เกราะน้ำหนักเบาตัดผ่านคลื่น: ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกนกำลังเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการต่อเรืออย่างไร?

เรือใบลำหนึ่งที่มีน้ำหนักตัวเรือเพียง 28 กิโลกรัมสามารถแล่นฝ่าคลื่นไปได้ด้วยพลังลม โดยยังคงความมั่นคงเหมือนก้อนหิน คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าเหตุใดไฟเบอร์คาร์บอนจึงก้าวข้ามจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศมาสู่อุตสาหกรรมการต่อเรือ และกลายเป็นองค์ประกอบมาตรฐานในเรือระดับพรีเมียมอย่างรวดเร็ว

คำตอบอาจอยู่ที่ตัวเลขนี้: การลดน้ำหนักได้มากกว่า 20% เมื่อเทียบกับโครงสร้างโลหะผสมอลูมิเนียมแบบดั้งเดิม เมื่อเรือเฟอร์รี่สำหรับผู้โดยสารที่มีความยาว 34 เมตรสามารถลดน้ำหนักลงได้หนึ่งในห้าของน้ำหนักรวม ผลลัพธ์ที่ได้ไม่ใช่เพียงแค่ความเร็วที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้พลังงานที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และระยะการเดินทางที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนนี้คือเสน่ห์ของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน (multi-axial fabrics) ในอุตสาหกรรมทางทะเล

การนำไปใช้อย่างครอบคลุมในอุตสาหกรรมทางทะเล: แผนที่นำทางของคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน

ด้วยประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน (multi-axial) จึงได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในโครงสร้างหลัก ชิ้นส่วนสำคัญ และสิ่งอำนวยความสะดวกเสริมของการต่อเรือ ครอบคลุมเรือทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นเรือยอชต์ เรือข้ามฟากสำหรับผู้โดยสาร เรือพาณิชย์ และเรือพิเศษเฉพาะทาง

ตัวเรือและโครงสร้างเหนือระดับน้ำ: เบาและทนทาน ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการโดยรวมของเรือ

ตัวเรือคือโครงสร้างรับน้ำหนักหลักของเรือ และเป็นการใช้งานคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกนที่แพร่หลายที่สุด การประยุกต์ใช้ ของคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน

(1) เรือยอชต์หรู / เรือใบ: เรือยอชต์ระดับไฮเอนด์จากยุโรป (เช่น เรือยอชต์นอร์เวย์ ‘Vision Of The Fjords’) ใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ ในการสร้างตัวเรือคาร์บอนไฟเบอร์ยาว 41 เมตร ซึ่งขึ้นรูปเป็นชิ้นเดียวด้วยกระบวนการ vacuum infusion ทำให้น้ำหนักลดลงมากกว่า 40% เพิ่มความเร็ว ลดการใช้เชื้อเพลิง และเพิ่มความต้านทานต่อแรงลมและคลื่นอย่างมีนัยสำคัญ

(2) เรือข้ามฟากสำหรับผู้โดยสารความเร็วสูง: เขตอ่าวใหญ่กวางตุ้ง-ฮ่องกง-มาเก๊า: เรือโดยสาร 'ไข่มุกใหม่ 3' (ความจุผู้โดยสาร 500 คน) และ 'ไข่มุกใหม่ 39' (ความจุผู้โดยสาร 400 คน) ผลิตขึ้นทั้งหมดจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์หลายแกนเกรด T700 ที่ผลิตในประเทศ ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเรือที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอย น้ำหนักเบาลงกว่า 20% และเพิ่มระยะการเดินทางได้ถึง 40% ภายใต้ระบบขับเคลื่อนแบบไฟฟ้าล้วน สามารถแล่นได้อย่างปลอดภัยในสภาพลมระดับ 8 ตามมาตราบีโฟร์ต (Beaufort scale) และปฏิบัติการได้โดยไม่ก่อให้เกิดการปล่อยมลพิษใดๆ

(3) เรือลาดตระเวนความเร็วสูง / เรือรบ: เรือลาดตระเวนความเร็วสูงรุ่นหนึ่งใช้คาร์บอนไฟเบอร์หลายแกนแทนแผ่นเหล็ก ทำให้น้ำหนักรวมลดลง 32% ความเร็วเพิ่มขึ้น 18% และประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงดีขึ้น 21% ทั้งยังลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาเพื่อป้องกันการกัดกร่อน และลดต้นทุนรวมตลอดอายุการใช้งานลง 40%

ดาดฟ้า ผนังกั้น และชิ้นส่วนโครงสร้าง: ทนต่อการเหนื่อยล้า ลดความจำเป็นในการบำรุงรักษา

ดาดฟ้าและผนังกั้นเรือต้องรับแรงจากการเดินเหินของผู้คน การบรรทุกสินค้า และแรงกระแทกจากคลื่นอย่างต่อเนื่อง จึงมีแนวโน้มเกิดรอยแตกร้าวและสนิมได้ง่าย ดาดฟ้าและผนังกั้นเรือที่ผลิตจากผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน (multi-axial carbon fiber fabric) มีความแข็งแกร่งสูง ทนต่อการเหนื่อยล้า และทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โดยไม่แสดงอาการกัดกร่อนเลยหลังใช้งานมาแล้ว 10 ปี และต้นทุนในการบำรุงรักษาต่ำกว่าชิ้นส่วนเหล็กถึง 60%

ชิ้นส่วนสำคัญเฉพาะทาง: ออกแบบให้มีน้ำหนักเบา เพื่อประสิทธิภาพที่เหนือกว่า

(1) ฝาครอบกันน้ำสำหรับเครื่องขับเคลื่อนที่หัวเรือ (Bow Thruster Watertight Cover): ผลิตภัณฑ์ระดับโลกชิ้นแรกที่พัฒนาโดยบริษัทเซี่ยงไฮ้ฮู่โจว์ โดยใช้โครงสร้างแซนด์วิชแบบคาร์บอนไฟเบอร์หลายแกน (multi-axis carbon fiber) ผสมกับแกนทรงรังผึ้ง (honeycomb) ซึ่งมีความหนาแน่นจำเพาะเพียง 1 (สามารถลอยน้ำได้) และมีน้ำหนักเพียงหนึ่งในห้าของผลิตภัณฑ์นำเข้าที่เทียบเคียงกัน ผลิตภัณฑ์ สามารถรองรับความต้องการด้านความแข็งแรงได้ที่ความลึกใต้น้ำ 15–25 เมตร และได้รับการนำไปใช้งานจริงโดยบริษัทเมดิเตอร์เรเนียน ชิปปิ้ง คอมพานี (Mediterranean Shipping Company – MSC) ติดตั้งบนเรือคอนเทนเนอร์จำนวน 24 ลำ ทำให้ลดต้นทุนการซ่อมบำรุงระหว่างเข้าอู่แห้ง (dry-dock) ได้อย่างมีนัยสำคัญ

(2) ปีกยกใต้น้ำ (hydrofoils) ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์: เรือคาตาเมรัน VS-9 ติดตั้งไฮโดรฟอยล์ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ทอแบบสามมิติ ซึ่งมีความกว้างปีก (wingspan) 3.2 เมตร และน้ำหนักเพียง 18 กิโลกรัม (เมื่อเทียบกับไฮโดรฟอยล์อะลูมิเนียมอัลลอยด์แบบดั้งเดิมที่หนัก 55 กิโลกรัม) การออกแบบนี้ช่วยปรับปรุงเวลาตอบสนองให้อยู่ในช่วง 0.1 วินาที และยืดอายุการใช้งานก่อนเกิดความล้า (fatigue life) ได้ถึง 8–10 ปี

(3) ใบเรือหมุน: เป็นส่วนประกอบหลักของระบบขับเคลื่อนด้วยพลังลมสำหรับเรือเดินทะเล ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการพันคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน (multi-axial carbon fiber winding) ร่วมกับการขึ้นรูปด้วยแรงอัด (compression molding) เทคโนโลยีนี้สามารถแก้ไขข้อจำกัดของใบเรือหมุนแบบโลหะดั้งเดิม ได้แก่ น้ำหนักมาก ทนต่อการกัดกร่อนได้ต่ำ และประสิทธิภาพอากาศพลศาสตร์ไม่ดี ทั้งยังสามารถลดการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงของเรือได้มากกว่า 30% จึงมีส่วนสำคัญต่อการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในภาคการขนส่งทางทะเล

ภายในและคุณสมบัติ: ออกแบบให้มีน้ำหนักเบา ยืดหยุ่น และมีประสิทธิภาพ

ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกนถูกใช้สำหรับตกแต่งภายในเรือ งานเฟอร์นิเจอร์ และการยึดอุปกรณ์ต่างๆ วัสดุเหล่านี้มีน้ำหนักเบา แปรรูปได้ง่าย และให้ความยืดหยุ่นสูงในการออกแบบ ช่วยให้สามารถติดตั้งแบบโมดูลาร์ ลดน้ำหนักของโครงสร้างส่วนบน (superstructure) เพิ่มความมั่นคงของเรือ และสร้างสรรค์ลักษณะภายนอกที่หรูหรา

เหตุใดเรือระดับพรีเมียมจึงเลือกใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน

1. การออกแบบที่มีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษเพื่อความเร็วที่รวดเร็วอย่างน่าทึ่ง
2. การออกแบบที่ทนต่อการกัดกร่อนและไม่ต้องบำรุงรักษา
3. การกระจายแรงอย่างแม่นยำเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้าง

เว่ยหนู่โคมโพสิต (Weinuo Composites)? บริษัทเอกชนรายหนึ่งในประเทศจีนที่เชี่ยวชาญเฉพาะด้านคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกน

วงการผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกนนั้นถูกครอบครองโดยบริษัทข้ามชาติยักษ์ใหญ่มาโดยตลอด บริษัทจางเจียกัง เว่ยหนู่ คอมโพสิต เมทเทอเรียลส์ จำกัด เป็นหนึ่งในจำนวนไม่มากของบริษัทเอกชนในประเทศจีนที่สามารถพัฒนาและผลิตผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบหลายแกนได้อย่างเป็นอิสระในระดับอุตสาหกรรม

ก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 2015 และตั้งอยู่ที่เมืองจางเจียกัง มณฑลเจียงซู บริษัทเว่ยหนู่โว่ได้ดำเนินธุรกิจในอุตสาหกรรมเส้นใยคาร์บอนมาอย่างลึกซึ้งเป็นเวลาเกินกว่าหนึ่งทศวรรษ:

(1) กำลังการผลิต: ผลิตผ้าทอเส้นใยคาร์บอนได้เดือนละ 500,000 ตารางเมตร ผ้าแบบทิศทางเดียว (Unidirectional Fabric) 100,000 ตารางเมตร พรีเพร็ก (Prepreg) 3 ล้านตารางเมตร และแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ 100,000 แผ่น

(2) อุปกรณ์: บริษัทใช้งานเครื่องทอขั้นสูงจำนวน 30 เครื่อง สายการผลิตพรีเพร็ก 15 สาย เครื่องถักแบบทิศทางเดียว (Unidirectional Warp Knitting Machine) 1 เครื่อง เครื่องกดความร้อน (Hot Press) 10 เครื่อง และเครื่องแกะสลักด้วยระบบ CNC 80 เครื่อง

(3) ความเชี่ยวชาญด้านเทคนิค: เราถือสิทธิบัตรการประดิษฐ์มากกว่า 20 ฉบับ และได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001

(4) พอร์ตโฟลิโอผลิตภัณฑ์: ผลิตภัณฑ์ของเราครอบคลุมหลากหลายข้อกำหนด ได้แก่ 1K, 3K, 6K และ 12K รวมถึงผ้าทอเส้นใยคาร์บอน ผ้าแบบทิศทางเดียว (Unidirectional Fabric) พรีเพร็ก (Prepreg) และแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

ผลิตภัณฑ์ของเว่ยหนู่โว่ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในภาคอวกาศและอากาศยาน ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ เรือและอุตสาหกรรมทางทะเล ระบบขนส่งมวลชนทางราง ชิ้นส่วนยานยนต์ อุปกรณ์กีฬา โดรน อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ

น่าสังเกตว่า เหว่ยหนู่อู่ นำเสนอโซลูชันแบบ "ปรับแต่งเฉพาะ" ตามความต้องการของลูกค้า โดยให้บริการแบบครบวงจรตั้งแต่ขั้นตอนการทอจนถึงการผลิตพรีเพร็ก (prepreg) ซึ่งหมายความว่า ไม่ว่าจะเป็นผ้าหลายแกน (multi-axial fabric) ขนาดใหญ่สำหรับการใช้งานในภาคเรือ หรือการจัดวางชั้นวัสดุ (layups) แบบเฉพาะที่มีมุมพิเศษ เหว่ยหนู่อู่ มีศักยภาพในการตอบสนองอย่างรวดเร็ว