วิธีการผลิตแผ่นรังผึ้ง
เรียบเรียงโดย จุติ เพียรล้ำเลิศ
การผลิตแผ่นรังผึ้งในระดับอุตสาหกรรมเริ่มต้นเมื่อประมาณช่วงปี 1940 จริงๆ แล้วแผ่นรังผึ้งสามารถทำขึ้นมาได้จากวัสดุแทบทุกชนิดที่เป็นแผ่นแบน ในปัจจุบันเราจะแยกชนิดของแผ่นรังผึ้งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือประเภทโลหะ และประเภทอโลหะ
กลุ่มโลหะประกอบไปด้วยวัสดุประเภท อลูมิเนียม เหล็กสตนเลส หรือ ไทเทเนียม ที่พบเห็นกันบ่อยๆก็มีอลูมิเนียมตั้งแต่เกรด 3003 5052 5056 จนถึง 2024 และ 3003 นั้นจะใช้ทำรังผึ้งเกรดทั่วไป 5050 กับ 5056 จะใช้ทำเกรดพิเศษขึ้นมา ส่วน 2024 ใช้ทำแผ่นรังผึ้งที่ต้องการการทนความร้อนสูง (216 c ° )
ในขณะที่แผ่นรังผึ้งอโลหะจะประกอบไปด้วยวัสดุประเภท ไฟเบอร์กลาส
กระดาษ Nomex หรือ กระดาษคราฟท์ กระดาษ Nomex นั้นนิยมนำมาทำเป็น
แผ่นรังผึ้ง เนื่องจากราคาที่ถูกกว่า แต่ก็ให้ความแข็งแรงที่ต่ำกว่าเช่นกัน
และยังมีปัญหาเรื่องการติดไฟด้วย ไฟเบอร์กลาสหรือผ้าใยแก้วที่มีขนาดบางๆ ไม่ว่าจะเป็นแบบทอลายตรง (plain weave) หรือลายเฉียง + - 45 องศา (Biaxial) ก็เอามาทำแผ่นรังผึ้งที่ต้องการความเบาและมีขนาด เซลล์ เล็กๆ โดยแผ่นรังผึ้งไฟเบอร์กลาสที่ทำจากผ้าใยแก้วลายเฉียงจะทนแรงเฉือนได้ดีกว่า แต่จะทนแรงกดได้น้อยกว่าแบบที่ทำจากผ้าใยแก้วลายตรง ส่วนกระดาษคราฟท์นั้นต้องผ่านการทรีตเมนท์ด้วยสารประกอบเกลือให้ทนไฟ
จนกระทั้งผ่านมาตฐาน UL ก่อนถึงจะนำมาใช้ได้ นอกจากนี้ยังมีวัสดุอื่นๆที่ใช้ทำ
แผ่นรังผึ้งอยู่บ้างเหมือนกันแม้จะมีจำนวนน้อย เช่น ทองแดง ตะกั่ว อเบสทอส ไมล่าร์
หรือ เคฟลาร์ รวมไปถึงวัสดุใหม่ๆ อย่างคาร์บอนไฟเบอร์ด้วย
กระบวนการผลิต
แบ่งเป็นสองวิธีตามการขึ้นรูปแผ่นรังผึ้ง
วิธีที่หนึ่งโดยการดึงขยาย วิธีนี้เริ่มจากการนำม้วนวัสดุเช่นม้วนอลูมิเนียม
ม้วนพลาสติก หรือม้วนกระดาษ มาตัดเป็นแผ่น แล้วทากาวแต่ละแผ่นเป็นแถบเว้น
แถบทั้งด้านหน้าและด้านหลัง โดยให้แถบกาวด้านหน้าและด้านหลังเว้นสลับกัน (
ดูรูปที่ 1 ประกอบ) แล้วนำแผ่นวัสดุเหล่านี้มาเรียกช้อนกันให้กาวยึดติดแผ่นต่อ
แผ่นภายใต้แรงกด ก็จะได้ตั้งวัสดุที่เรียกว่า expansion block เมื่อกาวแห้งดีแล้ว
บล็อกดังกล่าวจะถูกนำมาตัดสไลด์ให้ได้ความความหนาของแผ่นรังผึ้งที่ต้องการ เช่นถ้าต้องการผลิตแผ่นรังผึ้งที่ความหนา 10 มิลลิเมตร ก็จะนำ block มาสไลด์เป็น
แถบๆ แต่ละแถบกว้าง 10 มิลลิเมตร หลังจากนั้นก็นำมาจับให้ยืดออกทางแนวตั้ง ส่วนที่ไม่มีกาวก็จะถูกดึงยืดออกเป็นผนังของ เซลล์ ได้เป็นแผ่นรังผึ้งตามความหนา
ที่ต้องการ
รูปที่ 1
ถ้าวัสดุที่นำมาทำเป็นแผ่นรังผึ้งเป็นแผ่นโลหะก็จะคงสภาพอยู่ในรูปของแผ่น
รังผึ้งได้เองโดยไม่ต้องไปทำอะไรต่อ แต่ถ้าเป็นวัสดุอื่นๆ ที่ไม่สามารถคงตัวอยู่
ได้ด้วยตัวของมันเองเช่นกระดาษหรือไฟเบอร์กลาส ก็จะต้องมีการยึดให้คงรูปไว้
โดยใช้โครงไม้หรือโครงเหล็กแล้วนำไปชุบสารเคลือบจำพวกเรซิ่นก่อนเข้าเตาอบ
ให้เรซิ่นแข็งตัวแล้วคงรูปเป็นแผ่นรังผึ้งที่สมบูรณ์ ซึ่งกระบวนการชุบเรซิ่นแล้วอบนี้
อาจจะต้องทำหลายรอบกว่าที่จะได้ความหนาของผนังรังผึ้งตามกำหนด โดยปรกติแล้วจะทำการชุบประมาณ 3 รอบ แต่ก็มีบางกรณีเหมือนกันที่ต้องทำการชุบ
ถึง 30 รอบกว่าจะได้ความหนาของผนัง เซลล์ ที่ต้องการ การทาหรือพิมพ์แถบกาวนั้นสามารถทำได้ทั้งตามแนวยาว (ดังรูปที่ 1) หรือตามแนวขวางก็ได้ ขึ้นอยู่กับการออกแบบแผ่นรังผึ้งที่จะผลิตออกมาว่
าจะหลีกเลี่ยงข้อจำกัดในแง่ขนาดของแผ่นทางด้านไหน ทางด้านความยาว หรือ ความหนาของแผ่น ถ้าพิมพ์แถบกาวตามแนวยาว แผ่นรังผึ้งก็จะมีความยาว (L)
ที่จำกัด แต่ถ้าพิมพ์แถบกาวตามแนวขวางแผ่นรังผึ้งก็จะมีความหนา (T) ที่จำกัด
มีในบางกรณีที่ไม่สามารถติดผนังเซลล์ (จุดที่เชื่อมกันเรียกว่า node ดังแสดง
ในรูปที่ 2) ด้วยกาวได้เนื่องจากแผ่นรังผึ้งนั้นถูกออกแบบมาให้ใช้ในสภาพอุณหภูมิ
ที่สูงมากๆ กว่า 400 c. การติดผนังเซลล์จะใช้วิธีการเชื่อมแทน เช่นเดียวกับ
แผ่นรังผึ้งที่ทำขึ้นจากพลาสติกประเภทเทอรโมพลาสติด อย่าง โพลีโพรไพลีน ก็สามารถที่จะใช้วิธีให้ความร้อนตรงผนังส่วน node ให้หลอมตัวเข้าด้วยกันเลย
ไม่ต้องใช้กาวติดก็ได้
รูปที่ 2
วิธีที่สองโดยการขึ้นรูปลอนลูกฟูก
เริ่มต้นจากการนำม้วนวัสดุที่ขึ้นรูปได้โดยการกด เช่น ม้วนโลหะมาผ่านลูกกลิ้งที่ทำ
เป็นลอนตามลักษณะของ เซลล์ ที่ออกแบบไว้ นำลูกฟูกที่ไหลออกมาจากลูกกลิ้งมา
ตัดเป็นแผ่นตามความยาวของแผ่นรังผึ้ง (L) ที่ต้องการก่อนนำไปติดกาวหรือเชื่อม node ในแต่ละแผ่น แล้ววางแผ่นลูกฟูกนั้นทับซ้อนกันให้ได้ความสูงตามความกว้างของ
แผ่นรังผึ้งที่ต้องการ (W) ตามรูปที่ 3 เมื่อกาวหรือรอยเชื่อมแห้งสนิทดีแล้ว
จะได้เป็น block รังผึ้งที่จะถูกสไลด์เป็นแผ่นรังผึ้งอีกที
รูปที่
ตามความเป็นจริงแล้ว วิธีขึ้นลอนลูกฟูกนี้เป็นวิธีแรกเริ่มที่พัฒนามาก่อนวิธีดึงขยาย
ที่ได้กล่าวถึงไปก่อนหน้า ในปัจจุบันมีการผลิตเพียง 5 % ของการผลิตแผ่นรังผึ้ง
ที่ยังใช้วิธีนี้อยู่ เหตุที่ถูกทดแทนโดยวิธีดึงขยาย เพราะวิธีการขึ้นรูปลอนลูกฟูก
ต้องใช้คนงานมากิโลกรัมว่าเนื่องจากมีขั้นตอนการทำงานที่มากกว่าและยาวกว่า ทั้งในการทากาวหรือการเชื่อม node รวมไปถึงการนำแผ่นวัสดุนั้นๆ มาซ้อนกัน
นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดในการให้น้ำหนักกดทับในขั้นตอนการติดกาว node ที่จะใช้แรงกดมากไม่ได้ ไม่เช่นนั้นวัสดุที่ขึ้นรูปเป็นลูกฟูกก็จะเสียรูปทรงไปและทำให้ เซลล์ ไม่ได้เป็นรูปทรงที่ต้องการ ผลที่จะตามมาจากการใช้แรงกดน้อยนั้น
จะทำให้รอยต่อกาวตรง node จะหนากว่าวิธีแรกมาก โดยน้ำหนักของกาวอาจสูง
ถึง 10 % ของน้ำหนักรังผึ้งเลยทีเดียว ขณะที่ถ้าใช้วิธีดึงขยายนั้นน้ำหนักของกาว
จะอยู่ที่ 1 % ของน้ำหนักรังผึ้งเท่านั้น
ด้วยปัจจัยความยุ่งยากในการผลิตทำให้แผ่นรังผึ้งที่ผลิตโดยวิธีขึ้นลอนลูกฟูก
จะมีต้นทุนและราคาที่สูงกว่าแบบดึงขยายมาก แต่ก็ยังมีการผลิตอยู่ในกรณีเฉพาะ
ที่ต้องการแผ่นรังผึ้งที่มีความหนาแน่นสูง (กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) ปัจจัยที่กำหนดความหนาแน่นของแผ่นรังผึ้งคือวัสดุที่ใช้ ความหนาของผนังเซลล์ รูปร่างและขนาดของเซลล์ ปรกติแผ่นรังผึ้งความหนาแน่นสูงจะทำจากแผ่นโลหะ
จำพวกแผ่นอลูมิเนียมที่ความหนาตั้งแต่ 0.076 มิลลิเมตร ถึง 0.152 มิลลิเมตร ใช้ทำแผ่นรังผึ้งที่ความหนาแน่นตั้งแต่ 192 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร จนถึง 880 กิโลกรัม/ ลูกบาศก์เมตร แต่ที่ความหนาแน่นระดับนี้การขึ้นรูปแผ่นรังผึ้ง
โดยการดึงขยายจะทำ
ไม่ได้ การดึงขยายจะต้องใช้แรงดึงที่สูงมากเกินกว่าที่กาวที่ยึดอยู่ตามnode
จะทนรับได้ เราจึงยังเห็นการผลิตแผ่นรังผึ้งแบบนี้โดยวิธีขึ้นลอนลูกฟูกอยู่
แน่นอนว่าแผ่นรังผึ้งความหนาแน่นสูงนั้นมีความแข็งแรงมากกว่าแผ่นรังผึ้งชนิด
เดียวกันที่ความหนาแน่นต่ำกว่า เพราะมีผนังเซลล์ที่หนากว่าและขนาดเซลล์ที่เล็กกว่า แต่แรงยึดเกาะระหว่างผนังเซลล์ ตรงnode อาจจะต่ำกว่าก็ได้ ถ้าแผ่นรังผึ้งที่มี
ความหนาแน่นต่ำนั้นถูกผลิตโดยวิธีการดึงขยาย เนื่องการเชื่อมติดกาวของวิธีการผลิต
แบบดึงขยายนั้นทำภายใต้แรงกดที่สูงกว่ามาก ดังที่อธิบายไปแล้วข้างต้น โดยปรกติแล้วเกณฑ์ในการเลือกวิธีผลิตคือที่ดูที่ความหนาแน่นของแผ่นรังผึ้งที่ต้องการ
ผลิตเป็นสำคัญ โดยใช้ความหนาแน่นที่ 192กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร เป็นเส้นแบ่ง นั่นคือที่ความหนาแน่นต่ำกว่า 192 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ก็ควรผลิตโดยวิธีแบบดึงขยายซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่าและมีแรงยึดตัวของกาวระหว่างเซลล์ สูงกว่า ในขณะที่ความหนาแน่นตั้งแต่ 192 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ขึ้นไปก็ต้องผลิตด้วยวิธีขึ้นลอนลูกฟูก
ข้อจำกัดอีกอย่างของแผ่นรังผึ้งความหนาแน่นสูงคือการหลุดหรือฉีกของกาวระหว่าง
ผนังเซลล์ เมื่อต้องทำการม้วนแผ่นรังผึ้ง ไม่ว่าเพื่อการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์หรือการขนส่งก็ตาม นี่ก็เกิดจากแรงยึดเกาะของกาวในการผลิตแบบลูกฟูกที่จะต่ำกว่าแบบดึงขยายนั่นเอง