การประยุกต์ใช้ผ้าไม่ทอเส้นใยพรีออกซิเจน

ผ้าใยโพลีอะคริโลไนไตรล์พรีออกซิไดซ์ชนิดนอนวูฟเวน (หรือเรียกย่อๆ ว่า PAN pre-oxidized fiber nonwoven) เป็นผ้าใยโพลีอะคริโลไนไตรล์ที่มีคุณสมบัติใช้งานหลากหลาย ผลิตจากโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ผ่านการปั่นด้ายและกระบวนการพรีออกซิเดชัน คุณสมบัติหลัก ได้แก่ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง ทนไฟ ทนต่อการกัดกร่อน และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดี ยิ่งไปกว่านั้น ผ้าใยโพลีอะคริโลไนไตรล์ชนิดนี้ไม่ละลายหรือหยดตัวที่อุณหภูมิสูง แต่จะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นคาร์บอนอย่างช้าๆ จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์ที่ต้องการความปลอดภัยและความทนทานต่อสภาพอากาศสูง ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้งานเส้นใยหลักหลายรูปแบบ ครอบคลุมการใช้งาน ฟังก์ชันการใช้งาน และรูปแบบผลิตภัณฑ์:

1. สาขาป้องกันอัคคีภัยและกู้ภัยฉุกเฉิน

การป้องกันอัคคีภัยเป็นหนึ่งในการใช้งานที่สำคัญที่สุดของผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่ผ่านกระบวนการเติมออกซิเจนล่วงหน้า คุณสมบัติการทนไฟและทนความร้อนสูงของผ้าชนิดนี้ช่วยรับประกันความปลอดภัยของบุคลากรได้โดยตรง แบบฟอร์มการใช้งานหลักๆ ประกอบด้วย:

ชั้นใน/ชั้นฉนวนกันความร้อนของเสื้อผ้าป้องกันไฟ

ชุดดับเพลิงต้องมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดทั้ง 2 ด้าน คือ “คุณสมบัติหน่วงไฟ” และ “คุณสมบัติกันความร้อน” โดยชั้นนอกมักใช้ผ้าทนไฟที่มีความแข็งแรงสูง เช่น อะรามิด ส่วนชั้นฉนวนความร้อนชั้นกลางใช้ผ้าใยสังเคราะห์ชนิดไม่ทอที่ผ่านการออกซิไดซ์ล่วงหน้า (preoxidized) เป็นหลัก ชุดดับเพลิงสามารถรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างที่อุณหภูมิสูง 200-300 องศาเซลเซียส ป้องกันการแผ่รังสีความร้อนและการนำความร้อนจากเปลวไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันผิวหนังของนักผจญเพลิงจากการถูกน้ำร้อนลวก แม้ในสภาวะที่เปลวไฟเปิด ชุดดับเพลิงจะไม่ละลายหรือหยด (ต่างจากเส้นใยเคมีทั่วไป) ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงต่อการบาดเจ็บซ้ำ

บันทึก:ความหนาแน่นของพื้นผิวของผ้าไม่ทอเส้นใยพรีออกซิไดซ์ (ปกติ 30-100 กรัม/㎡) สามารถปรับได้ตามระดับการป้องกัน ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นของพื้นผิวสูงจะมีประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดีกว่า

อุปกรณ์หนีภัยฉุกเฉิน

➤ผ้าห่มกันไฟ: อุปกรณ์ดับเพลิงฉุกเฉินสำหรับบ้านเรือน ห้างสรรพสินค้า รถไฟใต้ดิน และสถานที่อื่นๆ ผลิตจากผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่เติมออกซิเจนและใยแก้ว เมื่อสัมผัสกับไฟ ผ้าห่มจะก่อตัวเป็น “เกราะป้องกันไฟ” อย่างรวดเร็ว คลุมร่างกายหรือห่อหุ้มวัสดุไวไฟเพื่อแยกออกซิเจนและดับไฟ

➤หน้ากากกันไฟ/หน้ากากช่วยหายใจ: เมื่อเกิดเพลิงไหม้ ควันจะประกอบด้วยก๊าซพิษจำนวนมาก ผ้าใยสังเคราะห์แบบ Pre-Oxygenated Nonwoven สามารถใช้เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับชั้นกรองควันของหน้ากากได้ โครงสร้างที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุกรองเสียหายที่อุณหภูมิสูง เมื่อรวมกับชั้นถ่านกัมมันต์แล้ว สามารถกรองอนุภาคพิษบางชนิดได้

2. สาขาการป้องกันที่ทนอุณหภูมิสูงในอุตสาหกรรม

ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม มักเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง การกัดกร่อน และแรงเสียดทานเชิงกล ความทนทานต่อสภาพอากาศของผ้าไม่ทอแบบเติมออกซิเจนล่วงหน้า (preoxygenated nonwoven fabric) สามารถแก้ปัญหาความเสียหายได้ง่ายและอายุการใช้งานสั้นของวัสดุแบบดั้งเดิม (เช่น ผ้าฝ้ายและเส้นใยเคมีทั่วไป) ได้

➤ฉนวนและการเก็บรักษาความร้อนสำหรับท่อและอุปกรณ์อุณหภูมิสูง

ท่อส่งอุณหภูมิสูงในอุตสาหกรรมเคมี โลหะวิทยา และพลังงาน (เช่น ท่อไอน้ำและปล่องเตาเผา) จำเป็นต้องใช้วัสดุฉนวนภายนอกที่มีคุณสมบัติทั้ง “หน่วงไฟ” และ “เป็นฉนวนกันความร้อน” ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่เติมออกซิเจนล่วงหน้าสามารถนำมาม้วนหรือห่อหุ้มรอบพื้นผิวท่อได้โดยตรง ค่าการนำความร้อนต่ำ (ประมาณ 0.03-0.05 วัตต์/(m·K)) ช่วยลดการสูญเสียความร้อนและป้องกันไม่ให้ชั้นฉนวนไหม้ที่อุณหภูมิสูง (ชั้นฉนวนใยหินแบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะดูดซับความชื้นและก่อให้เกิดฝุ่นจำนวนมาก ในขณะที่ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่เติมออกซิเจนล่วงหน้ามีน้ำหนักเบากว่าและปราศจากฝุ่น)

วัสดุกรองอุตสาหกรรม (การกรองก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูง)

อุณหภูมิของก๊าซไอเสียจากโรงงานเผาขยะและโรงงานเหล็กอาจสูงถึง 150-250 องศาเซลเซียส และมีก๊าซที่เป็นกรด (เช่น HCl, SO₂) ผ้ากรองทั่วไป (เช่น โพลีเอสเตอร์ โพลีโพรพิลีน) มีแนวโน้มที่จะอ่อนตัวและเกิดการกัดกร่อน ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่ผ่านการเติมออกซิเจนล่วงหน้า (pre-oxygenated nonwoven fabric) มีคุณสมบัติทนต่อกรดและด่างสูง สามารถนำไปผลิตเป็นถุงกรองเพื่อกรองก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูงได้โดยตรง ขณะเดียวกันก็มีประสิทธิภาพในการกักเก็บฝุ่นในระดับหนึ่ง และมักใช้ร่วมกับสารเคลือบ PTFE (polytetrafluoroethylene) เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน

➤ปะเก็นป้องกันเชิงกล

ระหว่างเปลือกนอกและส่วนประกอบภายในของอุปกรณ์อุณหภูมิสูง เช่น เครื่องยนต์และหม้อไอน้ำ จำเป็นต้องใช้วัสดุปะเก็นเพื่อป้องกันการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิสูง ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่ผ่านการเติมออกซิเจนล่วงหน้าสามารถนำมาผลิตเป็นปะเก็นแบบปั๊มได้ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง (อุณหภูมิใช้งานระยะยาว ≤280℃) ของผ้าชนิดนี้ช่วยป้องกันไม่ให้ปะเก็นเสื่อมสภาพและเสียรูประหว่างการทำงานของอุปกรณ์ และในขณะเดียวกันก็ช่วยลดแรงเสียดทานเชิงกล

3. อิเล็กทรอนิกส์และสาขาพลังงานใหม่

ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และพลังงานใหม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับ “คุณสมบัติหน่วงไฟ” และ “ความเป็นฉนวน” ของวัสดุ ผ้าไม่ทอแบบเส้นใยพรีออกซิเจน (pre-oxygenated nonwoven fabric) สามารถใช้ทดแทนวัสดุหน่วงไฟแบบดั้งเดิมบางชนิดได้ (เช่น ผ้าฝ้ายหน่วงไฟและผ้าใยแก้ว)

➤แผ่นแยก/ฉนวนกันความร้อนที่ทนไฟสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียม (โดยเฉพาะแบตเตอรี่แบบใช้พลังงาน) มีแนวโน้มที่จะเกิด “ภาวะความร้อนหนีศูนย์” (Thermal Runaway) เมื่อชาร์จมากเกินไปหรือเกิดไฟฟ้าลัดวงจร โดยอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างกะทันหันเกิน 300 องศาเซลเซียส ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่เติมออกซิเจนไว้ล่วงหน้าสามารถใช้เป็น “แผ่นกั้นความปลอดภัย” สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม โดยผ้าใยสังเคราะห์แบบทอที่เติมออกซิเจนไว้ล่วงหน้าจะแทรกอยู่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนบางอย่างในระหว่างการใช้งานปกติเพื่อป้องกันการลัดวงจรระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ เมื่อเกิดภาวะความร้อนหนีศูนย์ ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอจะไม่ละลาย สามารถรักษาความแข็งแรงของโครงสร้าง ชะลอการแพร่กระจายความร้อน และลดความเสี่ยงจากไฟไหม้และการระเบิด นอกจากนี้ ภายในตัวแบตเตอรี่ยังใช้ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่เติมออกซิเจนไว้ล่วงหน้าเป็นแผ่นฉนวนเพื่อป้องกันการถ่ายเทความร้อนระหว่างเซลล์แบตเตอรี่และตัวแบตเตอรี่

➤วัสดุฉนวนสำหรับบรรจุภัณฑ์ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์

บรรจุภัณฑ์ของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น แผงวงจรและหม้อแปลงไฟฟ้า จำเป็นต้องมีฉนวนและสารหน่วงไฟ ผ้าใยสังเคราะห์ชนิดไม่ทอที่ผ่านกระบวนการเติมออกซิเจนล่วงหน้า (Pre-oxygenated filament nonwoven) สามารถนำมาผลิตเป็นแผ่นฉนวนบาง (10-20 กรัม/㎡) และยึดติดกับพื้นผิวของส่วนประกอบต่างๆ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงสามารถปรับให้เข้ากับความร้อนเฉพาะจุดระหว่างการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่น อุณหภูมิการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า ≤180℃) และในขณะเดียวกันก็เป็นไปตามมาตรฐานสารหน่วงไฟ UL94 V-0 เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและเพลิงไหม้ของส่วนประกอบต่างๆ

4. สาขาพิเศษอื่นๆ

นอกเหนือจากสถานการณ์หลักที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ผ้าไม่ทอแบบเส้นใยพรีออกซิเจนยังมีบทบาทในบางสาขาเฉพาะทางและสาขาเฉพาะอีกด้วย:

➤อวกาศ: วัสดุคอมโพสิตพื้นผิวที่ทนต่ออุณหภูมิสูง

วัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบาและทนอุณหภูมิสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับห้องเครื่องยนต์ของเครื่องบินและระบบป้องกันความร้อนของยานอวกาศ ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่ผ่านการออกซิไดซ์ล่วงหน้าสามารถใช้เป็น "พรีฟอร์ม" ผสมกับเรซิน (เช่น เรซินฟีนอลิก) เพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิต หลังจากกระบวนการคาร์บอไนซ์แล้ว สามารถนำไปผลิตเป็นวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งใช้ในส่วนประกอบที่ทนอุณหภูมิสูงของยานอวกาศ (เช่น กรวยจมูกและขอบปีก) เพื่อทนต่อการกัดกร่อนของก๊าซอุณหภูมิสูงที่ไหลผ่านที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเซลเซียส

➤การปกป้องสิ่งแวดล้อม: วัสดุกรองสำหรับบำบัดขยะมูลฝอยอุณหภูมิสูง

ในการบำบัดสารตกค้างที่อุณหภูมิสูง (อุณหภูมิประมาณ 200-300 องศาเซลเซียส) หลังจากการเผาขยะทางการแพทย์และขยะอันตราย จำเป็นต้องใช้วัสดุกรองเพื่อแยกสารตกค้างออกจากก๊าซ ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่ผ่านกระบวนการเติมออกซิเจนล่วงหน้ามีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง และสามารถนำไปผลิตเป็นถุงกรองเพื่อกรองสารตกค้างที่อุณหภูมิสูง ช่วยป้องกันการกัดกร่อนและความเสียหายของวัสดุกรอง ขณะเดียวกัน คุณสมบัติหน่วงไฟยังช่วยป้องกันสารไวไฟในสารตกค้างไม่ให้ลุกไหม้วัสดุกรอง

➤อุปกรณ์ป้องกัน: อุปกรณ์เสริมสำหรับชุดปฏิบัติการพิเศษ

นอกเหนือจากชุดดับเพลิงแล้ว เสื้อผ้าสำหรับปฏิบัติการพิเศษ เช่น อุตสาหกรรมโลหะ การเชื่อม และเคมี ยังใช้ผ้าไม่ทอแบบฟิลาเมนต์เติมออกซิเจนล่วงหน้าเป็นซับในส่วนที่สึกหรอง่าย เช่น ข้อมือและคอเสื้อ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติหน่วงการติดไฟและทนต่อการสึกหรอในบริเวณนั้น และป้องกันไม่ให้ประกายไฟติดเสื้อผ้าในระหว่างการปฏิบัติงาน

สรุปแล้วสาระสำคัญของการประยุกต์ใช้ผ้าไม่ทอเส้นใยพรีออกซิเจนอยู่ที่การอาศัยคุณสมบัติหลัก “การหน่วงไฟ + ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง” เพื่อจัดการกับอันตรายด้านความปลอดภัยหรือข้อบกพร่องด้านประสิทธิภาพของวัสดุแบบดั้งเดิมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ด้วยการพัฒนามาตรฐานความปลอดภัยในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น พลังงานใหม่และการผลิตขั้นสูง สถานการณ์การใช้งานของวัสดุนี้จะขยายไปสู่สาขาที่มีความซับซ้อนและมีมูลค่าเพิ่มสูง (เช่น การป้องกันส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และฉนวนของอุปกรณ์กักเก็บพลังงานแบบยืดหยุ่น เป็นต้น)