Carbon Fiber ตามความเป็นจริงแล้วนั้น มีพื้นฐานมาจากพลาสติกธรรมดาทั่วไป ที่เราสามารถพบเห็นกันทุกวันนี้ได้ตามปกติทั่วไป เพราะสารตัวนี้ แท้ที่จริงแล้วมันคือ “Polyacrylonitrile” (โพลิอะคลิโลไนไทรล์) หรือที่เรียกย่อๆได้ว่า Polyacrylonitrile
ซึ่ง Polyacrylonitrile นี้ก็คือต้นกำเนิดที่นิยมเอามาใช้ในการผลิตผ้าที่นิยมเรียกว่า “ผ้าเรยอง” โดยจะเอาสารโมเลกุลที่ไม่มีความแข็งแกร่งเหล่านี้ มาทำการเปลี่ยนแปลงการเรียงลำดับของโครงสร้าง โดยใช้กระบวนการทางเคมีกันใหม่ทั้งหมด
ซึ่งขั้นตอนในส่วนของการผลิตให้ออกมาเป็นเส้นใย Carbon Fiberจากสารประกอบที่เรียกว่า Polyacrylonitrile นั้นมี 4 ขั้นตอนดังนี้
ขั้นตอนที่ 1 การทำ Oxidation
ขั้นตอนนี้คือขั้นตอนที่เอาพวกเส้นใย Polyacrylonitrile มาทำการเผาที่ความร้อนอุณภูมิสูงมากถึงไม่ต่ำกว่า 3,000 องศาเซลเซียส จนเป็นผลทำให้พวกเส้นใย Polyacrylonitrile เปลี่ยนจากที่มีสีขาวกลายสภาพมาเป็นสีดำ
โดยมีข้อแม้ว่า จะต้องทำการเผาให้ทั่ว จนถึงส่วนที่เรียกได้ว่าลึกที่สุดของเส้นใย Polyacrylonitrile เลยทีเดียว เมื่อจบการเผาในขั้นตอนนี้ เราก็จะได้ผ้าอีกแบบที่เรียกว่า “Nomex” หรือผ้าที่เรานิยมเอามาทำพวกเสื้อกันไฟได้
ขั้นตอนที่ 2 การทำ Carbonisation
ขั้นตอนนี้จะเป็นการแยกพวกธาตุที่มีอยู่ทุกชนิดที่ไม่ใช้ Carbon Fiber ออกมาจากเส้นใย Polyacrylonitrile ให้หมดสิ้น โดยใช้วิธีแยกแบบง่ายๆ แต่ไม่ธรรมดา นั้นก็คือการจับเอาไปเผาที่ความร้อนกว่าเดิมขึ้นไปอีก จนถึง 10,000-30,000 องศาเซลเซียส
ในบรรยากาศที่มีแต่ก๊าซไนโตรเจนด้วยการควบคุมความดันที่สูงมาก แต่ไม่ใช่ที่ชั้นบรรยากาศโลก หรือสภาพสูญญากาศ โดยขั้นตอนนี้นั้น ยิ่งหากเราเผาที่ความร้อนสูงเท่าไร Carbon Fiber ก็จะยิ่งมีความแข็งแรงได้มากยิ่งขึ้นเท่านั้น
ขั้นตอนที่ 3 การทำ Surface Treatment
นั้นก็คือการทำการเคลือบผิวส่วนหน้าของเส้นใยผ้า ให้สามารถจับรวมตัวกันออกมา จนดูแล้วเป็นเส้นใยที่มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ เพื่อที่จะได้ Carbon Fiber นำไปใช้งานได้จริง โดยการเคลือบทีนี้ เราจะใช้สารประกอบที่มีชื่อว่า “โพลิเมอร์” ควบคู่ลงไปด้วย
ซึ่งคุณสมบัติของสารนี้ จะทำให้ตัวโมเลกุลของผ้าสามารถยึดเกาะโครงสร้างเล็กๆ ให้สามารถมีสภาพคงทนรูปอยู่ได้ และทำให้ตัวเส้นใยมีความแข็งแรงได้มากยิ่งขึ้นไปอีก แต่หากขั้นตอนนี้ เราทำการเคลือบไม่ดี เวลานำเส้นใยไปใช้งานจริงๆก็อาจจะมีโพรงอากาศเกิดขึ้นได้ และสุดท้ายก็จะทำให้โครงสร้างโดยรวมไม่แข็งแรง หรือเปราะบางนั้นเอง
ขั้นตอนที่ 4 การทำ Surface Coating
หรือที่เรียกว่าเป็นการเอา Epoxy มาทำการเคลือบผิวของผ้าลงไปอีกชั้น เพื่อให้เราสามารถนำผ้าไปใช้งานจริงๆได้โดยที่จะไม่มีการหลุดรุ่ยของใยผ้าออกมา เพราะว่าผ้า Carbon Fiber ที่เรานำมาใช้นั้น ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบที่เป็นผืนผ้า
ที่จะต้องนำมาทำการตัด ตกแต่งให้เรียบร้อยและขึ้นรูปกับแม่พิมพ์ที่ต้องการ แล้วทำการหล่อสารลงไปเพื่อนำไปใช้งานจริงๆอีกที โดยหากขั้นตอนนี้เราทำการเคลือบไว้ไม่ดี ไม่เรียบร้อย ผ้าเส้นใย Carbon Fiber ก็มีโอกาสสูงมากที่จะหักเป็นเศษเล็กๆ
เศาเล็กๆเหล่านี้หากเราทำการมองด้วยตาเปล่าก็ไม่อาจเห็นได้ และหากเราทำการสูดดมมันเข้าไป ก็จะเป็นต้นเหตุของโรคมะเร็งขั้วปอดซ้ำได้อีกด้วย
เมื่อจบ 4 ขั้นตอนในการผลิตดังกล่าวแล้ว เราก็จะได้ผืนผ้า Carbon Fiber ซึ่งมีความแข็งแกร่งทนทานกว่าเหล็กแท้ๆ ถึง 5 เท่า (เมื่อทำการเปรียบเทียบกับมวลที่เท่ากัน) นอกจากนี้ยังสามารถทนต่อแรงบิด แรงเค้น และแรงดัดได้สูงอีกมาก
รวมถึงยังมีน้ำหนักโดยรวมที่เบาและมีความหนาแน่นน้อยกว่า ซึ่งหากเราดูที่ความสามารถในเรื่องของการทนทานต่อแรงดึง และแรงต่างๆแล้วละก็ Carbon Fiber สามารถทนแรงดึงได้มากกว่าโลหะชั้นดีอย่าง Titanium หลายเท่าตัวด้วยซ้ำไป
Related Links
Carbon Fiber
Related posts
Tags: Carbon, Carbon Fiber, Epoxy, Fiber, Polyacrylonitrile