บทท 2

ทฤษฎ

2.1 วสดผสม (Composites) [16-18]

วสดผสมเปนวสดท ม วสด 2 ชนดขนไปเปนองคประกอบ วสดผสมสวนใหญ

ประกอบดวยสารเตมทเหมาะสมหรอวสดเสรมแรงกบสารเชอมประสานพวกเรซนทเขากนได

เมอผสมผสานกนแลวจะไดลกษณะทเปนสมบตทตองการตวแปรทจะท าใหวสดผสมมสมบต

ตางๆ กน มมากมายทงนรวมถงรปราง ปรมาตร และสวนประกอบของสารเตมหรอวสดเสรมแรง

ทฝงกระจายในเนอวสดผสม แบบอยางของวสดผสมมพวกดสเพอรชนฮารดเดนด (Dispersion

hardened) และไฟเบอรสเตรงเทนด (Fiber-strengthened) ในโลหะ เซรามก แกว คอนกรต และ

พลาสตก ตวอยางของวสดผสมพวกดสเพอรชนฮารดเดนด ไดแก การมอนภาคของวสดแขงฝงใน

เนอวสดออน เชน อนภาคของเหลกหรอโครเมยมฝงในทองแดง อนภาคของทอเรย (Thoria) ใน

นกเกล หรอวสดผสมของทองแดง-ซลมาไนต (Silimanite) ทใชในการหามลอเครองบน

ตวอยางของวสดผสมพวกไฟเบอรสเตรงเทนด (Fiber-strengthened) ไดแก เสนใยแกว

เสนใยทเสรมแรงในพลาสตก (FRP) โฟมพอลเอทลนในพวซทใชท าเบาะนง หรอโฟมพอลสไตรน

(Polystyrene form) ใชท าทนลอยน า เปนตน

วสดผสมสวนใหญจะเปนพลาสตกเสรมแรงดวยเสนใย ซงประกอบดวยสวนประกอบสอง

สวนหรอมากกวา คอ สวนทเปนเสนใย และสวนทเปนเมทรกซ (Matrix) โดยเสนใยอาจมความยาว

ตอเนองตลอดความยาวของเมทรกซ หรอกรณทเสนใยมความยาวไมตอเนอง เชน เสนใยขนาดสน

กระจายไมเปนระเบยบอยในเมทรกซ หรออาจมสวนทสาม ทเรยกวาอนเตอรเฟส (Interphase) อย

รอบๆ เสนใยท าหนาทเปนตวยดเกาะระหวางเสนใยและเมทรกซ

โดยทวไปเสนใยและเมทรกซจะมสมบตทางกายภาพ (Physical properties) และสมบต

เชงกล (Mechanical properties) ตางกน เสนใยจะมความแขงแรงมากกวาเมทรกซ และสามารถรบ

แรงกระแทกจากภายนอกทกระท าตอวสดผสมไดชวยไมใหเกดการเสยสภาพหรอการผดรปภายใต

5

แรงกระท านนๆ เมทรกซโดยทวไปจะเปนพอลเมอรหรอพลาสตก ท าหนาทใหเสนใยกระจายตว

และยดเกาะ และชวยถายเทแรงกระท าจากภายนอกทกระท าตอวสดผสมมายงเสนใย ตลอดจนชวย

ก าหนดรปรางของวสดผสม

ความแขงแรงของวสดผสมจะถกก าหนดโดยสมบตเสนใย สดสวนโดยปรมาตรของเสน

ใยในเมทรกซ ความแขงแรงและการกระจายตว ความแขงแรงของพนธะระหวางเสนใยและ

เมทรกซ ซงจะตองแขงแรงเพยงพอทจะปองกนไมใหแรงกระท าจากภายนอกสามารถแยกเสน

ใยและเมทรกซออกจากกน

2.2 องคประกอบของวสดผสม [16-18]

2.2.1 เมทรกซ (Matrix)

ในวสดผสม เมทรกซทใชอาจจะเปนพวกเทอรมอพลาสตก (Thermoplastic) หรอ

เทอรมอเซต (Thermoset) โดยทเมทรกซมหนาทดงตอไปน

1. ใหเสนใยหรออนภาคกระจายตวและยดเกาะตามทศทางทตองการ

2. ปองกนไมใหเสนใยหรออนภาคเกดความเสยหายอนเนองมาจากสงแวดลอม

3. ถายเทแรงกระท าจากภายนอกไปสเสนใยหรออนภาค

4. ชวยก าหนดรปรางของวสดผสม

5. ตองเชอมดวยตวเสรมแรงได

พอลเมอรเมทรกซทใชโดยทวไปแบงเปน 2 ประเภท ไดแก

1. เทอรมอเซตพอลเมอร

พอลเมอรกลมนจะหลอมตวในเฉพาะครงแรกทไดรบความรอน และเกดการเชอมโยง

(Cross linking) ระหวางสายโซโมเลกลดวยความรอนหรอตวเชอมขวางท าใหมเครอขายเปนแบบ

รางแห (Network) โครงสรางของพอลเมอรจะคงตวไมสามารถเปลยนแปลงไดอกเมอไดรบความ

รอน ตวอยางของเทอรมอเซตพอลเมอร ไดแก อพอกซเรซน (Epoxy resin) พอลเอสเตอร

(Polyester) ฟนอล-ฟอรมลดไฮด (Phenol-formaldehyde) เปนตน

2. เทอรมอพลาสตก

สามารถหลอมตวเมอใหความรอน แลวแขงตวเมอท าใหเยนตวลง การหลอมตวดวยความ

รอนสามารถท าไดหลายครง เนองจากไมมการเชอมโยงกนระหวางสายโซโมเลกล และไมเกดการ

6

เปลยนแปลงสมบตทางเคม และสมบตทางกายภาพอกดวย ตวอยางของเทอรมอพลาสตกพอลเมอร

ไดแก พอลเอทลน (Polyethylene) พอลพรอพลน (Polypropylene) ไนลอน (Nylon) พอลสไตรน

(Polystylene) เปนตน

ในงานวจยนไดท าการศกษาวสดผสมชวภาพตองเลอกใชวสดเนอพนทเปนพอลเมอร เหต

ทไมเลอกใชวสดเนอพนเปนโลหะ โลหะผสม หรอ เซรามก เนองมาจากวสดเนอพนเหลานนกอน

การขนรปตองท าใหหลอมเหลวถงจะขนรปไดตามทตองการและการทจะหลอมเหลววสดนนได

ตองใชอณหภมในการหลอมเหลวทสงมาก ซงในงานวจยนเปนวสดผสมชวภาพทตองใชวสด

เสรมแรงเปนพชท าใหไมสามารถท าการผสมวสดเนอพนกบสวนเสรมแรงได และทเลอกวสดเนอ

พนเปนอพอกซเรซน เนองจาก มราคาถก หาไดงาย ขนรปไดงายและสามารถเขากนไดดกบกบเสน

ใยทกชนด

อพอกซเรซน (Epoxy resins) [4]

อพอกซเรซน หรออพอกซเปนเมทรกซ ทมสมบตทางกายภาพทกวาง มความแขงแรงเขา

กนไดดกบเสนใยทกชนดและสามารถผานกระบวนการไดสะดวก ท าใหอพอกซเปนสารทไดรบ

การเลอกใชมากทสด สวนใหญแลวอพอกซจะใชในงานโครงสรางตางๆ ทงนโครงสรางทางเคม

ของเรซนของสารท าใหสก (During agents) ชนดของสารดดแปรโครงสราง (Modifying reactants)

ทมใหเลอกมากมาย และสภาวะการกอโครงสรางตาขาย (Curing conditions) จะเปนตวก าหนด

สมบตความเหนยวทน ความทนทานตอสารเคมและตวท าละลาย สมบตทางกลตงแตทมความ

ยดหยนสงจนถงมความแขงแรงสง (High strength) และมความแขง (Hardness) สมบตตานทานการ

คบ (Creep) และความลา (Fatique) นอกจากนอพอกซยงเดนในดานการยดเกาะ (Adhesion) เสนใย

ไดดเยยม ความทนทานความรอนและสมบตทางไฟฟาทด ปฏกรยากอโครงสรางตาขายไม

กอใหเกดสารขางเคยง และมการหดตวต าหลงปฏกรยากอโครงสรางตาขาย ขอเสยของอพอกซท

ส าคญ คอ การดดความชน และความเปราะ

7

ตาราง 2.1 แสดงสมบตของอพอกซ [4]

สมบต

อณหภมการออนตว (Heat-deflection temperature) ท 1.82 MPa, °C

ความคงทนความรอนสงสดเมอใหความรอนอยางตอเนอง °C

สมประสทธการขยายตว cm/cm/°C x 10-5

ความแขงแรงดง (Tensile strength) MPa

เปอรเซนตการยด (% elongation)

ความทนแรงโคงงอ (Flexural strength) MPa

ความทนแรงอด (Compressive strength) MPa

ความทนแรงกระแทก (Notched Izod impact strength) J/m

ความแขง (Hardness) Rockwell M 90

ความถวงจ าเพาะ

140

120

2.5

52

5

124

70

11

M105

1.0

2.2.2 ตวเสรมแรง (Reinforcement)

ตวเสรมแรง ไดแก พวกทเปนอนภาคหรอเสนใย สวนใหญนยมใชเปนตวเสรมแรง ซง

เสนใยทนยมใชโดยทวไป คอเสนใยแกว (Glass fiber) เสนใยคารบอน (Carbon fiber) และเสน

ใยอะรามด (Aramid fiber)

หนาทของตวเสรมแรง ดงตอไปน

1. เพมความแขงแรงใหกบวสดผสม

2. สามารถรบแรงกระท าจากภายนอก โดยแรงกระท านนจะถกถายทอดไปตามเสนใยหรอ

อนภาค

โดยทลกษณะของเสนใยทเปนตวเสรมแรงทด จะตองมลกษณะดงน

1. เสนผานศนยกลางมขนาดเลก

2. อตราสวนความยาวตอขนาดเสนผานศนยกลางมคาสง

3. มความโคงงอและความยดหยนสง

4. มคามอดลสของยงและคาความแขงแรงสง

8

2.2.3 สารเตมและสารปรบแตง (Filler and Additives)

สารเตมและสารปรบแตง น ามาใชทงเทอรมอพลาสตกและเทอรมอเซตเพอเปลยนลกษณะ

การท างานของระบบเรซน กระบวนการหรอตวแปรทเกยวของกบราคาของสารเตมอาจเปนเรซนท

มราคาโดยมวลต า ซงไมมผลตอการน าไปประยกตใชเลย สารเตมอนๆ ซงจะมผลตอการท า

สารประกอบ และ/หรอชนงานส าเรจรป เชน แคลเซยมคารบอเนตชวยปรบปรงความเงางามของผว

พอลไวนลคลอไรดชนดแขง และแทลคม (Talc) ชวยปรบปรงอณหภมเบยงเบนทางความรอน

(Heat deflection temperature) ของพอลพรอพลน โดยสารเตมทงสองมการใชทวไปเนองจากมราคา

ต า และใชไดในปรมาณสง การเตมอะลมเนยมไทรไฮเดรตจะชวยท าใหเกดเปลวไฟชาลง (Flame

retardant) นอกจากนยงมสารปรบแตงทชวยยบย งการเสยคณภาพจากแสงอลตราไวโอเลต สาร

ปรบแตงทน าไฟฟาได (Conductive additives) ใชในพลาสตกชนดเสรมแรงเพอปองกนการ

สอดแทรกจากความถของคลนแมเหลกไฟฟาและวทย สวนสารใหส (Colorants) ชวยท าใหเกดส

การเตมเมตลลคสเตยเรท (Metallic stearates) ในสารประกอบอดแบบเพอใหชนงานส าเรจรปหลด

ออกจากพนผวแมแบบไดงาย และสารปรบแตงประเภทเทอรมอพลาสตกทใชในสตรผสมเทอรมอ-

เซตเพอควบคมการหดตวทเกดขนในระหวางการบมตว ซงมผลดท าใหแบบทไดใกลเคยงกบ

ขอก าหนดทตองการ พนผวจงเรยบจดอยในสนคาส าเรจรปประเภทเกรดเอ

2.3 แรงยดเหนยวระหวางเมทรกซกบเสนใย (Fiber-matrix interface) [18]

สมบตเชงกลของวสดผสมทมเสนใยเปนตวเสรมแรงไมไดขนกบความแขงแรงของเสนใย

และเมทรกซเทานน แตยงขนอยกบลกษณะของผวสมผสระหวางเสนใยและเมทรกซซงพบวา

ผวสมผสระหวางเสนใย และ เมทรกซเปนสวนส าคญท าใหวสดผสมมสมบตเชงกลใกลเคยงกบ

ทฤษฎ ในทางปฏบตระหวางเสนใยกบเมทรกซจะตองมแรงยดเหนยวทดเพอใชในการถายเทแรง

กระท าจากเมทรกซสเสนใย ซงแรงยดเหนยวนนจะขนอยกบชนดและธรรมชาตของพนธะทเกดขน

อาจมความแตกตางกนขนอยกบชนดของเมทรกซและเสนใยทใชในแตละระบบ

แรงยดเหนยวระหวางเสนใยกบเมทรกซแบงออกเปน 5 ประเภท คอ

1. การดดซบและการชบ (Adsorption and Wetting)

9

เมอผวสมผสของวตถ 2 ชนดเคลอนทเขามาใกลกนอยางพอเพยง แรงกระท าทางกายภาพท

ดทสดคอการชบพนผวของของแขงโดยของเหลว เพราะเนองจากพนผวสมผสของวตถทงสองจะม

ความขรขระในระดบขนาดเลก ท าใหการสมผสกนนนไมแนบสนทกน โดยจะยงมชองวางอย ดง

รป 2.1 ซงเปนจดออนหายไปสงผลใหมการยดตดทดขน ส าหรบการยดตดกนของพนผวเสนใยกบ

พอลเมอรเมทรกซนน เมทรกซทหลอมเหลวจะเขาไปแทนทในสวนบรเวณทขรขระขนาดเลกของ

ผวเสนใย จดออนของรอยตอทจะเกดขนคอฟองอากาศภายใน (Void)

รป 2.1 แสดงการดดซบและการชบ [18]

2. การแพร (Diffusion)

การแพรกระจายของโมเลกลพอลเมอรชนดหนงไปยงโมเลกลของพอลเมอรอกชนดหนง

สามารถท าใหเกดพนธะระหวางพนผวของพอลเมอรทงสองชนด การแพรกระจายโมเลกลของ พอ-

ลเมอรเขาหากนนนจะท าใหสายโซโมเลกลเกยวพนกนเปนรางแห ดงรป 2.2 ความแขงแรงของ

พนธะจะขนกบจ านวนสายโซโมเลกลทแพรเขาไป และพนกนยงเหยง ถามมากกจะมความแขงแรง

ของการยดตดกนมาก การแพรกระจายสามารถท าใหเกดขนได โดยใชพวกสารละลายหรอตวกลาง

พลาสตก (Plasticizing agents) ทมองคประกอบทท าใหสายโซโมเลกลเคลอนทไดสะดวก ส าหรบ

เสนใยเสรมแรงอาจมการเคลอบผวดวยพอลเมอรกอนทจะน าไปผสมกบเมทรกซ

รป 2.2 การแพรกระจาย และการเกยวพนกนของสายโซโมเลกลพอลเมอร [18]

10

3. การดงดดทางไฟฟาสถต (Electrostatic attraction)

เมอพนผวของวสดสองชนดทมประจไฟฟาตางขวกนมาสมผสกนจะเกดแรงดงดดทาง

ไฟฟาสถตท าใหเกดการยดตดระหวางผวสมผส ดงรป 2.3 ความแขงแรงของการยดตดจะขนอยกบ

ความหนาแนนของประจไฟฟา

รป 2.3 แรงดงดดทางไฟฟาสถตทผวสมผส [18]

4. การเกดพนธะทางเคม (Chemical bonding)

การเกดพนธะทางเคมเกดจากหมเคมของเมทรกซเกดพนธะกบหมเคมของผวเสนใย ความ

แขงแรงของพนธะขนอยกบจ านวน และชนดของพนธะ ส าหรบพนผวทเกดความเสยหายจะท าให

พนธะทางเคมขาดกนได ในสวนของเสนใยเสรมแรงจะมการใชตวประสานคควบเพอใหเกดพนธะ

ทางเคมระหวางผวเสนใยกบเมทรกซ แสดงดงรป 2.4

รป 2.4 พนธะทางเคมระหวางผวสมผส 2 ชนด [18]

5. การยดตดทางกล (Mechanical adhesion)

การยดตดทางกลเปนการยดตดทเกดจากการยดเหนยวทางกลระหวางผวเสนใยทขรขระ

และเมทรกซ โดยเมทรกซจะเขาไปแทรกในสวนทขรขระ และเปนมมทไมสามารถหลดออกมา

ได (Re-entrantangle) ของผวเสนใย ดงรป 2.5 ซงถามสวนนมาก ความแขงแรงของการยดตดก

มากดวย นอกจากนผวทขรขระของเสนใยยงเปนการเพมพนผวสมผสอกดวย

11

รป 2.5 การยดตดทางกล [18]

2.4 เสนใยธรรมชาต [3, 19-22]

เสนใยธรรมชาตเปนวสดอนทรยทส าคญ พบไดงายทวไปตามธรรมชาต เสนใยธรรมชาต

สามารถแบงไดเปน 3 กลม ตามแหลงก าเนดเสนใยแสดงดงรป 2.6 ซงจ าแนกไดดงน

1. เสนใยทไดมาจากพช (Vegetable fiber) ซงรวมถงเสนใยฝาย เสนใยแฟลกซ เสนใยปาน

ปอ และพชชนดอนๆ เชน สบปะรด ผ กตบชวา ไผ และกลวย เปนตน เสนใยเหลานจะม

องคประกอบสวนใหญเปนพวกเซลลโลส (Cellulose)

2. เสนใยทไดมาจากสตว (Animal fiber) เปนเสนใยทไดมาจากสตว เชน แพะ แกะ และ

ไหม เปนตน ซงเสนใยเหลานจะมสวนประกอบของกรดอะมโนตางๆ ประกอบเปนโปรตน

3. เสนใยทไดมาจากแรธาต (Mineral fiber) ซงไมคอยจะนยมใชในงานสงทอปกตแตจะ

นยมใชกบงานดานทนไฟ และความรอน โดยเฉพาะอยางยงเสนใยหน (Asbestos)

รป 2.6 การจ าแนกเสนใยตามแหลงก าเนด [22]

เสนใยธรรมชาต

จากแรธาต ใยหน

จากพช

ล าตน (ไผ) เมลด (ฝาย) ใบ (สบปะรด)

ฯลฯ

จากสตวสตว

ขนสตว ไหม

ฯลฯ

12

2.4.1 องคประกอบทางเคมของเสนใยธรรมชาต [11]

องคประกอบทางเคมของเสนใยธรรมชาต มความหลากหลายขนกบชนดของเสนใย โดย

เสนใยธรรมชาตประกอบดวยพอลเมอรหลก 4 ชนด คอ เซลลโลส (Cellulose) เฮม-เซลลโลส

(Hemicellulose) เพกทน (Pectin) และลกนน (Lignin) ซงสมบตแตละองคประกอบจะสงผลตอ

สมบตของเสนใยดวย องคประกอบทางเคมของเสนใยธรรมชาตชนดตางๆ แสดงดงตาราง 2.2

ตาราง 2.2 องคประกอบทางเคม ปรมาณความชนและมมไมโครไฟบรลลา (Microfibrillar angle)

[2, 24]

Fiber Cellulose (wt%)

Hemicell-uloses (wt%)

Lignin (wt%)

Pectin (wt%)

Moisture content (wt%)

Waxes (wt%)

Microfibrillar Angle (deg)

Bamboo Flax

60.8 71

18.6-20.6

32.2 2.2

2.3

8-12

1.7

2-10 5-10

Hemp 70-74 17.9-22.4 3.7-5.7 0.9 6.2-12 0.8 2-6.2

Jute 61-71.5 13.6-20.4 12-13 0.2 12.5-13.7

0.5 8

Kenaf 45-57 21.5 8-13 3-5 Ramie 68.6-76.2 13.1-16.7 0.6-0.7 1.9 7.5-17 0.3 7.5 Nettle 86 11-17 Sisal 66-78 10-14 10-14 10 10-22 2 10-22 Henequen 77.6 4-8 13.1 Banana 63-64 10 5 10-12 Abaca 56-63 12-13 1 5-10 Oil palm EFB

65 19 42

Oil palm mesocarp

60 11 46

Cotton 85-90 5.7 0-1 7.85-8.5 0.6 -

Coir 32-43 0.15-0.25 40-45 3-4 8 30-49

13

ในป ค.ศ.1838 Anselme [13,14] ศกษาวาผนงเซลลของพชสวนใหญประกอบดวย

เซลลโลส ซงเปนวสดเสรมแรงภายในผนงเซลล โดยเซลลโลสเปนพอลเมอรเชงเสน (Linear

polymer) สวนเฮมเซลลโลสประกอบดวยกลมของพอลแซกคาไรด (Polysaccharides) เมอก าจด

ลกนนออกไปองคประกอบทยงคงเหลออยกบเซลลโลส คอ เฮมเซลลโลส ซงสมบตทวไปของเฮ-

มเซลลโลส คอ มมวลโมเลก ลต ากวา เซลลโลส และเนองจากมนเปนพอลเมอรชอบน า

(Hydrophilic polymer) ดงนนจงสงผลตอสมบตการสลายตวตามธรรมชาต การดดความชน และ

การสลายตวโดยความรอน องคประกอบทส าคญอกชนดหนงคอ ลกนน ท าหนาทเปนสารยดตด

ภายในผนงเซลล มความเสถยรทางความรอนสง แตมผลกระทบกบการยอยสลายโดยรงสอลตรา-

ไวโอเลต (Ultraviolet) สวนองคประกอบสดทาย คอ เพกทน เปนเฮเทอโรพอลแซกคาไรด

(Heteropolysaccharides) เปนเมทรกซภายในผนงเซลล

2.4.2 โครงสรางของเสนใยธรรมชาต

เสนใยธรรมชาตจ าพวกเสนใยพชเปนเสนใยเซลลโลส ประกอบดวย ไมโครไฟ -บรล

(Microfibrils) ซงเปนสวนทมการจดเรยงตวอยในสวนอสญฐานทเปนพวกลกนน (Lignin) และเฮม

เซลลโลส (Hemicellulose) โดยไมโครไฟบรลจะเรยงตวตามความยาวของเสนใย มมทเกดขน

ระหวางการจดเรยงตวของ Fibril กบแนวแกนเสนใย เรยกวา Microfibrillar angle ซงลกษณะ

โครงสรางภายในเสนใยเซลลโลสแสดงดงรป 2.7 การเกดพนธะไฮโดรเจนและการพนกนภายใน

เสนใยท าใหเกดความแขงแรง (Strength) และความแขงตง (Stiffness) ของเสนใย

รป 2.7 โครงสรางภายในของเสนใยเซลลโลส ( = Microfibrillar angle) [21]

14

สมบตทางกายภาพของเสนใยธรรมชาตขนอยกบ โครงสรางทางเคม เชน

- ปรมาณของเซลลโลส (Cellulose)

- Degree of polymerization

- การจดเรยงตวขององคประกอบทางเคม

- สมบตการเปนผลก

โดยสามารถทจะปรบปรงสมบตของเสนใยธรรมชาตไดมากมายขนกบชนดของพช

แหลงทมา ความแตกตางของความยาว และขนาดของเสนใย

2.4.3 การดดแปรเสนใย (Fiber modification) [3]

จากสมบตการเขากนไดดกบน าของเสนใยธรรมชาตนเองทท าใหเกดปญหาความไมเขากน

ระหวางเสนใยเซลลโลสกบเมทรกซ การยดเกาะระหวางผวของเสนใยเซลลโลสกบพอล-เมอรเกด

ไดไมด การถายทอดความเคนและกระจายแรงกระท าทไดรบจากภายนอกระหวางเสนใยกบเมท

รกซจงท าไดไมดดวย ซงจะสงผลกระทบโดยตรงตอสมบตเชงกลของวสดผสม การก าจดปญหา

ดงกลาวของเสนใยเซลลโลสสามารถท าไดโดยท าการดดแปรสมบตของเสนใย เพอเพมสมบตการ

ตานทานการดดซบน าและเพมการยดเกาะระหวางผวของเสนใยกบพอลเมอร การดดแปรสมบต

ของเสนใยสามารถท าไดทงทางกายภาพ (Physical method) และทางเคม (Chemical method)

1. การดดแปรสมบตทางกายภาพของเสนใย จะเปนการเปลยนเฉพาะโครงสราง

และสมบตทางพนผวของเสนใยเทานน ไมไดท าการเปลยนองคประกอบทางเคมของเสนใย เชน วธ

ทางไฟฟา (Electrical discharge method และ Corona treatment)

2. การดดแปรสมบตทางเคมของเสนใย จะเปนการเปลยนองคประกอบทางเคม

ของเสนใย โดยน าสารเคมบางอยางมาท าปฏกรยากบหมไฮดรอกซล (-OH groups) ของเสนใยท า

ใหเกดการตอกงของหมฟงกชน หรอเกดการยดเกาะทผวนอก เชน การท าปฏกรยากบสารคควบ

(Coupling agent treatments) การท าใหโคพอลเมอรดวยการตอกง (Graft copolymerization) และ

อะเซทเลชน (Acetylation)

ซงพอลเมอรแตละชนดกมความชอบทจะเขากนไดกบเสนใยเซลลโลสทผานการดดแปร

แตกตางกน ทงนเนองจากพอลเมอรแตละชนดนนมโครงสรางทางเคมแตกตางกน ดงนนการเลอก

วาจะใชการดดแปรเสนใยดวยวธใดกตองค านงถงเรองการเขากนไดกบตวเมทรกซทใชดวย

15

Alkali Treatment (Mercerization Process) [53]

เปนการใชสารประกอบทมฤทธเปนดางในการปรบสภาพผว (Surface modified) ของสาร

ตวเตมเพอใหยดตดกบโมเลกลของยางไดดขนเชนการปรบสภาพผวของเสนใยธรรมชาต โดยใช

NaOH เพอเปลยนแปลง สภาพของ cellulose ของ fiber surface

(Mercerization process)

ปฏกรยาระหวาง Cellulose ทม –OH group ของfiber กบ NaOH

เมอผานกระบวนการ Mercerization หมปลาย -OH จะเปลยนเปน –O-NA+ ซงจะมสภาพขว

มากขน อกทงสามารถลดปรมาณกลมไฮดรอกซ ซงเปนสาเหตของการบวมพองของพอลเมอรได

เมอไดรบความชน และกระบวนการนยงสามารถก าจดความสกปรกและสงเจอปนในเสนใยได และ

กระตนใหเกดการแตกตวของกลมเสนใย ใหเกดเปนเสนใยขนาดเลก ๆ เพมพนทผวสมผสของเสน

ใย ท าใหความสามารถในการยดตดดขน

2.4.4 สมบตเชงกลของเสนใยธรรมชาต [2]

สมบตเชงกลของเสนใยธรรมชาตไมไดขนอยกบชนดของเสนใยธรรมชาตเทานน สมบต

ตางๆ ยงขนอยกบปรมาณของเซลลโลส และปจจยอนๆ เชน จ านวนเซลล ขนาดของเซลล และ

ขนาดของลเมน เสนใยทมการยดมากกวา 5% จะนมแตเหนยว ในขณะทเสนใยธรรมชาตทมการยด

นอยกวา 5% จะเหนยวแตเปราะ สมบตเชงกลของเสนใยธรรมชาตแสดงในตาราง 2.3

16

ตาราง 2.3 แสดงคาลกษณะเฉพาะเกยวกบความหนาแนน เสนผานศนยกลาง และสมบตเชงกลของ

เสนใยจากธรรมชาตและเสนใยสงเคราะห [2, 24]

Fiber Density

(g cm-3)

Diameter

(m)

Tensile Strength

(MPa)

Young’s

Modulus (GPa)

Elongation at

Break (%)

Bamboo

Flax

1.15

1.5

300-380

40-600

518

345-1500

2.0-4.5

27.6

2

2.7-3.2

Hemp 1.47 25-500 690 70 1.6

Jute 1.3-1.49 25-200 393-800 13-26.5 1.16-1.5

Kenaf 930 53 1.6

Ramie 1.55 - 400-938 61.4-128 1.2-3.8

Nettle 650 38 1.7

Sisal 1.45 50-200 468-700 9.4-22 3-7

Oil palm

EFB 0.7-1.55 150-500 248 3.2 25

Oil palm

mesocarp 80 0.5 17

Cotton 1.5-1.5 12-38 287-800 5.5-12.6 7-8

Coir 1.15-1.46 100-460 131-220 4-6 15-40

E-glass 2.55 17 3400 73 2.5

Kevlar 1.44 3000 60 2.5-3.7

Carbon 1.78 5-7 3400a-4800b 240b-425a 1.4-1.8 a Ultra high modulus carbon fibers b Ultra high tenacity carbon fibers

โดยทวไปเสนใยธรรมชาตเหมาะส าหรบน ามาเสรมแรงพอลเมอร เนองจากความแขงแรง

ความเหนยวและความหนาแนนต า ความหนาแนนของเสนใยธรรมชาตต ากวาเสนใยแกวดงนนจง

สามารถผลตวสดผสมทมน าหนกเบาได อยางไรกตามสมบตอนๆ ของเสนใยแกวกยงคงดกวาเสน

17

ใยธรรมชาต เชน ความตานทานแรงดง (Tensile strength) อตรารอยละของการยด (Percentage of

elongation) และ มอดลสการยดหยน (Elastic modulus) อยางไรกตาม สามารถปรบปรงสมบตของ

เสนใยธรรมชาตเพอใหมสมบตทดขนได ความแตกตางของโครงสรางเสนใยทเกดจากกระบวนการ

ผลตตางๆจะใหคามอดลสของยง (Young’s modulus) แตกตางกนออกไป ดงแสดงในตาราง 2.4

ตาราง 2.4 แสดงความสมพนธระหวางโครงสรางของเสนใย วธการผลต และมอดลส [25]

โครงสราง การผลต ผลผลต มอดลสของยง

E

ไม

เสนใย

ไมโครไฟบรล

การตกผลก

การบดละเอยด

(Pulping)

การแยกสลายดวยน า ตามดวยการแยกสลายเชงกล

(Mechanical

disintegration)

ยงไมมเทคโนโลย

10 GPa

40 GPa

70 GPa

250 GPa

18

2.5 เสนใยไผ [15]

รป 2.8 ลกษณะของตนไผ ชนดไผรวก

ไมไผเปนพชใบเลยงเดยวทมอายยนยาวหลายปอยในวงศ Gramineae เชนเดยวกบหญาม

ถนก าเนดและการกระจายพนธอยางกวางขวางเกอบทกสวนของโลก ทงในเขตหนาว เขตอบอน

และเขตรอน ยกเวนทวปยโรป (Liese, 1986) ไมไผมการกระจายพนธมากทสดในแถบรอนทางใต

และตะวนออกเฉยงใตของทวปเอเชย คอ มการกระจายพนธถง 45 สกล (Genus) 750 ชนด

(Species) (Dransfieid, 1980) ในขณะทไมไผทวโลกมประมาณ 75 สกล 1,250 ชนด (FAO, 1978)

สวนทพบในประเทศไทยมประมาณ 13 สกล 60 ชนด ซงคาดวายงมบางชนดทหลงเหลอจากการ

ส ารวจอยบาง เนองจากขนอยในปาลกและขาดแคลนผเชยวชาญในการจ าแนกชนดพนธ

ส าหรบงานวจยนจะใชเสนใยไผชนดไผรวก มาเปนกรณศกษา ซงไผชนดนมชอ

วทยาศาสตร คอ Thyrsostachys slamensis Gamble ไผรวกจะเปนไผล าเลก ขนชดแนนทบ เสนผาน

ศนยกลางประมาณ 9.5 เซนตเมตร สง 5-10 เมตร ไมมหนาม หนาใบมขนเลกๆ กาบหม กาบหนอ ส

ขาว ล าปลอง แตละปลอง ยาว 7-23 เซนตเมตร ลกษณะทางพฤกษศาสตร มกขนเองตามปาราบและ

บนเขาสงๆ แพรพนธดวยหนอ ซงแทงออกมาจากโคนตน จากการศกษาสมบตบางประการทาง

กายภาพและเชงกลของไมไผรวก พบวา ความแขงแรงของไผรวกทสภาวะสดและสภาวะแหง

พบวา มความแตกตางกนเพยงเลกนอย ทงไมไผในสภาวะสดและสภาวะแหงนนในสวนของทอน

19

โคนมความแขงแรงมากกวาทอนกลาง และทอนกลางมความแขงแรงมากกวาทอนปลาย นอกจาก

คาสมประสทธความยดหยนเทานนททอนปลายมคามากกวาทอนกลางและทอนโคน [27] และพบ

อกวา ไผรวกอาย 2 ป ทใชเสรมแผนพนส าเรจรปเพอใชส าหรบสวนของโครงสรางอาคารขนาดเบา

โดยการหาคาหนวยแรงดงประลยและมอดลสยดหยน มคา 1776 กโลกรมตอตารางเซนตเมตร และ

2.40 x 105 ตามล าดบ [28] สมบตเหลานเปนทนาสนใจอยางมากในเชงกายภาพ สามารถน าไป

คนควาวจยและประยกตใชเพอประโยชนในดานตางๆ อกมาก

2.5.1 ประโยชนของไมไผ

ไมไผ ซงเมอแบงออกเปนหมวดหม และแยกออกเปนประเภทๆ แลว สามารถใชไมไผมท า

เปนประโยชนไดดงน

1. ดานการอนรกษธรรมชาต เชน

- ปองกนการพงทลายของดนตามรมฝง

- ชวยเปนแนวปองกนลมพาย

- ชะลอความเรวของกระแสน าปาเมอฤดน าหลากกนภาวะน าทวมฉบพลน

2. ประโยชนจากลกษณะทางฟสกส จากความแขงแรง ความเหนยว การยดหด ความโคงงอ

และการสปรงตว ซงเปนคณลกษณะประจ าตวของไมไผ เราสามารถน ามนมาใชเปนวสดเสรมใน

งานคอนกรต และเปนสวนตางๆ ของการสรางทอยอาศยแบบประหยดไดเปนอยางดอกดวย

3. ประโยชนจากลกษณะทางเคมของไมไผ

- เนอไผใชบดเปนเยอกระดาษ

- เนอไผบางชนดสามารถสกดท ายารกษาโรคได

- ใชในงานอตสาหกรรมนานาชนด

4. การใชไมไผในผลตภณฑหตถกรรม และอตสาหกรรม แบงออกได ดงน ผลตภณฑ

เครองจกสานจากเสนตอก ไดแก กระจาด กระบง ฯลฯ ผลตภณฑจากล าตน และกงของไม

ไผ ไดแก เกาอ โตะ ชนวางหนงสอ ท าดามไมกวาด ฯลฯ ผลตภณฑจากเนอไมไผ ไดแก ถาดใส

ขนม ทพพไม ตะเกยบ ไมเสยบอาหาร ฯลฯ ผลตภณฑทไดจากไผซกไดแก โครงโคม

กระดาษ โครงพด โครงรม ลกระนาด คนธน ฯลฯ

20

5. ประโยชนทางดานการบรโภค เชน การน าหนอไมไผมาท าเปนอาหาร ไมวาจะเปนซบ

แกง ตม หรอน ามาดองจมน าพรก

การท าเสนใยไผจะท าจากสวนของล าตนของตนไผ ความยาวและความแขงแรงของเสนใย

จะขนอยกบตนไผ และสมบตของเสนใยจะพจารณาจากความยาว ความแขงแรง ความทนทาน

ความสามารถในการดดซม และความตานทานจากเชอรา เปนตน

2.6 เสนใยหญาแฝก [29]

หญาแฝกเปนพชตระกลหญาชนดหนงเดยวกบขาวโพด ขาวฟาง ออย และตะไคร จดวา

เปนพชทมการสงเคราะห แสงประเภททเรยกวา C4 (Pathway) ซงมประสทธภาพ ในการใช

คารบอนไดออกไซดมากกวาพชปกตซงจดไวในประเภทC3 (Calvin Cycle) คอสามารถเปลยน

คารบอนไดออกไซด ซงเปนน าตาล โดยใชน านอยกวาหญาแฝกสามารถเจรญเตบโตในสภาพทแหง

แลง แมวาปากใบ (Stomata) แทบจะปดแตกตรงคารบอนไดออกไซดไดในอตราสง อยางไรกตาม

หญาแฝกจะไมทนรมเงา จะไมเจรญ เตบโตหากไดรบแสงนอยและเปนพชทไมไวตอแสง สามารถ

เจรญเตบโต และออกดอกตลอดปหากอณหภมเหมาะสมแหลงเดม หรอ ศนยกลางของการกระจาย

สนนษฐานวา อยบรเวณตอนกลางและตอนใตของประเทศอนเดยและไดแพรกระจายลงมา

ครอบคลมตลอด ภมภาคเอเชยตะวนออกเฉยงใตตอมาไดมการน าไปปลกในหลาย เขตทวโลก

ปจจบนจงปรากฏ แพรหลายอยท วไปโดยเฉพาะในบรเวณเสนศนยสตรของทวปเอเชย หมเกาะใน

มหาสมทรอนเดยและแปซฟกทวปแอฟรกา ออสเตรเลย อเมรกาใต และตอนใตของทวป อเมรกา

เหนอ นกพฤกษศาสตรไดตรวจสอบพบวามอย 2 ชนด ไดแก หญาแฝกลมหรอแฝกหอม

( Vetiveriazizaniodes Nash) และหญาแฝกดอน (Veiverianemorallis A. Camus) ในธรรมชาตพบวา

หญาแฝกทงสองชนดมการกระจายทวไปขนไดดในสภาพท ลมน าและทดอนในดนสภาพตาง ๆ

จากความสงตงแตระดบน าทะเลขนไปจนถงระดบประมาณ 800 เมตรเหนอระดบน าทะเล

21

รป 2.9 ก) ลกษณะตนของแฝกลม ข) ลกษณะตนของแฝกดอน [29]

รป 2.10 ลกษณะใบของแฝกลม [29]

22

รป 2.11 ลกษณะใบของแฝกดอน [29]

2.6.1 ประโยชนของหญาแฝก [30]

หญาแฝกสามารถน าไปใชประโยชนในกจกรรมตางๆ ไดมากมาย ซงอาจจะสรปเปน

ประเภทไดดงน

1. การใชประโยชนหญาแฝกเพอการอนรกษดนและน า

1.1 การปลกหญาแฝกเปนแถวตามแนวระดบขวางความ ลาดเท แถวหญาแฝกนจะ

ชวยชะลอความเรวของน าทไหลบาและดกเกบ ตะกอนดนเอาไว

1.2 การปลกหญาแฝกเพอแกปญหาการพงทลายของดน

1.3 การปลกหญาแฝกเพออนรกษความชมชนของดน

1.4 การปลกหญาแฝกเพอปองกนการเสยหายของขน บนไดดน (benchterrace)

หรอคนครบน ารอบเขา (hillsideditch)

2.การใชประโยชนหญาแฝก

2.1 ตน/ใบ

- กรองเศษพชและตะกอนดนทถกชะลางมากกเกบไว

- ท าวสดมงหลงคา

23

- วสดดบท ากระดาษ

- ท าเชอก, เสอ, หมวก, ตะกรา, ฯลฯ

- ใชเปนอาหารสตวพวก แกะ โค กระบอ ฯลฯ

- ใชเปนวสดคลมดน, ใชรองคอกสตว

- ท าวสดเพาะเหด ท าปยหมก

2.2 ราก

- ดดซบน าและรกษาความชมชนในดน

- ดดซบแรธาต อาหาร/สลายกลายเปนอนทรยวตถในดนท าใหดนรวนซย

- ดดซบสารพษจากสารเคมก าจดศตรพช

- ชวยท าใหคณสมบตทางกายภาพของดนดขน

- ท าฉาก, มานตา, พด, กระเปาถอ

- สมนไพรและเครองประทนผว

- กลนท าน าหอม, สวนผสมของสบ

- ปองกนแมลงและหน

2.6.2 ลกษณะทางพฤกษศาสตร [31]

1. กอหญาแฝก

กอหญาแฝกจะเจรญเตบโตแตกหนอขนเปนกอ ๆ รปรางคลายหญาทว ๆ ไป เชน กอ

ตะไครทรงพมใบปรกดนหรอทรงสง ขนอยใน สภาพแวดลอม ล าตนตงตรง และยางปลองชชอ

ดอก บางครงอาจสงถง 3 เมตร เสนผานศนยกลางกอทโตเตมทซงมอายหลายป อาจกวางถง 75

เซนตเมตร กอประกอบดวยตนหญาแฝกซงมลกษณะแบนเนองจากเปนสวนประกอบของกาบใบ

หมหอโคนตน จะขนเบยดเสยดกนแนน สวนล าตนจะอยเหนอ ผวดนเพยงเลกนอย และจะสอด

ประสานกนอยางหนาแนน สวนกลางกอจะมลกษณะโหยงเปนรปโดม เนองจากเปนสวนล าตนของ

หญาแฝกมอายมากทสดจงยางปลองและยกตวสง หญาแฝกจะขยายกอโดยการแตกหนอรอบ ๆ ตน

เดมทบ ซอนกนและขยายเปนกอใหญ ไมมน าไหล (Stolon) การทหญาแฝกขนเบยดเสยดกนแนน

และแขงแรงนจงเปนลกษณะทดเมอปลกตดตอกนเปนแนวรวจะสามารถดกตะกอนดนได เมอ

24

ระดบตะกอนดนทตกทบถมดานหนาแถวหญาแฝกสงขน หญาแฝกจะเรมแตกกอทขอทถกดนทบ

ถมตงกอใหมใหมระดบสงขนเหนอผวดนเสมอจงท าใหแถวยกหญาแฝกหรอแนวรวหญาแฝกมการ

ยกตวเองใหสงขนเรอย ๆ สวนรากกจะงอกจากขอของล าตนเชนเดยวกนและยดดนททบถมขนมา

รอบ ๆ โคนตนเดมใหแขงแรงมนคง

2. ชอดอก (Inflorescence)

ชอดอกจะอยบนกานชอดอกซงสงประมาณ 1.50 เมตร หรออาจสงถง 2 เมตร ชอดอกหญา

แฝกจะกางออกเปนรปฉตร ความยาวประมาณ 30 เซนตเมตร ฐานกวาง 15 เซนตเมตร ชอดอกจะม

สน าตาล น าตาลแดง เทา หรอสขาวนวล ทงนเนองจากเปนสของสวนประกอบทเปนกานชอดอก

แขนงชอด อก กลบดอก เกสรตวผ และเกสรตวเมย ซงจะมตงแตสมวงแดง (red) ถงสขาว (alba)

หากสวนประกอบทงหมดมสเดยวกน เชนสมวงแดง กจะเหนชอดอกเปนสมวงแดง หากเปนสขาว

ทงชอจะเหนเปนสขาวนวล หากแตมสคละกน เชน กานชอดอกมสมวง เกสรตวผสขาว เกสรตวเมย

สมวงเขม กลบดอกสมวงออนชอดอกจะมสเทา หรอสกะป เปนตน ลกษณะชอดอกของหญาแฝก

ดอกหญาแฝกจะอยบนแขนงชอดอกโดยอยเปนค ดอกบนมกานดอก ดอกลางไมมกานดอก ดอก

บนเปนดอกตวผคอมเกสรตวผ ดอกลางเปนดอกกระเทย คอ มทงเกสรตวผและเกสรตวเมยเปนดอก

ทมการผสมตดเมลด ดอกบนคอนขางจะเลกเรยว บางครงจะเปลยนรปรางเปนรปกลมคลายหวเขม

หมดทมสวนบนแหลม เขาใจวาเปนดอกทไมไดใชประโยชนดอกหญาแฝกจะบานเพอผสมเกสรอย

4 – 5 วน สวนทผสมเกสรกอนจะอยบนยอดของชอ หลงผสมเกสรแขนงจะเรมหบตงแตปลายชอ

ดอกลงมาจนถงโคนชอและเมลดเรมแตกรวง ซงใชเวลา 8 – 10 วนเมลดจะเรมแกและรวง ซงใช

เวลาประมาณ 10 – 12 วน เมอรวงหมดแลวจะเหลอ อยเฉพาะกานชอดอก

3. เมลดและตนกลา (Seed & Seedlink)

เมลดมลกษณะกลมยาวคลายเมลดขาวเปลอกจะมหนามเลก ๆ เรยงเปนแถว คลายหนาม

เลก ๆ ทเรยงเปนแถว หนามเลก ๆ นจะเรยงตามขอบใบ สของเมลดจะมสเดยวกบกลบดอกส

น าตาลปนเทา เมลดหญาแฝกสามารถงอกไดแตไมมากนก และมการพกตว หากเกบ เมลดไวตงแต

1 – 6 เดอน เมลดจะมความงอกเฉลย 1 – 34 เปอรเซนต ตนกลาทงอกจากเมลดจะมความออนแอ

ระหวาง 1 – 15 เปอรเซนต ในสภาพธรรมชาตเมลด จะงอกไดนอย มบางพนธไมปรากฏวามตนกลา

เลกของหญาแฝกขนมา บรเวณกอหญาแฝก เชน หญาแฝกหอมอนเดย

25

4. ระบบราก (Roots)

รากหญาแฝกเปนระบบรากฝอย ม 2 ขนาด คอ เสนโตและเสนเลกฝอยขนาดเลก เสนโตจะ

เหนยวและแขงเจาะลงไปในดนไดลก เสนขนาดเลกจะแตกแขนงออกมาจากเสนใหญ และสานกน

คลายรางแหหรอใยขดหมอ รากจะหยงลกลงไปในดนอยางรวดเรวภายใน 3 อาทตยอาจยาวถง 60

เซนตเมตร ในสภาพพนทบางแหงซงมหนาดนลก รากหญาแฝกอาจยาวถง 3 เมตรเศษ รากหญาแฝก

จะแตกแขนงเปนฝอยจ านวนมากและขนอยกบสายพนธ บางพนธจะรากฝอยละเอยดและสของราก

จะแตกตางกนไปตามสายพนธของหญาแฝกเชนเดยวกน

5. ล าตนและใบ (Culm & Leaf)

หญาแฝกจะมล าตนเหนอผวดนซงมขอทเมอหนอแกจะเรมยางปลองสงขน ขอจะเรมหาง

ขนเรอยๆ จนกระทงเปนล าตนทชชอดอกสงขนไปทโคนตนจะหมหอดวยกาบของใบ แตละกาบจะ

ตดอยทขอของล าตนเรยงซอนกนเปนชน ๆ และแผออกเปนรปแบน แตละโคนกาบใบตรงขอจะม

ตา หรอมหนอออนและพรอมทจะเจรญเตบโตเปนหนอหรอตน กาบใบจะเหนยวและหมหอล าตน

และปองกนหนอออนไมใหเปนอนตรายจากการถกแดดเผา ความแหงแลง ดนเคมหรอสารเคม

ปองกนก าจดศตรพช ดานในของกาบใบหญาแฝกดอนถาคลออกจะมขนสขาว และมขนมาถงโคน

ใบ เหนอกาบใบจะเปนโคนใบ และเสนกลางใบซงเปนสามเหลยมคอขอบใบทงสอง ขางและสน

ของเสนกลางใบจะมหนามทละเอยดคลายฟนเลอยซงคมจด เหนอสวนทเปนสามเหลยมจะเปนใบ

ซงเรมแผแบนออกหรอมลกษณะตบแคบ ถาตดจะเหนหนาตดใบเปนรปตวว (V) หรอตวย (U) ซง

ขนอยกบชนดและอายของหญาแฝก และจะเรมเปนสวนท ออนขนจนกระทงแบนและปลายใบเรยว

เลกและโคง จะสงเกตเหนวาโคนของ หญาแฝกดอนจะเปนสามเหลยมเดนชดเจนและคม ซงเรยกวา

สามเหลยมคมแฝก เสนกลางใบของแฝกดอนจะแขงสเขยวและเปนสนนนออกดานหลง ดานหนา

ของเสนสนกลางใบจะเปนรองคลายรองน าเลก ๆ ซงน าฝนหรอน าคางจะสามารถไหลลงไปตาม

รองเลก ๆ นลงไปยงกาบใบและโคนตนได เสนกลางใบของแฝกดอนจะสามารถหกไดเมอรดจะพง

ออกมามลกษณะคลายเสนกลางของใบมะพราว ความกวางของใบสวนทกวางทสดจะ ประมาณ 7

มลลเมตร ถง 1 เซนตเมตร ใบหญาแฝกหอมจะกวางกวา เสนกลางใบสเขยวทองใบหรอดานหนาใบ

จะมสขาวผวใบทมลกษณะคลายฟองน าดานหลงใบจะเปนสเขยวตลอด ใบหญาแฝกหอมจะออน

ขอบใบจะมลกษณะคลายฟนเลอย โดยเฉพาะทโคนใบ ใบหญาแฝกลมหรอ แฝกหอมจะมการ

26

เปลยนแปลงอยเสมอ ขนอยกบอาย ความแหงแลง และการตดใบ หนอซงก าลงเจรญเตบโต ใบจะ

กวางเปนรอง รปตวย (U) ใบแกจะตบแคบเปนรปตวว (V) หรอใบทตดบอย ๆ จะงอกเปนใบแคบรป

ตวว ในสภาพธรรมชาตแฝกหอมพนเมองประเทศไทยใบจะกวางใหญโคงเปนรปตวย หากเปน

ชนดทใบแบนจะเปนเครองบงบอกวาชนดนนเมลดจะมเปอรเซนตความงอกสง ซงแตกตางจาก

แฝกหอมทเอามาจาก อนเดยและศรลงกา ใบจะแคบกวาและตบเปนรปตวว (V) สเขยวเขม หากอย

ในสภาพทแหงแลงจดลกษณะของใบหญาแฝกหอมจะแขงดคลายหญาแฝกดอน ในสภาพทดนด

หญาแฝกหอมและหญาแฝกดอนจะมล าตนและหนอโตกาบใบทหมหอล าตนคลายคลงกน

2.7 การเสรมแรง (Reinforcement)

การเรยงตวของเสนใยในเมทรกซ ในวสดผสมทเสรมแรงดวยเสนใย เสนใยอาจจะมการ

เรยงตวเปน 3 แบบ ดงรป 2.12 คอ

1. เรยงตวแบบตอเนองในทศทางเดยวกนตลอดความยาวของเมทรกซ (Unidir-ectional-

continuous fibers)

2. เรยงตวเปนระเบยบแบบไมตอเนอง (Aligned discontinuous fibers)

3. เรยงตวไมเปนระเบยบแบบไมตอเนอง (Randomly oriented discontinuous fibers)

รป 2.12 แสดงการเรยงของเสนใยพลาสตกเสรมแรงดวยเสนใย [24, 26, 32]

27

2.8 กลไกของการเสรมแรงดวยเสนใย [18]

2.8.1 เ สนใยเรยงตวแบบตอเนองในทศทางเดยวกนตลอดความยาวของเมทรกซ

(Unidirectional continuous fiber)

วสดผสมชนดนจะมเสนใยยาวเรยงตวในทศทางเดยวกนอยางตอเนองตลอดความยาวของ

เมทรกซ โดยทศทางทเสนใยเรยงตวจะเปนทศทางเดยวกบทศทางของแรงกระท าจากภายนอก ถา

สมมตวาเสนใยทกเสนเหมอนกนและพนธะทเกดขนระหวางเสนใยของเมทรกซสมบรณ

ความเครยด (Strain, ) ในวสดผสมจะเทากบความเครยดของเสนใยและเมทรกซ แรงกระท าตอ

วสดผสม (Wc) จะถกแบงไปยงเสนใย (Wf) และเมทรกซ (Wm) ดงรป 2.13

รป 2.13 แรงกระท าตอวสดผสมกรณเสนใยเรยงตวแบบตอเนองตลอดความยาวของเมทรกซ [32]

ดงนน Wc = Wf + Wm (2.1)

เนองจาก W = A (2.2)

เมอ = ความเคน (Stress)

A = พนทหนาตด (Cross-sectional area)

ดงนน cAc = fAf + mAm (2.3)

เมอ c , f , m เปนคาความเคนของวสดผสม เสนใยและเมทรกซ ตามล าดบ

Ac , Af , Am เปนพนทหนาตดของวสดผสมเสนใยและเมทรกซ ตามล าดบ

จดรปสมการ 2.3 ใหม จะได

AA c

mm

c

ff

c

(2.4)

Fc

F

m

Ff

Fc

28

Volume of fiber

Volume of composite Vf =

Volume of matrix

Volume of composite Vm =

น าสดสวนโดยปรมาตรของเมทรกซ (V) มาใช

เชน กรณของเสนใย (ความยาวของเสนใยเทากบความยาวของวสดผสม)

สดสวนโดยปรมาตรของเสนใย AA

c

f (2.5)

สดสวนโดยปรมาตรของเมทรกซ AA

c

m (2.6)

แทนสมการ 2.5 และ 2.6 ลงในสมการ 2.4 จะได

c = fAf + mAm (2.7)

และ Vf + Vm = 1 (2.8)

ดงนน c = fAf + m(1-Vf) (2.9)

เ มอว สดผสม เสนใย และเมทรกซ มสมบตของความยดหยน คาความเคน จะม

ความสมพนธกบ คามอดลสของยง (Young’s modulus, E) ดงน

c = Ecc , f = Eff , m = Emm (2.10)

เนองจากคาความเครยดของวสดผสม (c) , เสนใย (f) และเมทรกซ (m) เทากน

c = f = m (2.11)

ดงนน Ec = EfVf + Em (1-Vf) (2.12)

เมอ Ec, Ef และ Em คอ คามอดลสของยงของวสดผสม, เสนใยและเมทรกซ ตามล าดบ

จากสมการ 2.7 c = fAf + mAm

เมอสดสวนโดยปรมาตรของเสนใย (Vf) สงเกนกวาคาสดสวนโดยปรมาตรต าสด (Vmin) วสดผสม

จะเกดการเสยสภาพเมอเสนใยเสยสภาพ

ดงนน cTS = f

TSVf + ’ mV (2.13)

เมอ cTS = คาความทนแรงดงของวสด

29

fTS = คาความทนแรงดงของเสนใย

’ m = คาความเคนแรงดงทเกดจากเมทรกซ ณ ความเครยดทท าใหวสดผสมเสยสภาพ

เมอสดสวนโดยปรมาตรของเสนใย (Vf) มคาต ากวาสดสวนโดยปรมาตรทต าทสด (Vmin) วสดผสม

จะเสยสภาพเมอคาความเคนของเมทรกซมคาเทากบ คาความทนแรงดงของเมทรกซ

ดงนน cTS = m

TSVm (2.14)

2.8.2 เสนใยเรยงตวแบบไมตอเนอง (Discontinuous fiber)

วสดผสมทน าไปใชในงานวศวกรรม โดยสวนใหญมการจดเรยงของเสนใยแบบไมตอเนอง

โดยเสนใยทใชจะเปนเสนใยสน ถงแมวาความแขงแรงจะนอยกวาวสดผสมทมการจดเรยงตวของ

เสนใยแบบตอเนอง เมอพจารณาทสดสวน โดยปรมาตรของเสนใยทเทากน ขอดของเสนใยสน คอ

สะดวกในการเตรยมวสด เชน เทคนคการฉดขนรป

การจดเรยงตวของเสนใยสนม 2 ลกษณะ คอ

1. เรยงตวขนานกนอยางเปนระเบยบ

2. เรยงตวแบบไมเปนระเบยบ

2.9 ตวประสานคควบ [16, 33, 34]

ตวประสานคควบจะชวยเพมแรงยดเหนยวระหวางเสนใย และเมทรกซ ทงทางกายภาพ

และทางเคม อกทงยงชวยปองกนผวของเสนใยจากความชน และปองกนความเสยหายทเกดจาก

กระบวนการผสม และการผลตวสดผสม โดยทวไปแลวการใชตวประสานคควบจะอยในขนตอน

การปรบปรงผวเสนใยในกระบวนการผลตเสนใย และในสวนมากจะใชสารประกอบของไซเลน

และไททาเนต เปนตวประสานคควบ ซงกลไกการประสานของเสนใยกบเมทรกซทมตวประสานค

ควบเปนตวประสานแสดงดงรป 2.14

30

รป 2.14 กลไกของตวประสานคควบ [23]

2.10 สมบตเชงกล (Mechanical properties) [16, 34-36]

ความแขงแรงของวสดขนอยกบความสามารถของวสดทจะรงดวยแรงกระท าโดยปราศจาก

การเปลยนแปลงรปราง หรอการแตกหก สมบตของวสดนนจะเปนลกษณะเฉพาะตวของวสดแตละ

ชนด และสามารถทดสอบไดโดยการท าการทดลอง การทดสอบทส าคญ คอ การทดสอบโดยการดง

หรอการอด (Tension or Compression test) การทดสอบตวอยางของวสดไมวาจะเปน โลหะ เซรา-

มกส พอลเมอร และวสดผสมชนดตาง ๆ จะตองท าเปนรปทรง และขนาดตามมาตรฐานกอนทจะท า

การทดสอบ เชน มาตรฐานสมาคมอเมรกนส าหรบการทดสอบวสด (American Society for Testing

and Materials Standard ASTM) มาตรฐานอตสาหกรรมญปน (Japanese Industrial Standard; JIS)

หรอมาตรฐานอน ๆ ทยอมรบกนทวโลก ซงมาตรฐานเหลานเปนตวบงช และสามารถเปนแนวทาง

ในการทดสอบได

2.10.1 ความตานทานแรงดง (Tensile strength) [16, 34-40]

ความตานทานแรงดงสามารถอธบายไดวา ขณะทดงวสดดวยแรงภายนอก แรงกระท าจะ

ถายทอดตลอดแนวของชนตวอยาง ทศทางการเคลอนทภายในแกนตามแนวแรงจะมการตานกน

การเกดแรงตานนเกดขนทวบรเวณของชนตวอยาง จะสงผลใหเกดความเคน (Stress) และ

ความเครยด (Strain) ขนภายในวสด โดยความสมพนธของความเคน และความเครยดสามารถน ามา

เขยนเปนกราฟแสดงพฤตกรรมเชงกลของวสดไดเรยกวา กราฟความเคน – ความเครยด ดงรป 2.15

31

รป 2.15 กราฟความเคน – ความเครยดของวสด [40]

กราฟความเคน – ความเครยดของวสดจะแสดงความสมพนธแบบเชงเสนระหวางหนวย

แรง และความเครยดภายในขอบเขตของความยดหยน การเพมขนของหนวยแรงจะท าใหเพม

ความเครยดอยางเปนสดสวน หลกการนคนพบโดย โรเบรต ฮค (Robert Hooke) โดยใชสปรง จง

เรยกชอวา กฎของฮค (Hooke’s law) ซงแสดงในรปแบบของสมการทางคณตศาสตร คอ

= (2.15)

โดย แทนคาคงทของความเปนสดสวน (Constant of proportionality) ซงเรยกวา มอ-

ดลสของความยดหยน หรอ มอดลสของยง (Modulus of elasticity or Young’s modulus) แทนคา

ความเคน และ แทนคาความเครยด สมการนเปนสมการของแนวเสนทเหยยดตรงเรมตนของ

กราฟความเคน – ความเครยด ดงนนมอดลสของความยดหยนจงเทากบความชน (Slope) ของ

เสนกราฟ

ความเครยดเปนผลทเกดจากการเปลยนแปลงของอะตอมทเคลอนทไปขณะถกแรงมา

กระท า คานจะเกดขนพรอมกบคาความเคน มหนวยเปนมลลเมตรตอมลลเมตร (mm/mm) หรอนว

32

ตอนว (in/in) บางครงอาจใชหนวยเปนเปอรเซนตกได การค านวณคาความเครยดหาไดจาก

อตราสวนระหวางสวนตางของความยาว (L) ตอ ความยาวเดม (Lo) ดงสมการ

oL

L (2.16)

ความเคนสามารถค านวณไดจากแรงภายนอก (F) ทมากระท าตอพนทหนาตดของวสด (A)

และเกดการตอตานขน โดยมหนวยการวดเปนแรงตอพนท เชน ปอนดตอตารางนว (psi) นวตนตอ

ตารางเมตร (N/m2) หรอ ปาสคาล (Pa) โดยแสดงดงสมการ

A

F (2.17)

แรงภายนอกทมากระท าตอวสด และสงผลใหเกดความเคนนนมดงน

1. ความเคนแรงดง (Tensile stress)

2. ความเคนแรงอด (Compressive stress)

3. ความเคนแรงเฉอน (Shear stress)

4. ความเคนแรงดดโคง (Bending or Flexural stress)

ความเคนแรงดง (Tensile stress) คอ คาความเคนทเกดจากการดงโดยแรงภายนอกมา

กระท าตงฉากกบพนทหนาตด ซงเปนหนวยแรงตอพนท

ความเคนแรงอด (Compressive stress) คอ คาความเคนทเกดขนจากแรงดดหรอกด ซง

พยายามใหวสดอดแนนตดกนหรอ ท าใหอะตอมของวสดอดแนน การทดสอบแบบนวสดจะเกด

แรงตานจากแรงอดเพอใหเกดการคนตวของวสดในการรกษาสภาพของตวเองใหสมดล

ความเคนแรงเฉอน (Shear stress) คอ คาความเคนทเกดจากการทดสอบการดงหรอการอด

เพอใหวสดเลอนผานกน ซงพนทจะขนานกบทศทางของแรงภายนอกทกระท า

33

ความเคนแรงดดโคง (Bending or Flexural stress) คอ คาความเคนทไดจากการทดสอบกด

ชนตวอยางใหเกดการงอตวโดยใชหวกด ซงกดลงตงฉากกบชนตวอยางทอยในลกษณะแนวนอน

โดยมตวรองรบเปนตวก าหนดชวงหาง

เปอรเซนตการยดตว (%Elongation) คอ การยดออกของชนงานทแสดงเปนคาเปอรเซนต

ของความยาวเรมตน ซงเปอรเซนตการยดตวนเปนการเพมขนของความยาวของชนงานทถกดง ถา

เปนเปอรเซนตการยดตวทจดขาด (%Elongation at break) จะเปนการคดเปอรเซนตการยดขณะท

ชนงานขาดหรอแตกออก

เปอรเซนตความยด (% Elongation) = )(oL

L x 100 (2.18)

พนทภายใตกราฟระหวางความเคน-ความเครยดเปนสงบงชถงความเหนยว (Toughness)

ของวสด ถาวสดใดมพนทใตเสนกราฟมากจงเปนวสดทมความเหนยวมาก สวนวสดทมพนทใต

เสนกราฟนอยจงเปนวสดทเปราะ

ซงพลาสตกแตละประเภทกมลกษณะกราฟระหวางความเคนกบความเครยดทแตกตางกน

ดงรป 2.16 ซงลกษณะเสนโคงทปรากฏ ท าใหสามารถจ าแนกสมบตของพลาสตกไดดงตาราง 2.5

รป 2.16 กราฟความเคน – ความเครยดของวสดพอลเมอร 4 ประเภท [40]

34

ตาราง 2.5 ลกษณะของกราฟความเคน-ความเครยดทเกยวของกบสมบตของพอลเมอร [41]

สมบตของพลาสตก

ลกษณะของกราฟระหวางความเคน-ความเครยด

Modulus Yield stress Ultimate strength Elongation at

break

Soft,weak

Soft,tough

Hard, brittle

Hard, strong

Hard, tough

Low

Low

High

High

High

Low

Low

None

High

High

Low

Yield stress

Moderate

High

High

Moderate

High

Low

Moderate

High

ปจจยทมผลกระทบตอคาความทนแรงดง การยดตว และมอดลสของยง

1. การเตรยมชนทดสอบและขนาดชนทดสอบ

การจดเรยงโครงสรางโมเลกล มผลกระทบมากตอคาความตานทานแรงดง การใหแรง

ขนานกบทศทางการจดเรยงตวของโมเลกลอาจใหผลการทดสอบทไดสงกวาใหแรงตงฉากกบการ

จดเรยงตวของโมเลกล กระบวนการเตรยมชนทดสอบกมผลกระทบส าคญ

2. อตราของความเครยด (Rate of straining)

ถาอตราความเครยดเพมขนจะใหคาความทนแรงดงและมอดลสของยงเพมขน อยางไรก

ตามการยดยาวออกจะแปรผกผนกบสดสวนของอตราความเครยด นนคอเมออตราความเครยด

เพมขน การยดตวจะลดลง

3. อณหภม (Temperature)

สมบตความทนแรงดงของพลาสตกบางอยางจะเปลยนอยางรวดเรวเมออณหภมเปลยน

เลกนอย เมออณหภมเพมขน ความทนแรงดงและมอดลสจะลดลง ขณะทการยดยาวเพมขน

2.10.2 ความตานทานแรงอด (Compressive strength) [42-43]

การทดสอบแรงอดเปนการทดสอบทมลกษณะการใสแรงกระท าในแบบตรงขามกบการ

ทดสอบแรงดง คอการทดสอบแรงดงเปนการทดสอบในลกษณะการดงยดชนทดสอบ สวนการ

35

ทดสอบแรงอดเปนการทดสอบในลกษณะการกดอดชนทดสอบ โดยการพจารณาเลอกการทดสอบ

แรงอดแทนกระบวนการทดสอบอนจะขนอยกบประเภทของการน าไปใชงานของวสด

แรงเคนอดเกดจากแรงอดทใหกบชนทดสอบ ซงท าใหชนทดสอบเกดการหดตวหรออดตว

ภายใตแรงอดนน ชนทดสอบทใชในการทดสอบแรงอดนตองมลกษณะสนและมเสนผานศนยกลาง

มากกวาความยาว เนองจากการทดสอบแรงอดกบชนทดสอบทมขนาดยาวจะเกดการโคงงอดานขาง

ซงมรปแบบการเกดทไมแนนอนจากการเสยรปแบบยดหยน ดงรป 2.17 ดงนนโดยปกตชนทดสอบ

ทใชในการทดสอบแรงอดมกเตรยมเปนทรงกระบอก อยางไรกตามบางวสดเชน อฐ ซงเตรยมเปน

ทรงกระบอกไดยาก กรณเชนนจะเตรยมชนทดสอบในรปทรงทสะดวกทสด

การทดสอบแรงอดมประโยชนในการวดคามอดลสอลาสตก คาความเคนจดคราก ความ

ตานทานแรงอดสงสด และการเปลยนแปลงรปรางภายหลงจดคราก วธทดสอบแรงอดนจะมการ

ก าหนดในมาตรฐาน ASTM D695

รป 2.17 การเสยรปแบบโคงงอออกดานขางของวสดภายใตแรงอด [42]

มาตรฐานก าหนดใหชนงานทดสอบถกอดดวยอตราเรว 1.3 มลลเมตรตอนาท จนกวาจะ

แตกหก กอนการทดสอบ ชนงานทดสอบจะตองมขนาดตามทระบในมาตรฐาน และไมม

ขอบกพรองบนผวทมองเหน ในการทดสอบแรงอด พบวาการไดศนยของชนงานทดสอบม

ความส าคญอยางมากตอการกระจายของแรงอยางสม าเสมอซงจะสงผลตอความสม าเสมอของผล

การทดสอบ

36

2.10.3 ความตานทานแรงดดงอ (Bending strength) [44]

การทดสอบการดดงอเปนการดดงอชนทดสอบภายใตแรงกระท า ความแขงแรงท วสด

แสดงออกมาเปนฟงคชนของวสดทชนทดสอบถกเตรยมขนรวมทงลกษณะของภาคตด ของชน

ทดสอบ เชน แทงทดสอบชนดเดยวกนทมลกษณะเปนสเหลยมขนาด 1x4 นว จะม ความแขงแรง

การดดงอสงกวาแทงสเหลยมจตรสขนาด 2x2 นว ดงนนหลกวชาทาง คณตศาสตรจะมความ

เกยวของกบคาความแขงแรงการดดงอของวสดอยางมาก

สมบตทเกยวของกบการทดสอบการดดงอจะเปนแบบเดยวกนกบการทดสอบแรงดง ไดแก

ความแขงแรงสงสด (Ultimate strength) จดจ านน (Yield point) โมดลสความยดหยน (Modulus of

elasticity) และอนๆ ดวยเหตนการทดสอบการดดงอจงใชเปนการทดสอบ พนฐานทดทสดในการ

ทดสอบชนงานทมรปทรงภาคตดแบบตางๆ ในการน าไปใชงาน เมอชนทดสอบมการรบแรงใน

ลกษณะทมฐานรองรบปลายทงสองแลวมการใสแรง กระท าบรเวณตรงกลางชนงาน ซงจะท าให

ดานลางของชนงานอยภายใตแรงดงและดานบน อยภายใตแรงอด แรงดงจะท าใหสวนลางของชน

ทดสอบถกดงยดออกสวนแรงอดจะท าให ชนทดสอบถกอดเขาหากน และบรเวณกงกลางระหวาง

สองแรงนคอเสนหรอแกนแบง

การบนทกขอมลแรงทกระท ากบการดดงอทเกดขนสามารถน าไปเขยนเปนกราฟแรงเคน

ความเครยดการดดงอ เพอใชในการอธบายคณลกษณะของวสดจากการทดสอบการดดงอ

นอกจากนนควรท าการรายงานทงในสวนของแรงทกระท ากบการดดงอ ประเภทและ คณลกษณะ

ของการแตกหก เชน อธบายชนดของรอยแตกหกวาแตกหกจากแรงดง แรงอด หรอวาแรงเฉอน

หรอมการบวมของชนงานกอนการแตกหกหรอไม ลกษณะของรอยแตกหก เปนอยางไร หยาบ

ขรขระ หรอเรยบเสมอกน เปนตน หรออาจมการวาดรปรอยแตกหก คราวๆ ประกอบกบค าอธบาย

สนๆ ซงเปนวธการหนงทดในการอธบายประเภทและ คณลกษณะของรอยแตกหก ลกษณะการ

ทดสอบแรงดดงอ ดงรป 2.18

37

รป 2.18 ลกษณะการทดสอบแรงดดงอ

วสดเปราะเชนเซรามกและวสดประกอบ (Composite) การทดสอบแรงดงแบบปกต ไม

สามารถท าได เนองจากหวจบยดชนงานจะท าใหเกดรองรอยบนพนผวซงจะเปนจดเรมใน การ

แตกหก และท าใหผลการทดสอบทไดไมสามารถน าไปใชงานได ในกรณเชนนจะใชการ ทดสอบ

การดดงอในการวดความแขงแรงการดดงอและโมดลสการแตกหก ดวยการใหแรง กบชนทดสอบ

แบบสามจด แรงดงจะเกดขนจากจดกงกลางทใสแรงกระจายไปยงปลายทง สองของชนทดสอบ

ความแขงแรงการดดงอสามารถค านวณไดดงสมการ 2.19

(2.19)

เมอ F = แรงกระท า (ปอนด หรอ กโลกรม)

L = ระยะหางระหวางสองจดของฐานรองชนงาน (นว หรอ เซนตเมตร)

w = ความกวางของชนทดสอบ (นว หรอ เซนตเมตร)

h = ความสงของชนทดสอบ (นว หรอ เซนตเมตร)

38

2.10.4 ความตานทานแรงกระแทก (Impact strength) [36]

ทฟเนสส (Toughness) คอ ความสามารถของวสดทจะดดซบพลงงานไวไดโดยไมเกดการ

แตกหกสามารถวดสมบตดวยการทดสอบแรงกระแทก ( Impact test) ซงความเหนยวม

ความสมพนธกบความแขงแรงและความสามารถในการยดตวของวสด เนองจากโดยทวไปเรามกจะ

ประเมณคาความเหนยวจากมอดลสของความเหนยว (Modulus of Toughness) ซงก าหนดใหมคา

เทากบพนทใตเสนโคงความเคน ( ) – ความเครยด () ทไดจากการทดสอบแรงดง (Tensile test)

ซงคามอดลสของความเหนยว (Modulus of toughness) น จะแสดงถงพลงงานตอหนวยปรมาตร

ของวสดทตองใชในการท าใหวสดเกดการแตกหกเสยหาย วสดทมความเหนยวสงกวาจะใช

พลงงานตอหนวยปรมาตรของวสดทสงกวาในการท าใหวสดเกดการแตกหกเสยหาย จากรป 2.19

แสดงใหเหนถงความแตกตางระหวางวสดเหนยวและวสดเปราะ

รป 2.19 กราฟ Modulus of Toughness ของวสดเหนยว (a) และวสดเปราะ (b) [35, 37]

สมบตความทนแรงกระแทกสนใจในเชงพลงงานทถกดดกลนไวจากการไดรบแรงเชงกล

ฟาดกระทบตอพนทหนาตดตามแนวเดยวกบแนวแรง ซงจากคาพลงงานทถกดดกลนไวโดยชน

ทดสอบ (Eab) สามารถทราบคาพลงงานของการทนการกระแทกของชนทดสอบ (EIm) ไดดงสมการ

2.20

39

ImE = hB

E ab

(2.20)

เมอ B = ความกวางของชนทดสอบ

h = ความหนาของชนทดสอบ (หากมรอยบาก หกสวนความลกรอยบากออก)

เครองทดสอบความตานทานแรงกระแทกของวสดทใช

1. แบบตมน าหนกเหวยงกระแทก (Pendulum impact) ซงอาจใชการทดสอบแบบอซอด

(Izod type) หรอ แบบชารป (Charpy type) แสดงดงรป 2.20

2. แบบน าหนกตกกระแทก (Drop weight impact)

การทดสอบโดยใชตมน าหนกเหวยงกระแทกทงแบบอชอดและแบบชารป จะแสดงถง

พลงงานทตองใชในการท าใหชนทดสอบทรอยบากเกดการแตกหก ค านวณออกมาเปนหนวย ฟต-

ปอนดตอตารางนวของรอยบาก

รป 2.20 การทดสอบแรงกระแทกแบบ Charpy และ Izod [45]

40

2.11 การหาคาความหนาแนนดวยเครองชงไฟฟา (Density Determination with Electrical

Balance) [37]

ความหนาแนน (Density) ความถวงจ าเพาะ (Specific gravity) จดเปนสมบตทางกายภาพ

อยางหนงของวสดทสามารถใชแปลงจากคามวลไปสปรมาตร หรอจากปรมาตรไปสมวลได

ประโยชนทส าคญทางดานวสดคอ การอาศยคาความหนาแนนเปนตวชวดถงประสทธภาพในการ

อดแนนตวของวสดในระหวางขนตอนการขนรป ซงสตรทใชในการค านวณนนยงสามารถน าไปส

การหาคาความพรนของวสดไดอกดวย

การหาคาความหนาแนนและความถวงจ าเพาะของชนงานนนอาศยหลกการเดยวกนแตใช

วธการค านวณทแตกตางกน เนองจากการหาคาความถวงจ าเพาะนนเปนการน าคาความหนาแนน

ของวสดไปเทยบกบคาความหนาแนนของน า และเนองจากคาความหนาแนนของน า ณ อณหภม

ตางๆ มคาใกลเคยงกน คอ ประมาณ 1 กรมตอลกบาศกเซนตเมตร จงท าใหคาความถวงจ าเพาะและ

ความหนาแนนของวสดมคาใกลเคยงกน ดงนนในทนจงอาจกลาวเฉพาะคาใดคาหนงเทานน

การหาคาความหนาแนนและความถวงจ าเพาะ อาศยหลกการของอารคมดสทกลาวไววา

“เมอจมของแขงลงในของเหลวจะมแรงพยงเกดขนบนของแขงนน โดยแรงพยงทเกดขนจะมคา

เทากบน าหนกของของเหลวทถกแทนทดวยปรมาตรของของแขง” วธการจงท าไดโดยหาคามวล

ของวตถในอากาศและขณะทจมอยในน า

fl .WW

W =

fla

a

(2.21)

เมอ คอ คาความหนาแนนของชนงาน (กรมตอลกบาศกเซนตเมตร)

fl คอ คาความหนาแนนของของเหลว (กรมตอลกบาศกเซนตเมตร)

aW คอ น าหนกแหงของชนงาน (กรม)

flW คอ น าหนกของชนงานในของเหลว (กรม)

41

2.12 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning electron microscope; SEM) [16, 34,

37]

กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราดเปนการประยกตน าเอาอเลกตรอนทมชวงคลน

สนกวาคลนแสงมาใชแทนคลนแสง และใชเลนสสนามแมเหลกไฟฟามาแทนเลนสกระจก และม

ตวตรวจวดทจะมาจบสญญาณอเลกตรอนทเกดจากการทล าอเลกตรอนไปกระทบผวตวอยาง

จากนนกจะมอปกรณในการแปลงสญญาณทไดใหเปนสญญาณภาพปรากฏบนจอรบภาพตอไป ผล

ทไดคอ ภาพของวตถหรอตวอยางทก าลงขยายมากกวา 3,000 เทา ถงระดบมากกวา 100,000 เทาซง

มากกวากลองจลทรรศนแบบธรรมดาทมก าลงขยายไดเตมทไมเกน 3,000 เทา และยงสามารถแจก

แจงรายละเอยดของภาพซงขนกบลกษณะตวอยางไดตงแต 3 ถง 100 นาโนเมตร ในขณะทกลอง

จลทรรศนแบบใชแสงสองสวางธรรมดามก าลงแยกขณะใชดวตถเลกสดเพยง 0.2 ไมโครเมตร

ในกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสงกราด สญญาณภาพทไดเกดจากการใชตวตรวจวด

อเลกตรอนทตยภม (Secondary electron) มาจบสญญาณอเลกตรอนทตยภมทเกดขน หรอใชตว

ตรวจวดอเลกตรอนกระเจงกลบ (Backscatter electron)

2.12.1 สวนประกอบของกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด

ในกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด ดงรป 2.21 ประกอบดวยสวนหลก ๆ ท

ส าคญดงตอไปน

1. แหลงก าเนดอเลกตรอน (Electron source)

2. อเลกโทรแมกเนตกเลนส (Electromagnetic lens) หรอ ขดลวดท าหนาทควบคม

การสองกราดของล าอเลกตรอน

3. ปมสญญากาศ และระบบควบคมความดน ( Control pressure system)

4. ชองใสตวอยาง (Specimen chamber)

5. ตวตรวจวดสญญาณอเลกตรอน (Electron signal detector)

6. อปกรณสรางภาพ (Imaging devices)

42

รป 2.21 สวนประกอบของกลองจลทรรศนอเลกตรอนสองกราด [46]

2.12.2 การเตรยมชนตวอยางส าหรบทดสอบ

ในการวเคราะห และศกษาการใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราดเพอใหไดภาพ

ทดนน นอกจากจะขนกบประสทธภาพ หรอความสามารถของเครองแลว ยงขนกบชนดของ

ตวอยาง และเทคนคการเตรยมตวอยางทเหมาะสมอกดวย ประเภทของตวอยางจะเปนวสด หรอผง

วสดทเปนของแขงความดนไอต ามากกวา 1 หรอเทากบ 10-3 ทอร ขนาดของตวอยางถกจ ากดโดย

ขนาดของชองใสตวอยาง และแทนวางตวอยางของเครอง

กรณตวอยางเปนชนงาน กอนน าเขาศกษาในเครองตองท าการตดชนงานเขากบกานวาง

ตวอยาง ซงสวนใหญท าดวยโลหะจ าพวกเหลก อลมเนยม ทองเหลอง ทองแดง มลกษณะเปน

รปทรงกลมมกานทมขนาดเสนผานศนยกลางและความสงพอเหมาะใสไดพอดกบชองวางในฐาน

วางตวอยาง และใชสารยดตดตวอยางเขากบกานวางตวอยางซงสวนใหญใชวสดจ าพวกเทปกาวสอง

หนา เทปกาวคารบอน หรอน ายาทาเลบ กรณทตวอยางไมน าไฟฟาตองน าตวอยางนนไปผาน

ขนตอนการฉาบผวดวยโลหะกอนน าไปศกษา

43

กรณตวอยางเปนผง มกใชสารยดตดตวอยางจ าพวกทเปนเทปกาวสองหนา หรอเทปกาว

คารบอนตดดานบนของกานวางตวอยาง และ โรงผงตวอยางใหกระจายลงบนดานหนาของกาน

วางตวอยางทมเทปกาวอย จากนนใชลกยางเปาลม และปดฝ นเศษของผงตวอยางทไมยดตดบน

กานวางตวอยางออก จากนนจงน าเขาเครอง หรอท าการฉาบผวดวยโลหะกรณตวอยางไมน า

ไฟฟา

การเคลอบฉาบผวตวอยางนยมใชสารตวน าไฟฟาจ าพวกโลหะหนกทมโมเลกลขนาดเลก

เชน คารบอน ทอง และ โลหะผสมทอง-พลลาเดยม เปนตน โดยมจดประสงคเพอเพมสมบตในการ

น าไฟฟาใหกบตวอยาง ทงนมหลกการเบองตนของการฉาบผวตองกระท าภายใตภาวะสญญากาศ

และใหกระแสไฟฟาทเหมาะสมเพอใหโลหะหนกเปลยนสภาพจากแทงโลหะมาเปนโมเลกล และ

ตกลงบนผวตวอยางในอตราสวนเดยวกน ท าใหโลหะฉาบผวตวอยางไดเปนเนอเดยวกน