บทที่ 11
โพลิเมอร์
Polymers
1302 212 Engineering materials
Assistant Professor Sukangkana Lee
Engineering Materials
1
จุดประสงค์การเรียนรู้
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
นิยามโพลิเมอร์ ได้
ระบุและอธิบายคุณสมบัติทวไป
ั ่ ของโพลิเมอร์
วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกเมือ่ อุณหภูมิสงู ขึน้ ได้
อิบายความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางกลกับอุณหภูมิได้
อธิบายและวาดแสดงโครงสร้างผลึกอย่างง่ายของโพลิเมอร์ ได้
จาแนกชนิดของโพลิเมอร์ และการใช้งาน
ตะหนักถึงความสาคัญของวัสดุโพลิเมอร์ ในงานทางด้านวิศวกรรม
และในชีวิตประจาวัน
Engineering Materials
2
1. Introduction
Polymers
Natural Polymers
Synthetic Polymers
 Polymers มาจากภาษากรีก poly
แปลว่า
“many” และ meros แปลว่า “parts”
Engineering Materials
3
Natural polymers
Natural polymers are found in many
forms such as
 horns of animals,
 tortoise shell,
 shellac (ขี้ผ้ งึ ),
 rosin (ชันสน),
 asphalt,
 and tar from distillation of organic
materials
Engineering Materials
4
One of the most useful of the natural
polymers was rubber, obtained from the
sap of the hevea tree (ยางพารา).
 Rubber was named by the chemist
Joseph Priestley who found that a piece
of solidified latex gum was good for
rubbing out pencil marks on paper
(ยางลบ).

Engineering Materials
5
Synthetic Polymers

Natural rubber had only limited use as it
became brittle in the cold and melted when
warmed.

In 1839, Charles Goodyear discovered,
through a lucky accident, that by heating
the latex with sulfur, the properties were
changed making the rubber more flexible
and temperature stable.

That process became known as
vulcanization.
Engineering Materials
6
วิวฒ
ั นาการของอุตสาหกรรมโพลิเมอร์
พ.ศ. 2411 John Wesley Hyatt ค้นพบเทอร์โมพลาสติก
ชนิดแรกในโลก คือ Celluloid (การบูร+เซลลูโลสไนเตรท)
ปัจจุบนั นิยมนามาผลิต ลูกปิงปอง, กีตาร์ปิก แผ่นฟิล์ม
ภาพยนตร์ เป็ นต้น
 พ.ศ. 2452 เบกคาไลท์ หรือ Phenol formadehyde
(Thermosetting ชนิดแรก) ค้นพบโดย Leo Baekeland
ปัจจุบนั นิยมนามาผลิต หูกระทะ ด้ามทัพพี เป็ นต้น

Engineering Materials
7
บทเรียน online

ประวัติและวิวฒั นาการของพลาสติก

http://www.bpf.co.uk/Plastipedia/Plastics
_History/Default.aspx
Engineering Materials
8
การจัดเรียงตัวของโพลิเมอร์
 Polymer เป็ นวัตถุอินทรีย ์ มีโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ เกิดจาก
การรวมตัวกันของดมเลกุลขนาดเล็ก ของธาตุ C, N, O,
H, S, Si, F and Cl เป็ นต้น
 เกิดจากการสังเคราะห์จากวัสดุธรรมชาติ และ ใน
ห้องปฏิบตั ิ การ
Monomer
1 nm
Engineering Materials
Polymer chain
0.1-1 um
9
ลักษณะโมเลกุลของ Polymer มี 3 แบบ
(a) เป็ นสายยาว (Linear polymer chain)
10-100 nm
Engineering Materials
10
(b) สายยาวที่มีสาขา (Branched polymer chain)
10 nm
Engineering Materials
11
(c) ตาข่าย 3 มิติ (Cross-linked polymer)
100 nm
Engineering Materials
12
โครงสร้างของ Polymer
1.
2.
Amorphous
Partial Crystalline
Engineering Materials
13
1. แบบอสัณฐาน (Amorphous)


โครงสร้างโดยรวมเป็ น
การรวมกันของโมเลกุล
สายยาว ไม่มีสมมาตร
เป็ นการจัดเรียงตัวของ
อะตอมที่ไม่แน่ นอน
เหมือนของเหลว
เมื่อเราให้ความร้อน จะไม่
ปรากฎจุดหลอมเหลวที่
ชัดเจน แต่จะค่อยๆ
กลายเป็ นของเหลว
Engineering Materials
14
2. แบบกึง่ ผลึก (Partially crystalline)
สายโมเลกุลรวมกันแบบมีสมมาตร
บางส่วน ซึ่งมักจะเกิดกับโมเลกุลที่
มีสาขา เพราะสาขาเล็กๆ จะไม่
สามารถอยู่บิดเบีย้ วได้
 เมื่อให้ความร้อน ความเป็ นผลึกจะ
เสียไป กลายเป็ นโพลิเมอร์ที่นิ่ม
 จุดหลอมเหลว คือ อุณหภูมิที่ทาให้
การจัดเรียงตัวแบบผลึกหายไป

Engineering Materials
Folded linear amorphous
15
ปริมาณความเป็ นผลึก (%Crystallinity)
จะส่งผลถึงสมบัติทางกลของโพลิเมอร์ กล่าวคือ ถ้าเป็ นผลึก
มาก ก็จะมีค่า Modulus of Elasticity มากตามไปด้วย
 โพลิเมอร์ที่มี %crystallinity มาก จะมีความแข็งแกร่งมาก
เพราะอะตอมจะอยู่ชิดกันมากกว่าโพลิเมอร์ที่มี
%crystallinity น้ อย
 โพลิเมอร์ที่มี %crystallinity น้ อย จะสามารถดัด แอ่น ได้
มาก และมี Modulus of Elasticity น้ อย

Engineering Materials
16
Semi-Crystalline
ความหนาแน่นสูง
ทนสารเคมี กรด ด่าง ได้ดี
ทนร้อน
แข็งแรง
Amorphous
ความหนาแน่นต่า
แสงผ่านได้
เหนียว
ขึน้ รูปง่าย
ไม่ทนร้อน
ไม่ทนแดด
Engineering Materials
17
2. คุณสมบัตทิ วไป
ั่
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
ความหนาแน่ นตา่ ประมาณ 0.9-1.5 g/cm3
ทนต่อสารเคมีได้ดี ทนต่อเกลือ กรด ด่าง ได้หลายชนิด
ไม่ทนความร้อน พลาสติกส่วนมากจะละลายที่ 150-250 °C
(ยกเว้น ซิลิโคน)
เป็ นฉนวนไฟฟ้ า และฉนวนความร้อน
Thermosetting plastic จะคงรูปที่อณ
ุ หภูมิสงู
Thermoplastic จะขึน้ รูปที่อณ
ุ หภูมิต่างๆได้
Elastomer จะมีความยืดหยุ่นสูงที่อณ
ุ หภูมิห้อง
Engineering Materials
18
Polymerization

1.
2.
กระบวนการสังเคราะห์โพลิเมอร์ เป็ นกระบวนการ
ที่ทาให้โมโนเมอร์ กลายเป็ น โพลิเมอร์
แบ่งได้เป็ น 2 วิธีหลัก คือ
Addition Polymerization
Condensation Polymerization
Engineering Materials
19
Addition Polymerization
กระบวนการ addition Polymer มี สาม ขัน้ ตอนคือ
1. Initiation เป็ นการสังเคราะห์โมโนเมอร์ (Monomer)
สารโมเลกุลเดี่ยวจากวัตดุ ิ บ
2. Propagation เป็ นกระบวนการที่ โมเลกุลเดี่ยวรวมตัว
กันเป็ น Polymer (ตัง้ แต่ 2 monomers ขึน้ ไป) หรือ
High Polymers (ไม่ตา่ กว่า 500 monomers)
3. Termination เป็ นขัน้ ตอนสุดท้ายของการปิด
polymer chain เช่น ด้วย –OH or –H
Engineering Materials
20
Polymerization Process
เติม Monomer หลายล้านโมเลกุล และ ตัวเร่งปฏิกิริยา ใน
เตา Reactor จากนัน้ ให้ความร้อน และความดันเพื่อทาลาย
พันธะคู่ ของแต่ละ Monomer ให้เป็ นพันธะเดี่ยว
 Monomer จะทาปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น ต่อเป็ นสายยาว
 ปฏิกิริยานี้ จะเกิดขึ้นพร้อมๆ กันหลายล้านโมเลกุล จนกว่า
Monomer จะหมดไป (polymer ทางการค้า ทัวไปจะมี
่
monomer ประมาณ 103 ถึง 105)
 ความยาวของ Polymer ที่ ไ ด้ จ ะขึ้ น อยู่ ก ับ ปริ ม าณของ H
atom

Engineering Materials
21
ตัวอย่าง polymerization of Polyethylene
Ethylene monomer
Ethane Gas
1. Initiation
H H
H-C-C-H
H H
Heat,
Pressure
2. Propagation
Ethylene monomer
H2
3. Termination
+
H H
C=C + H2
H H
Rearrangement of double bond
H H Heat, Pressure
C=C
Catalyst
H H
H H
C -C
H H
Polyethylene
H H H H H H H H H H H H
OH C-C C-C C-C C-C C-C C-C
H H H H H H H H H H H H
Terminator
Engineering Materials
OH
22
ความหนืด
ดีกรีความเป็ นโพลิเมอร์ หรือ Degree of polymerisation วัดจาก
จานวน Monomer ที่เหมือนกัน (repeated unit) ที่มาต่อกัน
Commercial polymer ทัวไปจะมี
่
monomer ประมาณ 103 ถึง 105
Engineering Materials
23
2. Condensation Polymerization


เกิดจากการนาโมเลกุลเดี่ยวชนิดเดียวกัน หรือต่างชนิดมา
ทาปฎิกิริยาแยกน้าออก ภายใต้ความดันและอุณหภูมิ
ปลายของโซ่โมเลกุลชนิดนี้ จะยังสามารถทาปฏิกิริยาได้อีก
แล ะก ล า ย เ ป็ น ไ ฮ โ ม เ ล กุ ล รู ป ต า ข่ า ย 3 มิ ติ ไ ข ว้ กั น
(Crosslink)
O
O
H
H
II
II
I
I
OH-C-(CH2)8-C-OH + H-N-(CH2)6-N-H
H2O
Engineering Materials
24
Condensation Polymerization
Engineering Materials
25
www.ndted.org
Engineering Materials
26
3. อิทธิพลของอุณหภูมิต่อสมบัติทางกล


Stress

โดยทัวไป
่ ที่อณ
ุ หภูมิตา่ โพลิเมอร์จะมีคณ
ุ สมบัติเป็ นของแข็ง
เมื่ออุณหภูมิสงู ขึน้ จะกลายเป็ น อ่อน เหนี ยว คล้ายยาง
อุณหภูมิ ที่ทาให้เกิดการเปลี่ยน จาก แข็งคล้ายแก้ว ไปเป็ น เหนี ยว
คล้ายยาง เรียกว่า ‘Glass transition temperature, Tg’ (เช่นเดียวกับ
อุณหภูมิที่เปลี่ยนจากเหนี ยวเป็ นเปราะ ในเหล็ก)
Engineering Materials
Below Tg
Above Tg
Strain
27
กระบวนการเปลี่ยนรูปของโพลิเมอร์
Log Elastic Modulus, Nm-2
มีค่า modulus สูงสุด มีค่า modulus ตา่ ลง
วัสดุจะแข็ง
วัสดุจะอ่อนตัว
Glassy
Engineering Materials
Leathery
เป็ นช่วงยืดหยุ่น
Rubbery
เป็ นช่วงเปลี่ยนรูป
ถาวร
Rubbery flow กลายเป็ นของเหลว
Liquid
Elastomers
อุณหภูมิการขึน้ รูป
ของThermoplastic
Tg Temperature
Tm
28
(a)
(b)
Log Tensile
Modulus
Crystalline
High cross-linkage
Engineering Materials
Tg
Temperature
Tm
Some cross-linkage
Amorphous
29
การจาแนกประเภทของโพลิเมอร์
โพลิเมอร์
พลาสติก
ยาง
เทอร์โมพลาสติก เทอโมเซทต้ ิ ง
ยางธรรมชาติ ยางสังเคราะห์
Engineering Materials
30
4. ประเภทของพลาสติก
1. Thermoplastics

เกิดจากกระบวนการ Polymerization โครงสร้างจะ
เป็ น อสัณฐาน (Amorphous) คือโมเลกุลเดี่ยวต่อกัน
เป็ นลู ก โซ่ ย าว พลาสติ กชนิ ดนี้ จะอ่ อ นตั ว และ
สามารถขึน้ รูปได้เมื่ออุณหภูมิสงู
Engineering Materials
31
 ถ้าหากลูกโซ่ โมเลกุลมีการเรียงตัวขนานกันและอัดกัน
แน่ นด้วย แรง Van der Waal’s force (ปลายของแต่ละ
ลูกโซ่จะไม่ต่อกัน) มีความหนาแน่ นสูง พลาสติกชนิดนี้
จะมี สี ใ สเหมื อ นแก้ ว จะเหนี ย ว และแข็ง แรง รับ แรง
กระแทกได้ดี
 ถ้าหากแนวโมเลกุลเรียงขนานกันบางช่วง ทาให้ความ
หนาแน่ นตา่ แรงระหว่างโมเลกุลลดลง จะมีสีข่นุ ทึ บ
แสง รับแรงกระแทกได้น้อย
Engineering Materials
32
ตัวอย่าง Thermoplastics
1. Polyethylene (โพลีเอทิลีน) เรียกย่อว่า PE มีความยืดหยุ่นดี มีทงั ้
แบบอ่อน และแบบแข็ง ได้แก่
1)
2)
3)
Low Density Polyethylene (LDPE)
มีความต้านทานการกัดกร่อนดี กันความชื้นได้ดี ความแข็งแรงตา่ และ
มีความยืดหยุ่นสูง นิยมใช้ในการผลิต bags, bottles, and liners.
High Density Polyethylene (HDPE)
เป็ นกลุ่มที่นิยมใช้มากที่สดุ รับแรงกระแทกได้ดี น้าหนักเบา ดูดซับ
ความชื้นน้ อย มีความแข็งแรงสูง ไม่เป็ นพิษ บรรจุอาหารได้
Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW PE)
น้าหนักเบา มีความแข็งแรงสูง กลึงไสได้เช่นเดียวกับไม้ ใช้ในงาน
เครื่องจักกลที่ทนต่อการสึกหรอ ต้านทานต่อแรงขัดสี และการกัดกร่อน
Engineering Materials
33
2. Polyvinyl Chloride เรียกย่อว่า PVC ไม่มีสี ย้อมสีได้ ทนต่อ
น้ามัน จารบี กรด และด่าง ปกติ PVC จะแข็ง แต่เมื่อผสมสาร
ที่ทาให้อ่อนตัวจะฉี ดขึ้นรูปและปาดผิวได้ ถ้าเติมสารที่ทาให้
อ่อนตัวมากจะกลายเป็ น PVC อ่อน หรือหนังเทียม
Ex. ท่อน้า, แผ่นพลาสติกบาง, แผ่นเสียง, ของเด็กเล่น
Engineering Materials
34
3. Polypropylene เรียกย่อว่า PP มีคณ
ุ สมบัติคล้ายกับ
PE แต่ทนความร้อนได้สูงกว่า แต่เปราะที่อณ
ุ หภูมิตา่
ใช้ในอุตสาหกรรมบรรจุภณ
ั ฑ์ ชิ้นส่วนรถยนต์
ได้จากกระบวนการ polymerization ของ Propylene
(C3H6)
Propylene
Engineering Materials
สัญลักษณ์ การนากลับมาใช้ใหม่
35
4. Acrylonitrile-Butadiene-Stryrene เรียกย่อว่า
ABS เหนี ยว ทนต่อการกระแทกได้ดีความต้านแรง
ดึ ง สู ง ใช้ ท าใบพั ด ลม หมวกกั น น็ อค อุ ป กรณ์
สุขภัณฑ์
5. Polymethylmethacrylate เรียกย่อว่า PMMA หรือ
plexiglass ทนแดด ทนต่ อบรรยากาศ แข็งและ
เหนี ยว รอยแตกไม่แหลมคม จึงนิยมนามานาแผ่น
แก้วนิรภัย ฝาครอบไฟท้าย ไฟเลี้ยวยานยนต์
Engineering Materials
36
โพลิสไตรีน (Polystyrene: PS)
Polystyrene was discovered in 1839 by Eduard Simon
 มีลก
ั ษณะโปร่งใส เปราะ ทนต่อกรดและด่าง ไอน้าและ
อากาศซึมผ่านได้พอควร ใช้ทาชิ้นส่วนอุปกรณ์ไฟฟ้ า และ
อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องใช้สานักงาน เป็ นต้น

Engineering Materials
37
Properties
Properties
Density
1050 kg/m³
Glass temperature
Specific Gravity
1.05
Melting point
-16
Electrical conductivity (s)
10 S/m
Thermal conductivity (k)
0.08 W/(m·K)
Young's modulus (E)
3000-3600 MPa
Tensile strength (st)
46–60 MPa
Elongation at break
3–4%
Notch test
2–5 kJ/m²
Engineering Materials
[1]
Heat transfer coefficient
(Q)
95 °C
240 °C
2
0.17 W/(m K)
-5
Linear expansion
coefficient (a)
8x10 /K
Specific heat (c)
1.3 kJ/(kg·K)
Water absorption (ASTM) 0.03–0.1
Decomposition
± 2000 years
38


Expanded polystyrene is produced from a
mixture of about 90-95% polystyrene and 510% gaseous blowing agent, The solid
plastic is expanded into a foam through the
use of heat, usually steam.
Extruded polystyrene (XPS), or Styrofoam
has low thermal conductivity. It is widely used
as a thermal insulator in the building.
Engineering Materials
39
2. Thermosetting Plastics


เกิดจากการนาโมเลกุลเดี่ ยวชนิดเดี ยวกัน หรือ ต่ าง
ชนิดมาทาปฎิกิริยาแยกน้ าออก ภายใต้ ความดันและ
อุณหภูมิ เรียกว่า ‘Polycondensation’
ปลายของโซ่ โมเลกุลชนิดนี้ จะยังสามารถทาปฏิกิริยา
ได้อีก และกลายเป็ นไฮโมเลกุลรูปตาข่าย 3 มิติไขว้กนั
จะท าให้ ไ ด้ พ ลาสติ ก ที่ มี พ นั ธะที่ แ ข็ง แรง และคงรูป
หลังจากการเย็นตัว
Engineering Materials
40

เมื่ อ ได้ ร บั ความร้ อ นจะยื ด หยุ่น แต่ ถ้ า สูง เกิ น ไป หรื อ นาน
เกิ น ไป จะท าให้ โ มเลกุล ขาดจากกัน และแข็ง เปราะ ไม่
สามารถขึน้ รูปได้
Engineering Materials
41
ตัวอย่าง Thermosetting Plastics
1.
2.
3.
Unsaturated Polyester เรียกย่อว่า UP ไม่มีสี ผิวเป็ นมันเงา
มีทงั ้ ที่ ยืดหยุ่นได้ และแข็งเปราะ Ex. ชิ้นส่วนตัวถังรถยนต์
และตัวเรือ
Epoxy Resin เรียกย่อว่า EP ไม่มีสี และมีสีออกเหลือง
เหมือนน้าผึง้ แข็งและเหนี ยว จับเกาะวัสดุทุกชนิด ทนการ
กัดกร่อนได้ดีมาก Ex. ชิ้นส่วนเครื่องบิน กาว
Polyurethane เรียกย่อว่า PUR โปร่งใส สีเหลืองเหนี ยว
และอ่อนเหมือนยาง Ex. โพรียลู ีเทนแข็งใช้ทาเฟื อง เปลือก
รองเพลา โพรียูลีเทนอ่อนใช้ทา ฟองน้าเฟอร์นิเจอร์ โพรียูลี
เทนเหลวใช้ทาเคลือบเงา
Engineering Materials
42
Elastomer
ยาง จัดเป็ น พลาสติกยืดหยุ่น (Elastic hydrocarbon polymer)
มีความยืดหยุ่นและความเหนี ยวสูง แต่ความยืดหยุ่นจะลดลงเมื่อ
อุณหภูมิตา่ กว่า -72 C
1.
2.
ยางมี สอง ประเภท คือ
ยางธรรมชาติ (Natural rubber) ได้จากต้นพืช
ยางสังเคราะห์ (Synthetic rubber) ได้จาก
กระบวนการ Polymerization
Engineering Materials
43
ยางธรรมชาติ (Natural Rubber, NR)



ส่วนมากได้จากยางพารา สายพันธ์ Hevea Braziliensis
มีต้นกาเนิดจากทวีปอเมริกาใต้
น้ายางสด (Latex) เมื่อกรีดออกมาจากต้นมีเนื้ อยางแห้ง
30%โดยน้าหนัก แขวนลอยอยู่ในน้า
ยางธรรมชาติที่มีขายในท้องตลาด
มี 2 รูปแบบ คือ น้ายาง และ ยางแห้ง
Engineering Materials
Website สถาบันวิจยั ยาง กรมวิชาการเกษตร
http://www.rubberthai.com/
44
1. น้ายาง (Latex) : ได้จากการนาน้ายางสดมาผ่านกระบวนการเหวี่ยง
แยกน้าออกโดยมีเนื้ อยาง 60%โดยน้าหนัก เรียกว่า น้ ายางข้น
น้ายางสด
30%wt

กระบวนการปัน่ เหวี่ยง
+
เติมสารเคมีกนั บูด
น้ายางข้น
60%wt
ผลิตภัณฑ์จากน้ายางข้น ได้แก่ ถุงมือยาง ถุงยางอนามัย ลูกโป่ ง
จุกนม ที่นอน เบ้าหล่อปูนพลาสเตอร์ เป็ นต้น
Engineering Materials
45
2. ยางแห้ง ได้จากการนาน้ายางมาเติมกรด ทาให้เนื้ อยางจับตัวและ
แยกตัวออกมาจากน้า แล้วจึงทาการไล่ความชื้นออก ได้แก่
2.1 ยางแผ่น ( Rubber Sheet) แบ่งเป็ น ยางแผ่นรมควัน และยางแผ่นไม่
รมควัน
น้ายางเจือจาง
12-18%
Engineering Materials
เติ มกรดค่า
pH 5.1-4.8
ให้แข็งตัว
ตากแดด
รีดน้าออก
ด้วยลูกรีด
ล้างน้า
ให้สะอาด
อบรมควัน
50-70 c
3 วัน
ยางแผ่นไม่รมควัน
ยางแผ่นรมควัน
46
ยางแผ่นรมควัน (Ribbed
Smoked Sheet, RSS) มี 5
ชัน้ คุณภาพ
 ใช้มากที่ สด
ุ คือ ชัน้ ที่ 3
 ผลิตภัณฑ์ของยางแผ่น
รมควัน เช่น ยางล้อรถยนต์
สายพาน ท่อน้า รองเท้า
อะไหล่รถยนต์ เป็ นต้น

Engineering Materials
47
2.2 ยางเครฟ (Crepe Rubber)
 เป็ นยางที่ ได้จากการนาเศษยางไปรีดด้วยเครื่อง Creping machine
แล้วนาไปผึง่ ลมให้แห้ง
 สีของยางจะเข้ม และมีความบริสท
ุ ธ์ ิ แตกต่างกัน
Engineering Materials
48
2.3 ยางแท่ง (Technically classified rubber)
ยางแท่งจะมีคณ
ุ ภาพสมา่ เสมอมากกว่ายางแผ่น และยาง
เครฟ แต่ราคาจะสูง
น้ายาง
หรือยางแท่ง
Engineering Materials
ทาให้เป็ น
ก้อนเล็ก 2-3 มม.
ทาความสะอาด
อบให้แห้ง
อัดเป็ นแท่งมาตรฐาน
330*670*170 มม.
49
โครงสร้างของยางธรรมชาติ
โครงสร้างเป็ นโมเลกุลตาข่าย ชื่อเคมี คือ cis-1, 4 polyisoprene
Engineering Materials
50
ิ
สมบัติทวไปของยางธรรมชาต
ั่
ข้อดี
 มีความยืดหยุ่นสูง
 มีความเหนี ยวติดกันได้ดี
 มีความต้านทานแรงดึงสูงโดยไม่ต้องใช้สารเพิ่มเสริมแรง
 มีความต้านทานการฉี กขาดทัง้ ที่ อณ
ุ หภูมิห้อง และอุณหภูมิสงู
 มีความต้านทานการขัดถูดี
 เป็ นฉนวนไฟฟ้ า
 มีความร้อนสะสมตา่ เหมาะเป็ นผลิตภัณฑ์ยางขนาดใหญ่
Engineering Materials
51
ข้อเสีย
 ไม่ทนต่อน้ามันปิโตรเลียม, กรดไนตริก, กรดกามะถันเข้มข้น
 มีช่วงอุณหภูมิใช้งานตัง้ แต่ -55 C ถึง 70 C
 มีความต้านทานแรงกดตา่
 มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจน เกิดรอยแตกร้าว
 หากเก็บไว้ที่อณ
ุ หภูมิตา่ นานจะเกิดการเสื่องสภาพ
Engineering Materials
52
การใช้งาน (Applications)



ทนต่อแรงดึงสูง ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง เช่น ถุงมือ
ยาง ลูกโป่ ง ยางรัดของ ที่นอนยางพารา เป็ นต้น
มีการสะสมความร้อนตา่ เหนี ยวติดกันดี ยางรถบรรทุก, ยาง
ล้อเครื่องบิน, ยางกันกระแทกเรือ เป็ นต้น
ทนต่อการฉี กขาดสูงทัง้ ที่อณ
ุ หภูมิตา่ และสูง ยางกระเป๋าน้าร้อน
แบบพิมพ์ปนู พลาสเตอร์ เป็ นต้น
Engineering Materials
53
ผลิตภัณฑ์ยางธรรมชาติ
1. ยางรถยนต์และยางใน
2. ยางจักรยาน จักรยานยนต์และยางใน
3. หล่อดอกยางรถยนต์
4. สายพาน
5. พื้นรองเท้า
6. ท่อยาง
7. อะหลัยรถยนต์
่
8. ยางขัดสีข้าว
9. เปลือกหม้อแบตเตอรี่
10. รองเท้าผ้าใบ
11. รองเท้าฟองน้า
12. ยางรัดของ
13. ยางยืด
14. ยางปูพื้น ถังขยะ ฯลฯ
15. ยางอัดขอบกระจกรถยนต์
16. กาว เทปพันสายไฟ
17. ยางรองคอสะพาน
Engineering Materials
วัตถุดิบที่สาคัญ
ยางเครพ ยางแผ่นรมควัน ยางแท่ง
ยางเครพ ยางแผ่นรมควัน ยางแท่ง
ยางแผ่นรมควัน ยางแท่ง
ยางแผ่นรมควันชัน้ 3
ยางแผ่นรมควัน ยางจากหางน้ายาง
ยางแผ่นรมควัน
ยางแผ่น ยางแท่ง
ยางแผ่นชัน้ 1,2
ยางแผ่นรมควัน ชัน้ 3,4 ยางแท่ง STR 20
ยางแผ่น ยางแท่ง ยางเครพ ยางหางน้ายาง
ยางแผ่น ยางแท่ง ยางเครพ
ยางแท่ง 5 แอล ยางแผ่นผึ่งแห้ง ยางเครพขาว
ยางแผ่น ยางแท่ง ยางเครพขาว
ยางที่ใช้แล้วจากผลิตภัณฑ์ยาง (รีเครม)
ยางแผ่นรมควันขัน้ 3,4,5
ยางแผ่นรมควัน ยางแท่ง
ยางเครพ ยางแท่ง ยางแผ่น
54
กระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์จากน้ายาง
วิธีการผลิตจะขึน้ อยู่กบั ชนิดของผลิตภัณฑ์ กระบวนการผลิตที่สาคัญ
ได้แก่
 การจุ่มแบบพิมพ์ (Dipping Process)
 การผลิตยางยืด (Treading Process)
 การผลิตยางฟองน้า (Foaming Process)
 การหล่อเบ้าพิมพ์(Casting process)
Engineering Materials
55
สารเคมีสาหรับผลิตภัณฑ์จากน้ ายาง



สารเคมีที่ใช้ผสมลงไปในน้ายางเป็ นตัวช่วยในกระบวน การแปรรูป ให้ยางมี
ขอบเขตการใช้งานกว้างขึน้ และเพื่อลดต้นทุนการผลิต เป็ นต้น
แต่อย่างไรก็ตามหลักการสาคัญควรใช้สารเคมีน้อยที่สดุ เพื่อให้เหลือสารเคมีที่
ตกค้างในผลิตภัณฑ์ให้น้อยที่สดุ
โดยทัวไปแล้
่
วควรล้างผลิตภัณฑ์นัน้ ๆ ด้วยน้าร้อน เพื่อเป็ นการปลอดภัยต่อผู้
อุปโภค
สารเคมีสาหรับผสมน้ายางประกอบด้วย
1. สารช่วยความเสถีย
2. สารวัลคาไนซ์
3. สารกระตุน้ ปฏิกริ ยิ า
4. สารเร่งปฏิกริ ยิ าคงรูป
5. สารป้องกันยางเสือ่ มสภาพ 6. สารตัวเติม
7. สารทีท่ าให้เกิดเจล
8. สารช่วยให้ยางมีสสี วย
Engineering Materials
56
1. การจุม่ แบบพิมพ์ (Dipping Process)


แบบพิมพ์ จะผลิตด้วยวัสดุเซรามิกส์,
แก้ว หรืออะลูมเิ นียม
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ เช่น ถุงมือยาง รอง
เท้าบูธยางไม่มตี ะเข็บ ลูกโปง่ จุกนม
ถุงยางอนามัย เป็ นต้น
น้ายาง
+ สารเคมี
Engineering Materials
ทาความสะอาดแบบพิ มพ์
จุ่มแบบพิ มพ์ลงในน้ายาง
จนน้ายางฉาบแบบพิ มพ์สมา่ เสมอ
ยกแม่พิมพ์ขึน้ ช้าๆ
ล้างทา
ความสะอาด
อบยางให้แห้ง
และคงรูป
ถอดผลิ ตภัณฑ์
ออก
จากพิ มพ์
57
2. การผลิตยางยืด (Treading Process)


เป็ นการนาน้ ายางมาผสมสารเคมีแล้วให้ไหลไปตามท่อเล็กๆไปยังอ่างกรด
(ทัวไปนิ
่ ยมใช้กรดอะซิตริกเข้มข้น 15-55%) เพือ่ ให้ยางจับตัวกัน จากนัน้
ดึงยางออกเป็ นเส้นด้าย ล้างกรดออกด้วยน้ า จากนัน้ นาไปอบยางให้แห้ง
และอบคงรูป
ผลิตภัณฑ์ ได้แก่ ยางยืดขอบกางเกง เป็ นต้น
น้ายาง
อ่างกรด
Engineering Materials
อ่างน้า
ตู้อบแห้ง
85-95 C
ตู้อบให้คงรูป
135-145 C
58
3. การผลิตยางฟองน้า (Foaming Process)

ยางฟองน้ าจะมีรพู รุน ระบายอากาศได้ดี สามารถกดหรือบิดโดยไม้เสีย
รูป เช่นทีน่ อน เบาะเก้าอี้ หมอนหนุ น เป็ นต้น
หลักการผลิตยางฟองน้า
1.
การทาให้ยางเกิดฟองอากาศขนาดต่างๆด้วยวิธที างกลหรือเคมี
2.
การทาให้น้ ายางทีเ่ ป็ นฟองแล้วเปลีย่ นสถานะเป็ นเจล(Gel)
3.
การอบยางให้คงรูป
Engineering Materials
59
4. การหล่อเบ้าพิมพ์ (Casting process)


ผลิตภัณฑ์เช่น ตุ๊กตา ลูกบอล หน้ากาก หรือ หุน่ ยาง ได้จากเป็นการเทน้ า
ยางทีผ่ สมสารเคมีแล้วลงในเบ้าทีท่ าจากเซรามิกส์ หรืออะลูมเิ นียม เมือ่
ยางจับตัวกันแล้วจึงถอดเบ้าออก
ผิวด้านนอกจะเหมือนกับแบบพิมพ์
Engineering Materials
60
ยางสังเคราะห์ (Synthetic rubber)
ยางสังเคราะห์เป็ นยางที่ได้จากการสังเคราะห์จากปฏิกิริยาเคมี
polymerization โดยมีขนั ้ ตอน ดังนี้

1.
2.
สังเคราะห์โมโนเมอร์ยางจากอุตสาหกรรมปิโตเคมี
นาโมโนเมอร์มาต่อกัน
Homopolymer
Copolymer
โมโนเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น โพ โมโนเมอร์ 2 ชนิด เช่น สไตรีนลีบูตาดีน
บูตาดีน
Engineering Materials
Terpolymer
โมโนเมอร์ 3 ชนิด เช่น เอทิลีนโพไพลีน-ไดอีน
61

ยางโพลีไอโซพรีน (Cis-1,4-Polyisoprene, Isoprene rubber, IR)



เป็ นยางสังเคราะห์ที่มีโครงสร้างเคมีคล้ายยางธรรมชาติ แต่ทนการฉี กขาด
ได้ตา่ กว่า
สามารถใช้แทนยางธรรมชาติ แต่ราคาจะสูงกว่า
ใช้กนั มากในอุตสาหกรรม เนื่ องจากมีคณ
ุ สมบัติสมา่ เสมอ สิ่งเจือปนน้ อย สี
สมา่ เสมอ
Engineering Materials
62

ยาง สไตรีน-บิวตาดีน (Styrene-Butadiene Rubber, SBR)




เป็ นยางสังเคราะห์ที่ใช้กนั มากที่สดุ
ราคาไม่แพง
ผลิตภัณฑ์ ได้แก่ สายพาน พืน้ รองเท้า ฉนวนหุ้มสายไฟ ท่อยาง
ผสมกับยางชนิดอื่นเพื่อผลิต ยางรถยนต์ขนาดเล็ก
Engineering Materials
63

http://www.anubistfx.com/molding.htm
Engineering Materials
64
Vulcanization


เป็ นกระบวนการที่ ทาให้ เ กิด Cross-linking
Elastomer
โมเลกุลขึน้ โดยการเติม Sulfur (หรือ เติม peroxide-based
substance) เพื่อให้ เกิดพันธะอะตอมระหว่างโพลิเมอร์
เพื่อให้ได้ยางแท่งที่ มีความแข็งแรง ทนต่อสารละลาย และมี
ความทนทานต่อการใช้งาน และสภาพแวดล้อม
กระบวนการนี้ เรียกอีกชื่อหนึ่ งว่า Curing
Engineering Materials
65
5. Additives
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Fillers: สารเพิ่มความแข็งแรง เช่น glass fibers, Graphite
Plasticizer: สารเพิ่มความยืดหยุ่น
Lubricants: สารหล่อลื่น
Pigment: สี
Flame retardant: สารป้ องกันการติดไฟ
Stabilizer: สารกันเสีย เพิ่มอายุการใช้งาน
Antistate: สารลดการเกิดประจุไฟฟ้ า
Engineering Materials
66
6. Orientations



โพลิเมอร์จะมี ความแข็งแรงที่ สุดในทิศทางขนานกับแนวเส้ นใย
โมเลกุล
การดึงพลาสติกให้เกิดการยืดออกอย่างช้ าๆ หรือ การทา Cold
drawn เพื่อให้โมเลกุลจัดเรียงตัวกันอย่างเป็ นระเบียบในทิศทาง
เดียวกัน หลังจากการเกิดคอคอดแล้ว พลาสติกจะเรียงตัวกันมาก
ขึ้นทาให้ มีขนาดพื้นที่ หน้ าตัดที่ เท่ ากัน ผลที่ ได้เที ยบได้กบั การทา
work hardening ในโลหะ
ใน Amorphous polymer การจัดเรียงตัวกันดังกล่าว สามารถทา
ได้เมื่ออุณหภูมิสงู กว่า Tg
Engineering Materials
67
Stress
(a)
Necking starts
Necking occurring
(b)
Engineering Materials
Strain
Necking
complete
68
Plastics Manufacturing process
1. การฉี ดพลาสติก (Plastic Injection molding) ใช้สาหรับผลิต
ชิ้นส่วน หรือชิ้นงานจากเม็ดพลาสติก
Injection moulding vdo
Engineering Materials
69
Plastic Injection molding
Engineering Materials
70
Engineering Materials
71
การอัดรีด (Extrusion)

สาหรับขึน้ รูปพลาสติกอ่อน ใช้ขนึ้ รูปท่อ แผ่น หรือรูปพรรณ
ต่างๆ
Engineering Materials
72
Extrusion
die
Extruded metal
Extruded product
Engineering Materials
73
เปา่ ขึน้ รูป (Blow moulding)

สาหรับทาถุงพลาสติก ขวด และถัง
Injection blow moulding vdo
Engineering Materials
74
Engineering Materials
75
บทเรียน online

http://www.bpf.co.uk/Plastipedia/Processes/D
efault.aspx
Engineering Materials
76
8. Speciality Polymers
1. High-performance polymers
 เป็ นโพลิเมอร์ที่มีคณ
ุ สมบัติดีหลายๆ อย่างรวมกัน ซึ่งได้แก่
high modulus, good temperature resistance and good
toughness ซึ่งจะได้จากการที่มีพนั ธะหลักที่แข็งแรง
 ได้แก่ Polyimides (PI) และ Polyester ether ketone (PEEK)
ที่เป็ น Semicrystalline polymer มีจดุ หลอมเหลว 330 C
 ทัง้ สองชนิดเป็ น Metrix สาหรับ Carbon fiber composites
 มีคณ
ุ สมบัติในการเชื่อมติด ใช้เชื่อมชิ้นส่วนเครือ่ งบิน
Engineering Materials
77
2. Liquid-crystal (LC) polymers
 หมายถึงโพลิเมอร์เหลว (gel) ที่ ยงั มีบางส่วนที่ ยงั คงมีพน
ั ธะ
โควาเลนต์ที่แข็งแรง และไม่ละลาย และบริเวณที่ ไม่ละลาย
ดัง กล่ า วจะเป็ นบริ เ วณที่ มี ก ารจัด เรี ย งตัว กัน เป็ นระเบี ย บ
(Uniform orientation) มี ข อ บ ที่ ค ม ใ ช้ ใ น จ อ แ ส ด ง ภ า พ
โทรทัศน์ , จอคอมพิวเตอร์ LCD
Engineering Materials
http://www.sharpsma.com/lcd/lcdguide/Primer/tn.php
78
9. Asphalt
Asphalt
หรือที่ เรียกว่า ยางมะตอย หมายถึง
“สารประกอบไฮโดรคาร์บอนมากมายหลายชนิด
และสารอินทรีย์อื่นๆ ซึ่ งเรี ยกรวมกันว่า สารบิทู
เมน (Bitumen) มีลกั ษณะเป็ นของเหลวข้นหนื ด
หรือกึ่งของแข็งกึ่งของเหลว สีดา หรือสีน้าตาลแก่
ทัง้ ที่ เ กิดเองตามธรรมชาติ และได้ จ ากการกลัน่
น้ามันปิโตรเลียม”
Engineering Materials
79
Properties
เนื่ องจากแอสฟั ลท์มีความหนื ดเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สามารถผสม
กับสารชนิดอื่น และแข็งตัวเมื่อเย็น จะมีคณ
ุ สมบัติและการใช้งาน
ทัวไปดั
่
งนี้
 คุณสมบัติในการยึดประสาน (Connection) ดังนัน
้ จึงนิยมนามา
ผสมกับหินเพื่อใช้ทาถนน ทางเท้า ลานจอดรถ เป็ นต้น
 คุณสมบัติในการป้ องกันน้ าซึ ม (Waterproofing) น้ าไม่สามารถ
ไหลผ่านได้ จึงนามาใช้เพื่อกันซึมตามรอยต่อต่างๆของอ่างเก็บ
น้า เขื่อน หลังคา เป็ นส่วนประกอบของน้ายาพ่นกันสนิมรถยนต์
เคลือบท่อกันสนิม เป็ นต้น
Engineering Materials
80
ประเภทของ Asphalt
Asphalt สามารถแบ่งได้เป็ น 4 ประเภทหลัก ดังนี้
1. Asphalt Cement
เรียกย่อว่า AC ได้มาจากการกลันน
่ ้ามันดิบ จะเป็ น
ส่วนที่ข้นและหนักที่สดุ ซึ่งก็จะมีหลายเกรดตามความ
อ่อน แข็ง ราคาถูก
Engineering Materials
81
2. Asphalt Emulsion
หรือยางมะตอยน้ า คือยางแอสฟั ลท์ที่ผลิตจากการนายาง
แอสฟัลท์ มาตีให้กระจายเป็ นอนุภาคเม็ดเล็กๆ อยู่ในน้า และ
เป็ นเนื้ อ เดี ย วกัน โดยใช้ ส ารเคมี ป ระเภทอิ ม ัล ซิ ไฟเออร์
(Emulsifier)
 หลังจากใช้ งาน น้ าในแอสฟั ลท์อิมล
ั ชัน่ จะระเหยไป คงเหลือ
ไว้แต่ แอสฟั ลท์ ให้ เกาะตัวกันเป็ นฟิล์มต่ อเนื่ อง เคลือบหุ้ม
วัสดุมวลรวมหรือพืน้ ผิวทาง
Engineering Materials
82

ยางแอสฟั ลท์อิมลั ชันมี
่ คณ
ุ สมบัติ คงรักษาความเหลวที่
เหมาะสม กับการนาไปใช้ในงานประเภทต่างๆ
1.
Asphalt emulsion is in liquid form at ambient
temperature and there is no need for heating for all
application unlike other types of asphalts.
There is no fire hazard since asphalt emulsion has no
solvent component.
There is no pollution since it does not require heating.
Asphalt emulsion has excellent adhesion properties to
most types of aggregates.
2.
3.
4.
Engineering Materials
83
3. Cut-back Asphalt
ได้จากการผสมแอสฟั ลท์ซีเมนต์ (Asphalt Cement)
กับ สารละลาย (Solvent) ให้เป็ นเนื้ อเดียวกัน เมื่ อ
แข็ง ตัว สารละลายจะระเหยไป เหลื อ แต่ แ อสฟั ล ท์
ซีเมนต์
ยางคัตแบกปกติใช้ในงานรองพื้น (Prime Coat) ก่อนที่
จะลาดยาง เพื่ อ ป้ องกัน การไหลซึ ม ของน้ า ลงไปที่
พืน้ ดินที่อดั ไว้ก่อนหน้ านี้
Engineering Materials
84
ข้อเสีย
 เป็ นอันตรายต่ อ บรรยากาศ
เนื่ องจาก the asphalt
prime coat needs to be applied in a liquid state, it is
blended with gasoline, kerosene or diesel. They
evaporates as it cures, releasing volatile organic
compounds (VOCs) (สารระเหย) into the atmosphere
- contributing to air pollution levels.
 ไม่ค วรใช้ ในการป้ องกัน การซึ ม ของอ่ างเก็บน้ า เพราะ
อาจทาให้น้ามีสารปนเปื้ อน
Engineering Materials
85
4. Polymer Modified Asphalt


โพลิเมอร์โมดิฟายส์แอสฟั ลท์ คือ ยางแอสฟั ลท์เกรดพิเศษ
ได้จากการผสมแอสฟั ลท์ซีเมนต์ (Asphalt Cement) กับโพ
ลิเมอร์ชนิด SBS เป็ นเนื้ อเดียวกัน
เมื่ อ น ามาผสมเป็ นผิ ว ทาง แอสฟั ล ท์ค อนกรี ต ชนิ ดผสม
ร้ อ นให้ คุณ สมบัติ ที่ เ หนื อ กว่ า ผิ ว ทางแอสฟั ล ท์ค อนกรี ต
ทัวไป
่
Engineering Materials
86
คุณสมบัติ
1. มีความต้านทานต่อการล้า (Fatigue resistance) ที่ ดีกว่า
2. มีความต้านทานสูงต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวร
(Pavement Deformation)
3. มีความยืดหยุ่นสูงที่อณ
ุ หภูมิตา่ มาก หรือสูงมาก
4. มีความต้านทานต่อการบิดตัว ระหว่างวัสดุมวลรวม กับ
วัสดุเชื่อมประสาน (Revelling)
5. มีความต้านทานต่อการหลุดลอก (Stripping resistance)
ที่ดีกว่า
6. ไม่มีการไหลเยิ้ม(Bleeding resistance) ของวัสดุเชื่อม
ประสาน
Engineering Materials
87
After Class
1.
2.
3.
4.
อธิบายความหมายของ Polymers และสามารถยกตัวอย่าง
วัสดุดงั กล่าวที่ ใช้ งานในชี วิตประจาวัน และงานวิศวกรรม
ได้
อธิบายโครงสร้างอย่างง่ายของวัสดุ Polymers
อธิบายสมบัติทางกล และ สมบัติทวไป
ั ่ ของวัสดุวิศวกรรม
Polymers
เข้ า ใจและอธิ บ ายกระบวนการผลิ ต ของวัส ดุวิ ศ วกรรม
Polymers
Engineering Materials
88