อดีตและปัจจุบันของเส้นใยคาร์บอน

Sep 23, 2025

การสำรวจในช่วงแรกของเส้นใยคาร์บอน: การเริ่มต้นและการชะลอตัว

ต้นกำเนิดของเส้นใยคาร์บอนสามารถสืบย้อนไปได้ถึงช่วงทศวรรษ 1880 เมื่อถูกใช้เป็นวัสดุไส้หลอดไฟ โทมัส เอดิสัน และโจเซฟ สวอน ได้จดสิทธิบัตรไส้หลอดคาร์บอนที่ทำจากไม้ไผ่และเส้นด้ายฝ้ายตามลำดับ อย่างไรก็ตาม เมื่อหลอดไฟไส้ทังสเตนได้รับความนิยม ไส้หลอดคาร์บอนจึงถูกแทนที่เนื่องจากประสิทธิภาพและความทนทานที่ด้อยกว่า ส่งผลให้เทคโนโลยีเส้นใยคาร์บอนเกิดภาวะชะลอตัวแทบจะหยุดนิ่งเป็นเวลาหลายทศวรรษหลังจากนั้น

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ยูเนียนคาร์ไบด์เริ่มทำการวิจัยเส้นใยคาร์บอนโดยใช้เรยอนเป็นสารตั้งต้น และผลิตผ้าเส้นใยคาร์บอนที่สามารถใช้ในการทดสอบหัวฉีดจรวดและแผ่นกันความร้อนได้ในปี ค.ศ. 1958 โดยผ่านกระบวนการกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดกระบวนการยืดที่เหมาะสม คุณสมบัติทางกลจึงมีคุณภาพต่ำ ทำให้การประยุกต์ใช้งานเชิงพาณิชย์มีข้อจำกัด

ทศวรรษ 1960: การแข่งขันระหว่างหลายประเทศและการก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และสหราชอาณาจักร เริ่มทำการวิจัยเส้นใยคาร์บอนความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูงเกือบพร้อมกัน ในปี ค.ศ. 1960 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน คือ อาร์. แบคอน ได้ผลิตไส้กราไฟต์โดยใช้วิธีอาร์กความดัน แม้จะยังไม่มีการพาณิชย์ แต่ก็ได้รับความสนใจจากกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในปีเดียวกัน กระทรวงอุตสาหกรรมและการค้าระหว่างประเทศของญี่ปุ่น (MITI) ได้เริ่มโครงการวิจัยร่วมกับบริษัทต่างๆ เช่น Toray และ Nippon Carbon เพื่อพัฒนาเส้นใยคาร์บอนจากโพลีอะคริโลไนไทรล์ (PAN) อากิโอะ ชินโด ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยในปี ค.ศ. 1961 โดยผลิตตัวอย่างที่มีสมรรถนะสูงกว่าเส้นใยคาร์บอนจากเรยอนถึงสามเท่า แต่ผลงานนี้กลับได้รับความสนใจน้อยจากวงวิชาการตะวันตก

สถาบันการบินแห่งสหราชอาณาจักร (RAE) เริ่มทำการวิจัยในปี ค.ศ. 1963 และเร่งพัฒนาหลังจากทราบถึงความสำเร็จของญี่ปุ่น ความสำเร็จ พัฒนากระบวนการผลิตเส้นใยคาร์บอนจากพอลิอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ที่มีสมรรถนะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าภายในหกเดือน ความสำเร็จสำคัญ ได้แก่ การยืดตัวของสารตั้งต้น PAN ระหว่างขั้นตอนออกซิเดชันเพื่อเพิ่มการจัดเรียงตัวของโมเลกุล การปรับปรุงกระบวนการบำบัดด้วยความร้อน และการพัฒนาวิธีการออกซิเดชันแบบอิเล็กโทรไลซิสเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะระหว่างเส้นใยกับเรซิน เทคโนโลยีนี้ได้รับการอนุญาตให้กับบริษัทในสหราชอาณาจักรสามแห่ง ได้แก่ Courtaulds, Morgan Crucible และ Rolls-Royce

Rolls-Royce ใช้เส้นใยคาร์บอนในการผลิตใบพัดเครื่องยนต์ RB211 แต่เกิดความล้มเหลวในการทดสอบการชนนก ซึ่งเป็นหนึ่งในสาเหตุที่ทำให้บริษัทล้มละลาย และส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออุตสาหกรรมเส้นใยคาร์บอนของสหราชอาณาจักร ในขณะเดียวกัน บริษัท Toray ของญี่ปุ่นได้เปิดตัวเส้นใยคาร์บอน Torayca T300 ในปี ค.ศ. 1971 ซึ่งกลายเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับคอมโพสิตยุคแรก และเข้าสู่ตลาดโลกผ่านข้อตกลงการแลกเปลี่ยนเทคโนโลยี

1970–1989: การขยายการประยุกต์ใช้งานและการลดต้นทุน

เริ่มตั้งแต่ทศวรรษ 1970 การใช้งานเส้นใยคาร์บอนได้ขยายตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศไปยังสินค้ากีฬาและภาคอุตสาหกรรม เมื่อกระบวนการผลิตพัฒนาขึ้น ต้นทุนการผลิตจึงลดลงจาก 200 ปอนด์ต่อกิโลกรัมในปี 1970 เหลือเพียง 20–80 ปอนด์ต่อกิโลกรัมในปี 1980 บริษัทญี่ปุ่นซึ่งอาศัยการปรับปรุงเทคโนโลยีและการขยายกำลังการผลิต ทำให้สามารถครองตลาดได้สำเร็จ บริษัทอย่าง Toray และ Toho Rayon สามารถส่งเสริมการใช้เส้นใยคาร์บอนในตลาดผู้บริโภค เช่น ก้านไม้กอล์ฟและเบ็ดตกปลา

ในทศวรรษ 1980 เส้นใยคาร์บอนถูกนำมาใช้ในโครงสร้างรองของเครื่องบิน เช่น Boeing 757/767 ความต้องการของกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ในปี 1987 ที่กำหนดให้มีการผลิตเส้นใยคาร์บอนและสารตั้งต้นภายในประเทศอย่างน้อย 50% ได้กระตุ้นให้เกิดการลงทุนในประเทศจำนวนมาก แต่ภายหลังนำไปสู่ปัญหากำลังการผลิตเกินความต้องการ บริษัทญี่ปุ่นได้ขยายบทบาทในระดับโลกผ่านการร่วมทุนและการตั้งโรงงาน จนคิดเป็นสัดส่วนเกือบครึ่งหนึ่งของการผลิตเส้นใยคาร์บอนทั่วโลกภายในช่วงปลายทศวรรษ 1980

ทศวรรษ 1990: ความท้าทายและการเปลี่ยนแปลงหลังสงครามเย็น

การสิ้นสุดของสงครามเย็นนำไปสู่การลดลงอย่างมากในคำสั่งซื้อทางการทหาร ทำให้ความต้องการเส้นใยคาร์บอนในสหรัฐอเมริกาลดลงประมาณ 60% ระหว่างปี 1990–1991 ส่งผลให้ผู้ผลิตจำนวนมากต้องหยุดการผลิตหรือถอนตัวออกจากตลาด ตรงข้ามกับบริษัทญี่ปุ่นที่ขยายกำลังการผลิตสวนทางกับแนวโน้มดังกล่าว และเสริมสร้างตำแหน่งระดับโลกโดยการเข้าซื้อกิจการโรงงานในยุโรปและอเมริกา ในปี 1993 รัฐบาลคลินตันได้เปิดตัวโครงการเทคโนโลยีเพื่อการลงทุนใหม่ (TRP) เพื่อสนับสนุนการใช้วัสดุคอมโพสิตในโครงสร้างพื้นฐานพลเรือนและการบิน-อวกาศ ช่วยให้อุตสาหกรรมของสหรัฐฯ ฟื้นตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไป

พร้อมกันนั้น การใช้เส้นใยคาร์บอนเพิ่มขึ้นในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ใบพัดกังหันลมและชิ้นส่วนยานยนต์ ขณะที่เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกและเส้นใยคาร์บอนจากไพทช์ ก็ได้เพิ่มแรงผลักดันใหม่ให้กับอุตสาหกรรม

1990–1995: การปรับตัวอย่างผันผวนและการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์

ยอดขายเส้นใยคาร์บอนทั่วโลกในช่วงเวลานี้อยู่ที่ประมาณ 8,000 ตันต่อปี แต่โครงสร้างความต้องการในแต่ละภูมิภาคนั้นแตกต่างกันอย่างมาก: ตลาดสหรัฐอเมริกาถูกครอบงำโดยอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ในขณะที่เอเชียนำโดยสินค้ากีฬา การลดงบประมาณด้านกลาโหมของสหรัฐฯ ทำให้เกิดกำลังการผลิตส่วนเกินอย่างรุนแรง; ภายในปี 1991 ครึ่งหนึ่งของกำลังการผลิตทั่วประเทศไม่มีการใช้งาน และบริษัทอย่าง Courtaulds และ BASF ได้ออกจากตลาดไป

บริษัทญี่ปุ่นยังคงขยายตัวต่อเนื่อง โดยบริษัทต่างๆ เช่น Toray และ Mitsubishi Rayon เข้าสู่ตลาดยุโรปและอเมริกาผ่านการควบรวมและซื้อกิจการ ภายในปี 1995 ญี่ปุ่นควบคุมกำลังการผลิตเส้นใยคาร์บอนทั่วโลกถึง 62% สร้างความได้เปรียบที่ชัดเจน

การฟื้นตัวและแนวโน้มใหม่

หลังปี 1995 ความต้องการวัสดุน้ำหนักเบาในอุตสาหกรรมการบินพลเรือนเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง พร้อมกับการเติบโตของตลาดพลังงานลมและสินค้ากีฬา ส่งผลให้อุตสาหกรรมเส้นใยคาร์บอนทั่วโลกฟื้นตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไป บริษัทของสหรัฐฯ ใช้ประโยชน์จากโครงการ TRP เพื่อลดต้นทุนทางเทคโนโลยี จึงกลับเข้าสู่เส้นทางการเติบโตอีกครั้ง ในขณะที่ยุโรปพึ่งพาการลงทุนจากต่างประเทศมากขึ้นหลังจากผู้ประกอบการในประเทศถอนตัวออกไป อย่างไรก็ตาม ในอนาคต เมื่อความต้องการวัสดุน้ำหนักเบามีเพิ่มขึ้นในสาขาใหม่ๆ เช่น ยานยนต์ไฟฟ้า (EV) และพลังงานใหม่ เส้นใยคาร์บอนคาดว่าจะมีช่องทางการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางยิ่งขึ้น

สรุป

การเดินทางของเส้นใยคาร์บอนจากวัสดุในห้องปฏิบัติการสู่การกลายเป็นวัตถุดิบสำคัญในหลายสาขา เกี่ยวข้องกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี การเปลี่ยนแปลงของตลาด และการแข่งขันระดับนานาชาติ ญี่ปุ่นได้สร้างตำแหน่งผู้นำผ่านการลงทุนทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและการขยายตลาด สหรัฐอเมริกากลับมาแข่งขันได้อีกครั้งด้วยการสนับสนุนจากนโยบาย ในขณะที่ยุโรปเผชิญกับการปรับโครงสร้าง ในอนาคต เมื่อต้นทุนลดลงและมีการเกิดขึ้นของสถานการณ์การใช้งานใหม่ๆ เส้นใยคาร์บอนจะมีบทบาทสำคัญมากยิ่งขึ้นในด้านพลังงานสีเขียว การขนส่ง และสาขาอื่นๆ

ผสานภูมิปัญญาด้านวิทยาศาสตร์วัสดุกว่าศตวรรษ เพื่อเสริมสร้างรากฐานของปัจจุบันให้มั่นคง

ตั้งแต่การสำรวจทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 19 จนถึงการประยุกต์ใช้ขั้นสูงทั่วโลกในปัจจุบัน การพัฒนาของเส้นใยคาร์บอนคือประวัติศาสตร์ของการแสวงหาความแข็งแรงและความเบาอย่างไม่หยุดยั้ง เราให้เกียรติกับความมุ่งมั่นนี้ และถ่ายทอดจิตวิญญาณนั้นลงในทุกเส้นใยที่เราผลิต

ดร. การเสริมแรง เข้าใจอย่างลึกซึ้งถึงมรดกและนวัตกรรมของเทคโนโลยีเส้นใยคาร์บอน เรามิเพียงมีฐานการผลิตที่ทันสมัยขนาด 8,000 ตารางเมตร แต่ยังมีขีดความสามารถในการผลิตผ้าเส้นใยคาร์บอนได้สูงถึง 50,000 ตันต่อวัน สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความมั่นคงและเชื่อถือได้ของโซลูชันการเสริมแรงสำหรับลูกค้าหลายล้านรายทั่วโลก ไม่ว่าจะเป็นโครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ หรือการปรับปรุงความปลอดภัยในที่อยู่อาศัย

ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของเราเป็นไปตาม ระบบคุณภาพสากล ISO-9001 และ การรับรองมาตรฐาน CE จากสหภาพยุโรป , ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานระดับโลก ตลาดคือการทดสอบที่แท้จริง—การซื้อซ้ำจากลูกค้าเกือบครึ่งหนึ่งของเรา คือคำยืนยันที่ทรงพลังที่สุดต่อคำมั่นสัญญาของเราในเรื่อง "คุณภาพที่รับประกันอย่างแน่นอน"