ไฟเบอร์กล๊าส VS ไฟเบอร์คาร์บอน: การแข่งขันสุดท้าย!

ผ้าใยแก้วและผ้าคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุเสริมแรงสมรรถนะสูงสองชนิดที่ใช้กันทั่วไปอย่างแพร่หลายในด้านวัสดุคอมโพสิต ความแตกต่างของพวกมันสะท้อนให้เห็นในด้านต่างๆ ดังนี้:

1. องค์ประกอบของวัสดุ

   • ผ้าใยแก้ว: ส่วนใหญ่ประกอบด้วยซิลิคอนไดออกไซด์ (แก้ว) ทำโดยการดึงแก้วหลอมเหลวให้เป็นเส้นใย เป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: ทำจากเส้นใยพรีเคอร์เซอร์โพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) หรือพิชผ่านกระบวนการคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิสูง องค์ประกอบหลักคือคาร์บอน (มากกว่า 90%) ทำให้เป็นวัสดุที่ได้มาจากโพลิเมอร์อินทรีย์

2. คุณสมบัติทางกล

   • ความแข็งแรงและโมดูลัส:

     • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงและโมดูลัสสูงกว่าผ้าใยแก้วอย่างมีนัยสำคัญ (ความต้านทานแรงดึงของคาร์บอนไฟเบอร์: 3000–7000 MPa; ใยแก้ว: 1000–3000 MPa)

     • คาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักเบากว่า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีภาระสูง (เช่น อวกาศ รถแข่ง)

   • ความเหนียว:

     • ใยแก้วมีความเหนียวและความทนทานต่อแรงกระแทกที่ดีกว่า ทำให้ไม่แตกหักง่าย

     • คาร์บอนไฟเบอร์แข็งกว่าแต่เปราะกว่าและอาจแตกหักภายใต้ภาระที่มากเกินไป

3. น้ำหนัก

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีความหนาแน่นต่ำกว่า (~1.5–1.8 กรัม/ซม³ ) เมื่อเทียบกับใยแก้ว (~2.4–2.6 กรัม/ซม³ ) ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไวต่อน้ำหนัก

4. ความทนทานต่ออุณหภูมิ

   • ผ้าใยแก้ว: ทนต่ออุณหภูมิประมาณ 500–600°C (รุ่นอุณหภูมิสูงสามารถเกิน 1000°C)

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: สามารถทนได้ถึง 2000°C ในสภาพแวดล้อมเฉื่อย แต่เริ่มเกิดออกซิเดชันและเสื่อมสภาพเหนือ 400°C ในอากาศ

5. คุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้า

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: นำไฟฟ้าได้สูง เหมาะสำหรับการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคอมโพสิตนำไฟฟ้า แต่อาจรบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

   • ผ้าใยแก้ว: คุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับฉนวนไฟฟ้า (เช่น สับสเตรต PCB)

6. ต้นทุน

   • ผ้าใยแก้ว: ต้นทุนต่ำ (ประมาณ 1/10 ของราคาคาร์บอนไฟเบอร์) พร้อมประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูง

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: มีราคาแพงเนื่องจากต้นทุนการผลิตสูง โดยทั่วไปใช้ในการใช้งานระดับไฮเอนด์

7. ความเสถียรทางเคมี

   • ผ้าใยแก้ว: ทนทานต่อกรดและด่าง แต่อาจกัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับกรด/เบสแก่เป็นเวลานาน

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: ทนทานต่อสารเคมีมากกว่า แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชัน (ต้องใช้สารเคลือบป้องกัน)

8. การใช้งานทั่วไป

   • ผ้าใยแก้ว:
     การเสริมแรงอาคาร (เช่น GFRP), ตัวเรือ, ท่อ, วัสดุฉนวน, ชิ้นส่วนยานยนต์

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์:
     โครงสร้างการบินและอวกาศ รถแข่งสมรรถนะสูง อุปกรณ์กีฬา (ไม้กอล์ฟ จักรยาน) เครื่องมือความแม่นยำ อุปกรณ์ทางทหาร

9. การประมวลผลและการจัดการ

   • ผ้าใยแก้ว: ตัดง่าย ปรับให้เข้ากับพื้นผิวที่ซับซ้อนได้ดี และมีการเปียกของเรซินที่ดี

   • ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: ประมวลผลยากกว่า ต้องใช้เครื่องมือพิเศษ (เช่น เครื่องตัดเพชร) พร้อมการเปียกของเรซินที่แย่กว่าเล็กน้อย

สรุปการเลือก:

• เลือกผ้าใยแก้ว: สำหรับข้อจำกัดด้านงบประมาณ ฉนวนไฟฟ้า ทนทานต่อแรงกระแทก หรือสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (ไม่เกิดออกซิเดชัน)

• เลือกผ้าคาร์บอนไฟเบอร์: สำหรับการลดน้ำหนักอย่างมาก ความแข็งแรง/ความแข็งแกร่งสูง หรือการใช้งานที่ต้องการการนำไฟฟ้า/การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า