Carbon Fiber วัสดุ High Performance ของทุกอุสาหกรรม

Carbon Fiber วัสดุคล้ายพลาสติก ที่ถูกถักทอขึ้นเป็นรูปทรงต่าง ๆ จริง ๆ แล้วมันคืออะไรถูกสร้างมาจากอะไรเราไปชมกันเลยครับ โดยวัสดุ Carbon Fiber ถูกคิดค้นขึ้นโดย Thomas Edison ในปี ค.ศ. 1860 เป็นการนำฝ้ายหรือเศษไม้ไผ่ไปอบที่อุณภูมิสูงจนได้ออกมาเป็นใยคาร์บอน ซึ่งในช่วงแรกถูกคิดค้นมาเพื่อใช้ผลิตหลอดไฟฟ้าเท่านั้น ต่อมาในปี ค.ศ. 1958 ได้มีการนำมาต่อยอดให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นไปอีกแต่ก็ยังไม่ได้แข็งแรงอย่างที่เราเห็นกันในปัจจุบันเพราะในวัสดุ 1 ชิ้นนั้นจะมี Carbon Fiber อยู่เพียงแค่ประมาณ 20% เท่านั้นทำให้วัสดุชนิดนี้มีความแข็งแรงต่ำ ต่อมาในปี ค.ส. 1960 ได้มีการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีกขั้นโดยในปีนี้วัสดุ 1 ชิ้นจะมี Carbon Fiber ผสมอยู่ประมาณ 55% ซึ่งก็ยังไม่แข็งแรงเท่า Carbon Fiber ในปัจจุบันอยู่ดี และในปี ค.ศ. 1963 ที่กระบวนการผลิดที่ถูกพัฒนาขึ้นจนวัสดุ 1 ชิ้นมีปริมาณ Carbon Fiber สูงถึง 80% และได้รับการจดสิทธิบัตรโดยกระทรวงกลาโหมแห่งสหราชอาณาจักร

กว่าจะมาเป็น Carbon Fiber วัสดุที่เข้ามาปฏิวัติทุกวงการอุตสาหกรรม

Carbon Fiber เริ่มต้นจากวัสดุ โพลิอะคลิโลไนไทรล์ (Polyacrylonitrile) หรือเรียกสั่นๆว่า “PAN” นำมาผ่านความร้อนให้ละลายและยืดออกเป็นเส้นใย จากนั้นจะถูกลำเข้าเตาอบที่อุณหภูมิประมาณ 1,000° – 3,000° องศาเซลเซียส (ร้อนประมาณครึ่งนึงของดวงอาทิตย์) และนี่คือจุดสำคัญภายในเตาอบนั้นจะไม่มีออกซิเจน และเมื่อไม่มีออกซิเจน ทำให้เส้นใยดังกล่าวจะไม่ถูกเผาไหม้ แต่ความร้อนจะเข้าไปทำให้เส้นใยแข็งแรงขึ้น และเหลือไว้เฉพาะเส้นใย Carbon Fiber ที่เกือบจะบริสุทธิ ซึ่งจะมีความเบาบางและแข็งแรง เส้นใยไฟเบอร์ที่ได้นั้นจะมีความหนาน้อยกว่าเส้นผมของมนุษย์แต่จะมีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล้าหลายเท่า และมีน้ำน้ำหนักที่เบาเทียบเท่าเส้นผม เมื่อเส้นใยบาง ๆ เหล่านี้ถูกถักทอเข้าด้วยกันจนได้เป็นผ้าและประสานเข้ากับ Polymer (พอลิเมอร์ : สารสังเคราะห์ที่ใช้ขึ้นรูปพลาสติก) โดยส่วนใหญ่จะเป็น Epoxy ( อีพ็อกซี : กาวที่ใช้ยึดวัสดุพลาสติก) แบบ Resin (เรซิน : พลาสติกเหลวที่ใช้งานการขึ้นรูปชิ้นงาน) ซึ่งทำหน้าที่ยึดให้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์นั้นคงรูปทรงต่างๆตามที่วิศวกรต้องการก็จะกลายเป็นวัสดุ Composit ( คอมโพสิต : วัสดุที่เกิดขึ้นจากการผสมผสานวัสดุสองชนิดเข้าไว้ด้วยกัน ) ดังนั้น Carbon Fiber คือส่วนประกอบของวัสดุคอมโพสิตชนิดนึง ซึ่งถ้าจะเรียกอย่างถูกต้องจริงๆแล้ว ต้องเรียกว่า Carbon Fiber Reinforced Polymer (โพลิเมอร์เสริมเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์) “CFRP” หรือ Carbon Fiber ที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน นี่จึงเป็นสาเหตุว่าทำไม Carbon Fiber จึงได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการบินและการอวกาศ ยังไม่หมดเท่านั้นความแข็งแรงของ Carbon Fiber จะเกิดขึ้นในแนวตั้งฉากของเส้นใยเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าความแข็งแรงหรือความยืดหยุ่นของวัสดุ Carbon Fiber สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยขึ้นอยู่กับทิศทางการออกแบบและเรียบเรียงลักษณะของโครงสร้างนั้นๆ ซึ่งตรงจุดนี้เองทำให้วิศวกรสามารถควบคุมระดับของความแข็งแรงให้เหมาะสมกับรูปแบบงานที่จะนำไปใช้ได้ จะแตกต่างจากโลหะทั่วไปที่ไม่สามารถทำได้ แม้แต่ไทเทเนียมหรือแม็กนีเซียมเองก็ไม่สามารถทำได้

และนี่คือคุณสมบัติของ Carbon Fiber

กลับมาที่อุสาหกรรมยานยนต์ปัจจุบัน Carbon Fiber ได้ถูกนำมาใช้ผสมผสานกับชิ้นส่วนอื่นๆของรถยนต์มากยิ่งขึ้นด้วยความแข็งแรงและน้ำหนักที่เบานั้นถูกพัฒนาให้สามารถรองรับแรงกดอากาศและการบิดตัวของตัวถังรถยนต์ได้เป็นอย่างดีจนสามารถนำไปผลิตเป็น Chassis (แชสซี : โครงสร้างตัวถังรถยนต์) ที่เราได้เห็นรถยนต์หลากหลายบริษัทนำ Carbon Fiber มาใช้เป็นวัสดุหลักในการสร้างรถยนต์ซึ่งคุณสมบัติของ Carbon Fiber ที่แข็งแรงและเบากว่าไทเทเนียมนั้นทำให้รถยนต์มีสมถรรนะที่สูงขึ้นไปอีกหลายเท่าตัวด้วยน้ำหนักของตัวรถที่เบาลงและกำลังของเครื่องยนต์ที่เพิ่มมากขึ้น ทำให้เราได้เห็นอัตราส่วนของแรงม้าต่อน้ำหนักที่สูงในแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน Carbon Fiber จึงกลายเป็นวัสดุที่เข้ามาปฏิวัติวงการอุสาหกรรมยานยนต์จนถึงปัจจุบัน

ตอนต่อไปเราจะพาไปชม Cabon Fiber ที่สวยงามในแต่ละลาย แต่ละรูปแบบ ที่ภายใต้ความสวยงามที่เราเห็นอยู่นั้นวิศวกรได้ซ่อนความลับและเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ถูกผสมเข้าไปใน Carbon Fiber ใน EP. ต่อไปครับ
ถ้าไม่ยากพลาดความรู้ สาระดี ๆ และเทคนิดต่าง ๆ อย่าลืมกดติดตาม P2013 ทุกช่องทางไว้ด้วยนะครับ

Facebook : facebook.com/PorTanapat.13
Youtube : P2013
Tik Tok : https://www.tiktok.com/@p2013bynoke
LINE ID : @P2013
Instagram : Por.2013
เว็บไซต์ : p2013.co