คาร์บอนไฟเบอร์แบบสับคืออะไร?

เส้นใยคาร์บอนแบบสับ คือเส้นใยคาร์บอนที่ถูกตัดให้สั้นลง ในกรณีนี้ เส้นใยคาร์บอนจะเปลี่ยนไปเพียงแค่ด้านรูปร่าง จากเส้นใยคาร์บอนแบบเส้นยาวกลายเป็นเส้นใยสั้นๆ แต่ประสิทธิภาพของเส้นใยคาร์บอนแบบสับนั้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แล้วทำไมเราถึงอยากตัดเส้นใยที่ดีให้สั้นลง?
อันดับแรก เราต้องเริ่มจากกระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิต โดยปกติแล้ว เส้นใยคาร์บอนจะถูกทอเป็นผ้าคาร์บอนไฟเบอร์หรือทำเป็นคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพรก จากนั้นจึงผ่านกระบวนการต่างๆกระบวนการขึ้นรูป, RTM, การบรรจุแบบสุญญากาศ, กระป๋องอัดร้อน และกระบวนการอื่นๆนำไปสู่ผลิตภัณฑ์คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์หลากหลายชนิด แน่นอนว่ายังมีกระบวนการขึ้นรูปบางอย่างที่ไม่ต้องใช้วัสดุตัวกลาง โดยสามารถขึ้นรูปเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์โดยตรงได้ เช่น การขึ้นรูปด้วยการดึง (pultrusion molding) และการขึ้นรูปด้วยการพัน (winding molding) เป็นต้น
การนำเส้นใยคาร์บอนมาทอเป็นผ้าคาร์บอนไฟเบอร์หรือทำเป็นวัสดุพรีเพรกเพื่อผลิตเป็นผลิตภัณฑ์นั้น มีข้อเสียโดยธรรมชาติอย่างหนึ่ง คือ ไม่เกาะติดกับแม่พิมพ์ได้ดี แม่พิมพ์มีไว้เพื่อให้วัสดุคอมโพสิตมีรูปร่าง แม่พิมพ์มีรูปร่างอย่างไร วัสดุคอมโพสิตที่ได้ก็จะมีรูปร่างอย่างไร แต่ถ้าหากผ้าคาร์บอนไฟเบอร์หรือพรีเพรกไม่แนบสนิทกับแม่พิมพ์ รูปร่างของวัสดุคอมโพสิตก็จะไม่ตรงกับรูปร่างของแม่พิมพ์ นอกจากนี้ ในบางมุม ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์อาจเกิดการอุดตันได้ง่าย ทำให้เกิดช่องว่างเฉพาะจุด ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะทำให้ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ลดลง
เส้นใยคาร์บอนที่อยู่ภายในผ้าคาร์บอนไฟเบอร์หรือพรีเพรกนั้นยึดติดกันและเคลื่อนที่ได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่มีแรงดัน การเคลื่อนที่ของเรซินและเส้นใยคาร์บอนจะแย่มาก ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาในการขึ้นรูปหรือประสิทธิภาพลดลงในที่สุด
ยิ่งความยาวสั้นลงเท่าไหร่ ความคล่องตัวก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้นคาร์บอนไฟเบอร์สับควรทราบว่า การฉีดขึ้นรูปเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีความสมบูรณ์ที่สุดในกระบวนการขึ้นรูปพลาสติก หากนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตวัสดุคอมโพสิต จะเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่
อย่างไรก็ตาม ความยาวของเส้นใยคาร์บอนที่ตัดสั้นนั้นไม่สามารถลดลงได้ เพราะยิ่งความยาวของเส้นใยคาร์บอนที่ตัดสั้นสั้นลงเท่าไหร่ การยึดเกาะระหว่างเรซินและเส้นใยคาร์บอนก็จะยิ่งอ่อนลงเท่านั้น เนื่องจากแรงยึดเกาะระหว่างเรซินและเส้นใยคาร์บอนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่สัมผัสระหว่างกัน หากความยาวสั้นลง พื้นที่สัมผัสก็จะลดลงอย่างแน่นอน
ดังนั้นจึงเกิดความขัดแย้งขึ้น นั่นคือความขัดแย้งระหว่างประสิทธิภาพของเส้นใยสั้นและคุณสมบัติการเคลื่อนที่ ยิ่งเส้นใยยาวเท่าไหร่ การกระจายตัวก็จะยิ่งยากขึ้น เส้นใยจะพันกันได้ง่าย แต่การยึดเกาะระหว่างเส้นใยและเรซินก็จะยิ่งแข็งแรงขึ้น และประสิทธิภาพของวัสดุคอมโพสิตก็จะยิ่งสูงขึ้น ในทางกลับกัน ยิ่งเส้นใยสั้นเท่าไหร่ การกระจายตัวก็จะยิ่งง่ายขึ้น มีคุณสมบัติการไหลที่ดี แต่การยึดเกาะระหว่างเส้นใยและเรซินก็จะอ่อนแอลงเล็กน้อย การหาจุดสมดุลของความขัดแย้งนี้จำเป็นต้องศึกษา โดยปกติแล้วจะใช้เส้นใยคาร์บอนสั้นในการผลิตเม็ดพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอน โดยมีความยาวอยู่ในช่วง 1-9 มม.
นอกจากนี้ยังมีวิธีเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างเส้นใยคาร์บอนและเรซิน ซึ่งก็คือการใช้สารเคลือบผิว โดยปกติแล้วจะมีสารเคลือบผิวอยู่บนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนคาร์บอนไฟเบอร์ในโรงงาน วัสดุนี้ใช้เพื่อป้องกันเส้นใยคาร์บอนจากการหลุดร่วงในระหว่างกระบวนการบรรจุ การขนส่ง และการใช้งาน และในอีกด้านหนึ่ง ใช้เพื่อเชื่อมต่อเส้นใยคาร์บอนและเรซิน และมีบทบาทในการเพิ่มความแข็งแรงของการยึดเกาะ
อย่างไรก็ตาม สารปรับขนาดนี้โดยพื้นฐานแล้วใช้สำหรับเรซินเทอร์โมเซตติง เรซินส่วนใหญ่ที่ใช้ในการผลิตเม็ดพลาสติกเป็นเรซินเทอร์โมพลาสติก ดังนั้นจึงต้องปรับสารปรับขนาดใหม่ วิธีหนึ่งคือการเผาสารปรับขนาดเดิมและสร้างชั้นสารปรับขนาดใหม่ อีกวิธีหนึ่งคือการปรับขนาดอีกครั้งบนพื้นฐานของสารปรับขนาดเดิม ซึ่งเรียกว่าการปรับขนาดรอง
นอกจากใช้ในการผลิตเม็ดพลาสติกสำหรับการฉีดขึ้นรูปแล้วคาร์บอนไฟเบอร์สับนอกจากนี้ยังมีประโยชน์อื่นๆ เช่น การผลิตแผ่นใยคาร์บอน หรือกระดาษใยคาร์บอน ความยาวของใยคาร์บอนสับที่ต้องการจะยาวกว่าความยาวของใยคาร์บอนสับสำหรับทำเม็ด
นอกจากนี้ นอกเหนือจากเส้นใยคาร์บอนที่ถูกตัดอย่างไม่เป็นระเบียบแล้ว ยังมีเส้นใยคาร์บอนที่ถูกตัดเป็นมัดอีกด้วย เส้นใยสั้นเหล่านี้ถูกตัดก่อนที่จะนำไปรวมกับเส้นใยคาร์บอนชนิดอื่นตามรูปแบบที่กำหนดไว้ จากนั้นจึงตัดออกมาเป็นเส้นใยสั้นที่มีลักษณะเป็นมัด ซึ่งจะมีปริมาณเรซินมากกว่าเส้นใยสั้นชนิดอื่น ๆ