1.        ความหมายของ Composite

Composite หมายถึง สิ่งของหรือวัสดุที่เกิดจากการรวมกันของวัตถุหรือสิ่งของตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป โดยที่วัตถุหรือสิ่งของในที่นี้ในที่นี้ขอเรียกว่า “วัตถุดิบ” ตั้งแต่ 2 ชนิดดังกล่าว มิได้หลอมละลายรวมกันเป็นเนื้อเดียวกัน

วัตถุดิบแต่ละตัวมีคุณสมบัติเฉพาะตัว เมื่อนำมารวมผสมกันเป็นชิ้นงานคอมโพสิท ยังคงมีคุณสมบัติเฉพาะตัวนั้นและเพิ่มคุณสมบัติโดยรวมด้วย อาทิเช่น ชิ้นงานคอนกรีตเสริมเหล็กและคอนกรีต มิได้หลอมรวมกันเป็นเนื้อเดียวกันแต่อย่างใด เหล็ก, หิน, ปูน, ทราย ต่างยังคงเป็นตัวของตัวเอง เมื่อมาคลุกเคล้าผสมกันแล้วขึ้นรูปเป็นพื้นแผ่นคอนกรีตเสริมเหล็ก ก็ยังคงมีคุณสมบัติของเหล็ก, หิน, ปูน, ทรายอยู่ และเสริมเป็นคุณสมบัติโดยรวมของแผ่นคอนกรีตเสริมเหล็กที่ทั้งแข็งแรง และใช้ประโยชน์ได้ต่าง ๆ มากมายเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดิบเปล่า ๆ ของเหล็ก, หิน, ปูน หรือ ทราย เมื่อยังไม่ได้นำมาผสมรวมกันเป็นก้อนชิ้นงาน

ดังนั้น Composite จึงเกิดมีขึ้นและพัฒนาการใช้ประโยชน์มาตามการพัฒนาของวัตถุดิบในรูปแบบต่าง ๆ ในที่นี้เราจะเสนอเจาะไปที่ Composite ของงาน Plastic เท่านั้น

เมื่อเราเข้าใจความหมายของคำว่า “Composite” แล้ว เรามาดูกันว่าใน Composite มีองค์ประกอบหลัก ๆ อะไรบ้าง

2.        องค์ประกอบหลักของ Composite

2.1     Binder Matrix

โดยทั่วไปมักนิยมเรียกว่า “Resin” ทำหน้าที่ในการยึดรวมส่วนประกอบอื่น ๆ ให้อยู่ร่วมกันใน Plastic Composite สิ่งที่ทำหน้าที่ Binder นี้ก็คือตัว “Plastic” นั่นเอง

ในทางเคมี เราสามารถจำแนก Plastic ออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. Thermo – plastics คือ พลาสติกที่สามารถขึ้นรูปใหม่ได้โดยการให้ความร้อน เช่น PP, PE, PVC, เป็นต้น

2. Thermosetting – plastics คือ พลาสติกที่ขึ้นรูปได้เพียงครั้งเดียว เช่น Acrylic, Polyester, Melamine เป็นต้น

ในที่นี้จะกล่าวเน้นที่ Thermosetting – plastic ชนิด Polyester ในกลุ่มพวก Unsaturated – Polyester หรือสั้น ๆ UP-resin

2.2     Reinforcement Matrix

เป็นองค์ประกอบของ Composite ที่ให้คุณสมบัติในการช่วยรับและส่งกระจายแรงกระทบออกไป ได้แก่

1. Glass Fiber

2. Carbon Fiber

3. Aramid Fiber

4. Boran Fiber

5. Aluminium Fiber

6. Natural Fiber

2.3     Additives

เป็นสารเพิ่มเติมคุณสมบัติอื่น ๆ ที่ต้องการจะเพิ่มเติมให้มีในชิ้นงาน Composite ได้แก่

1. Fillers ต่าง ๆ จะเน้นในการเพิ่มน้ำหนักและความแข็ง ได้แก่ Calcium Carbonate, Talc เป็นต้น

2. Accelerator ตัวช่วยเร่งการแห้งหรือ Set ตัวของ Resin เช่น MEKP, Cobalt เป็นต้น

3. ตัวเพิ่มคุณสมบัติอื่น ๆ เช่น แม่สี (Colour Paste), สารไล่ฟอง (Anti-foaming), สารลดความหนืด, สารช่วยการกระจายตัวของส่วนผสมให้สม่ำเสมอ เป็นต้น

                      ทั้งหมดข้างต้นนี้เป็นองค์ประกอบหลัก ๆ ที่จะใช้ผสมกันแล้วเกิดเป็น Composite เพียงแต่ใช้วัตถุดิบองค์ประกอบหลัก ๆ เหล่านี้มารวม ๆ กัน แล้วจะได้ชิ้นงาน Composite ที่ต้องการเหมาะสมนั้นต้องมีกระบวนการผลิตที่เหมาะสมด้วย ดังนั้นเรามารู้จักกับกระบวนการผลิตกันบ้าง

3.        กระบวนการผลิต (Processes)

                  การขึ้นรูปงาน Composite มีตั้งแต่วิธีการง่าย ๆ จนถึงระบบคอมพิวเตอร์ เอาพอเป็นแนวทางง่าย ๆ ก็เริ่มจาก

3.1     งานทำด้วยมือ (Hand Lay-up)

เป็นกระบวนการผลิตเบื้องต้นที่ง่ายสะดวก แต่พัฒนาทักษะได้ดีมาก ผู้ทำงาน Composite ทุกคนล้วนต้องเริ่มต้นเรียนรู้จากกระบวนการนี้

เริ่มต้นจากการผสมส่วนประกอบต่าง ๆ ด้วยมือ แล้วก็นำไปทาด้วยแปรงหรือลูกกลิ้งลงบนแม่แบบ โดยใช้มือจนทั่วทั้งชิ้นงาน

พื้น ๆ ง่าย ๆ แต่ต้องใช้ทักษะคนทำงานเป็นพิเศษ ใช้ผลิตงานได้ทุกรูปแบบ

3.2     แบบพ่น (Spray-up)

มีเครื่องพ่นมาช่วยในการพ่นน้ำยาไปบน Reinforcement Matrix จนถึงขนาดพ่นไปพร้อมกับ Reinforcement Materials เลย

ตัวเครื่องจะผสมน้ำยาและตัว Hardener ตามที่ตั้งค่าไว้มีทั้งแบบ Manual และ Automatic ถึงระดับ Computerized Control

หลังจากพ่นลงบนแม่แบบแล้วก็ยังคงต้องใช้มือในการช่วยกลิ้งลูกกลิ้ง เพื่อไร้ฟองและรีดชิ้นงานให้แนบเนียนตามต้องการ ใช้ผลิตชิ้นงานได้ทุกรูปแบบเช่นงานทำด้วยมือ

3.3     แบบพัน (Filament Winding)

เป็นเครื่องพันเส้นใย Reinforcement และน้ำยาไปบนแม่แบบชนิดทรงกลม, ทรงกระบอก ลักษณะแม่แบบที่หมุนตัวแล้วพันใยแก้วไปรอบ ๆ แม่แบบ ใช้ในการผลิตชิ้นงานพวก ถัง ท่อ เป็นต้น รูปแบบเหลี่ยม ๆ แบน ๆ ทำไม่ได้เลย ก็เป็นกระบวนการผลิตเฉพาะหน่อย

3.4     แบบดึง (Pultrusion)

เป็นกระบวนการผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องดึงผ่านแม่แบบ ใช้ผลิตชิ้นงานประเภทยาว ๆ และมีรูปร่างสม่ำเสมอในทางยาว ๆ เช่น วงกลบ ประตู หน้าต่าง กระเบื้อง แผ่น Sheet หลังคา

          3.1 – 3.4 เป็นการผลิตแบบเปิด คือจะได้ชิ้นงานหน้าเรียบ หนึ่งด้าน ต่อไปนี้เราจะได้งานหน้าเรียบ 2 ด้านคือ

3.5     แบบฉีด (Resin Injection Molding; RIM หรือ Resin Transfer Molding; RTM)

เป็นกระบวนการฉีดเรซิ่นเข้าไปในแม่แบบที่จัดวางตัว Reinforce ไว้เรียบร้อยแล้ว นิยมใช้ผลิตงานที่ต้องการความหนาแน่นสูง ไร้ฟองอากาศ และชิ้นงานมีความเรียบทั้ง 2 หน้า ต่อมามีการพัฒนาให้ทำงานได้เร็วและสะดวกขึ้น โดยใช้ Vacuum (สุญญากาศ) เข้าช่วย ก็เรียกว่า VARIM (Vacuum Assisted Resin Injection Molding), VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)

ก็พัฒนากันไปได้อีกเรื่อย ๆ ถึงขนาดมี Computer Control อัตโนมัติ ว่าจะฉีดปริมาตร Resin มากน้อยแค่ไหน แห้งเร็ว – ช้า ตั้งเวลา และอุณหภูมิที่ต้องการอบชิ้นงาน

3.6     BMC (Bulk Molding Compound) & SMC (Sheet Molding Compound)

เป็นชื่อวัตถุดิบที่นิยมนำมาเรียกแทนกระบวนการผลิตไปแล้วในปัจจุบัน ชื่อกระบวนการผลิตจริง ๆ เรียกว่า “แบบอัด” (Compression)

เหมือนเครื่องอัดขึ้นรูปชิ้นงานเหล็ก แต่จะมีระบบให้ความร้อน – ความเย็น (Heater – Cooler) ที่แม่แบบด้วย นิยมใช้ผลิตในอุตสาหกรรมชิ้นส่วนรถยนต์ เช่น ฝากระโปรงรถ หลังคา หรือ ฝาครอบเครื่องเป็นต้น

BMC นั้น วัตถุดิบจะผสมกันมาเสร็จแล้วอยู่ในรูปเป็นก้อนคล้ายดินน้ำมันวางลงในแม่แบบ กดอัดเนื้อ BMC จะกระจายไปทั่วแม่แบบแล้ว Set ตัวตามอุณหภูมิและเวลาที่ตั้งไว้ ก็จะได้ชิ้นงาน นิยมใช้กับงานชิ้นเล็ก ๆ

SMC จะไม่มาเป็นก้อน ๆ แต่จะมาเป็นแผ่น ถึงเรียกว่า “Sheet” คล้าย ๆ ผ้าน่วมเรานี่แหละครับ คลี่ออกมาวางบนแม่แบบแล้วกดอัดเช่นเดียวกับ BMC ก็ได้ชิ้นงานมา นิยมใช้กับชิ้นงานบางหน่อยแต่เป็นแผ่นกว้าง ๆ เช่น ฝากระโปรงรถเป็นต้น

 เริ่มต้นจากความหมายวัตถุดิบ ขึ้นรูปด้วยกระบวนการผลิต เรียกว่าพอรู้จักกันแล้ว มาดูว่าทั้งหมดที่กล่าวมาเอามาทำเป็นชิ้นงานอะไรบ้าง

4.        ผลิตภัณฑ์ (Applications)

เราไม่สนใจว่าในบ้านเราใช้ทำอะไรบ้างแล้วนะครับ แต่เราจะดูว่ามีการนำไปใช้ทำอะไรกันบ้างแล้วในระดับโลก แยกเป็นกลุ่ม ๆ ได้แก่

4.1     กลุ่มอากาศยาน (Aerospace)

ใช้ผลิตชิ้นส่วนอากาศยานตั้งแต่เครื่องร่อน เครื่องบิน ยานอวกาศ มีเป็นชิ้นงาน ที่นั่ง กล่องเก็บสิ่งของ ถังน้ำมันเชื้อเพลิง ตู้เอกสาร แผงควบคุม จนถึงปีก หางเสือบังคับ ห้องผู้โดยสาร ห้องนักบิน ห้องน้ำ สุขภัณฑ์

4.2     กลุ่มยานยนต์และขนส่ง (Automotives & Transportation)

ใช้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์และรถโดยสารต่าง ๆ เช่น รถ Van Bus Picnic ที่เป็นตู้ลาก มีห้องนอน ห้องน้ำ ห้องครัว ห้องนั่งเล่นแบบ Camping ของฝรั่ง รวมไปถึงรถสะเทิ้นน้ำ สะเทิ้นบก ใช้ทดสอบวิ่งใน London แล้วด้วย รถไฟฟ้า BTS & MRT ใต้ดิน บนดิน บนฟ้า เช่น กระเช้าไฟฟ้า

4.3     กลุ่มโครงสร้างและการก่อสร้าง (Civil & Construction)

สร้างโครงสะพานต่าง ๆ เสาไฟฟ้า โครงกระเช้าไฟฟ้า กังหันลมผลิตไฟฟ้า โครงอาคาร หอแสดงสินค้ากลางแจ้ง อุปกรณ์เครื่องเล่นในสวนสนุก ถังน้ำ ท่อร้อยสายไฟฟ้า ท่อประปา ท่อระบายน้ำ หลุมหลบภัย Camp เต็นท์เอนกประสงค์ หอเรดาร์

4.4     กลุ่มเรือ (Marin)

ผลิตเรือ ตั้งแต่หัวเรือ อุปกรณ์ตกต่างเรือ อุปกรณ์ช่วยชีวิตทางน้ำ เรือยอร์ช เรือดำน้ำ เรือท่องเที่ยว เรือตรวจการณ์ เรือเร็ว เรือพาย เรือถีบ เรือด่วนเจ้าพระยายันเรือรบเลยครับ

4.5     งานตกแต่ง (Decoration)

ตั้งแต่ตกต่างสถานที่ ตกแต่งภายในจนเฟอร์นิเจอร์ต่างๆ สุขภัณฑ์ เคาเตอร์ครัว ห้องน้ำ อ่างอาบน้ำ ตู้โชว์ ตู้เสื้อผ้า โต๊ะ เก้าอี้ ตกแต่งสนาม เช่น บ่อน้ำพุ ตุ๊กตากลางแจ้ง หินเทียม น้ำตาเทียม สวนเอนกประสงค์ ตกแต่งหน้าร้านขายของ Kiosk ตู้ขายของตามสถานที่ต่าง ๆ

4.6     อุปกรณ์กีฬา (Sporting Equipment)

อุปกรณ์กีฬา เช่น ไม้กอล์ฟ เรคเก็ตเทนนิส ไม้แบดมินตัน เรือ Kayak Canue เรือถีบ เรือใบ จักรยาน รถแข่ง ไม้พาย กระดานโต้คลื่น กระดานหิมะ Ski

4.7     อุปกรณ์ปลอดภัย (Safety Equipment)

เช่น เตียงพยาบาล เปลสำหรับผู้ป่วย (เปลสนาม) รถเข็นคนพิการ แขน – ขาเทียม หมวกกันน็อก กล่องอุปกรณ์ช่วยชีวิตลอยน้ำบนเรือโดยสารต่าง ๆ ประตูนิรภัยกันเพลิงไหม้ ตู้ควบคุมไฟฟ้า