บทที่ 4 วัสดุ และเครื่องมือช่างพื้นฐาน

🎯 จุดประสงค์การเรียนรู้

1.  นักเรียนสามารถวิเคราะห์สมบัติของวัสดุและเครื่องมือที่ใช้ในการสร้างชิ้นงานได้

2.  นักเรียนสามารถเลือกใช้วัสดุและเครื่องมือในการสร้างชิ้นงานได้อย่างเหมาะสมกับลักษณะของงานและคำนึงถึงความปลอดภัย

4.1 วัสดุในชีวิตประจำวัน

            สิ่งของเครื่องใช้ต่าง ๆ สร้างขึ้นจากวัสดุหลากหลายประเภท วัสดุแต่ละประเภทมีสมบัติและลักษณะที่แตกต่างกัน การเลือกใช้วัสดุให้ถูกต้องและเหมาะสมจึงมีความสำคัญต่อการออกแบบและสร้างสิ่งของเครื่องใช้

ตัวอย่างเช่น เก้าอี้ที่เราใช้มีทั้งที่ผลิตจากไม้ พลาสติก โละ และวัสดุอื่นๆ ซึ่งมีสมบัติและลักษณะการใช้งาน รวมทั้งวิธีการเก็บรักษาที่แตกต่างกันออกไป

ตาราง 4.1 การเปรียบเทียบสมบัติและการใช้งานเก้าอี้ที่ผลิตจากวัสดุที่แตกต่างกัน

วัสดุที่นำมาทำสิ่งของเครื่องใช้ที่เราพบเจอในชีวิตประจำวัน เช่น ไม้ โลหะ พลาสติก ยาง มีสมบัติและการนำไปใช้งานที่แตกต่าง ดังนี้

ไม้ (wood)

คือ วัสดุธรรมชาติที่ได้จากลำต้นของต้นไม้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไม้ยืนต้นสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลายเพราะมีความแข็งแรง ทนทาน ต้านทานไฟฟ้า ไม่เป็นสนิม มีรูปร่างคงตัว มีผิวเรียบ   มีกลิ่นและลวดลายที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว แต่ถ้าได้รับความชื้นเป็นเวลานานอาจบวมผิดรูปหรือผุได้

ไม้แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ไม้ธรรมชาติหรือไม้จริง (natural wood or solid wood)  และไม้ประกอบ (processed wood)

ไม้ธรรมชาติหรือไม้จริง (natural wood or solid wood)

          คือ ไม้ที่ได้มาจากลำต้นไม้ตรง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ไม้เนื้อแข็ง (hardwood) และไม้เนื้ออ่อน (softwood)

ไม้ประกอบ (processed wood)

คือ ไม้ที่ได้มาจากการนำชิ้นส่วนไม้มาต่อรวมกันด้วยกระบวนการต่าง ๆ ไม้ประกอบมีหลายประเภท เช่น ไม้อัด ไม้ปาร์ติเคิลบอร์ด

ตาราง 4.2 สมบัติและการใช้งานของไม้แต่ละประเภท

โลหะ (Metals)

           
                คือ วัสดุที่ได้จากการถลุงสินแร่ต่าง ๆ โลหะที่นำมาใช้งานส่วนใหญ่ จะผ่านการปรับปรุงสมบัติให้ดีขึ้นก่อนนำมา ใช้งาน โลหะเป็นวัสดุที่นำมาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เนื่องจากมีสมบัติที่ดี เช่น เป็นตัวนำความร้อนและนำไฟฟ้า ได้ดี มีความแข็งแรงสูง มีความคงทนถาวร ไม่เสื่อมสลายหรือ เปลี่ยนแปลงสภาพง่าย เป็นวัสดุทึบแสง สามารถป้องกัน ไม่ให้แสงผ่าน ทนทานต่อการกัดกร่อน มีความสวยงาม ผิวของโลหะสามารถขัดให้เป็นเงาวาวสามารถตีเป็นแผ่นบาง หรือดึงให้เป็นเส้นลวดได้

โลหะแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ โลหะกลุ่มเหล็ก (ferrous metals) และโลหะนอกกลุ่มเหล็ก (non-ferrous metals)

โลหะกลุ่มเหล็ก (ferrous metals)

                คือ โลหะที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบหลัก แบ่งออก เป็นเหล็กกล้า (Steel) และเหล็กหล่อ (Cast Iron) ซึ่งมี ธาตุคาร์บอนผสมอยู่ในปริมาณที่ต่างกันตั้งแต่ 0.196 ไปจนถึง 4% คาร์บอนที่ผสมลงในเหล็กมีผลต่อความแข็ง และความเปราะของเหล็ก โดยทั่วไปโลหะกลุ่มเหล็กจะ เกิดสนิมและมีสมบัติดูดติดกับแม่เหล็กได้มีความแข็งแรงสูง สามารถปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนแปลงรูปทรงโดย การกลึง เจาะ ไส รีดเป็นแผ่นบางได้ตามที่ต้องการ

โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (non-ferrous metals)

              คือ โลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบ ดังนั้นโลหะประเภทนี้จะไม่เกิดสนิมและไม่ดูดติดกับแม่เหล็ก เช่น อะลูมิเนียม ทองแดง สังกะสี ทองเหลือง

ตารางที่ 4.3 สมบัติและการใช้งานของโลหะแต่ละประเภท

พลาสติก (plastics)

คือ วัสดุสังเคราะห์ที่มนุษย์สร้างขึ้น ส่วนใหญ่เป็นผลผลิตที่ได้จากการ กลั่นน้ำมันดิบ ปัจจุบันพลาสติกนํามาใช้สร้างสิ่งของเครื่องใช้มากมายและมีบทบาท อย่างยิ่งต่อการดำเนินชีวิตประจำวันของทุกคน

พลาสติกแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ เทอร์โมพลาสติก (thermoplastics) และเทอร์โมเซตติ้ง พลาสติก (thermosetting plastics)

เทอร์โมพลาสติก (thermoplastics)

พลาสติกประเภทนี้เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างได้ เมื่อเย็นลงจะแข็งตัว ถ้าให้ความร้อนอีกจะอ่อนตัว ดังนั้นจึงสามารถทําให้กลับเป็นรูปเดิมหรือเปลี่ยนรูปได้ซ้ําไปมาหลายครั้งโดยไม่ทําลายโครงสร้างเดิมทนต่อแรงดึงได้สูง ตัวอย่าง เช่น อะคริลิก ไนลอน พอลิไวนิลคลอไรด์ พอลิสไตรีน    พอลิเอทิลีน ฯลฯ

เทอร์โมเซตติ้ง พลาสติก (thermosetting plastics)

พลาสติกประเภทนี้มีความแข็งแรง ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและปฏิกิริยาเคมีได้ดี เมื่อได้รับความร้อนจะไม่อ่อน ไม่สามารถหลอมและนํากลับมาขึ้นรูปใหม่ได้ ถ้าอยู่ในอุณหภูมิสูงจะทําให้แตกและไหม้เป็นขี้เถ้าสีดํา ตัวอย่างเช่น เมรามีน พอลิเอสเทอร์เรติน

ตาราง 4.4 สมบัติและการใช้งานของพลาสติกแต่ละประเภท

ยาง (rubber)

คือ วัสดุที่มีความยืดหยุ่น เมื่อออกแรงดึงหรือกด ยางจะยึดหรือยุบและกลับสู่สภาพเดิมได้เมื่อปล่อยให้ยางเป็นอิสระ ยางถูกนําไปแปรรูปเพื่อใช้ประโยชน์ในการสร้างสิ่งของเครื่องใช้หลายชนิด สามารถแบ่งเป็น 2 ประเภทคือ ยางธรรมชาติ (natural rubber) และยางสังเคราะห์ (Synthetic rubber)

ยางธรรมชาติ (natural rubber)

คือ ผลผลิตที่ได้จากต้นยาง เช่น ต้นยางพารา เมื่อยาง อยู่ในสภาวะอุณหภูมิต่ําจะแข็งกระด้าง เมื่ออยู่ในสภาวะที่ อุณหภูมิสูงจะอ่อนนิม ทําให้ยางใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิที่จํากัด ยางมีความยืดหยุ่นสูง ทนต่อการฉีกขาดและการสึกหรอ แต่ไม่ทน ต่อตัวทําละลายพวกน้ำมันปิโตรเลียม และมักเสื่อมสภาพเร็ว ภายใต้แสงแดด ความร้อน ออกซิเจน

              น้ำยางดิบจะถูกแปรสภาพเป็น 2 ลักษณะคือ ในรูป ของน้ำยางข้น ซึ่งเป็นวัตถุดิบในการผลิตของใช้ต่าง ๆ เช่น ถุงมือยาง ยางรัดของ ลูกโป่ง ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือ ทางการแพทย์ และอีกลักษณะคือในรูปยางแห้ง ยางแผ่นรมควัน ยางแผ่นฝั่งแห้ง ยางแท่ง ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตรองเท้า ยางรถจักรยาน ยางรถยนต์

ยางสังเคราะห์ (Synthetic rubber)

คือยางที่ได้จากการสังเคราะห์ทางเคมีเพื่อเลียนแบบยางธรรมชาติ ข้อดีคือ สามารถปรับปรุงสมบัติ เช่น สภาพยืดหยุ่น ความ ทนทานต่อแรงดึงและการฉีกขาด ความทนต่อเปลวไฟ สภาพอากาศ แสงแดด สารเคมีและน้ํามันได้ตามต้อง หลายประเภท แต่ละประเภทมีสมบัติที่แตกต่างกันไปตามความเหมาะสมในการใช้งาน อีกทั้งยางสังเคราะห์มีความทนทานต่อการ ใช้งานและเสื่อมสภาพได้ช้ากว่ายางธรรมชาติ ส่งผลให้ยางสังเคราะห์ได้รับความนิยมนํามาใช้งาน

ตาราง 4.5 สมบัติและการใช้งานของยางแต่ละประเภท

วัสดุมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีสมบัติบางประการที่เหมือนกัน และบางประการแตกต่างกัน ดังนั้นการเลือกวัสดุต้องพิจารณาสมบัติของวัสดุให้เหมาะสมกับการใช้งาน

ขอขอบคุณ : หนังสือเรียนรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี (กาารออกแบบและเทคโนโลยี) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1