การสนับสนุนทางเทคนิค | คำอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการปั้นไฟเบอร์กลาสแบบ Hand Lay-up

                                           

I. การพ่นและทากาวเจล (Gel Coat)

เพื่อปรับปรุงและเพิ่มความสวยงามให้กับสภาพผิวของผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาส (FRP) พัฒนาคุณค่าของผลิตภัณฑ์ ปกป้องชั้น FRP ด้านในจาการกัดกร่อน และยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ เราจึงมักจะสร้างชั้นเจล (Gel Coat) ที่มีเรซินเป็นองค์ประกอบหลัก ผสมกับสีเพสต์ (Pigment Paste) ไว้ที่พื้นผิวหน้าใช้งานของผลิตภัณฑ์ ชั้นนี้อาจเป็นเพียงเรซินบริสุทธิ์ หรือเสริมแรงด้วยผ้าใยแก้วบางชนิด (Surface Mat) และเรียกชั้นดังกล่าวว่า ชั้นเจลโค้ท (Gel Coat Layer) หรืออีกชื่อหนึ่งคือ ชั้นผิวหน้า หรือชั้นตกแต่ง (Surface Layer หรือ Decorative Layer) คุณภาพของชั้นเจลโค้ทมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของลักษณะภายนอก ความทนทานต่อสภาพอากาศ ความกันน้ำ และความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น ควรให้ความสำคัญในจุดต่อไปนี้ขณะทำการพ่นหรือทาชั้นเจลโค้ท

(1) ในการเตรียมเรซินเคลือบเจล จำเป็นต้องผสมให้ละเอียดสม่ำเสมอ โดยเฉพาะเมื่อใช้สีแบบเป็นเนื้อพาสต์ การผสมไม่สม่ำเสมอจะทำให้ผิวผลิตภัณฑ์เกิดจุดด่างและรอยเปื้อน ซึ่งไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความสวยงาม แต่ยังลดคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์อีกด้วย ด้วยเหตุนี้ ควรใช้เครื่องคนแบบกลไกให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และควรเลือกใช้เครื่องผสมที่ไม่ก่อให้เกิดการวนของอากาศเพื่อหลีกเลี่ยงการนำอากาศเข้ามาในเนื้อเรซิน

(2) เคลือบเจลสามารถทำการพ่นด้วยแปรงหรือปืนพ่นแบบพิเศษ ในระหว่างขั้นตอนการพ่น ควรเติมสไตรีนประมาณ 5-7% เพื่อปรับความหนืดของเรซิน และชดเชยปริมาณสไตรีนที่ระเหยหายไปในระหว่างกระบวนการพ่น

(3) ความหนาของชั้นเคลือบเจลควรควบคุมให้แม่นยำระหว่าง 0.3-0.5 มม. โดยปกติจะควบคุมโดยใช้ปริมาณเคลือบเจลต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย กล่าวคือ ปริมาณเคลือบเจลที่ใช้ควรอยู่ระหว่าง 350-550 กรัม/ตารางเมตร ซึ่งจะสามารถให้ความหนาตามข้อกำหนดที่กล่าวมาได้

ความหนาของชั้นเจลโค้ทควรเหมาะสม คือ ไม่บางหรือหนาเกินไป หากเจลโค้ทบางเกินไป อาจทำให้เจลโค้ทแข็งตัวไม่สมบูรณ์ และใยแก้วที่ด้านหลังของเจลโค้ทอาจหลุดออกมา ส่งผลต่อคุณภาพรูปลักษณ์ และไม่สวยงามและปกป้องผลิตภัณฑ์ FRP หากเจลโค้ทหนาเกินไป อาจทำให้เกิดการแตกร้าวและทนต่อแรงกระแทกได้ไม่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผลิตภัณฑ์ไม่สามารถทนต่อแรงกระแทกจากทิศทางกลับได้ การปัดเจลโค้ทที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้ง่ายในระหว่างการถอดแบบ เนื่องจากแรงเค้นภายในเรซินที่เกิดจากความเร็วในการบ่มที่ไม่สม่ำเสมอของพื้นผิว

(4) เจลโค้ทควรได้รับการทาให้สม่ำเสมอ และควรหลีกเลี่ยงการสะสมของเจลโค้ทในบางจุดให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

(5) ต้องควบคุมระดับการบ่มของชั้นเจลโค้ทให้เหมาะสม

วิธีที่ดีที่สุดในการตรวจสอบว่าชั้นเจลโค้ทบ่มตัวได้ที่เหมาะสมคือการสัมผัสด้วยนิ้วมือ: ใช้นิ้วมือที่สะอาดแตะที่ผิวหน้าของชั้นเจลโค้ท หากสัมผัสรู้สึกเหนียวเล็กน้อยแต่ไม่เหนียวจนติดนิ้ว มีความหมายว่าชั้นเจลโค้ทได้บ่มตัวจนเกือบสมบูรณ์แล้ว สามารถดำเนินการปูชั้นถัดไปได้ เพื่อให้แน่ใจถึงความสมบูรณ์ของชั้นเจลโค้ทและชั้นรองรับ

II. การกำหนดขั้นตอนกระบวนการผลิต

ขั้นตอนกระบวนการผลิตมีความเกี่ยวข้องกับคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ต้นทุนผลิตภัณฑ์ วงรอบการผลิต (ประสิทธิภาพการผลิต) และปัจจัยอื่น ๆ ดังนั้น ก่อนจัดการผลิต จำเป็นต้องเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงข้อกำหนดทางเทคนิคในระหว่างการใช้งานผลิตภัณฑ์ (สภาพแวดล้อม อุณหภูมิ สื่อกลาง น้ำหนักบรรทุก เป็นต้น) โครงสร้างของผลิตภัณฑ์ ปริมาณการผลิต และสภาพการก่อสร้าง เมื่อทำการวิเคราะห์และวิจัยแล้ว จึงสามารถกำหนดแผนกระบวนการผลิตแบบขึ้นรูปได้ โดยทั่วไปควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้

(1) ตามข้อกำหนดการใช้งานผลิตภัณฑ์ ให้เลือกใช้วัตถุดิบและวัสดุเสริม รวมถึงสูตรและวิธีการปูเส้นใยอย่างเหมาะสม

(2) กำหนดโครงสร้างแม่พิมพ์และชนิดวัสดุของแม่พิมพ์ตามรูปร่างเรขาคณิตของผลิตภัณฑ์และปริมาณการผลิต

(3) กำหนดวิธีการบ่มตามสภาพอากาศและระดับความเร่งด่วนของงาน

III. เนื้อหาหลักของการออกแบบกระบวนการผลิต

(1) เลือกวัสดุที่เหมาะสม (วัสดุเสริมแรง วัสดุโครงสร้าง และวัสดุเสริมอื่น ๆ) ตามข้อกำหนดทางด้านเทคนิคของผลิตภัณฑ์ ในการเลือกวัตถุดิบควรพิจารณาหลักในประเด็นต่อไปนี้:
① ผลิตภัณฑ์มีการสัมผัสกับสารกัดกร่อนกรดหรือด่างหรือไม่ รวมถึงชนิด ความเข้มข้น อุณหภูมิในการใช้งาน และระยะเวลาการสัมผัสของสารดังกล่าว
② มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเพิ่มเติม เช่น การส่งผ่านแสงหรือการทนไฟหรือไม่
③ ในแง่คุณสมบัติเชิงกล ผลิตภัณฑ์ใช้รับแรงแบบไดนามิกหรือแบบสถิตย์
④ มีข้อกำหนดพิเศษ เช่น ป้องกันการรั่วซึมหรือไม่

(2) กำหนดโครงสร้างและวัสดุของแม่พิมพ์

(3) การเลือกสารป้องกันการติด (Release Agent)

(4) กำหนดสูตรการบ่มเรซินและระบบการบ่ม

(5) ตามความหนาและข้อกำหนดด้านความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ที่กำหนดไว้ ให้กำหนดประเภท ขนาด มาตรฐานจำนวนชั้น และวิธีการปูวัสดุเสริมแรง

(6) จัดทำข้อกำหนดกระบวนการขึ้นรูป

IV. การปูชั้นวัสดุไฟเบอร์กลาส (FRP)

การปูชั้นวัสดุเป็นกระบวนการที่สำคัญในกระบวนการขึ้นรูปแบบ Hand Lay-up ต้องปฏิบัติงานอย่างระมัดระวังเพื่อให้มั่นใจได้ถึงความรวดเร็ว ความถูกต้อง ปริมาณเรซินสม่ำเสมอ ปราศจากฟองอากาศชัดเจน ไม่มีการซึมผ่านไม่สมบูรณ์ ไม่มีการชำรุดของเส้นใย และพื้นผิวผลิตภัณฑ์เรียบ เพื่อประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ คุณภาพของผลิตภัณฑ์มีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับทักษะและความตั้งใจของผู้ปฏิบัติงาน ดังนั้นแม้ว่างานปูชั้นวัสดุจะดูเหมือนเป็นเรื่องง่าย แต่การจะปูชั้นวัสดุให้ได้คุณภาพดีนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย และควรให้ความสำคัญอย่างจริงจัง

(Ⅰ) การควบคุมความหนา

การควบคุมความหนาของผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาส (FRP) คือปัญหาทางเทคนิคที่พบได้ทั้งในขั้นตอนการออกแบบและกระบวนการผลิตเทคโนโลยีแบบ Hand Lay-up เมื่อทราบความหนาที่ต้องการของผลิตภัณฑ์แล้ว จำเป็นต้องคำนวณเพื่อหาปริมาณเรซินและสารเติมเต็ม (Filler) รวมถึงกำหนดชนิดและจำนวนชั้นของวัสดุเสริมแรงที่ใช้ จากนั้นสามารถคำนวณความหนาโดยประมาณได้จากสูตรต่อไปนี้:

t＝(G1n1＋G2n2＋……)×(0.394＋0.909k1＋0.4×k1k2)

ที่ไหน:
t — ความหนาที่คำนวณได้ของ FRP (มิลลิเมตร);
G1, G2 — มวลพื้นที่ของผ้าใบหรือเส้นใย (Mat) แต่ละชนิด (กิโลกรัม/ตารางเมตร);
n1, n2 — จำนวนชั้นของผ้าใบหรือเส้นใยแต่ละชนิด;
0.394 — ค่าคงที่ความหนาของวัสดุฐานเส้นใย;
0.909 — ค่าคงที่ความหนาของเรซินโพลีเอสเตอร์;
0.400 — ค่าคงที่ความหนาของสารเติมเต็ม;
k1 — อัตราส่วนของเนื้อเรซินต่อเนื้อเส้นใยแก้ว;
k2 — อัตราส่วนของเนื้อสารเติมเต็มต่อเนื้อเรซิน.

(Ⅱ) การคำนวณปริมาณเรซิน

ปริมาณเรซินของ FRP เป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้วิธีการต่อไปนี้สองวิธี:

(1) คำนวณตามหลักการเติมเต็มช่องว่าง เพื่อหาสูตรสำหรับเนื้อเจล (gel content) ตราบใดที่ทราบค่ามวลต่อพื้นที่และค่าความหนาเทียบเท่าของผ้าใยแก้ว (ความหนาของผลิตภัณฑ์ที่เทียบเท่ากับหนึ่งชั้นของผ้าใยแก้ว) ก็สามารถคำนวณหาค่าเนื้อเจลของ FRP ได้

(2) คำนวณโดยกำหนดมวลของผลิตภัณฑ์ก่อน จากนั้นจึงคำนวณเปอร์เซ็นต์มวลของใยแก้ว:
① พื้นที่ผิวของผลิตภัณฑ์ × ความหนา × ความหนาแน่นของพลาสติกเสริมใยแก้ว = มวลของผลิตภัณฑ์
มวลของผลิตภัณฑ์ × เปอร์เซ็นต์มวลของใยแก้ว = มวลของใยแก้ว
มวลของผลิตภัณฑ์ － มวลของใยแก้ว = มวลของเรซิน

② พื้นที่ผิวของผลิตภัณฑ์ × จำนวนชั้นของใยแก้ว × มวลต่อพื้นที่ของใยแก้ว = มวลของใยแก้ว
มวลของใยแก้ว ÷ เปอร์เซ็นต์มวลของใยแก้ว = มวลของผลิตภัณฑ์
มวลของผลิตภัณฑ์ － มวลของใยแก้ว = มวลของเรซิน

สามารถคำนวณปริมาณเรซินที่ต้องใช้ในการเทลงแบบได้จากน้ำหนักของเส้นใยแก้ว หากใช้ผ้าใยแก้วแบบสับ (chopped strand mat) ปริมาณเรซินทั่วไปจะควบคุมอยู่ระหว่าง 65-75% หากใช้ผ้าแก้วเป็นวัสดุเสริมแรง ปริมาณเรซินจะควบคุมไว้ระหว่าง 45-55% เพื่อให้ได้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ดี

(Ⅲ) การเทเรซินลงบนผ้าแก้ว

สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีชั้นเคลือบเจล (gel coat) ห้ามมีสิ่งเจือปนปะปนเข้าไปในชั้นเคลือบเจลโดยเด็ดขาด ก่อนการเทเรซินลงแบบ ต้องป้องกันการปนเปื้อนระหว่างชั้นเคลือบเจลกับชั้นรองพื้น เพื่อหลีกเลี่ยงการยึดติดระหว่างชั้นที่ไม่ดี ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ชั้นเคลือบเจลสามารถเสริมแรงด้วยผ้าใยแก้วบางชนิดที่ใช้สำหรับทำผิวหน้าได้

ในระหว่างการปูน้ำยา ควรให้ความสำคัญกับการซึมผ่านของเส้นใยแก้วด้วยเรซิน ขั้นแรก ทำให้เรซินซึมผ่านพื้นผิวทั้งหมดของเส้นใย และหลังจากนั้นจึงแทนที่อากาศภายในเส้นใยทั้งหมดด้วยเรซิน เป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องมั่นใจว่าวัสดุเสริมแรงชั้นแรกถูกเคลือบด้วยเรซินอย่างสมบูรณ์และยึดติดกันแน่น โดยเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์บางชนิดที่นำไปใช้งานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง เนื่องจากการซึมผ่านและยึดติดกันไม่ดี จะทำให้มีอากาศเหลืออยู่บริเวณชั้นเจลโค้ต และอากาศที่เหลืออยู่นี้จะขยายตัวเนื่องจากความร้อนในระหว่างการบ่มและใช้งานผลิตภัณฑ์ ทำให้เกิดฟองอากาศ

ขั้นตอนการปูน้ำยาด้วยมือ ขั้นแรกให้ใช้เครื่องมือสำหรับการปูด้วยมือ เช่น แปรง ใบมีดปาด หรือลูกกลิ้งดูดน้ำยา ทาเรซินที่เตรียมไว้เป็นชั้นบางๆ ให้ทั่วชั้นเจลโค้ทหรือพื้นผิวแม่พิมพ์ จากนั้นนำวัสดุเสริมแรงที่ตัดไว้ (เช่น ผ้าใยแก้วแนวทแยง ผ้าบาง หรือเสื่อผิว) มาปูทับอีกชั้นหนึ่ง แล้วใช้เครื่องมือสำหรับการขึ้นรูปแปรงให้เรียบและกดให้แน่น เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุทั้งสองชั้นแนบสนิทกัน ควรให้ความสนใจในการกำจัดฟองอากาศเพื่อให้เรซินซึมผ่านผ้าใยแก้วให้เต็มที่ ห้ามปูวัสดุเสริมแรงมากกว่าสองชั้นในเวลาเดียวกัน ให้ทำซ้ำขั้นตอนดังกล่าวจนกระทั่งได้ความหนาตามที่ออกแบบไว้

หากผลิตภัณฑ์มีรูปร่างเรขาคณิตที่ซับซ้อน และมีบางจุดที่วัสดุเสริมแรงไม่สามารถปูให้เรียบได้ หรือไม่สามารถไล่ฟองอากาศออกได้ง่าย สามารถใช้กรรไกรตัดบริเวณดังกล่าวเพื่อให้วัสดุสามารถปูให้เรียบได้ ควรให้สังเกตว่าตำแหน่งที่ตัดในแต่ละชั้นควรมีตำแหน่งที่ไม่ตรงกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการลดความแข็งแรงของวัสดุ

สำหรับชิ้นส่วนที่มีมุมเฉพาะ สามารถใช้เส้นใยแก้วและเรซินสำหรับการเติมได้ หากบางส่วนของผลิตภัณฑ์มีขนาดค่อนข้างใหญ่ สามารถเพิ่มความหนาหรือเสริมความแข็งแรงด้วยโครงยึดในบริเวณนั้นให้เหมาะสม เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการใช้งาน

เนื่องจากทิศทางของเส้นใยในผ้าแตกต่างกัน ความแข็งแรงจึงแตกต่างกันด้วย ทิศทางการวางชั้นผ้าใยแก้วและวิธีการวางชั้นที่ใช้ ควรเป็นไปตามข้อกำหนดทางกระบวนการผลิต

(Ⅳ) การจัดการต่อทับ (Lap Joint)

เส้นใยในแต่ละชั้นของการวางชั้นควรมีความต่อเนื่องมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และควรหลีกเลี่ยงการตัดหรือต่อด้วยวิธีสุ่ม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดต่างๆ เช่น ขนาดและรูปทรงซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ จึงยากที่จะบรรลุเงื่อนไขดังกล่าว ระหว่างการวางชั้นสามารถใช้การวางแบบต่อชิด (butt-joint) โดยรอยต่อทับของแต่ละชั้นต้องถูกจัดให้เยื้องกันจนกระทั่งถึงความหนาที่ต้องการของผลิตภัณฑ์ ระหว่างการวางชั้น ควรใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น แปรง ลูกกลิ้งขนสัตว์ และลูกกลิ้งกดฟองอากาศ เพื่อให้เรซินซึมเข้าสู่เนื้อผ้าและกำจัดฟองอากาศออก

หากมีความต้องการความแข็งแรงสูง เพื่อให้แน่ใจถึงความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ ผ้าทั้งสองชิ้นควรนำมาทับซ้อนกันโดยมีความกว้างของแนวซ้อนประมาณ 50 มม. และในขณะเดียวกัน ตำแหน่งที่ทับซ้อนกันของแต่ละชั้นควรมีการจัดเรียงให้เยื้องกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

(Ⅴ) การปูชีพสตอว์แมต (Chopped Strand Mat)

เมื่อใช้ชีพสตอว์แมต (Chopped Strand Mat) เป็นวัสดุเสริมแรง ควรใช้ลูกกลิ้งสำหรับอัดเรซิน (impregnation rollers) ที่มีขนาดแตกต่างกันในการทำงาน เนื่องจากลูกกลิ้งอัดเรซินมีประสิทธิภาพสูงมากในการกำจัดฟองอากาศออกจากเรซิน หากไม่มีเครื่องมือนี้และจำเป็นต้องใช้แปรงในการอัดเรซิน ควรใช้วิธีการแตะป้ายแบบจุด (dot brushing method) เพื่อทาเรซิน มิฉะนั้นเส้นใยอาจเกิดการพันกันและเลื่อนตำแหน่ง ทำให้การกระจายตัวไม่สม่ำเสมอและความหนาไม่เท่ากัน สำหรับวัสดุเสริมแรงที่ปูในมุมภายในที่ลึก หากใช้แปรงหรือลูกกลิ้งอัดเรซินไม่สามารถทำให้แนบสนิทได้ สามารถใช้มือในการปรับให้เรียบและกดให้แน่นได้

ระหว่างการปูแผ่นไฟเบอร์ ให้ใช้ลูกกลิ้งปูน้ำยาเคลือบผิวแม่พิมพ์ จากนั้นจึงปูชิ้นส่วนผ้าไฟเบอร์ที่ตัดไว้ด้วยมือบนแม่พิมพ์และปรับให้เรียบ แล้วใช้ลูกกลิ้งปูน้ำยาอีกครั้ง โดยกลิ้งไปมาซ้ำๆ เพื่อให้น้ำยาเรซินซึมเข้าสู่ผ้าไฟเบอร์ จากนั้นใช้ลูกกลิ้งเจาะอากาศกลิ้งเพื่อดันอากาศในเนื้อน้ำยาออกมาสู่ผิวหน้าและไล่ฟองอากาศ แล้วจึงปูชั้นที่สอง สำหรับบริเวณมุม สามารถใช้มือฉีกผ้าไฟเบอร์เพื่อให้สะดวกต่อการหุ้มมุม โดยให้ผ้าไฟเบอร์แต่ละชิ้นมีส่วนที่ทับกันประมาณ 50 มม.

ผลิตภัณฑ์จำนวนมากยังสามารถใช้วิธีปูสลับชั้นระหว่างผ้าไฟเบอร์แบบตัดชิ้นกับผ้าแก้วได้ ตัวอย่างเช่น เรือตกปลาที่ผลิตโดยบริษัทต่างๆ ในญี่ปุ่นจะใช้วิธีการปูสลับชั้นดังกล่าว ซึ่งมีรายงานว่าให้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติใช้งานได้ดี

(Ⅵ) การปูสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีผนังหนา
ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาน้อยกว่า 8 มม. สามารถขึ้นรูปในขั้นตอนเดียวได้ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนามากกว่า 8 มม. ควรขึ้นรูปเป็นขั้นตอนหลายขั้นตอน มิฉะนั้น ความร้อนที่ถ่ายเทไม่ดีในระหว่างการบ่มอาจทำให้ผลิตภัณฑ์ไหม้และเกิดการเปลี่ยนสี ส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งาน สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปหลายขั้นตอน ในระหว่างการวางชั้นที่สอง ควรทำการขูดแต่งเศษพูดและฟองอากาศที่เกิดขึ้นหลังจากขั้นตอนการวางและการบ่มครั้งแรกก่อนที่จะดำเนินการวางชั้นถัดไป โดยทั่วไปแนะนำว่า ความหน้าของชิ้นงานที่ขึ้นรูปในแต่ละครั้งไม่ควรเกิน 5 มม. อย่างไรก็ตาม ยังมีเรซินที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่มีผนังหนา ซึ่งมีคุณสมบัติการให้ความร้อนต่ำและการหดตัวต่ำ ซึ่งสามารถขึ้นรูปให้มีความหนาได้มากกว่าในการขึ้นรูปเพียงครั้งเดียว