วัสดุคอมโพสิตก้าวหน้า เพื่ออุตสาหกรรมการบิน

อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ รวมถึงการขนส่ง (Aviation and Logistics Industries) นับเป็น 1 ใน 10 อุตสาหกรรมเป้าหมายของประเทศในรูปแบบ New S-Curve ที่จะช่วยผลักดันให้ประเทศมีการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจ ตามยุทธศาสตร์อุตสาหกรรมไทยแลนด์ 4.0 โดยหลักๆ แบ่งออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่
1.การผลิตชิ้นส่วนอากาศยาน วัสดุคอมโพสิตใช้ในเครื่องบิน
2. คาร์บอนไฟเบอร์สำหรับผลิตปีกเครื่องบิน รวมถึงวัสดุตั้งต้นต่างๆ
3.การซ่อมบำรุงอากาศยานและชิ้นส่วน

ในอุตสาหกรรมการบินและการขนส่งนั้นรวมถึง การผลิตอากาศยานไร้คนขับ ระบบนำทางและซอฟต์แวร์ต่างๆ ข้อมูลจากรายงานสำรวจทางการตลาด โดยบริษัท PwC Consulting พบว่าเทคโนโลยีโดรน (Drone) และอากาศยานไร้คนขับ (Unmanned Aerial Vehicles หรือ UAV) เพื่อนำมาประยุกต์ใช้งานเชิงพาณิชย์ จะมีผลกระทบกับหลายๆ อุตสาหกรรม โดยคาดการณ์ว่ามูลค่าตลาดทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นไปถึง 4.5 ล้านล้านบาท ภายในปี 2563 โดยปีที่ผ่านมามูลค่าตลาดอยู่ที่ 7.2 หมื่นล้านบาท

จะเห็นได้ว่า เทคโนโลยีวัสดุคอมโพสิตขั้นก้าวหน้า (Advanced Composite Materials) ซึ่งมีความสำคัญกับอุตสาหกรรมหลายด้านในประเทศ ได้แก่ อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ ฯลฯ กำลังจะมีผลกระทบกับอุตสาหกรรมบินและอวกาศอีกด้วย

(ภาพ First Graphene Skinned UAV – JUNO)

กราฟีน (Graphene) วัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างแบบ 2 มิติ ที่เพิ่งค้นพบเมื่อปี ค.ศ. 2004 และได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 2010 ซึ่งได้ปฏิวัติวงการวัสดุศาสตร์แบบไม่เคยมีวัสดุใดทำได้มาก่อนหลังจากการค้นพบพลาสติก ด้วยคุณสมบัติพิเศษหลายๆ ด้าน เช่น มีความแข็งแรง การนำไฟฟ้าได้ดี และนำความร้อนได้ดี ทำให้กราฟีนถูกนำมาใช้เป็นวัสดุเติม (Filler) ในวัสดุพอลิเมอร์ เพื่อสร้างเป็นวัสดุคอมโพสิต ที่มีคุณสมบัติพิเศษต่างๆ

ล่าสุดบริษัทเฮเดล ผู้ผลิตกราฟีนรายใหญ่ ร่วมกับ University of Central Lancashire ประเทศสหราชอาณาจักร ในโปรเจคที่ชื่อว่า Juno ได้ผลิตกราฟีนคอมโพสิต (graphene composite) โดยผสมกราฟีนที่มีการปรับปรุงผิวเพื่อให้เข้าได้ดีกับพอลิเมอร์คอมโพสิต แล้วนำมาขึ้นรูปเป็นลำตัวและปีกของอากาศยานไร้คนขับได้สำเร็จ ทำให้น้ำหนักโดยรวมของอากาศยานลดลง และมีความแข็งแรงเพิ่มมากขึ้น ลดความซับซ้อนของชิ้นส่วนลง ง่ายต่อการสร้างมากขึ้นด้วยเทคโนโลยี 3D printing

แถมใช้คุณสมบัติพิเศษของกราฟีนคือ การนำไฟฟ้าที่ดี ทำให้อากาศยานสามารถป้องกันการถูกฟ้าผ่าได้ ซึ่งวัสดุจำพวกเส้นใยคาร์บอนที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่สามารถทำได้ต้องอาศัยชั้นของตาข่ายเส้นลวดทองแดงเพื่อช่วยนำไฟฟ้า ทำให้มีต้นทุนที่สูงและมีน้ำหนักมาก นอกจากป้องกันการถูกฟ้าผ่าแล้ว กราฟีนคอมโพสิต ยังช่วยปกป้องวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในอากาศยานจากสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าได้อีกด้วย ด้วยคุณสมบัตินำความร้อนที่ดีของกราฟีน ทำให้สามารถสร้างให้ผิวของปีกอากาศยาน ที่สามารถกำเนิดความร้อนเพื่อป้องกันการเกาะของน้ำแข็งบริเวณปีกได้อีกด้วย

นอกจากการใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ รวมถึงการใช้งานด้านอากาศยานไร้คนขับ และโดรนแล้ว กราฟีนคอมโพสิตดังกล่าวยังสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้งานอื่นๆ ได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น อุตสาหกรรมสร้างใบพัดกังหันลมขนาดใหญ่สำหรับพลังงานทดแทน อุตสาหกรรมการต่อเรือ อุตสาหกรรมน้ำมันและแก๊ส อุตสาหกรรมหุ่นยนต์และอิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ เป็นต้น

ดังนั้นแล้ว ประเทศไทยจะเป็น ศูนย์กลางอุตสาหกรรมการบินและการขนส่งได้ตามแผนยุทธศาสตร์ จึงต้องลงทุนวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีคอมโพสิตขั้นก้าวหน้าให้ทัดเทียมต่างชาติและนำเอาทรัพยากรที่มีภายในประเทศมาใช้ให้มากขึ้นด้วย

*ดร.อดิสร เตือนตรานนท์ ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ สวทช., เมธีวิจัยอาวุโส สกว.,สมาคมวิจัยวัสดุประเทศไทย