถูกนำไปใช้งานในสภาพอากาศร้อนชื้น จะเสียความสามารถในการยึดเกาะทำให้เครื่องบินพังได้
ในปี ค.ศ. 1950 นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาเส้นใยคาร์บอนและเส้นใยแก้วได้ ซึ่งถูกนำมาใช้ในเป็นส่วนประกอบของเครื่องบิน รวมทั้งโครงสร้างของแหล่งพลังงานทดแทนต่างๆในปัจจุบัน
ในปัจจุบันมีเส้นใยและวัสดุเนื้อพื้นหลักๆที่นำมาใช้ในวัสดุคอมโพสิต ดังนี้
เส้นใย (Fiber)
1. ใยแก้ว
- ไม่ทนต่อความล้าและผลกระทบจากสภาวะแวดล้อม
- นำมาใช้ในการผลิตเรือ, ใบพัดของกังหันลม, และการใช้งานอื่นๆที่ต้องการลดต้นทุน
2. ใยคาร์บอน
- ทนต่อสารเคมีและความล้า
- เส้นใยจะยึดติดกับวัสดุเนื้อพื้นได้ดีขึ้นเมื่อทำการปรับปรุงพื้นผิว
- เนื่องจากมีสมบัติทางกลและความทนทานที่สูง แต่มีราคาแพง ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตรถแข่ง, เครื่องบิน
3. ใย Aramid (ชื่อทางการค้าที่เป็นที่นิยมคือ Kevlar)
- ความแข็งแรงลดลงเมื่อถูกอัด เนื่องจากสายโซ่พอลิเมอร์แยกออกจากกัน
- ไม่ทนต่อรังสี UV และความชื้น
- เส้นใยยึดติดได้ไม่ดีกับวัสดุเนื้อพื้น แต่ก็ทำให้สามารถดูดซับพลังงานได้ดี จึงนิยมนำมาใช้ผลิตเสื้อเกราะกันกระสุน, หมวกกันน็อก, และอุปกรณ์สำหรับกันชนในเครื่องบิน
วัสดุเนื้อพื้น (Matrix)
1. ฟีโนลิค (Phenolic)
- ถือเป็นเรซินชนิดแรกที่มีการสังเคราะห์ขึ้นมา
- เปราะ
- ระบายความชื้นออกจากเส้นใยได้ไม่ดี
- ทนต่อสารเคมี, ความร้อน, และไฟ และไม่ทำให้เกิดแก๊สพิษ จากการถูกเผา
- ใช้เป็นส่วนประกอบภายในเครื่องบิน
2. พอลิเอสเตอร์ (Polyester)
- เป็นวัสดุเนื้อพื้นที่ถูกนำมาใช้โดยทั่วไป
- มีความแข็ง
- ระบายความชื้นออกจากเส้นใยได้ดี
- ไม่ทนต่อสารเคมี และถูกเผาได้ง่าย
- มีราคาถูก มักใช้ร่วมกับเส้นใยแก้วในการผลิตลำเรือ, ใบพัดกังหันลม และการใช้งานอื่นๆที่ต้องการลดต้นทุน
3. อีพ็อกซี (Epoxy)
- มีความแข็ง
- ระบายความชื้นออกจากเส้นใยได้ดี
- ทนต่อสารเคมี แต่ถูกเผาไหม้ได้
- มักนำมาใช้ผสมกับเส้นใยคาร์บอน เพื่อให้มีสมบัติที่ดีขึ้นและมีน้ำหนักเบา
จะว่าไปวัสดุคอมโพสิตก็คล้ายๆกับมนุษย์
ที่สามารถร่วมมือประสานกันจนอุดข้อบกพร่องของกันและกัน
จนสามารถสร้างสรรค์สิ่งต่างๆได้
การเข้ากับคนอื่นได้จึงอาจนับเป็นพรสวรรค์ที่สำคัญไม่แพ้ความสามารถ
โฆษณา