การผล ตช นส วนในยานยนต อล ม เน ยม คาร บอนไฟเบอร

หลังจากลงบทความ 5 งานฝีมือสร้างรายได้ ที่หาวัสดุได้ในร้านเรซิ่นเอสเจ ไปแล้วนั้น เอสเจเลยสังเกตว่าเรายังไม่ได้อธิบายจริงจังเลยว่าคาร์บอนไฟเบอร์ คืออะไร เอสเจเลยไม่รอช้าเขียนบทความขึ้นมาเพื่ออธิบายทุกคน

คาร์บอน ไฟเบอร์ หรือไฟเบอร์แกรไฟต์ หรือ CF คือวัสดุทางวิทยาศาสตร์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบอย่างน้อยร้อยละ 90 มีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 5-10 ไมโครเมตร

ในการผลิตเส้นใยคาร์บอน ตัวคาร์บอนอะตอมจะถูกมัดรวมกันในผลึกจำนวนมากหรือน้อยตามแนวขนานกับแกนยาวของเส้นใย เป็นแนวคริสตัล โดยอัตราส่วนความแข็งแรงขแงเส้นใยต่อปริมาณสูง จึงทำให้เส้นใยมีความแข็งแกร่ง คาร์บอนหลายพันเส้นจะถูกมัดรวมเข้าด้วยกันในรูปแบบกลุ่มเส้นใย ซึ่งบางที่อาจใช้เฉพาะตัวเส้นใยคาร์บอน แต่บางที่ก็นำมาทอเป็นผ้าคาร์บอนเพื่อทำให้ทนทานและเข้ากับงานในแต่ละรูปแบบ

คาร์บอนไฟเบอร์ เป็นวัสดุอะไร ?

คาร์บอนไฟเบอร์ เป็นวัสดุคอมโพสิตที่มักจะใช้ร่วมกันวัสดุอื่นๆเพื่อเสริมความแข็งแรงให้วัตถุนั้นๆ ให้แข็งแรงยิ่งขึ้นไปอีก

วัสดุคอมโพสิต (Composite Materials) คืออะไร?

วัสดุคอมโพสิต คือ วัสดุที่ เกิดจาการนำวัสดุ 2 ชนิดมาประกอบกันเพื่อคุณสมบัติที่ดีขึ้นกว่าเดิม ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศประโยชน์จากความแข็งแรง ของคอมโพสิตในแง่ของการออกแบบโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบาจะเห็นได้ชัด นอกจากนี้ลักษณะลามิเนตของวัสดุคอมโพสิตที่มีประสิทธิภาพสูงช่วยให้นักออกแบบสามารถปรับแต่งคุณสมบัติเชิงกลที่เหมาะสม โดยการปรับทิศทางเส้นใย

อ่านเพิ่มเติม คลิก

คาร์บอนไฟเบอร์ คืออะไร

คาร์บอนไฟเบอร์ คือ ใยคาร์บอนที่ถูกคิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1860 โดย Thomas Edison โดยการอบฝ้ายหรือเศษไม้ไผ่ที่อุณภูมิสูง แต่ยังไม่ได้นำมาใช้แบบปัจจุบัน ใยคาร์บอนถูกคิดค้นมาเพื่อใช้ทำหลอดไฟฟ้าเท่านั้น ต่อมาในปี ค.ศ. 1958 ถึงได้มีการนำมาต่อยอดให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอีก แต่ก็ยังไม่แข็งแรงเท่าปัจจุบันเพราะมีคาร์บอนประมาณ 20% และมีความแข็งแรงต่ำ ต่อมาในปี ค.ส. 1960 ได้มีการนำไปต่อยอดให้มีประสิทธิภาพขึ้นไปอีก แต่มีคาร์บอนประมาณ 55% ซึ่งก็ยังไม่แข็งแรงเท่าคาร์บอนในปัจจุบันอยู่ดี ต่อมาในปี ค.ศ. 1963 ที่กระบวนการผลิดที่ถูกพัฒนาขึ้น จนได้รับการจดสิทธิบัตรโดยกระทรวงกลาโหมแห่งสหราชอาณาจักร

คุณสมบัติคาร์บอน ไฟเบอร์

• อัตราการขยายตัวต่อความร้อนต่ำ
• ต้านทานแรงดึงสูง
• มีความแข็งแรงสูง
• น้ำหนักเบา
• ทนต่ออุณหภูมิสูง
• ทนต่อสารเคมีสูง

เส้นใยคาร์บอนจึงเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมมากในอุตสาหกรรมมอเตอร์สปอร์ต อุตสาหกรรมการบิน วิศวกรรมอวกาศ การทหาร และการแข่งขันกีฬาอื่นๆ แต่เส้นใยคาร์บอนมีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับเส้นใยชนิดอื่น อาทิ เส้นใยแก้วหรือเส้นใยพลาสติก

ข้อเสียของคาร์บอนไฟเบอร์ มีอะไรบ้าง ?

แม้ว่าคาร์บอนไฟเบอร์จะมีข้อดีหลายประการ ทั้งน้ำหนักเบา ทนต่ออุณหภูมิสูง มีความแข็งแรงสูง แต่ก็มีข้อเสียหลายประการที่ควรจะพิจารณา ว่าเรารับได้ไหม ดังนี้ครับ

1.) มีต้นทุนที่สูง

โดยทั่วไปแล้วคาร์บอนไฟเบอร์จะมีราคาแพงกว่าวัสดุแบบเดิมอยู่แล้ว เช่น เหล็ก หรือ อะลูมิเนียม ซึ่งจะทำให้ต้นทุนการผลิต และ การซ่อมแซมส่วนประกอบคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่าต้นทุนที่ทำจากวัสดุอื่นๆ

2.) การซ่อมแซมที่ยาก

การซ่อมแซมชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์อาจเป็นเรื่องยาก และ มีราคาแพง เนื่องจากต้องใช้ความรู้และอุปกรณ์เฉพาะทาง ในบางกรณี การเปลี่ยนส่วนประกอบอาจคุ้มค่ากว่าการพยายามซ่อมแซมนั่นเอง

3.) การไวต่อความรังสี UV

เส้นใยคาร์บอนสามารถเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อสัมผัสกับรังสี UVเป็นระยะเวลานาน ซึ่งอาจทำให้เปราะบางและสูญเสียความแข็งแรง หรือ ทำให้เหลืองได้นั่นเอง

โดยรวมแล้ว แม้ว่าคาร์บอนไฟเบอร์จะมีข้อดีหลายประการ แต่ต้นทุนที่สูงขึ้นและความท้าทายบางประการที่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการซ่อมแซมอาจจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและการใช้งานบางประเภท

ขั้นตอนการผลิตคาร์บอน ไฟเบอร์

ขั้นตอนการผลิตจะนำโพลีอะคริโลไนไตรล์หรือ PAN (Polyacrylonitrile) มาทำละลายแล้วยืดออกให้เป็นเส้นใยยาวๆ แล้วเส้นใยจะถูกลำเลียงผ่านเตาที่จะทำให้เส้นใยร้อนสูงขึ้นไป 1,000-3,000 องศาเซลเซียส และภายในเตานั้นจะไม่มีออกซิเจน ป้องกันไม่ให้เส้นใยถูกเผา และความร้อนจะเข้าไปทำให้เส้นใยแข็งแรงขึ้น เมื่อกระบวนการคาร์โบไนเซชั่นเกิดขึ้นอะตอมภายในเส้นใยจะสะเทือนอย่างรุนแรงทำให้เกิดอะตอมที่ไม่ใช่คาร์บอน เหลือไม่แต่เส้นใยคาร์บอนที่เกือบจะบริสุทธิ ที่มีคุณสมบัติที่บาง เบา และแข็งแรงมากๆ

โครงสร้างของคาร์บอน ไฟเบอร์ มีอะไรบ้าง

โครงสร้างของคาร์บอนไฟเบอร์ ประกอบด้วย เส้นใยคาร์บอนหลายพันเส้นที่ยึดเกาะเข้าด้วยกันโดยใช้เรซิ่นโพลิเมอร์ เส้นใยคาร์บอนแต่ละเส้นประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่ยาวและบางซึ่งเรียงตัวขนานกับแกนยาวของเส้นใย

อะตอมของคาร์บอนจับตัวกันเป็นโครงสร้างผลึกที่เรียกว่ากราไฟต์ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของคาร์บอนจับตัวกันเป็นรูปแบบหกเหลี่ยม โครงสร้างนี้ทำให้เส้นใยคาร์บอนมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ซึ่งรวมถึงความแข็งแรงสูง ความแข็ง และน้ำหนักที่เบา

ในการสร้างวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ขั้นสุดท้าย โดยทั่วไปแล้ว เส้นใยคาร์บอนแต่ละชนิดจะทอเป็นผ้า จากนั้นชุบด้วยเรซิ่นโพลิเมอร์เพื่อสร้างวัสดุผสม จากนั้นวัสดุผสมนี้สามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงและขนาดต่างๆ เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย

คาร์บอนไฟเบอร์ กับรถยนต์ ?

คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง และ น้ำหนักเบา ซึ่งได้รับความนิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมยานยนต์ในช่วง 2-3 ทศวรรษที่ผ่านมา คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุผสมที่ทำจากเส้นใยคาร์บอนที่ทอเข้าด้วยกันแล้วเสริมด้วยเรซินโพลิเมอร์

ในการใช้งานด้านยานยนต์ คาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้เพื่อลดน้ำหนัก และ เพิ่มความแข็งให้กับส่วนประกอบต่างๆ ของรถยนต์ ส่งผลให้สมรรถนะดีขึ้น ประหยัดน้ำมันดีขึ้น และควบคุมรถได้ดีขึ้น

การใช้งานทั่วไปของคาร์บอนไฟเบอร์ในรถยนต์ ได้แก่

1.) แผงตัวถัง

แผงตัวถังคาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักเบาและมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง สิ่งนี้สามารถช่วยลดน้ำหนักโดยรวมของรถ ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราเร่งและการควบคุมรถได้เป็นอย่างดี

2.) ส่วนประกอบภายใน

คาร์บอนไฟเบอร์สามารถใช้กับส่วนประกอบภายใน เช่น แดชบอร์ดและแผงประตู สิ่งนี้สามารถให้รถมีระดับไฮเอนด์มากขึ้น ให้ความรู้สึกสปอร์ต

3.) ส่วนประกอบของระบบกันสะเทือน

คาร์บอนไฟเบอร์สามารถใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบของระบบกันสะเทือน เช่น กันโคลงและแขนควบคุม ส่วนประกอบเหล่านี้มีน้ำหนักเบากว่าชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก ซึ่งสามารถปรับปรุงการจัดการและลดน้ำหนักใต้สปริงได้

4.) ล้อ

ล้อคาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงมาก ซึ่งสามารถปรับปรุงการเร่งความเร็ว การเบรก และการควบคุม

อย่างไรก็ตาม การใช้คาร์บอนไฟเบอร์ในรถยนต์มีข้อเสียอยู่บ้าง ข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่งคือต้นทุน คาร์บอนไฟเบอร์มีราคาแพงกว่าวัสดุแบบดั้งเดิม เช่น เหล็กและอะลูมิเนียม นอกจากนี้ คาร์บอนไฟเบอร์ยังซ่อมแซมได้ยาก ซึ่งสามารถเพิ่มค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและซ่อมแซมสำหรับเจ้าของ