Technical : Carbon Fiber & Carbon Kevlar
กว่าจะมาเป็น กระโปรงดำบนรถคุณ
เพื่อนๆหลายคนคงเคยได้ยินเกี่ยวกับ carbon-fiber, carbon-kevlar เคยสงสัยบ้างไหมครับว่าจริงๆแล้วมันคืออะไร สร้างมาจากอะไร แตกต่างกันอย่างไร อันไหนดีกว่าๆกัน คุณสมบัติเหมือนกันไหม บทความนี้อาจจะน่าเบื่อนิดนึง แต่เอาเป็นว่าลองทนอ่านกันหน่อยก็แล้วกันนะครับ
ในวงการ motorsport ปัจจุบันนี้เพื่อนๆหลายๆคนคงเคยได้ยินเกี่ยวกับ อุปกรณ์ที่ทำมาจาก carbon-fiber บ้าง kevlar บ้าง จริงๆแล้วเนี่ยมันมีที่มาอย่างนี้ครับ หากยังไม่รู้ว่าจริงๆแล้วมันคืออะไรก็ไม่ต้องอายนะครับ เพราะว่าถ้าเพื่อนยังอายที่จะรู้ต่อไปละก็เพื่อนๆอาจจะถูกหลอกหรือเข้าใจผิด ว่าชิ้นส่วนที่เพื่อนๆ ใช้อยู่มีคุณภาพเท่าที่ F1 ใช้ ทั้งๆที่จริงๆแล้วมันไม่ได้มีมาตรฐานในการผลิตเลยก็ได้
Carbon-fiber นั้นจริงๆแล้วนั้นมันมีพื้นฐานมาจากพลาสติกธรรมดา ที่เราๆเห็นกันทุกวันนี้แหละครับ เพราะมันคือ Polyacrylonitrile (โพลิอะคลิโลไนไทรล์) ผมขอเรียกมันย่อๆว่า PAN ก็แล้วกันนะครับ เจ้า PAN ก็คือต้นกำเนิดที่ใช้ในการผลิตผ้า เรยอง นั้นแหละครับ
โดยเราจะเอา โมเลกุลที่ไม่มีความแข็งแรงเหล่านี้มาเปลี่ยนแปลงการเรียงลำดับโครงสร้างทาง เคมีกันใหม่ ซึ่งการผลิตเส้นใย carbon จาก PAN นั้นมี 4 ขั้นตอนดังนี้ครับ
1. Oxidation คือขั้นตอนที่เอาเส้นใย PAN มาเผาที่ความร้อนสูงถึง 3,000 องศาเซลเซียส จนเส้นใย PAN เปลี่ยนจากสีขาวกลายเป็นสีดำ โดยจะต้องเผาให้ทั่วจนถึงส่วนที่ลึกที่สุดของเส้นใย PAN เลยนะครับ เมื่อจบขั้นตอนนี้จะได้ผ้า ?Nomex? หรือเสื้อกันไฟได้ครับ แต่หากเราต้องการ carbon-fiber มันยังไม่พอครับ
2. Carbonisation คือ การแยกธาตุทุกชนิดที่ไม่ใช้ carbon ออกจากเส้นใย PAN โดยวิธีแยกก็คือนำไปเผาที่ความร้อน 10,000-30,000 องศาเซลเซียส ในบรรยากาศไนโตรเจนด้วยความดันสูงมาก ไม่ใช่ที่บรรยากาศโลก หรือ สูญญากาศ นะครับ โดยยิ่งเผาที่ความร้อนสูงเท่าไร carbon-fiber ก็จะยิ่งมีความแข็งแรงมากเท่านั้นครับ
3. Surface Treatment คือการเคลือบผิวหน้าของเส้นใย ให้สามารถรวมตัวกันเป็นเส้นใยที่ใหญ่ขึ้นเพื่อนำไปใช้งานครับ โดยการเคลือบจะใช้สารประกอบโพลิเมอร์ ซึ่งสามารถยึดเกาะโครงสร้างเล็กๆให้สามารถคงรูปอยู่ได้ และทำให้เส้นใยมีความแข็งแรงครับ หากเคลือบไม่ดีเวลานำเส้นใยไปใช้อาจจะมีโพรงอากาศเกิดขึ้นและทำให้มันไม่ แข็งแรง พูดง่ายๆก็คือเปราะครับ
4. Surface Coating คือการเอา อีพ็อกซี่มาเคลือบผิวเพื่อให้สามารถนำไปใช้ได้โดยไม่มีการหลุดรุ่ย เพราะ carbon-fiber ที่เรานำมาใช้ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปผืนผ้า ที่จะต้องนำมาตัดและขึ้นรูปกับแม่พิมพ์แล้วทำการหล่อเพื่อนำไปใชงานอีกที โดยหากเราเคลือบไม่ดี เส้นใย carbon จะหักเป็นเศษเล็กๆ ที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น และหากคุณสูดมันเข้าไปจะเป็นต้นเหตุของมะเร็งขั้วปอดได้ครับ
Carbon Fiber & Carbon Kevlar
เมื่อจบสี่ขั้นตอนดังกล่าวแล้วเพื่อนๆก็จะได้ ผืนผ้า carbon-fiber ซึ่งมีความทนทานกว่าเหล็กถึง 5 เท่าเมื่อเทียบกับมวลที่เท่ากันนะครับ นอกจากนี้ยังสามารถทนแรงบิด แรงเค้นได้มาก รวมถึงยังเบาและมีความหนาแน่นน้อยกว่า โดยหากดูที่ความสามารถในการทนแรงดึงแล้วละก็ carbon-fiber สามารถทนแรงดึงได้มากกว่า Titanium ด้วยซ้ำ
หากถามว่าทำไมมันถึงแข็ง แรง ก็เนื่องมาจากการจัดเรียงตัวของโมเลกุลธาตุ carbon นั้นแหละครับเหมือนที่ถ่านก็คือ carbon ชนิดหนึ่งแต่มีความคงทนไม่เท่ากับ เพชร ที่เป็นธาตุ carbon เหมือนกัน ก็เพราะการจัดเรียงตัวของโมเลกุลธาตุ carbon ที่อุณหภูมิแตกต่างกันนั้นเอง
เมื่อได้ผืนผ้า carbon-fiber มาแล้วก็ถึงขั้นตอนการนำไปใช้ ซึ่งขั้นตอนก็คล้ายๆกับการนำเส้นใย fiber-glass มาใช้นั้นแหละครับ แต่ว่าเรซินที่ใช้กับ carbon-fiber จะมีความแตกต่างกับน้ำยาที่ใช้ในงานไฟเบอร์ทั่วไป เพราะทางโรงงานผู้ผลิตผืนผ้า carbon-fiber จะขายผืนผ้า caron-fiber พร้อมกับน้ำยาเรซิน และตัวทำ hardener (น้ำยาทำให้แข็ง) ซึ่งเป็นคนละชนิดกับที่ใช้ในงานไฟเบอร์กลาสทั่วไป
นอกจากน้ำยาที่ แตกต่างกันแล้วการจะนำ carbon-fiber ไปขึ้นรูปจะต้องอบหรือให้ความร้อนตาม spec หรือเกรดและจำนวนชั้นของ carbon-fiber ตามที่โรงงานผู้ผลิตกำหนดนะครับ มิฉะนั้นจะไม่ได้ความแข็งแรงเทียบเท่ากับมาตรฐานที่กำหนด
โดยในความ เป็นจริงแล้วผู้ผลิต bodypart ทั่วโลก(โดยเฉพาะในประเทศไทย)มักไม่ได้ใช้น้ำยาพิเศษซึ่งมีราคาโ-ตรแพง นอกจากนี้ยังไม่ได้อบชิ้นงานตาม spec ที่โรงงานผู้ผลิตกำหนด ทำให้ชิ้นส่วน bodypart นั้นไม่ได้ความแข็งแรงตามมาตรฐาน ดังนั้นเพื่อนๆต้องเพื่อใจไว้นิดนึงนะครับว่าชิ้นงานที่ได้จะไม่ได้มีความ แข็งแรงเหมือนกับที่ใช้ใน Formula1 หรือรถ supercars ราคาหลายสิบล้าน
close up
ถึง ส่วนสุดท้ายที่เพื่อนๆคงอยากรู้ว่า carbon-fiber กับ carbon-kevlar มันแตกต่างกันอย่างไร ตรงไหน อย่างไรทนกว่ากัน หรือว่าต่างกันแค่ลาย
คำ ตอบก็คือ carbon-fiber เป็นสีเทา-ดำ ส่วน carbon-kevlar เป็นสีเหลือง-ดำ
ทาง ด้านความแข็งแรงนั้น carbon-fiber แข็งแรงกว่า แต่ให้ตัวได้น้อยกว่า ส่วน carbon-kevlar จะเหนียวกว่า ให้ตัวได้มากกว่าและดูดซับแรงกระแทกได้ดีกว่า โดยการที่จะใช้ทำส่วนประกอบรถที่ดีนั้น จะใช้ทั้ง carbon-fiber และ carbon-kevlar วางซ้อนกันหลายๆชั้นครับ
หวังว่าบทความนี้คงเป็น ประโยชน์และช่วยลดความสงสัยกับเพื่อนๆทุกคนที่ให้ความสนใจใน bodypart ที่ทำจากวัสดุดังกล่าวนะครับ
ขอบคุณแหล่งที่มา
http://articles.motortoday.com/misc/CarbonFiberKevlar/ 
ผู้เขียน
