ความรู้เกี่ยวกับวัสดุ

ในชีวิตประจำวัน มนุษย์นำวัสดุจากธรรมชาติและวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้นมาใช้ประโยชน์มากมายในการดำรงชีวิต  โดยในสมัยโบราณวัสดุส่วนใหญ่ล้วนมาจากธรรมชาติ เช่น การนำหินมาสร้างเป็นอาวุธ นำหนังสัตว์มาทำเครื่องนุ่งห่ม นำดินมาปั้นเป็นภาชนะ แต่ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพัฒนาและก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว จึงมีการนำความรู้พัฒนาและปรับปรุงวัสดุต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลาย เพื่อให้การแก้ปัญหามรทางเลือก มีหลักการ แฃะเป็นระบบมากขึ้น

ประเภทวัสดุ

การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมจำเป็นต้องศึกษาพิจารณาสมบัติของวัสดุให้ตรงกับงานที่จะออกแบบหรือผลิต เพื่องานที่สร้างตรงกับความต้องการ ปลอดภัย  และใช้ทรัพยาการที่มีให้คุ้มค่า ซึ่งวัสดุมีหลายประเภท แต่ละประเภทก็มีความแตกต่างกัน

โดยทั่วไปวัสดุ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท  คือ โลหะและอโลหะ

1. โลหะ  ( Metal ) เป็นวัสดุที่ได้จากการถลุงแร่ต่างๆ เช่น เหล็ก ดีบุก อะลูมิเนียม นิกเกิล โลหะเมื่อถลุงได้จากแร่ในตอนแรก ส่วนใหญ่จะเป็นโลหะค่อนข้างบริสุทธิ์ ซึ่งโลหะเหล่านี้มีเนื้ออ่อนไม่แข็งแรงเพียงพอที่จะนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมได้โดยตรง ต้องผ่านการปรับปรุงสมบัติก่อนการใช้งาน โดยโลหะมีสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า ตัวนำความร้อน สามารถตีเป็นแผ่นให้เป็นแผ่นบางได้ สภาพทั่วไปมีความแข็ง ผิวมันวาวแหละเหนียว จึงเป็นวัสดุที่ใช้งานด้านโครงสร้าง สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้

• โลหะประเภทเหล็ก (Ferrous Metal) คือ โลหะที่มีพื้นฐานเป็นเหล็กประกอบอยู่ เช่น เหล็กกล้า เหล็กเหนียว เหล็กหล่อ เป็นวัตถุที่นิยมใช้ในงานโครงสร้างและใช้กันมากที่สุดในวงการอุตสาหกรรม เช่น เครื่องจักร  เครื่องทุ่นแรง  เครื่องมือใช้ต่างๆ เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง  สามารถปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนแปลงรูปทรงได้หลากหลายวิธี เช่น การหล่อ การตี การกลึง การอัดขึ้นรูป
• โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (Nonferrous Metal) คือ โลหะทีไม่มีส่วนประกอบของเหล็กอยู่ เช่น ดีบุก อะลูมิเนียม สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง เงิน ทองคำขาว ทองเหลือง แมกนีเซียม โดยวัสประเภทนี้คุณสมบัติในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง น้ำหนักเบา นำไฟฟ้า ยืดตัวได้ง่าย และมีความเหนียว บางชนิดมีราคาสูงกว่าเหล็กมาก จึงต้องมีการกำหนดในการใช้งานอุตสาหกรรมที่เหมาะสม เช่น ทองแดงใช้กับงานไฟฟ้า ดีบุก ใช้กับงานที่ทนต่อการกัดกร่อน อะลูมีเนียมใช้กับงานที่ต้องการให้มีน้ำหนักเบา

2. อโลหะ (Non metal) เป็นวัสดุที่มีสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า ฉนวนความร้อน มีอัตรายึดตัวต่ำ ไม่สามารถตีแผ่เป็นแผ่นบางได้ ซึ่งปัจจุบันวัสดุประเภทอโลหะถูกนำมาใช้มากที่สุดและมีบทบาทในภาคอุตสาห์กรรมการผลิต  โดยอโลหะสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้

• วัสดุจากธรรมชาติ (Natural Materials) คือ วัสดุที่เกิดมาจากธรรมชาติ ที่ถูกนำมาใช้โดยอาจอยู่ในสภาพเดิมหรือต้องผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพ เช่น

ไม้ (Wood) เป็นวัสดุแข็งที่ได้จากลำต้นของต้นไม้  แล้วนำมาแปรรูปเป็นไม้อัดหรือไม้แผ่น เนื่องจากไม้เป็นวัสดุที่มีความแข็ง เนื้อไม้สามาถดูดซับเสียงได้ดี นำความร้อนต่ำทำให้                                    ความร้อนจากภายนอกเข้ามาสู้ภายในอารได้ยาก เป็นฉนวนป้อนกันไฟฟ้าได้ดี  และสามารถแกะสลักเป็นลวดลายได้

ยาง (Rubber) เป็นวัสดุที่ได้จากการกรัดยางจากต้นยางพารา แล้วนำมาผ่านกระบวนการทำเป็นแผ่นยาง และสามารถนำมาแปรรูปใช้ประโยชน์ได้อย่างมากมาย

ผ้า (Fabric)  เป็นวัสดุที่ได้จากการทอดเส้นใยของไหม ฝ้าย หรือขนสัตว์บางชนิดเพื่อนำมาใช้เป็นเครื่องนุ่งห่ม เนื่องจากผ้ามีลักษณะอ่อน นุ่ม เบา ดูดซับน้ำได้ดี แต่ไม่กันน้ำ

• วัสดุสังเคราะห์ (Synthetic Materials) คือ วัสดุสร้างขึ้นใหม่จากการผสมกกันของวัสดุหรือสารตั้งแต่  2  ชนิดขึ้นไป ด้วยกระบวนการทดลอง เช่น หลอม กดขึ้นรูป อบด้วยความร้อนซึ่งวัสดุที่สร้างขึ้นใหม่นี้จะมีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม
• ไม้สังเคราะห์ (Synthetic Wood)   เป็นวัสดุทดแทนไม้จริงในรูปแบบต่างๆ เช่น เกล็ดไม้ ผงไม้ ชิ้นไม้ขนาดเล็ก โดยผสมกับวัตถุประเภทอื่น ซึ่งวัสดุที่เกิดขึ้นเรียกว่าวัสดุประกอบ (Composite Materials) นำมาใช้ผลิตเป็นไม้สังเคราะห์ประเภทต่างๆ เช่น ผงไม้ผสมพลาสติก เรียกว่า Wood Plastic Composite (WPC) และชิ้นไม้ขนาดเล็กผสมกับปูนซีเมนปอร์ตแลนด์ เรียกว่า Wood Cement Board (WCB)
• พลลาสติก (Plastic)   เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่สีงเคราะห์ขึ้นใช้แทนวัสดุธรรมชาติบางชนิดเมื่อเย็นจะแข็งตัว เมื่อถูกความร้อนจะอ่อนตัว แบ่งออกเป็น  2 ประเภท  

           - เทอร์มอพลาสติก (Thermoplastic) เป็นพลาสติกที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดในโลก เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นจะแข็งตัว สามารถเปลี่ยนรูปได้ เช่น อะคริลิก ไนลอน พอลิเอทิลีน             ตัวอย่างการนำพลาสติกประเภทนี้ไปใช้งาน เช่น ขวดน้ำ ขวดน้ำยาสารเคมี ถุงพลาสติก ปากกา ไม้บรรทัด

          - เทอร์มอเซตติง (Thermosetting) เป็นพลาสติกที่มีคุณสมบัติพิเศษ คือ ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและทนปฏิกิริยาเคมีได้ดีเกิดคราบและรอยเปื้อนได้ยาก คงรูปหลังผ่านความร้อน              หรือ แรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นตัวลงจะแข็งมาก ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างมาได้ และไม่สามารถนำกลับมาใช้ไหม่ได้ ตัวอย่างการนำพลาสติกประเภทนี้ไปใช้งาน เช่น ถ้วยชสมเมลามีน ที่จับ กระทะ กันชนรถ

          - เซรามิก (Ceramic  คือ  เครื่องปั้นดินเผาหรือเครื่องดินเผา  ที่ใช้วัตถุดิบชนิดตระกูลดินเหนียวเป็นหลัก ทำเป็นรูปทรงต่างๆ ผ่านกระบวนการผลิตที่ใช่อุณหภูมิสูง

          - แก้ว เป็นวัสดุที่เกิดจากการหลอมส่วนผสมของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่มักเป็นซิลิกา (silica) เมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูงจะหลอมจนเป็นน้ำ แก้วที่อยู่ในสถานะของเหลว แล้วถูกนำไปผ่านกระบวนการขึ้น            รูปและทำให้เย็นตัวลงรวดเร็ว เนื้อแก้วบริสุทธิ์นั้น จะโปร่งใส ผิวเรียบ มีความแข็ง ทนต่อการขีดข่วน กักกร่อน และความร้อน ทำให้แก้วมีประโยชน์ต่อการใช้งานอย่างกว้างขวาง

ดังนั้น ความรู้เรื่องคุณสมบัติต่างๆ ของวัสดุ หรือเรียกว่า วัสดุศาสตร์ จึงเป็นความรู้หลักการพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้งาน โดยการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ แล้สนำมาผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ หรือเรียกว่า วัสดุวิศวกรรม