TCA logo

 

หน้าแรก

ข่าวสาร

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

การลดน้ำหนักด้วยวัสดุคอมโพสิท

 " Weight reduction with composites”

 

แปลจากนิตยสาร JEC Magazine Composites No.45

 โดย กิตติ  อนุชาผัด

 

ปัญหาที่เกิดจากมลภาวะเป็นพิษซึ่งเกิดจากก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ และราคา
ของน้ำมันที่สูงขึ้นอย่างไม่หยุด  ทำให้ค่าใช้จ่ายในการขนส่งเพิ่มขึ้นอย่างมาก  เป็น
สาเหตุหลักที่ทำให้ผู้ผลิตยานยานต์จำเป็นต้องหามาตรการที่เหมาะสมมาแก้ไขสถาน
การณ์ที่เลวร้ายอยู่ในขณะนี้  ซึ่งวิธีการแก้ไขได้อย่างถูกจุดและทำได้ไม่ยากคือ การลดน้ำหนักของสินค้าที่นำมาผลิต ซึ่งวัสดุที่มีน้ำหนักเบาแต่แข็งแรงเทียบเท่าโลหะ
เช่น วัสดุคอมโพสิท  จึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่เหมาะสมในการลดน้ำหนักโดยไม่สูญเสีย
ความแข็งแรง
   จากข้อมูลที่ได้มีการทดสอบสมรรถนะของรถยนต์ที่ลดน้ำหนักลง 10% สามารถพิ่มประสิทธิภาพของการประหยัดเชื้อเพลิงได้ 5-7% ดังนั้นรถยนต์ที่ถูกใช้งานอยู่บนถนน (ประมาณ 66%) ซึ่งเป็นรถยนต์ขนาดกลาง
มีน้ำหนักประมาณ 1,500 กิโลกรัมต่อวัน หากต้องลดน้ำหนัก 10% นั่นก็หมายถึง
เป็นการลดน้ำหนักถึง 120-150 กิโลกรัม/คัน และหนึ่งในมาตรการลดน้ำหนักซึ่ง
ทำได้ง่าย  โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมรถยนต์     คือการนำเอาวัสดุมาผสมผสานกัน
ในรูปแบบของคอมโพสิทมาใช้นั่นเอง

         ตามที่ประเทศในยุโรปได้ออกกฏหมายควบคุมการลดประมาณอ๊อกซิเจน
ให้ลดลง  จึงทำให้การลดน้ำหนักของยานพาหนะ จำเป็นต้องกระทำในประเทศเยอรมนี
ได้มีการสำรวจว่าการจราจรเป็นสาเหตุให้เกิดก๊าซอ็อกซิเจนถึง 11.9% ดังนั้นจากปี
ค.ศ. 2012 กฏหมายควบคุมมลภาวะเป็นพิษของประเทศในเครือทวีปยุโรปหรือ EU ได้กำหนดการควบคุมปริมาณก๊าซอ๊อกซิเจนไว้ที่ 130 กรัม/กิโลเมตร และประเทศใน
เครือทวีปยุโรปทุกประเทศ  จะต้องตอบสนองนโยบายนี้ให้ได้ภายในปี ค.ศ.2015

วัสดุคอมโพสิทน้ำหนักเบา เช่น  เทอร์โมพลาสติกคอมโพสิท เป็นทางเลือก
หนึ่งที่สามารถลดน้ำหนักของยานยนต์ได้  โดยแบ่งออกเป็นการใช้งาน 2 ระดับ คือส่วนที่เป็นโครงสร้างรับแรง โดยสามารถเสริมแรงด้วยเส้นใยทอ (Textile reinforcement) และวัสดุเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิทเสริมแรงน้ำหนักเบา
(Low weight reinforced thermoplastic composites-LWRT) ส่วนที่เป็นโครงสร้างรับแรงจะมีความหนาแน่นของวัสดุ เทอร์โมพลาสติกคอมโพสิทที่ 1.1–1.7 กรัม/ ลบ.ซม.(g/m3) ในขณะที่น้ำหนักเฉลี่ยของ LWRT อยู่ที่
1,200–2,100 กรัม / ตารางเมตร (g/m3)

 

 

 

 

 

วัสดุที่ใช้เป็นโครงสร้างรับแรงจะเป็นวัสดุโครงร่างชนิด (PP Resin Matrix)
แต่ก็สามารถใช้วัสดุโครงร่างชนิดอื่นๆ (other resin matrices) ก็ได้  ส่วนวัสดุที่ใช้เสริมกำลัง (reinforcement fibers) ก็ยังเป็นใยแก้วชนิด chopped
และ continuous glass fibers ซึ่งแล้วแต่ความต้องการในการเลือกใช้วัสดุและ
ระบบการทำงาน (materials and processes choice of usage) เพื่อให้ได้มาของความแข็งแรงและคุณสมบัติของชิ้นงาน

        ในการพัฒนาวัสดุที่ใช้กับโครงสร้างรับแรงอย่างหนึ่ง คือ การเติมสาร
เติมเต็ม (mineral-filled grade additives) ให้กับวัสดุเสริมแรงที่ไม่ใช่สิ่งทอ ทำให้สามารถเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลได้ถึง 25% และโดยการใส่วัสดุเสริมแรงชนิด
ทอรับแรงได้หลายทิศทาง (multi-layer design for fabric-reinforced
materials) เข้าไปในโครงสร้างรับแรง ทำให้การเสริมกำลังโดยใช้
โครงเหล็กช่วยจึงไม่มีความจำเป็น   ในการสร้างโครงสร้างรับแรงกระแทกด้านหน้า

ของรถยนต์ได้  นอกจากนั้นการนำเอาวัสดุทนความร้อน เช่น สารประกอบ PP/PA

และ PA หรือ PBT มาเป็นวัสดุโครงร่าง (เรซิ่น) จึงทำให้เกิดมิติใหม่ในการเสริม
สมรรถนะของชิ้นส่วนยานยนต์ได้   ในกรณีที่ต้องรับแรงสูงมาก (extreme loads) สามารถนำเอาวัสดุเสริมแรงชนิดที่เป็นเส้นใยเหล็ก (steel-cord-reinforced grade) มาประยุกต์ใช้รับแรงซึ่งสามารถทนแรงกระแทกได้ขณะเกิดการชนด้วยความเร็ว 80 กม./ชม. เนื่องจากการออกแบบที่เป็นโครงสร้างประสารกันสามารถดูดซับพลังงานได้

                  

 

 

 

 

 

       

       

        วัสดุกลุ่มที่สอง ได้แก่ วัสดุเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิทเสริมแรงน้ำหนักเบาหรือ
LWRT ส่วนมากใช้กับชิ้นงานภายในและชิ้นงานใต้ตัวถัง
ดังนั้นอุตสาหกรรมรถยนต์จึงต้องเปลี่ยนวัสดุที่แข็งแรงแต่หนักกว่า  เช่น ชิ้นงานที่ทำจากระบบที่ทำการฉีดขึ้นรูป (Injection moulding) เทคโนโลยีการ
ผลิตแบบ LFT หรือ GMT มาเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า

วัสดุที่นำมาใช้ทั้งสองกลุ่มได้ถูกนำมาผลิตเป็นชิ้นส่วนในรถยนต์มาแล้วหลายปี  รวมๆ แล้ววัสดุประเภทให้ความแข็งแรงของโครงสร้างรถยนต์ โดยใช้วัสดุคอมโพสิทแทนเหล็ก  จะสามารถลดน้ำหนักได้ถึง 50 กิโลกรัม  เฉพาะในเรื่องของวัสดุโครงสร้าง ได้แก่ โครงสร้างป้องกันการชน  โครงขอบประตู ฐานรองรับเครื่องยนต์  โครงรับแรงด้านหน้า โครงสร้างรับแผงหน้าปัทม์  โครงรับเบาะที่นั่ง โครงรับฝากระโปรงท้าย  ชิ้นส่วนใต้ตัวถัง และชิ้นส่วนอื่นๆ อีกมากมาย

 

 

 

 

 

 

 

 

การลดน้ำหนักภายในของรถยนต์ โดยการใช้ระบบLWRT ถึงแม้จะไม่สามารถทำได้มากเท่ากับการลดน้ำหนักโครงสร้างรับแรง  แต่สามารถลดน้ำหนักโดยรวมแล้ว
ได้ถึง 8 กิโลกรัม / รถยนต์หนึ่งคัน  ซึ่งทำได้โดยใช้ระบบ  LWRT ทดแทนวัสดุที่ใช้
อยู่เดิม  เช่น แผงหน้าปัทม์ส่วนบน  ชิ้นส่วนคลุมบริเวณเพลากลาง  แผงข้างประตู  แผ่นกรุเพดานหลังคา  แผงกรุพื้นห้องเก็บของท้ายรถ  ผนังหลังเบาะนั่งหลัง และชิ้นส่วนอื่นๆ

 

 

 

 

 

 

 

รวมกันทั้งโครงสร้างรับแรงและโครงสร้างระบบLWRT จะสามารถลดน้ำหนัก
รวมกันถึง 60 กิโลกรัม ในรถยนต์หนึ่งคัน  ดยการเปลี่ยนชิ้นส่วนเดิมมาเป็นวัสดุคอม
โพสิท  แต่ก็มีข้อควรระวังในเรื่องของการใช้วัสดุและระบบการใช้เทคโนโลยีการผลิต
ที่ถูกต้องและเหมาะสม

 

ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่  www.quadrantplastics.com