กว่าจะมาเป็นพลาสติกที่ใช้ในวิศวกรรมยานยนต์

พลาสติกเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมในวิศวกรรมยานยนต์ด้วยน้ำหนักที่เบาและต้นทุนที่ต่ำ และเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะแล้วความแข็งแกร่งก็ต่ำกว่าแต่สามารถชดเชยได้ด้วยการใช้โพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูงหรือการรวมพลาสติกเข้ากับไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์ โดยที่ส่วนประกอบต่าง ๆ ผลิตขึ้นด้วยการหล่อฉีดขึ้นรูป

ในอุตสาหกรรมยานยนต์ พลาสติกจำนวนมากแปรรูปไปเป็นส่วนประกอบต่าง ๆ โดยกระบวนการหล่อฉีดขึ้นรูป

(ที่มา: © Superstar/Shutterstock.com)

พลาสติกเกิดขึ้นมานานกว่ารถยนต์ เทอร์โมพลาสติกแรกมีชื่อว่า ‘Parkesine’ ถูกนำเสนอโดย Alexander Parkes ในปี 1862 ที่ World Exhibition ในลอนดอน Parkesine เป็นเซลลูโลสไนเตรตที่พัฒนาขึ้นตามธรรมชาติ 

ในปี 1886 Carl Benz เปิดตัวรถยนต์คันแรก ‘Benz Patent-Motorwagen Nummer 1’ (รถยนต์จดสิทธิบัตร หมายเลข 1) ที่ทำจากไม้และโลหะ

ในที่สุดพลาสติกก็ได้รับการยอมรับในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 เนื่องจากเหล็กถูกจำกัดการใช้อย่างหนัก ในปี 1941 Henry Ford จึงพยายามที่จะผลิตรถยนต์จากพลาสติก และใช้เวลาอีก 10 ปีในการผลิตอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี 1951 มีการผลิต ‘Ford Model T’ พลาสติกจึงเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของรถยนต์ทั่วโลกตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

เมื่อเทียบพลาสติกกับโลหะ

พลาสติกยังเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ ด้วยความที่มีน้ำหนักเบากว่าจึงทำให้น้ำหนักโดยรวมของรถยนต์ลดลง ลดการใช้เชื้อเพลิง นอกจากนี้ยังมีราคาที่ถูกกว่าและมีความต้านทานในการกัดกร่อนมากกว่าโลหะ กระบวนการหล่อฉีดขึ้นรูปทำให้สามารถผลิตรูปทรงที่มีความซับซ้อนได้ในรอบการผลิตเดียว

อย่างไรก็ตาม พลาสติกก็มีข้อเสียเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะ คือ ความแข็งแรงเชิงกล เคมี และเทอร์โมไดนามิกต่ำกว่าโลหะ แต่สามารถเพิ่มความแข็งแรงขึ้นได้โดยการใช้โพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูงอย่างโพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโทน (PEEK) ซึ่งมีความทนทานต่ออุณหภูมิและสารเคมีสูง จึงเหมาะสำหรับซีล วาล์ว หรือชิ้นส่วนไฟฟ้าสำหรับรถยนต์

อีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มความแข็งแรง คือ การรวมพลาสติกกับวัสดุที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่า เมื่อวัสดุอยู่ในสัดส่วนปริมาตรที่มากถึง 85 เปอร์เซ็นต์ หรือเรียกว่า พลาสติกเติมสูง (Highly Filled Plastic) หากวัสดุเติมทำมาจากไฟเบอร์ เรียกว่า เสริมไฟเบอร์ หากไฟเบอร์มีความยาวหลายมิลลิเมตร เรียกว่า เทอร์โมพลาสติกเสริมไฟเบอร์แบบยาว (Long Fibre-Reinforced Thermoplastics – LFRT) ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์

ตัวอย่างของพลาสติกในรถยนต์

พลาสติกที่นิยมใช้ตกแต่งภายในรถยนต์ คือ โพลีคาร์บอเนต (PC) มีความโปร่งใส ใช้สำหรับสวิตช์และแผงหน้าปัด โพลียูรีเทน (PU) มักถูกใช้สำหรับเบาะที่นั่ง ที่วางแขน และแผงประตู ให้ความนุ่ม ยืดหยุ่น และสะดวกสบาย ทนต่อการขูดขีด และสามารถผลิตได้หลากหลายสีและเนื้อสัมผัส

สัดส่วนไฟเบอร์กลาสที่สูงในโพลีโพรพีลีน (PP) ช่วยเพิ่มความทนทานและแข็งแรงของส่วนประกอบต่าง ๆ มักใช้กับงานภายในอย่าง แดชบอร์ด แผงประตู และโครงเบาะที่นั่งหรือในส่วนประกอบของตัวถัง โพลีอะไมด์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงต่อแรงดึงสูงและทนต่ออุณหภูมิจึงเหมาะสำหรับการใช้งานในห้องเครื่องยนต์อย่างตัวเรือนกรองอากาศ เป็นต้น

การผลิต LFRT ด้วยการหล่อฉีดขึ้นรูป

ก่อนกระบวนการหล่อฉีดขึ้นรูปไฟเบอร์จะถูกนำเข้าไปในพลาสติกหลอมเหลวทันที เป็นการช่วยปรับความยาวไฟเบอร์ สัดส่วน และการผสมผสานวัสดุของแต่ละส่วนประกอบได้ ขึ้นอยู่กับความท้าทายในการใช้งาน กระบวนการผสมของโพลิเมอร์และไฟเบอร์เรียกว่าการหลอม ซึ่งส่วนที่ยาก คือ การรักษาความยาวไฟเบอร์เนื่องจากประโยชน์เชิงกลจะเสียไป หากไฟเบอร์แตกหักก่อนที่ส่วนประกอบจะถูกสร้างขึ้นมา ทั้งนี้ ของเสียที่เกิดขึ้นสามารถนำไปแปรรูปเป็นเม็ดเล็ก ๆ แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เรียกสิ่งนี้ว่า การรีไซเคิลก่อนถึงมือผู้บริโภค (Pre-Consumer Recycling)

บทความอ้างอิง: https://www.etmm-online.com/

บทความที่น่าสนใจ

• คณะกรรมาธิการยุโรปเสนอกฎบังคับให้แคปซูลกาแฟต้องใช้พลาสติกชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้
• ผู้ผลิตของเล่นร่วมกันหารือในการพัฒนาพลาสติกและของเล่นเพื่อความยั่งยืนในงาน bio!TOY 2023
• Fakuma 2023 งานแสดงสินค้าอุตสาหกรรมพลาสติก เพื่อขับเคลื่อนสู่เศรษฐกิจหมุนเวียน
• โซลูชันสำหรับฝาขวดพลาสติกแบบยึดติดกับขวด รองรับคำสั่งของ EU ภายในปี 2024 

About The Author