คาร์บอนไฟเบอร์—ราชาแห่งวัสดุใหม่

บทนำเกี่ยวกับคาร์บอนไฟเบอร์


คาร์บอนไฟเบอร์ เป็นวัสดุเส้นใยชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง และมีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 95% เป็นวัสดุกราไฟต์ไมโครคริสตัลไลน์ที่ได้จากการนำเส้นใยอินทรีย์ ซึ่งประกอบด้วยผลึกกราไฟต์รูปแผ่นเรียงซ้อนกันตามแนวแกนของเส้นใย ไปผ่านกระบวนการคาร์บอนไนเซชันและกราไฟต์ไนเซชัน

คาร์บอนไฟเบอร์ คาร์บอนมีน้ำหนักเบากว่าอะลูมิเนียมแต่แข็งแรงกว่าเหล็ก มีคุณสมบัติเด่น เช่น ทนต่อการกัดกร่อน โมดูลัสสูง ความหนาแน่นต่ำ ไม่เกิดการคืบตัว นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิสูงมากในสภาพแวดล้อมที่ไม่เกิดออกซิเดชัน และทนต่อความล้าได้ดีเยี่ยม ด้วยการผสมผสานคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุคาร์บอนเข้ากับความอ่อนนุ่มและการแปรรูปได้ง่ายของเส้นใยสิ่งทอ ทำให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายภาคส่วน เช่น การป้องกันประเทศและการทหาร การบินและอวกาศ อุปกรณ์กีฬา อุตสาหกรรมยานยนต์ อุปกรณ์พลังงาน อุปกรณ์ทางการแพทย์ เครื่องจักรกลก่อสร้าง การขนส่ง และการเสริมแรงโครงสร้าง นับเป็นวัสดุเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญยิ่งต่อการพัฒนาการป้องกันประเทศและเศรษฐกิจของประเทศ

การจำแนกประเภทของคาร์บอนไฟเบอร์

ตามวัตถุดิบ: เส้นใยคาร์บอนแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ เส้นใยคาร์บอนที่ทำจากเรยอน เส้นใยคาร์บอนที่ทำจากน้ำมันดิน และเส้นใยคาร์บอนที่ทำจากโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ในบรรดาประเภทเหล่านี้ เส้นใยคาร์บอนที่ทำจาก PAN เป็นสารตั้งต้นที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับการผลิตเส้นใยคาร์บอนประสิทธิภาพสูง เนื่องจากกระบวนการผลิตที่ง่าย ต้นทุนต่ำ ผลผลิตคาร์บอนไนเซชันสูง และคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม เส้นใยคาร์บอนที่ผลิตจาก PAN มีประสิทธิภาพโดยรวมดีที่สุด มีกระบวนการผลิตที่ง่ายและครบวงจร มีการใช้งานที่หลากหลายที่สุด ปริมาณการผลิตสูงที่สุด และมีประเภทให้เลือกมากมายที่สุด โดยครองตลาดโลกคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 90% ของการผลิตทั่วโลกทั้งหมด
โดยผลงาน: เส้นใยคาร์บอนสามารถจำแนกได้เป็นประเภทใช้งานทั่วไป ความแข็งแรงสูง (GQ) ความแข็งแรงสูง/โมดูลัสปานกลาง (QZ) โมดูลัสสูง (GM) และความแข็งแรงสูง/โมดูลัสสูง (QM) เนื่องจากบริษัท Toray Industries เป็นผู้นำในด้านนี้ การกำหนดชื่อผลิตภัณฑ์ของบริษัทจึงกลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม โดยทั่วไปแล้ว ผลิตภัณฑ์จะถูกจัดประเภทเป็นซีรีส์ความแข็งแรงสูง "T" และซีรีส์โมดูลัสสูง "M" (รุ่นเฉพาะแสดงไว้ด้านล่าง) ตัวเลขที่สูงกว่าแสดงถึงเกรดประสิทธิภาพที่สูงกว่า และเกรดที่มีตัวอักษรต่อท้ายจะมีประสิทธิภาพดีกว่าเกรดที่ไม่มีตัวอักษรต่อท้าย (เช่น T300B มีประสิทธิภาพดีกว่า T300)
แบ่งตามขนาดของรถพ่วง: เส้นใยคาร์บอนแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ เส้นใยขนาดเล็กและเส้นใยขนาดใหญ่ เส้นใยคาร์บอนขนาดเล็กในระยะแรกส่วนใหญ่ประกอบด้วยเกรด 1K, 3K และ 6K ก่อนที่จะพัฒนาไปรวมถึง 12K และ 24K โดยส่วนใหญ่ใช้ในภาคส่วนเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การป้องกันประเทศและอวกาศ (เครื่องบิน ขีปนาวุธ จรวด และดาวเทียม) รวมถึงอุปกรณ์กีฬาและสันทนาการ เช่น อุปกรณ์ตกปลา ไม้กอล์ฟ และไม้เทนนิส ส่วนเส้นใยคาร์บอนที่มีขนาดเส้นใย 48K ขึ้นไป—รวมถึง 48K, 60K และ 80K—โดยทั่วไปจัดเป็นเส้นใยคาร์บอนขนาดใหญ่ โดยส่วนใหญ่ใช้ในงานอุตสาหกรรม ครอบคลุมภาคส่วนต่างๆ เช่น สิ่งทอ การดูแลสุขภาพ เครื่องกลไฟฟ้า วิศวกรรมโยธาและการก่อสร้าง การขนส่ง และพลังงาน

คุณสมบัติของคาร์บอนไฟเบอร์