เสือหมอบคาร์บอน เอาให้สุดลิ่มทิ่มความเบากันไปเลยดีมั้ย

จักรยานเสือหมอบยุคใหม่กับชิ้นส่วนอุปกรณ์จักรยานบางชิ้น เช่น จาน ตีนผี แฮนด์ คอ ก้านอาน ล้อและแกนเบาะ สร้างขึ้นโดยกรรมวิธีพิเศษ และนำเอาวัสดุที่ครั้งหนึ่งเคยมีใช้สำหรับการท่องอวกาศ หรือใช้เป็นแชสซีส์และเปลือกตัวถังให้กับรถสปอร์ตราคาแพง เมื่อความต้องการในการที่จะกำจัดน้ำหนักส่วนเกินในจักรกลเหล่านั้นพุ่งสูงขึ้น จึงมีบริษัทและวิศวกรบางค่าย พยายามปรับใช้วัสดุที่ทำให้มีน้ำหนักเบาขั้นสูง ชิ้นส่วนต่างๆ ที่ผลิตขึ้นรูปด้วยคาร์บอนไฟเบอร์จึงกลายเป็นของที่ได้รับความนิยมในเวลาต่อมา

ไม่เพียงแค่ยานกระสวยอวกาศ รถแข่ง รถซุปเปอร์คาร์ ตลอดจนชิ้นงานทางวิศวกรรมต่างๆ ที่ต้องการความเบาผนวกกับความแข็งแรงแล้ว ในวงการผลิตจักรยานชั้นนำยุคใหม่ ได้มีการนำเอาวัสดุประเภทคาร์บอนไฟเบอร์มาใช้ในการประกอบเป็นเฟรม ตะเกียบ ล้อหรืออะไหล่บางชิ้นที่ต้องการความคงทนและน้ำหนักที่เบา เพื่อทำให้รถจักรยานไม่กินกำลังของเหล่านักปั่นเงินถุงเงินถังอีกต่อไป การปั่นขึ้นเขาด้วยรถจักรยานที่ผลิตขึ้นจากวัสดุที่มีความเบามากๆ ทำให้การออกแรงปั่นถีบตัวเองและรถคู่ใจขึ้นไปบนยอดเขา ใช้แรงน้อยกว่าในการที่น่องของคุณจะต้องทำงานอย่างต่อเนื่องแทบจะระเบิดอยู่ตลอดเวลาเมื่อเอาจักรยานที่มีน้ำหนักมากๆ ขึ้นไปปั่นบนภู

จากมุมมองของนักสร้างจักรยาน คาร์บอนไฟเบอร์ สามารถนำมาผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ทำให้น้้ำหนักเบา ส่งผลให้นักปั่นไปได้เร็วขึ้น คุณสมบัติในการรับแรงสั่นสะเทือนที่ดี แต่การยืดหยุ่นยังคงเป็นรองโลหะพวกไททาเนียม เมื่อการพัฒนากลเม็ดในการสร้างคาร์บอนไฟเบอร์มีความก้าวหน้าไปเรื่อยๆ คาร์บอนไฟเบอร์แบบใหม่ ที่มีความเฉพาะเจาะจงในการใช้งานจึงเกิดขึ้นมากมาย ทำให้เกิดการคิดค้นที่ไร้ขอบเขตและนำมาใช้สำหรับเครื่องไม้เครื่องมือที่ต้องการความเบากับความแข็งแรงควบคู่กันไป

คาร์บอนไฟเบอร์นั้น เป็นวัสดุน้ำหนักเบาที่เกิดขึ้นจากการคิดค้นเมื่อไม่กี่สิบปีที่ผ่านมา เนื่องจากความต้องการที่จะปรับวัสดุที่ใช้ทำของบางอย่างให้มีน้ำหนักที่ลดลง โดยยังคงความแข็งแกร่งในด้านของการรับแรงต่างๆ ที่เข้ามากระทำ คาร์บอนไฟเบอร์ประกอบด้วยธาตุคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนประกอบที่มีอยู่ทั่วทุกหนทุกแห่งบนโลกใบนี้ คาร์บอนอาจก่อรูปเป็นถ่านหินกราไฟต์หรือเพชร และเป็นส่วนประกอบทางเคมีของอินทรีย์สารซึ่งพบได้ทั่วไปและอยู่ในสิ่งมีชีวิตบนโลก คาร์บอนเป็นสารประกอบที่มีอยู่มากที่สุดเป็นลำดับที่ 4 ในเอกภพ และเป็นสารที่มีมากเป็นลำดับ 2 ในร่างกายของมนุษย์

คาร์บอนไฟเบอร์มีพื้นฐานมาจากพลาสติกธรรมดา มันคือ Polyacrylonitrile (โพลิอะคลิโลไนไทรล์) โดยเอาโมเลกุลที่ไม่มีความแข็งแรงเหล่านี้ มาเปลี่ยนแปลงการเรียงลำดับโครงสร้างทางเคมีใหม่ ซึ่งการผลิตเส้นใยคาร์บอนนั้นมีขั้นตอนที่ค่อนข้างซับซ้อน โดยนำเอาเส้นใย Polyacrylonitrile มาเผาในเตาที่มีความร้อนสูงถึง 3,000 องศาเซลเซียส จนเส้นใยเปลี่ยนจากสีขาวกลายเป็นสีดำ จากนั้นจะทำการแยกธาตุทุกชนิดที่ไม่ใช่คาร์บอนออกด้วยการเผาอีกครั้งที่อุณหภูมิสูงมาก วิธีแยกก็คือ นำไปเผาที่ความร้อน 10,000-30,000 องศาเซลเซียส ด้วยการใช้ความดันที่สูงมาก ยิ่งเผาที่ความร้อนสูงมาก คาร์บอนไฟเบอร์ก็จะยิ่งมีความแข็งแกร่งมากยิ่งขึ้น หลังจากนั้นจะเป็นกรรมวิธี Surface Treatment คือการเคลือบผิวหน้าของเส้นใย ให้สามารถรวมตัวกันเป็นเส้นใยที่ใหญ่ขึ้น เพื่อนำไปใช้งาน โดยการเคลือบ จะใช้สารประกอบพวกโพลิเมอร์ ซึ่งสามารถยึดเกาะโครงสร้างอนูเล็กๆ ให้สามารถคงรูปเกาะยึดกันได้ และทำให้เส้นใยมีความแข็งแรงสูงมาก หากกรรมวิธีการเคลือบไม่ดีหรือใช้ต้นทุนในการผลิตตลอดจนเทคโนโลยีในขั้นตอนของการ เผา เรียงชั้น กับการเคลือบต่ำเกินไป อาจจะทำให้เกิดมีโพรงอากาศอยู่ภายในเนื้อวัสดุ เวลานำเส้นใยคาร์บอนไปใช้งานในด้านต่างๆ ทำให้มันไม่มีความแข็งแรงที่มากพอตามต้องการ วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผ่านการผลิตด้วยต้นทุนที่ต่ำอาจเปราะแตกหักเสียหายได้ จากสาเหตุดังกล่าว

Surface Coating คือการนำอีพ็อกซี่มาเคลือบทับบนผิวเพื่อให้สามารถนำไปใช้ได้โดยเพิ่มความคงทนไม่มีการหลุดลุ่ย เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์ที่นำมาใช้ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปที่มีความคล้ายคลึงกับผืนผ้า เมื่อนำมาตัดและขึ้นรูปกับแม่พิมพ์แล้วทำการหล่อเพื่อนำไปใช้งาน หากขั้นตอนในการเคลือบผิวไม่ดี เส้นใยคาร์บอนอาจแตกหักเป็นเศษเล็กๆ และทำให้ค่าความแข็งไม่ได้มาตรฐาน จึงเป็นที่มาของความแพง สำหรับวัสดุที่ต้องการความเบาอย่างคาร์บอนคอมโพสิต ชิ้นส่วนของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ที่ถูกตัดอย่างแม่นยำ จะถูกนำมาซ้อนกันหรือวางบนไฟเบอร์ชิ้นอื่น มีมุมตรงกันข้าม (ปกติใช้มุม 45 องศา) เพื่อทำให้มันมีความแข็งและทนแรงที่เข้ามากระทำในทุกทิศทาง คาร์บอนไฟเบอร์ซ้อนกันเป็นรูปแผ่นบาง สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างโครงสร้างที่ต้องประกอบกัน มีความเหนียวเมื่อรับแรงในทิศทางหนึ่ง และมีความยืดหยุ่นมากขึ้นกับแรงที่กระทำจากอีกทิศทางหนึ่ง การสร้างให้ไฟเบอร์อยู่ที่มุมและยึดด้วยกาวเรซิน ทำให้เกิดการรับแรงพร้อมกัน เพื่อต้านแรงที่มากระทำในทุกทิศทาง

เกรดของคาร์บอนไฟเบอร์มีอยู่ด้วยกันสามระดับ ซึ่งขึ้นตรงกับหน่วยวัดจิกะปาสคาล GPa ในคาร์บอนไฟเบอร์ระดับมาตรฐาน มีค่ามอดูรัสประมาณ 200-280 GPa ส่วนคาร์บอนไฟเบอร์เกรดกลาง จะมีค่ามอดูรัสประมาณ 300 GPa สำหรับคาร์บอนไฟเบอร์เกรดสูงสุดที่มีราคาแพงสุด จะมีค่ามอดูรัสประมาณ  350 GPa ขึ้นไป แต่ผู้ที่เลือกซื้อจักรยานคาร์บอนราคาแพง อาจสับสนด้วยกลเม็ดในการโฆษณา ว่าจักรยานคาร์บอนรุ่นนั้นๆ เป็นสินค้าที่ใช้คาร์บอนเกรดสูง หรือใช้คำว่า ผลิตด้วยคาร์บอนไฟเบอร์เกรดเดียวกันกับที่ใช้ทำยานอวกาศ จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ผู้เลือกซื้อต้องใช้ความระมัดระวังในการเลือกจักรยานคาร์บอนที่ผลิตด้วยคาร์บอนเกรดสูงสุด 

ส่วนใหญ่ จักรยานคาร์บอนที่มีขายอยู่ในตลาดจักรยาน จะใช้คาร์บอนที่มีค่ามาตรฐานในระดับ T300 ซึ่งมีค่ามอดูรัสประมาณ 200-280 GPa สำหรับจักรยานแข่งระดับบนที่ต้องการความแข็งแกร่งสูงสุดและต้องมีน้ำหนักเบา จะใช้คาร์บอนเกรดสูง T700- T800 ส่วนค่ามอดูรัส จะอยู่ที่ 350 GPa ขึ้นไป คาร์บอนไฟเบอร์ที่ใช้ผลิตจักรยานแข่งระดับบน มีราคาแพงมโหฬารจากขั้นตอนในการขึ้นรูป เรียงชิ้นงานและอบจนได้คุณภาพตามที่ต้องการ ราคาของมันจะทะยานขึ้นจากระดับหลายแสนบาทไปจนถึงล้านบาท และอาจทำให้คุณๆที่กำลังอยากได้รู้สึกท้อใจกันเลยทีเดียว

เพื่อให้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์บางๆ มีความต้านทานสูง โดยให้ความร้อนในเบ้าหลอม จะสามารถไล่อากาศออกจากโมเลกุลของคาร์บอน และปลดปล่อยเรซิลส่วนเกินออกไป ส่วนของคาร์บอนที่จัดเรียงตัวกันเป็นอย่างดี จะช่วยทำให้คาร์บอนไฟเบอร์ ที่ใช้ในการผลิตชิ้นงานหรือวัสดุต่างๆ มีความเหนียวและแข็งแรง มีความหนาแน่นต่ำ ยืดหดตัวได้ต่ำมาก คาร์บอนไฟเบอร์ไม่สามารถยืดออก หรืองอได้มากก่อนที่จะจะแตกหักออกจากกัน การหักพังเกิดขึ้นมาจากขั้นตอนหรือกรรมวิธีในการผลิตที่ไม่เหมาะสม ใช้ต้นทุนหรือเทคโนโลยีต่ำเกินไปหรือไม่ได้มาตรฐาน และกลายเป็นที่มาของราคาค่าตัวของคาร์บอนไฟเบอร์ที่สูงมากกว่าการใช้วัสดุแบบอื่น ซึ่งอาจมีน้ำหนักมากกว่า แต่ก็สามารถรับแรงได้มากกว่าด้วยเช่นกัน (ข้อมูลของคุณ Stuff_shirt จาก http://topicstock.pantip.com/ratchada/topicstock/2012/06/V12220335/V12220335.html)

บริษัทผลิตรถจักรยานเก่าแก่ของอิตาลียี่ห้อ Olympia ได้ทำการคิดค้นและสร้างรถจักรยานประเภทเสือหมอบที่มีน้ำหนักเบากว่ารถเสือหมอบซึ่งสร้างขึ้นด้วยคาร์บอนไฟเบอร์แบบทั่วไป รถจักรยาน Olympia รุ่น 849 Special เป็นเสือหมอบที่ถูกผลิตขึ้นมาเพื่อเฉลิมฉลองครบรอบ 120 ปี ของแบรนด์จักรยาน Olympia ตัวเฟรมมีน้ำหนักตามชื่อรุ่น โดยมีน้ำหนักของเฟรมเปล่าๆ รวม 849 กรัม เป็นหนึ่งในเฟรมจักรยานที่มีน้ำหนักน้อยที่สุดในปัจจุบัน

คุณสมบัติด้านความเบาของรถจักรยาน Olympia รุ่น 849 Special ประกอบด้วยเฟรมคาร์บอน เบรกคาร์บอนจาก AX-Lightness AX3000 ที่มีน้ำหนัก 82.9 กรัมต่อคู่ น้ำหนักที่เบาขนาดนั้นทำให้เบรกคาร์บอนคอมโพสิตชุดนี้มีความเบามากกว่าชุดเบรคของ Dura-Ace เพียงก้ามเดียว คอแฮนด์ยาว 11 เซนติเมตรใช้รุ่น Zeus ของ AX-Lightness มีน้ำหนักแค่ 61 กรัม ส่วนแฮนด์ใช้ของ Schmolke จากเยอรมนีหนัก 138 กรัม หลักอานจาก Schmolke TLO มีน้ำหนัก 70 กรัม อานของเจ้า Olympia 849 Special ก็ยังทำมาจากคาร์บอนด้วยเช่นเดียวกัน โดยมีน้ำหนักเบาหวิวที่ 35 กรัมเท่านั้น

ล้อของ Olympia 849 Special ช่วยลดน้ำหนักของจักรยานทั้งคันได้มากเมื่อเปรียบเทียบกับวงล้อคาร์บอนของจักรยานเสือหมอบทั่วไป ดุมล้อแบบพิเศษของ Tune Skyline ซึ่งเป็นดุมล้อที่ใช้งานวิศวกรรมขั้นสูงในการออกแบบมาเป็นพิเศษในรุ่น Mig สำหรับล้อที่มีน้ำหนักเบาเพียง 45 กรัมที่ล้อหน้า กับดุมรุ่น Mag ซึ่งเป็นดุมล้อหลังหนัก 90 กรัม ค่ายผู้ผลิตดุมล้อจักรยาน Tune Skyline จากเยอรมนี ใช้แม่เหล็กถาวรแทนที่สปริง รวมถึงขอบล้อคาร์บอนก็ยังเป็นยี่ห้อ Tune Skyline โดยมีน้ำหนักต่อวงที่ 220 กรัม ทำให้ล้อทั้งคู่ของเจ้า 849 Special มีน้ำหนัก 798 กรัม

เฟรมคาร์บอนของ Olympia 849 Special ใช้คาร์บอนไฟเบอร์T800 / T1000 และ M40J จากบริษัท Toray ของญี่ปุ่น ใน T1000 นั้นมีความพิเศษของมวลเมื่อเทียบกับเฟรมคาร์บอนของจักรยานเสือหมอบรุ่นอื่นๆ ของแบรนด์ Olympia เฟรม T1000 สามารถทนทานต่อแรงดึงได้สูง ใช้เนื้อวัสดุน้อยกว่าทำให้มีน้ำหนักเบามากแต่ยังคงความแข็งแกร่งเอาไว้ เฟรมและอะไหล่ชิ้นส่วนทั้งหมดของ Olympia 849 Special เมื่อประกอบเป็นตัวรถทั้งคัน ทำให้มันมีน้ำหนักเบามากแค่ 4.26 กิโลกรัมเท่านั้น หรือหากนำมาเปรียบเทียบกับน้ำหนักของจักรยานเสือหมอบที่สร้างจากคาร์บอนไฟเบอร์ในระดับมาตรฐานที่ใช้สำหรับลงแข่งแบบถูกต้องตามกฎกติกานั้น เจ้า Olympia 849 Special จะมีน้ำหนักเพียงแค่ครึ่งเดียวเท่านั้น (น้ำหนักรถจักรยานเสือหมอบคาร์บอนส่วนใหญ่จะอยู่ในระดับ 6.9-8.2 กิโลกรัม) และหากยังไม่สาแก่ใจในด้านของความเบาดั่งขนนก เมื่อเปลี่ยนคอแฮนด์ให้สั้นลง รวมถึงเปลี่ยนหลักอานให้สั้นลงอีกนิด จะทำให้เสือหมอบคาร์บอนคันนี้มีน้ำหนักแค่ 3.5 กิโลกรัมเท่านั้น ขี่ดีๆ ระวังจะไปเสยอะไรเข้าให้ล่ะครับ ราคา 5.5 แสนบาทของ Olympia 849 Special พอฟัดพอเหวี่ยงกับ ECO-CAR ดีๆ คันหนึ่งเลยทีเดียว จักรยานที่มีความเบาเป็นสรณะคันนี้ จึงอยู่ที่เงินในกระเป๋ากับความชอบส่วนตัวเป็นที่ตั้ง สำหรับผู้เขียน ขอตะกายกับรถหนัก 9.5 กิโลกรัมดีกว่าเนื่องจากวาสนาไม่ถึงครับ.

ข้อมูลและเอกสารประกอบการเขียนบางส่วนจาก CYCLING PLUS 13 JUNE 2014
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom