เฟรมอลูกระด้างกว่า แปลว่า สติฟกว่า ด้วยหรือป่าว

[SixXIII]

เฟรมอลูเฉพาะตัวเริ่มต้น Specialized Allez E5 (ที่ราคารถทั้งคัน 2หมื่นกว่า(กลัวเข้าใจผิดเห็นเรียกชื่อเหมือนๆกัน))

มีความสติฟกว่าพวก คาบอนเริ่มต้น

หรือป่าวครับ

[pum1pum2]

ผมว่าใช่น่ะครับ ตอบมากเดี๋ยวยาว

[kkni]

สาระน่ารู้ : ความรู้ทั่วไปเรื่อง คาร์บอนไฟเบอร์ ตอน 1

User Rating: 3 / 5Star ActiveStar ActiveStar ActiveStar InactiveStar Inactive
Please Rate Rate
fShare


บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ





คาร์บอนไฟเบอร์หรือเส้นใยคาร์บอนเป็นวัสดุทางวิศวกรรมอีกชนิดหนึ่งที่ได้รับความสนใจจากหลายอุตสาหกรรมตั้งแต่สิ่งของที่ใช้เทคโนโลยีระดับสูงอย่างการผลิตอาวุธ และเครื่องบิน เรื่อยไปจนถึงสิ่งของที่พบได้ทั่วไปอย่างอุปกรณ์กีฬา เพราะวัสดุชนิดนี้มีสมบัติเด่นหลายอย่าง แต่ที่โดดเด่นมากคือ การเป็นวัสดุมีน้ำหนักเบา แต่มีความแข็งแรงสูงมาก (ดังแสดงในตารางที่ 1) นอกจากนี้คาร์บอนไฟเบอร์ยังมีสมบัติเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดี ทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีต่างๆ และมีสมบัตินำไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจที่อุตสาหกรรมต่างพยายามนำวัสดุนี้มาประยุกต์ใช้อย่างหลากหลาย


คาร์บอนไฟเบอร์มีองค์ประกอบเป็นคาร์บอนเหมือนกับถ่านและแกรไฟต์ โดยทั่วไปเนื้อของวัสดุชนิดนี้จะประกอบด้วยคาร์บอนอย่างน้อยร้อยละ 90 คาร์บอนไฟเบอร์เกิดจากเส้นใยคาร์บอนขนาดเล็ก เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.005-0.10 มิลลิเมตรจำนวนมากควั่นเป็นเส้นด้าย
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบสมบัติเชิงกลของคาร์บอนไฟเบอร์กับเหล็กกล้า

วัสดุ

ความหนาแน่น

(กรัม/ซ.ม.)

ความต้านทานแรงดึง

(Tensile Strength (GPa))

ค่ามอดุลัสแรงดึง

(Tensile Modulus (GPa))

ความแข็งแรงเฉพาะ

(Specific Strength (GPa))

คาร์บอนไฟเบอร์

1.75

3.5

230.0

2.00

เหล็กกล้า

7.87

1.3

210.0

0.17

การพัฒนา

(นักวิทยาศาสตร์) หลายคนยกให้การพัฒนาหลอดไฟของเอดิสันที่นำเส้นใยคาร์บอนมาใช้ทำไส้หลอดไฟเป็นจุดเริ่มต้นของวัสดุนี้ แต่การพัฒนาคาร์บอนไฟเบอร์อย่างจริงจังเกิดจากความต้องการของกองทัพสหรัฐที่ต้องการวัสดุชนิดใหม่ที่มีน้ำหนักเบา และมีความแข็งแรงสูงสำหรับสร้างเครื่องบิน ซึ่งในปี ค.ศ. 1957 ดร.โรเจอร์ เบคอน (Roger Bacon) จาก Union Carbide Parma Technical Center ประเทศสหรัฐอเมริกา ก็ประสบความสำเร็จในการใช้ความร้อนเปลี่ยนเรยอน (rayon) ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ชนิดหนึ่งให้กลายสภาพเป็นคาร์บอนไฟเบอร์ได้

อย่างไรก็ดีวิธีการที่คิดออกมาครั้งแรกนั้นมักมีจุดด้อยเสมอ การผลิตคาร์บอนไฟเบอร์ก็เช่นกัน วิธีแรกที่ใช้มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนวัตถุดิบให้เป็นคาร์บอนไฟเบอร์ได้เพียงร้อยละ 20 เท่านั้น นอกจากนี้คาร์บอนไฟเบอร์ที่ผลิตได้ก็มีความแข็งแรง และความแข็งตึง (stiffness) ต่ำ

จนถึงต้นทศวรรษที่ 1960 การผลิตคาร์บอนไฟเบอร์ได้เปลี่ยนวัตถุดิบจากเรยอนเป็นโพลิอะคริโลไนทริล (polyacrylonitrile, PAN) แทน ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนวัตถุดิบเป็นคาร์บอนไฟเบอร์ได้มากขึ้นเป็นร้อยละ 55 และผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ที่ผลิตได้ก็มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นด้วย การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอีกจุดเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1970 เมื่อมีการพบว่า ของเหลวข้นที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำมันที่เรียกว่า พิทช์ (pitch) ก็ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตคาร์บอนไฟเบอร์ได้ และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไฟเบอร์ให้สูงขึ้นถึงระดับร้อยละ 85 ด้วย ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่ได้มีจุดเด่นเรื่องความแข็งแรงดัด (flexural strength) แต่มีจุดด้อยเรื่องความแข็งแรงกด (compressive strength) ทำให้ไม่ค่อยมีผู้ยอมรับคาร์บอนไฟเบอร์ที่ได้จากพิทช์มากนัก



ผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์รูปแบบต่างๆ (ซ้าย) ม้วนด้าย (กลาง) แผ่น (ขวา) คาร์บอนไฟเบอร์สับเป็นท่อนสั้น

ประเภทของคาร์บอนไฟเบอร์ การแบ่งประเภทคาร์บอนไฟเบอร์มีหลายแบบด้วยกัน แต่เกณฑ์ที่นิยมใช้มี 2 วิธี ดังนี้

1.การแบ่งตามสมบัติของคาร์บอนไฟเบอร์ ได้แก่

คาร์บอนไฟเบอร์ชนิด UHM (ultra high modulus) มีค่าโมดุลัส > 450 Gpa

ชนิด HM (high modulus) มีค่าโมดุลัสระหว่าง 350-450 Gpa

ชนิด IM (intermediate modulus) มีค่าโมดุลัสระหว่าง 200-350 Gpa

ชนิด HT (low modulus and high tensile) มีค่าโมดุลัส < 100 Gpa แต่ค่าความต้านทานแรงดึง (tensile strength) มากกว่า 3.0 Gpa

ชนิด SHT (super high tensile) มีค่าความต้านทานแรงดึง > 4.5 Gpa

2.การแบ่งตามชนิดวัตถุดิบ เช่น โพลิอะคริโลไนทริล พิทช์ (Pitch, ของเหลวข้นได้จากปิโตรเลียม) เป็นต้น ซึ่งโพลิอะคริโลไนทริลเป็นวัตถุดิบที่อุตสาหกรรมนิยมใช้มากที่สุด ในหนังสือวิชาการบางเล่ม หรือข้อมูลบางเว็บไซต์จะมีการแยกย่อยวัตถุดิบออกไปอีกเป็น เมโซเฟสพิทช์ (mesophase pitch base) ไอโซโทรปิกพิทช์ (isotropic pitch base)

การประยุกต์ใช้





อากาศยาน อุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบินเริ่มนำคาร์บอนไฟเบอร์มาใช้ในรูปของวัสดุคอมโพสิตตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970 แล้ว โดยระยะแรกวัสดุถูกใช้เป็น แพนปรับระดับ (elevators) ประตูล้อหน้า-ล้อหลัก (fore-main landing gear door) เป็นต้น ซึ่งสัดส่วนการใช้วัสดุทั้งในเครื่องบินเพื่อการพาณิชย์และเครื่องบินรบได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ล่าสุดเครื่องบินโดยสารรุ่นใหม่อย่าง Boeing B787 ที่มีกำหนดเปิดให้บริการเที่ยวบินแรกช่วงปลายปี ค.ศ. 2008 นี้ เป็นเครื่องบินที่ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ในรูปของคอมโพสิตมากถึงร้อยละ 50





ยานยนต์ อุตสาหกรรมรถยนต์โดยเฉพาะรถแข่งพยายามออกแบบและสร้างตัวถังรถแข่งให้มีน้ำหนักเบา แต่ขณะเดียวกันตัวถังรถก็จำเป็นต้องมีทั้งความแข็งแรงสูง เพื่อความปลอดภัยของนักขับ ดังนั้นรถแข่งทั้งหลายจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุอย่างคาร์บอนไฟเบอร์ นอกจากนี้คาร์บอนไฟเบอร์ยังถูกนำไปประยุกต์ใช้ในยานยนต์อีกหลายด้าน เช่น ใช้ในรถไฟความเร็วสูง ใช้เป็นวัสดุเสริมแรงสำหรับการผลิตถังบรรจุก๊าซความดันสูง เช่น ถังบรรจุก๊าซไฮโดรเจน ถังก๊าซเอ็นจีวี (แบบที่ 4) ใช้เป็นวัสดุตกแต่งรถยนต์ เป็นต้น



อุปกรณ์กีฬา เป็นอีกหนึ่งอุตสาหกรรมที่นำคาร์บอนไฟเบอร์มาใช้เสริมประสิทธิภาพให้อุปกรณ์ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970 เนื่องจากสามารถลดน้ำหนักของอุปกรณ์ให้เบาลงได้ ขณะที่ให้ความแข็งแรงสูง ระยะแรกอุปกรณ์กีฬาที่นำคาร์บอนไฟเบอร์มาใช้งานมักไม่ค่อยได้รับความสนใจ เนื่องจากทำให้อุปกรณ์กีฬามีราคาแพงมาก แต่ปัจจุบันอุปกรณ์กีฬาที่มีคาร์บอนไฟเบอร์เป็นส่วนประกอบมีราคาถูกลง ทำให้แม้แต่นักกีฬาสมัครเล่นต่างหันมาใช้อุปกรณ์ที่มีคาร์บอนไฟเบอร์มากขึ้น

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fiber

http://www.engr.utk.edu/mse/Textiles/CA ... FIBERS.htm

http://www.carbonfiber.gr.jp/english/faq/faq.html

http://www.chem.wisc.edu/~newtrad/CurrR ... Graph.html

http://www.mtec.or.th/index.php?option= ... &Itemid=36

http://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_787