ยิ่งรถยนต์มีน้ำหนักเบาลงเท่าไหร่ก็จะใช้พลังงานในการขับเคลื่อนน้อยลงเท่านั้น ที่ผ่านมาผู้ผลิตยานยนต์ได้นำวัสดุที่มีน้ำหนักเบามาใช้ในการผลิต เพื่อช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดย Engineering Plastics หรือ พลาสติกวิศวกรรม เป็นหนึ่งในวัสดุที่เข้ามามีบทบาทอย่างมากในการนำมาผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ โดยเฉพาะตัวถังยานยนต์และส่วนตกแต่ง อย่างไรก็ตาม ความพยายามในการลดหน้กเครื่องยนต์และระบบส่งกำลัง ซึ่งเป็นเสมือนหัวใจของยานยนต์ที่ต้องทนทานต่อทั้งความร้อนและการสั่นสะเทือน ยังต้องมีการวิจัยและพัฒนาต่อไป  

โดยทีมวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีฟรอนโฮเฟอร์ (Fraunhofer) ร่วมมือกับพันธมิตร MAHLE Group ผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ค่ายเยอรมัน, Daimler AG ผู้ผลิตยานยนต์จากประเทศเดียวกัน, SBHPP/Vyncolit NV ผู้ผลิตชิ้นส่วนพลาสติกสัญชาติเบลเยียม, Georges Pernoud Group ผู้ผลิตชิ้นส่วนพลาสติกสัญชาติฝรั่งเศส ได้เปิดเผยผลงานวิจัย “ชิ้นส่วนเพลาลูกเบี้ยว (Camshaft) จาก Fiber Reinforced Polymer (FRP) เทอร์โมเซตติงพอลิเมอร์ที่เสริมแรงด้วยไฟเบอร์” ซึ่งเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา จึงช่วยลดน้ำหนักเครื่องยนต์และลดต้นทุนการประกอบลงได้ มีความทนทาน และต้นทุนการผลิตต่ำ 

l รู้จักกับ “พลาสติกวิศกรรม”

พลาสติกวิศวกรรม (Engineering Plastics) คือ วัสดุพลาสติกหมวดหมู่หนึ่ง ผลิตจากการผสมสารตั้งต้นพอลิเมอร์ (Polymer) เข้ากับสารเติมแต่งให้ได้คุณสมบัติตามต้องการ มีคุณสมบัติในการคืนรูป ทนทานต่อแรงกระทำภายนอก ความร้อน และสารเคมีสูงกว่าพลาสติกทั่วไป (Commodity Plastics) ทำให้คำว่าพลาสติกอุตสาหกรรมถูกใช้ในการเรียกวัสดุเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastics) ซึ่งจะหลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน แข็งตัวเมื่อเย็นลง และนำกลับมาหลอมใช้ใหม่ได้เป็นหลัก ด้วยคุณสมบัติของพลาสติกวิศวกรรม และต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าพลาสติกทั่วไป ทำให้พลาสติกวิศวกรรมถูกนำมาใช้การผลิตชิ้นงานที่ต้องการความทนทานมากกว่าจะนำมาใช้ผลิตโภคภัณฑ์ทั่วไป ทำให้ในปัจจุบัน พลาสติกวิศวกรรมเป็นหนึ่งในเทรนด์ของอุตสาหกรรมยานยนต์ และรถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากสามารถช่วยลดน้ำหนักยานยนต์ได้เป็นอย่างดี

l Fiber Reinforced Polymer คืออะไร?

Fiber Reinforced Polymer (FRP) คือ วัสดุเทอร์โมเซตติงพอลิเมอร์ (Thermosetting Polymer) ที่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิประเภทหนึ่ง ผลิตจากพอลิเมอร์แมทริกซ์ (Polymer Matrix) เสริมแรงด้วยเส้นใย ซึ่งมักเป็นเส้นใยแก้ว, คาร์บอน, หรืออารามิด (Aramid) 

l จุดเด่นของ Fiber Reinforced Polymer นำสู่การวิจัย

ทีมวิจัยได้ออกแบบชิ้นส่วนเพลาลูกเบี้ยวนี้ให้เหมาะสำหรับการผลิตด้วย Fiber Reinforced Polymer และได้สเปคตามกำหนด เพราะเป็นพอลีเมอร์ที่มีความทนทานสูง ทนความร้อนได้มาก และยังทนต่อสารเคมีจำพวกสารหล่อเย็น และน้ำมันหล่อลื่น นอกจากนี้ ยังช่วยลดน้ำหนักเพลาลูกเบี้ยวซึ่งมักติดตั้งอยู่เหนือลูกสูบ จึงช่วยลดจุดศูนย์ถ่วงของยานยนต์อีกด้วย 

Photo: Fraunhofer ICT

อีกข้อดีของ Fiber Reinforced Polymer คือ การปกป้องสภาพภูมิอากาศที่มีคาร์บอนฟุตพรินต์จากกระบวนการผลิตต่ำกว่าอะลูมิเนียม ด้วยการผลิตนั้นสามารถทำให้ได้รูปทรงที่แม่นยำกว่าโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม และมีราคาถูกเนื่องจากสามารถผลิตจากเครื่องฉีดพลาสติกได้โดยตรง อีกทั้งแม่พิมพ์ยังสามารถใช้ซ้ำได้ถึง 500,000 ครั้ง ทำให้การผลิตชิ้นส่วนด้วยพอลิเมอร์ชนิดนี้มีต้นทุนต่ำกว่าการผลิตด้วยอะลูมิเนียมเป็นอย่างมาก จึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม  โดยเพลาลูกเบี้ยวนี้ได้ถูกออกแบบโดยรวมแบริ่ง (Bearing) เข้าไว้ด้วยกันเป็นชิ้นเดียว ทำให้สามารถลดเวลาการผลิต และติดตั้งลงได้ ซึ่งผู้ผลิตยานยนต์สามารถประกอบชิ้นส่วนนี้เข้ากับเครื่องยนต์ได้โดยง่าย และมีขั้นตอนการประกอบที่น้อยลงอีกด้วย 

นอกจากนี้ ชิ้นส่วนจากพลาสติกหรือพอลิเมอร์ ยังมีคุณสมบัติในการดูดซับเสียงที่ดี ซึ่งจะช่วยลดเสียงจากการสั่นสะเทือนของเครื่องยนต์ได้อีกด้วย

Photo: Fraunhofer ICT

อ่านต่อ

• Sumitomo Chemical เผย วัสดุแห่งอนาคต ดีมานด์พุ่งในยุค 5G และ CASE
• พลังของวัสดุแห่งอนาคต ในโลกยานยนต์