เมื่อไม่กี่วันก่อน NASA และห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้ร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีใหม่สำหรับการพิมพ์ 3 มิติโพลีเมอร์ที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งคาดว่าจะนำไปใช้กับเครื่องยนต์อากาศยานในอนาคต วัสดุที่ใช้ในเทคโนโลยีนี้คือคาร์บอนไฟเบอร์ การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอาวุธยุทโธปกรณ์และยุทโธปกรณ์สมัยใหม่มุ่งไปที่การใช้พลังงานที่ต่ำ น้ำหนักบรรทุกมาก การลักลอบ และความคล่องตัวสูง และความต้องการที่สูงขึ้นนั้นถูกวางไว้บนวัสดุที่ใช้ในการผลิตอาวุธ วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ หรือที่รู้จักในชื่อ"ทองคำดำ" ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศและการทหาร เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่ยอดเยี่ยม การใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อสร้างอาวุธและอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นได้กลายเป็นสนามรบใหม่ที่อำนาจทางทหารแข่งขันกันมานานแล้ว
ที่น่าสนใจ"ทองคำสีดำ"
จำหุ่นยนต์"บิ๊กไวท์" ในภาพยนตร์แอนิเมชั่นเรื่อง Big Hero 6? ต้นแบบของหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่แตะต้องผู้คนนับไม่ถ้วนนี้ ทำจากวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ สิ่งนี้ทำให้เขาสามารถทนต่อการถูกทุบและทุบตี อันที่จริง แม้แต่เครื่องบินขับไล่ F-35 ซึ่งเคยประสบปัญหาเรื่องน้ำหนักเกิน ในที่สุดก็บรรลุความฝันในการบินโดยใช้วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สูงถึง 35% คาร์บอนไฟเบอร์หรือที่รู้จักในชื่อ"ทองคำสีดำ" มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการป้องกันประเทศและการทหาร เป็นวัสดุพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับจรวด ดาวเทียม ขีปนาวุธ เครื่องบินขับไล่และเรือรบ
ต้นกำเนิดของคาร์บอนไฟเบอร์สามารถสืบย้อนไปถึงปี พ.ศ. 2403 โจเซฟ สวอน ชาวอังกฤษผู้คิดค้นและจดสิทธิบัตรคาร์บอนไฟเบอร์เมื่อเขาสร้างเส้นใยของหลอดไฟไฟฟ้า คาร์บอนไฟเบอร์นำไปสู่ & quot;ระเบิด" ขั้นตอนการวิจัยและการประยุกต์ใช้ หรือบางอย่างหลังทศวรรษ 1950 ในปี 1958 นักวิจัยชาวอเมริกันค้นพบคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูงเป็นครั้งแรก ตามด้วยนักวิจัยชาวญี่ปุ่นและชาวอังกฤษเพื่อปรับปรุงและยกระดับประสิทธิภาพของคาร์บอนไฟเบอร์ ภายในปี 1970 วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เริ่มปรากฏในชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบินรบ และวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์สามารถพบเห็นได้ในเครื่องบินรบ เช่น F-15, B-1, F-16 และ F-18 นอกจากเครื่องบินขับไล่ F-22 และ F-35 ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ' ที่ใช้วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์แล้ว X-47B, Global Hawk และอุปกรณ์อื่นๆ ยังใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเพิ่มน้ำหนักบรรทุก ความอดทนและความอยู่รอด
ไม่มีการกล่าวเกินจริงในการอธิบายวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ว่า"แข็งแกร่งและแข็งแกร่งดั่งเส้นผม" โดยไม่คำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มีความอ่อนนุ่มและสามารถแปรรูปได้เหมือนกับเส้นใยสิ่งทอ พวกเขาเป็นวัสดุประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ที่มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล้า ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูง และการนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี จักรยานวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผู้คนมักสัมผัสส่วนใหญ่มักพึ่งพาการขาดพลาสติกที่ผิดรูปของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งไม่เพียงช่วยลดน้ำหนักของตัวรถเท่านั้น แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของจักรยานได้อย่างมาก
ปัจจุบันยังคงมีช่องว่างขนาดใหญ่สำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ ในด้านเรซินที่เน้นวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ การใช้คาร์บอนไฟเบอร์จะช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของชิ้นส่วนอาวุธและอุปกรณ์ต่างๆ และจะช่วยปรับปรุงความทนทานต่อแรงกระแทก ความทนทานต่อการล้า ความสามารถในการผลิต และความทนทานต่อความร้อนและความชื้นของ อาวุธ การพิมพ์ 3 มิติที่ทำได้โดย National Aeronautics and Space Administration และห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศสหรัฐฯ จะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการประมวลผลชิ้นส่วนขนาดใหญ่และซับซ้อน
& quot;ราชาแห่งวัสดุใหม่" ในการแข่งขันระหว่างมหาอำนาจ
การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอาวุธยุทโธปกรณ์และยุทโธปกรณ์สมัยใหม่เพื่อใช้พลังงานต่ำ น้ำหนักบรรทุกมาก การลักลอบ และความคล่องตัวสูง ได้นำเสนอข้อกำหนดใหม่และสูงกว่าสำหรับเทคโนโลยีวัสดุใหม่ในการผลิตอาวุธและอุปกรณ์ เมื่อมองย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์ พบว่าทุกครั้งที่มีความก้าวหน้าในการวิจัยครั้งสำคัญเกี่ยวกับวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ จะมาพร้อมกับแรงฉุดลากที่แข็งแกร่งของความต้องการทางทหารที่เกี่ยวข้อง ในปี 1950 เพื่อแก้ปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญ เช่น ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของหัวฉีดขีปนาวุธและหัวรบ สหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำในการพัฒนาเส้นใยคาร์บอนที่มีเส้นใยวิสคอส ตั้งแต่นั้นมา ด้วยประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่หลากหลายมากขึ้น เส้นใยที่ดูเหมือนนุ่มจึงกลายเป็น"ราชาแห่งวัสดุใหม่" ในการแข่งขันระหว่างมหาอำนาจ
คาร์บอนไฟเบอร์เป็นเส้นใยประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 95% การผลิตเป็นเรื่องยากและเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของประสิทธิภาพขั้นสูงของระบบอุปกรณ์อาวุธ กระบวนการผลิตวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มีความซับซ้อนมาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับสารเคมี สิ่งทอ วัสดุ เครื่องจักรที่มีความแม่นยำ และสาขาอื่นๆ เป็นโครงการที่เป็นระบบที่ผสานรวมเทคโนโลยีสหสาขาวิชาชีพ การกลั่นกรอง และเทคโนโลยีระดับไฮเอนด์ เนื่องจากกระบวนการผลิตทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการควบคุมพารามิเตอร์หลายพันตัวที่มีความแม่นยำสูง เช่น ความชื้น ความเข้มข้น ความหนืด และอัตราการไหล ความประมาทเพียงเล็กน้อยจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานและความเสถียรของคุณภาพของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์อย่างจริงจัง ดังนั้น มีเพียงไม่กี่ประเทศเท่านั้นที่สามารถผลิตวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงได้อย่างเสถียร
อันที่จริง วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารตั้งต้นของคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความแข็งแรงสูง สามารถใช้ในการพัฒนาอาวุธและอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูง ดังนั้นจึงถึงระดับการคว่ำบาตรในรายการส่งออกของบางประเทศที่เทียบเท่ากับเทคโนโลยีอาวุธนิวเคลียร์ ดังนั้นการพัฒนาวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์รุ่นใหม่และอาวุธและอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงจึงกลายเป็น"highlight" เพื่อแย่งชิงอำนาจทางทหารต่างๆ ในปัจจุบัน อำนาจทางทหารต่างๆ ได้มุ่งเป้าไปที่"วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์" และกำลังแข่งกันเปิดตัวแผนที่เกี่ยวข้องสำหรับการพัฒนาวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งอาจก่อให้เกิด"การแข่งขัน" ในการพัฒนาวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ ก่อนหน้านี้ สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงของกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ได้ลงทุนอย่างหนักในโครงการต่างๆ เพื่อปรับปรุงความแข็งแกร่งของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ และ National Aeronautics and Space Administration ยังได้ลงทุนอย่างแข็งขันในการวิจัยเกี่ยวกับระบบป้องกันความร้อนด้วยคาร์บอนไฟเบอร์แบบใหม่
& quot;ขึ้นสู่โลกใต้ทะเล" มีโอกาสพัฒนาในวงกว้าง
ด้วยการเติบโตของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องและความต้องการอาวุธและอุปกรณ์ที่เพิ่มขึ้น การใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์จึงมีความสมบูรณ์แบบมากขึ้นเรื่อยๆ วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีข้อดีหลายประการ เช่น น้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง และทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี ถูกผูกไว้เพื่อเข้าสู่วงการอาวุธและอุปกรณ์อย่างรอบด้าน และบรรลุ"โลกใต้ทะเล [ GG] quot; พร้อมแนวโน้มการพัฒนาในวงกว้าง
ในด้านการผลิตการบิน การใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้มานานแล้ว ส่วนหลักของหมวกกันน็อคสำหรับเครื่องบินขับไล่ F-35 ใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถฉายภาพความเร็วลม การมุ่งหน้า ระดับความสูง ข้อมูลเป้าหมาย และการเตือนเรดาร์โดยตรงบนหน้ากาก's ทำให้นักบินได้รับประสบการณ์อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน การรับรู้สถานการณ์ เครื่องบินขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์รุ่น “Solar Impulse 2” ที่เริ่มการเดินทางเที่ยวบินทั่วโลกในปี 2558 ใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เป็น “เสื้อโค้ทที่อบอุ่น” สำหรับโครงสร้างโดยรวม 80% ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานมากขึ้นในระหว่างเที่ยวบินด้วย นอกเหนือจากการตอบสนองต่อน้ำหนักของร่างกาย' และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพพิเศษแล้ว วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่สามารถดูดซับคลื่นเรดาร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพยังทำให้"stealth coat" บนเครื่องบินรบ ลำตัวเครื่องบินทิ้งระเบิด B-2 ของอเมริกาและเครื่องบินขับไล่ F-117A ยังใช้วัสดุดูดซับคาร์บอนไฟเบอร์
ในด้านของโดรน วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ได้กลายเป็น"Best shell". เพื่อให้มั่นใจในความสามารถในการบรรทุกและความทนทาน เปลือก UAV ต้องการวัสดุพิเศษที่มีความแข็งแรงของโครงสร้างสูงและน้ำหนักเบา เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียมอัลลอยและพลาสติกวิศวกรรมที่เคยใช้กันอย่างแพร่หลายมาก่อน วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และมีการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าและลักษณะการพรางตัวที่ดีกว่า และสะดวกกว่าสำหรับการผลิตและการขึ้นรูปแบบบูรณาการ ในอนาคต พวกมันจะกลายเป็นวัสดุหลักสำหรับกระสุน UAV . โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อากาศยานไร้คนขับขนาดเล็กที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์และมีน้ำหนักเพียง 106 มิลลิกรัม สามารถเข้าไปในพื้นที่แคบๆ ที่ถูกบีบเพื่อค้นหาข้อมูล และมีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลายในด้านทหารและพลเรือน
วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ไม่เพียงสามารถขึ้นไปบนฟ้า แต่ยังไปในทะเลด้วย สหรัฐอเมริกา"Ford" เรือบรรทุกเครื่องบินใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์จำนวนมากเพื่อทำให้บางลง&& quot; กองทัพเรือสวีเดน"Visby" เรือรบล่องหนคลาสใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งไม่เพียงมีความแข็งแรงสูงและความทนทาน แต่ยังทนต่อแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม กองทัพเรืออินเดียยังนำเข้าวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์จากสวีเดนโดยเฉพาะเมื่อทำการผลิต"Giltan" และ"Kavalati" เรือรบ
นอกจากนี้ วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในดาวเทียม ขีปนาวุธ และเครื่องยนต์จรวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดาวเทียมเผชิญกับ"น้ำแข็งและไฟ" ในระหว่างการบินในอวกาศ วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเพียงเล็กน้อยคือ"ผู้ช่วยให้รอด" ของดาวเทียม นักวิจัยยังแนะนำกระบอกคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งสามารถปรับปรุงความแม่นยำในการยิง ความทนทาน และอายุกระบอกปืนของปืนได้อย่างมาก A"ละครใหญ่" ที่เป็นของการประยุกต์ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ทางทหารเพิ่งเริ่มต้นขึ้น
