A-9 เรซินคาร์บอนไฟเบอร์แบบบางพิเศษ

เรซินคาร์บอนไฟเบอร์แบบอัลตร้าบาง: โซลูชันนวัตกรรมในสาขาของวัสดุคอมโพสิตที่มีน้ำหนักเบา

ในสาขาต่างๆ เช่น อากาศยาน อุปกรณ์ระดับสูง และยานพาหนะพลังงานใหม่ ที่ต้องการสมรรถนะของวัสดุอย่างเข้มงวด การมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงสูงถือเป็นเป้าหมายหลักมาโดยตลอด ในฐานะผลิตภัณฑ์นวัตกรรมในด้านวัสดุคอมโพสิต คาร์บอนไฟเบอร์เพรพเรก (prepreg) แบบบางพิเศษมีข้อได้เปรียบหลักในเรื่อง "ความเบาและความบางอย่างสุดขั้ว" ซึ่งทำลายข้อจำกัดด้านสมดุลของเพรพเรกทั่วไปในแง่น้ำหนัก ความหนา และสมรรถนะ โดยเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างความแม่นยำสูง ทั้งนี้ ผลิตภัณฑ์ที่โดดเด่น เช่น เพรพเรกคาร์บอนไฟเบอร์ชนิด 10 กรัม และเพรพเรกคาร์บอนไฟเบอร์ชนิด 15 กรัม เมื่อรวมกับลักษณะโครงสร้างของเพรพเรกคาร์บอนไฟเบอร์แบบเส้นใยเดียว (unidirectional) และข้อได้เปรียบด้านความแข็งแรงสูงของเพรพเรกคาร์บอนไฟเบอร์แบบ 24T เส้นใยเดียว จึงกลายเป็นจุดสนใจหลักในตลาดวัสดุน้ำหนักเบาในปัจจุบัน

ข้อได้เปรียบหลัก: การกำหนดขอบเขตสมรรถนะของคาร์บอนไฟเบอร์เพรพเรกใหม่

1. คุณสมบัติที่เบาเป็นพิเศษและบางเฉียบอย่างสุดขีด ทำให้ก้าวข้ามข้อจำกัดของวัสดุแบบดั้งเดิมได้

แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กที่บางพิเศษโดดเด่นด้วยคุณลักษณะหลักคือ "น้ำหนักเส้นใยต่อพื้นที่หน่วยต่ำ" ปัจจุบันสามารถทำให้มีน้ำหนักเส้นใยต่อพื้นที่ขั้นต่ำเพียง 10 กรัมต่อตารางเมตร เมื่อมีปริมาณเรซิน 50% น้ำหนักรวมของแผ่นพรีเพร็กจะอยู่ที่เพียง 20 กรัมต่อตารางเมตร ซึ่งต่ำกว่าน้ำหนักของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กทั่วไปอย่างมาก ในแง่ของความหนา ด้วยความหนาแน่นผิวของเส้นใยที่ต่ำและการปรับปรุงกระบวนการซึมผ่านของเรซิน ผลิตภัณฑ์นี้มีความหนาน้อยกว่าแผ่นพรีเพร็กทั่วไปมากกว่า 30% ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างสะดวกในสถานการณ์ที่มีข้อกำหนดด้านขนาดพื้นที่อย่างเข้มงวด เช่น ชิ้นส่วนโครงสร้างผนังบาง และเปลือกหุ้มชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ความแม่นยำสูง

การใช้คาร์บอนไฟเบอร์เพรพเรก 10 กรัม และคาร์บอนไฟเบอร์เพรพเรก 15 กรัม เป็นตัวอย่าง ทั้งสองยังคงคุณลักษณะแบบบางพิเศษ: รุ่น 10 กรัม เน้นที่ "ความเบาสูงสุด" และเหมาะสำหรับชิ้นส่วนภายในอากาศยานที่ต้องคำนึงถึงน้ำหนัก ตัวถอดร่อนโดรน เป็นต้น; รุ่น 15 กรัม มีความสมดุลระหว่างความมั่นคงของโครงสร้างและการออกแบบที่เบา และสามารถใช้กับฝาครอบชุดแบตเตอรี่ของยานพาหนะพลังงานใหม่ กรอบอุปกรณ์กีฬาระดับไฮเอนด์ เป็นต้น เพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานที่ "เบาแต่ไม่อ่อนแอ" ในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน พร้อมกันนี้ ผลิตภัณฑ์ยังปฏิบัติตามมาตรฐานความหนาแน่นของคาร์บอนไฟเบอร์เพรพเรกแบบบางพิเศษไม่น้อยกว่า 5% อย่างเคร่งครัด เพื่อให้มั่นใจว่าเส้นใยและเรซินกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในขณะที่ยังคงความเบา หลีกเลี่ยงปัญหาประสิทธิภาพที่ผันผวนเนื่องจากความหนาแน่นไม่เพียงพอ

2. โครงสร้างยูนิเดอร์รีชั่นแนลเสริมพลัง ทำให้เกิดการก้าวกระโดดทางประสิทธิภาพด้วยความแข็งแรงระดับ 24T

ในฐานะผลิตภัณฑ์หลักของตระกูลพรีเพร็กคาร์บอนไฟเบอร์แบบเส้นใยเรียงทิศทางเดียว ผลิตภัณฑ์พรีเพร็กชนิดบางพิเศษนี้ใช้การออกแบบการจัดเรียงเส้นใยแบบเรียงทิศทางเดียว โดยมีความสม่ำเสมอของทิศทางเส้นใยมากกว่า 99% ซึ่งสามารถดึงศักยภาพคุณสมบัติเชิงกลตามแนวแกนของเส้นใยคาร์บอนออกมาได้สูงสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พรีเพร็กคาร์บอนไฟเบอร์แบบเรียงทิศทางเดียวรุ่น 24T นั้นได้แสดงถึงข้อได้เปรียบด้านความแข็งแรงอย่างเต็มที่ — 24T หมายถึงระดับความแข็งแรงต่อแรงดึงของคาร์บอนไฟเบอร์ รุ่นนี้แสดงสมรรถนะที่ยอดเยี่ยมในการทดสอบคุณสมบัติเชิงกลพื้นฐาน โดยผ่านการปรับแต่งเทคโนโลยีการทอเส้นใยและสูตรเรซิน: เมื่อเทียบกับพรีเพร็กคาร์บอนไฟเบอร์แบบเรียงทิศทางเดียวทั่วไป ความแข็งแรงต่อแรงดึงที่ 0° เพิ่มขึ้น 50% และโมดูลัสการยืดตัวที่ 0° เพิ่มขึ้น 16%

การก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพนี้หมายความว่า ชิ้นส่วนที่ผลิตโดยใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กแบบยูนิเดอร์เรคชันนัล 24T ภายใต้การออกแบบโครงสร้างเดียวกันสามารถรองรับแรงดึงตามแนวแกนและน้ำหนักบรรทุกได้มากขึ้น ขณะที่ลดการใช้วัสดุลง และโมเดลที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น 10 กรัม และ 15 กรัม สามารถทำให้เกิดความก้าวหน้าในข้อกำหนดสองประการ คือ "ความแข็งแรงสูง + น้ำหนักเบา" ยกตัวอย่างเช่น ในภาคอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ขาตั้งดาวเทียมที่ผลิตด้วยวัสดุดังกล่าวสามารถลดน้ำหนักตัวเองได้ 15%–20% ขณะที่ยังคงรักษามั่นคงของโครงสร้างระหว่างการทำงานในวงโคจร และช่วยลดต้นทุนการปล่อยดาวเทียม

3. ความต้านทานการแตกร้าวอย่างมีนัยสำคัญ และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของวัสดุคอมโพสิต

การบางตัวเป็นอีกลักษณะสำคัญหนึ่งของเรซินคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กแบบบางพิเศษนี้ ซึ่งส่งผลโดยตรงให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดดในความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุคอมโพสิต เรซินพรีเพร็กทั่วไปแบบเดิม เนื่องจากมีความหนาค่อนข้างมาก จึงมักเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ ภายในเนื่องจากการหดตัวของเรซินและการรวมตัวของแรงเครียดระหว่างกระบวนการขึ้นรูป ครั้งใดก็ตามที่เกิดรอยแตกร้าว รอยเหล่านี้จะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในวัสดุชั้นหนา จนกระทั่งส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วน ส่วนเรซินพรีเพร็กแบบบางพิเศษนี้ถูกออกแบบมาให้มีชั้นบาง เพื่อควบคุมความหนาของวัสดุในระดับไมโครเมตร ส่งผลให้ผิวสัมผัสระหว่างเส้นใยและเรซินแน่นขึ้น และการกระจายแรงเครียดมีความสม่ำเสมอมากยิ่งขึ้น

การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่า วัสดุคอมโพสิตที่เตรียมโดยใช้พรีเพร็กแบบบางพิเศษนี้ มีความต้านทานการเกิดรอยแตกดีขึ้นกว่าวัสดุคอมโพสิตพรีเพร็กทั่วไปมากกว่า 40% และมีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นในการยับยั้งการขยายตัวของรอยแตก เมื่อวัสดุถูกกระทำด้วยแรงปะทะจากภายนอกและเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็ก โครงสร้างชั้นบางพิเศษสามารถป้องกันไม่ให้รอยแตกขยายลึกลงไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ผลร่วมระหว่างเรซินและเส้นใยสามารถดูดซับพลังงานจากการกระแทกบางส่วนได้ ช่วยป้องกันไม่ให้รอยแตกขยายตัวเพิ่มเติม ข้อได้เปรียบนี้ทำให้วัสดุดังกล่าวมีคุณค่าสูงมากในชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ใบพัดกังหันลม และถังเก็บก๊าซความดันสูง ซึ่งต้องรับภาระแบบไดนามิกเป็นเวลานาน ช่วยยืดอายุการบำรุงรักษาและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก

4. ความยืดหยุ่นสูงในการออกแบบ และการซ้ำแบบต่ำ เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะบุคคล

เมื่อเทียบกับข้อจำกัดของการผลิตแบบมาตรฐานและสถานการณ์การปรับใช้ที่มีอยู่อย่างจำกัดในไพรอิมพ์รีเกรสทั่วไป ไพรอิมพ์รีเกรสคาร์บอนไฟเบอร์ชนิดบางพิเศษนี้มีศักยภาพในการออกแบบที่เหนือกว่า ในด้านหนึ่ง ผลิตภัณฑ์ครอบคลุมข้อมูลจำเพาะของน้ำหนักเส้นใยต่อพื้นที่ เช่น 10 กรัม และ 15 กรัม และสามารถจับคู่กับเส้นใยคาร์บอนแบบเดี่ยว (unidirectional) ที่มีระดับความแข็งแรงแตกต่างกัน เช่น 24T โดยสามารถปรับเปลี่ยนปริมาณเรซิน (ค่าอ้างอิง 50% สามารถปรับแต่งได้ภายในช่วง ±5%) และทิศทางของเส้นใย (รองรับแบบเดี่ยว แบบสองทิศทาง และการจัดเรียงรูปแบบอื่นๆ) ตามความต้องการของลูกค้า เพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการในการผลิตที่หลากหลาย ตั้งแต่ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ความแม่นยำสูงไปจนถึงชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่; อีกด้านหนึ่ง ผลิตภัณฑ์ปฏิบัติตามมาตรฐานอย่างเคร่งครัดที่ระบุว่า "ความคล้ายคลึงกันของผลิตภัณฑ์ภายใต้หมวดหมู่เดียวกันไม่ควรเกิน 70%" โดยผ่านการออกแบบกระบวนการและสูตรที่แตกต่างกัน จึงหลีกเลี่ยงการแข่งขันเชิงแนวเดียวกับผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกัน และมอบแนวทางแก้ไขด้านวัสดุที่มีความเป็นเอกลักษณ์มากยิ่งขึ้นให้กับลูกค้า

ตัวอย่างเช่น ในด้านอุปกรณ์การแพทย์ระดับสูง ลูกค้าจำเป็นต้องปรับแต่งชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง และเข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับแขนหุ่นยนต์ผ่าตัด คาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กแบบบางพิเศษนี้สามารถจัดหาโมเดลแบบเดี่ยวทิศทางที่มีความหนาแน่นผิว 15 กรัม/ตารางเมตร และความแข็งแรง 24T พร้อมเรซินเกรดทางการแพทย์ เพื่อตอบสนองความต้องการในการปรับแต่งตามเกณฑ์ "น้ำหนักเบา ความแข็งแกร่งเพียงพอ และไม่ปล่อยสารอันตราย"; ในด้านยานยนต์พลังงานใหม่ เพื่อรองรับความต้องการด้านการลดน้ำหนักของชุดแบตเตอรี่ โมเดลแบบบางพิเศษที่มีน้ำหนัก 10 กรัมต่อตารางเมตรสามารถนำมาใช้ร่วมกับวัสดุฐานโลหะเพื่อลดน้ำหนักของชุดแบตเตอรี่ ขณะเดียวกันก็เพิ่มความสามารถในการทนต่อแรงกระแทกโดยการต้านทานการแตกร้าว ช่วยให้มั่นใจในความปลอดภัยขณะขับขี่

5. มีความยืดหยุ่นสูงในการผลิต และเข้ากันได้ดีกับเทคโนโลยีการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตหลักๆ

แม้จะมีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่โดดเด่น แต่คาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กแบบบางพิเศษนี้ยังคงรักษาระดับความสามารถในการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม และสามารถใช้งานร่วมกับกระบวนการผลิตวัสดุคอมโพสิตหลักๆ เช่น การขึ้นรูปด้วยความร้อน การอัดขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยการวางเส้นใยอัตโนมัติ โดยไม่จำเป็นต้องให้ลูกค้าปรับเปลี่ยนอุปกรณ์การผลิต ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยความร้อน โครงสร้างชั้นบางพิเศษสามารถเร่งการไหลของเรซินและการระบายอากาศ ลดฟองอากาศที่เหลือตกค้าง และช่วยเพิ่มคุณภาพของการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิต ขณะที่ในกระบวนการวางเส้นใยอัตโนมัติ ความหนาแน่นผิวต่ำทำให้วัสดุพรีเพร็กยึดติดกับพื้นผิวโค้งซับซ้อนได้ง่ายขึ้น ลดความเสี่ยงของการเกิดรอยย่นระหว่างชั้น จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างซับซ้อนโดยระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ในเวลาเดียวกัน การจัดเก็บและการใช้งานผลิตภัณฑ์ก็ได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น โดยใช้บรรจุภัณฑ์สูญญากาศ ทำให้สามารถจัดเก็บได้นานกว่า 6 เดือนในอุณหภูมิ -18 ℃ และสามารถใช้งานได้ทันทีหลังนำออกมาโดยไม่ต้องอุ่นนาน ช่วยลดเวลาการรอในการผลิต; เมื่อเทียบกับพรีเพรกทั่วไป เส้นใยของผลิตภัณฑ์นี้จะเลอะหรือแยกชั้นได้ยากขึ้นในระหว่างกระบวนการตัด ซึ่งช่วยลดอัตราของเสียและควบคุมต้นทุนการผลิตได้ดียิ่งขึ้น