เส้นใยเสริมแรงในสายพานลำเลียง

1.  ส่วนประกอบของสายพานลำเลียง

                                 สายพานลำเลียงประกอบด้วยส่วนที่เป็นยางห่อหุ้มภายนอก และส่วนที่เป็นชั้นของผ้าใบหรือเส้นใยเสริมแรงอยู่ภายในยาง ซึ่งส่วนประกอบต่าง ๆ จะทำหน้าที่ต่างกันดังนี้

(www.v-belt.com)

1.1  ยางผิวบน (Top cover) มีหน้าที่รองรับ วัสดุ ขนถ่าย และป้องกันการเสียหายของชั้นผ้าใบรับแรง และยังมีคุณสมบัติป้องกันแรงกระแทก ป้องกันการเจาะทะลุ ป้องกันน้ำมัน ป้องกันความร้อน มีหลายชนิดให้เลือกใช้งานขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของการใช้งาน

        1.2  ชั้นผ้าใบรับแรง (Carcass)  เป็นส่วนที่ให้ความแข็งแรงกับสายพาน  การทำงานของสายพานลำเลียง  ภาระของการขนส่งวัสดุ  จะตกอยู่กับไส้ใน  ซึ่งเป็นชั้นของผ้าใบภายในสายพาน  ที่จะเป็นตัวรับแรงทั้งหมด  ชั้นผ้าใบนี้ เป็นส่วนแสดงความแข็งแรงของสายพาน จำนวนชั้นและความแข็งแรงของผ้าใบที่ใช้  จะขึ้นอยู่กับปริมาณและน้ำหนักของวัสดุที่จะขนถ่ายในหน่วยเวลาหนึ่งๆ  ซึ่งจะสัมพันธ์กับแรงม้าของสายพานที่ต้องทำงาน  ระหว่างชั้นของผ้าใบเสริมแรงจะมี  ชั้นยางประสานผ้าใบ (Skim Rubber) มีหน้าที่ประสานชั้นผ้าใบแต่ละชั้นเข้าด้วยกัน

        1.3  ยางผิวล่าง (Bottom Cover) มีหน้าที่ป้องกันชั้นผ้าใบรับแรงไม่ให้เสียหายจากการเสียดสีกับ ลูกกลิ้ง (Idler) และ มู่เล่ย์ ดังนั้นความหนาของยางผิวล่างจึงไม่จำเป็นต้องหนาเท่ากับยางผิวบน

2.  ชนิดของเส้นใยที่ใช้ในอุตสาหกรรมสายพานลำเลียง

                สายพานลำเลียงมีสมบัติที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับ ชนิดของเส้นใยที่ใช้ในการเสริมแรง และกระบวนการถักเส้นใย การจัดวางตัวของชั้นเส้นใยภายในสายพานลำเลียง เส้นใยแต่ละชนิดที่ใช้ในสายพานลำเลียง จะมีสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกันตามชนิด และขนาดของเส้นใย เส้นใยที่นิยมใช้ในสายพานลำเลียง เช่น เส้นใยฝ้าย (Cotton) เส้นใยไหมเทียม (Rayon) เส้นใยโพลีเอสเตอร์ (Polyester) เส้นใยไนลอน (Nylon) เส้นใยอะรามิด (Alamid) เส้นใยแก้ว (Glass Fibers) และเส้นใยเหล็ก (Steel Cord) เป็นต้น (ชัยวัฒน์, 2545)

        2.1  เส้นใยฝ้าย   เป็นเส้นใยธรรมชาติที่ได้จากเมล็ดของต้นฝ้าย เป็นเส้นใยที่มีความแข็งแรงพอประมาณ มีความยาวตั้งแต่ ½ - 2 นิ้ว มีคุณสมบัติพิเศษคือดูดซับความชื้นได้ดี ย้อมสีได้ง่าย โดยทั่วไปฝ้ายจะมีความแข็งแรงอยู่ในช่วงระหว่าง 3 4.5 g/D

        2.2  เส้นใยเรยอน   เป็นเส้นใยที่มีความแข็งแรงมากกว่าเส้นใยฝ้าย  เส้นใยเรยอนมีความแข็งแรงอยู่ในช่วงระหว่าง 3-5.7 g/D การผลิตเส้นใยเรยอนมีอยู่สองหลักการ คือ การนำเยื่อไม้ละลายในสารละลายที่เป็นด่าง ตามด้วยการหมักและผ่านปฏิกิริยากับสารเคมีเพื่อให้เกิดเป็นเซลลูโลสขึ้นใหม่ จากนั้นทำการปั่นออกเป็นเส้นใยที่เรียกว่าวิสโคสเรยอน และหลักการที่สองโดยใช้เศษเส้นใยสั้นของฝ้ายมาละลายในสารละลาย คิวปรามโมเนียมไฮดรอกไซด์ หมักแล้วจึงทำการปั่นเป็นเส้นใยที่เรียกว่า คิวปรามโมเนียม

        2.3  เส้นใยไนลอน   เส้นใยสังเคราะห์ไนลอนเป็นโพลิเมอร์แบบกึ่งผลึก (semi-crystalline) การผลิตเริ่มจากการใช้วัตถุดิบ เช่น ถ่านหิน หรือ น้ำมันปิโตรเลียม เพื่อสังเคราะห์ให้ได้ hexamethylene diamine และ adimine acid จากนั้นจึงนำสารเคมีทั้งสองตัวมาทำปฏิกิริยากัน ได้เป็นเกลือไนลอน ต่อมาทำการพอลิเมอไรซ์เกลือที่ได้ ณ อุณหภูมิสูงภายใต้บรรยากาศของไนโตรเจน ในหม้อความดัน โดยทำการสกัดเอาน้ำออกตลอดเวลา จะได้พอลิเมอร์เป็นเส้นคล้ายริบบิ้นแล้วตัดออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ เป็นเกล็ดหรือเป็นเม็ด ซึ่งเป็นวัตถุดิบในการนำไปหลอมเพื่อขึ้นรูปเป็นเส้นใยต่อไป  ไนลอนมีหมู่เอไมด์ -(-C-O-NH-)- อยู่ในสายโซ่โมเลกุลทำให้สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลอื่น ๆ ได้ ส่งผลให้ไนลอนเป็นโพลิเมอร์ที่คงความแข็งแรง แม้จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และมีความเหนียว (toughness) ทนทานต่อการสึกหรอ (wear) และการขัดถู (abrasion) ตลอดจนทนทานต่อสารเคมีต่าง ๆ เส้นใยไนลอนมีความแข็งแรงอยู่ในช่วงระหว่าง 6-9.5 g/D

        2.4  เส้นใยโพลีเอสเตอร์  เป็นเส้นใยสังเคราะห์ (Synthetic Fibers) การผลิตมีรูปแบบคล้ายกับการผลิตไนลอน ต่างกันที่สารเคมีเริ่มต้นที่ใช้ โดยวัตถุดิบนี้เป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมปิโตรเลียม เริ่มจากการนำเอทิลีนมาทำการออกซิไดส์ให้ได้มอนอเมอร์ที่เป็นไกลคอล  จากนั้นนำไปทำปฏิกิริยากับมอนอเมอร์อีกตัวหนึ่ง คือ กรดเทเรฟทาลิก (terepthalic acid)   ในหม้ออบความดันสูงภายใต้สุญญากาศ โดยการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาลงไป  พอลิเมอร์ที่ได้จากปฏิกิริยาจะมีลักษณะเป็นของเหลวที่หลอมตัวอยู่ ไม่มีสีและใส  จากนั้นตัดเป็นชิ้นที่เรียกว่า chip อบให้แห้งเพื่อขจัดความชื้น แล้วทำการผสมเพื่อให้มีความสม่ำเสมอในการเตรียมทำเป็นเส้นใยต่อไป     เส้นใยโพลีเอสเตอร์มีความแข็งแรงประมาณ 9.6 g/D มีสมบัติการคืนตัวที่ดี ทั้งในขณะเปียกและขณะแห้ง  ทนทานต่อแสงแดด และมีความทนทานต่อการขัดถู

        2.5  เส้นใยแก้ว   เป็นเส้นใยเสริมแรง ที่นิยมผลิตจากกระบวนการ direct melt process ซึ่งเป็นการนำแก้วไปทำให้หลอมเหลวในเตาหลอม (furnace) ที่อุณหภูมิ 1260 ⁰C หรือสูงกว่า ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบทางเคมีของแก้ว จากนั้นให้แก้วที่หลอมเหลวไหลผ่าน spinneret  แล้วดึงให้เป็นเส้นใยยาว (filaments) ที่มีขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางตามความต้องการ ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 2-3 ไมโครเมตร จนถึง 25 ไมโครเมตร  เส้นใยแก้วมีความแข็งแรงสูง ประมาณ 22 g/D  มีน้ำหนักเบา มีสมบัติไดอิเล็กตริกดีเยี่ยม (excellent dielectric properties) มีเสถียรภาพทางรูปร่างสูง (high dimensional stability) และมีความต้านทานต่อการกัดกร่อน รวมทั้งสามารถขึ้นรูปได้หลากหลาย

(อรอุษา, 2546)   

        2.6  เส้นใยอะรามิด (Aramid) เป็นเส้นใยโพลิเอไมด์ชนิดอะโรมาติก (aromatic polyamide fibers) ผลิตจากพอลิพาราฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์ (poly (p-phenylene terephthalamide)) ซึ่งสังเคราะห์มาจากปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันระหว่างเฟส (interfacial polymerization) ระหว่างเทเรฟทาโลอิลไดคลอไรด์ (terephthaloyl  dichloride) และพาราฟีนิลีนไดแอมีน (para-phenylene  diamine) เนื่องจากพอลิพาราฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าจุดสลายตัว จึงไม่สามารถนำมาฉีดขึ้นรูปเป็นเส้นใยโดยวิธีหลอมเหลวได้ ดังนั้น การผลิตเส้นใยอะรามิดจะอาศัยวิธีแบบเปียก (wet  spinning) โดยใช้กรดซัลฟูริกเป็นตัวทำละลาย ที่อุณหภูมิ 70-90 ⁰C ได้เป็นเส้นใยที่มีการจัดเรียงตัวเป็นระเบียบ  เส้นใยอะรามิดมีความแข็งแรง (tenacity) ปานกลางและมีมอดูลัสต่ำ แต่สามารถทนความร้อนและต้านทานการติดไฟได้ดีเยี่ยม สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 370 ⁰C   ดังนั้นจึงนิยมนำไปทำผลิตภัณฑ์ที่ต้องการให้กันไฟหรือทนความร้อนได้ที่อุณหภูมิสูง ๆ เช่น ชุดพนักงานดับเพลิง เป็นต้น (วีรศักดิ์, 2542)

3.  เทคนิคการถักทอผ้าใบ

                เส้นใยที่ได้จากธรรมชาติ หรือจากการสังเคราะห์จะมีลักษณะเป็นเส้นใยยาวเล็กๆ ที่มีอัตราส่วนของความยาวต่อความกว้างสูงมาก  ส่วนประกอบเล็กๆ นี้เรียกว่า filament  การนำเส้นใยมาใช้งานจะนำเอา filament มาถักรวมกันเป็นเส้น  เรียกว่า yorn จากนั้นนำเส้น yorn มาตีเกลียวเป็นเส้นใยสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยการตีเกลียวมีทั้งแบบ S twist และ Z twist  ได้เป็นเส้นใยต่างๆ  ซึ่งสามารถจะนำมาถักเป็นเส้นใยเสริมแรง (cord)  หรือถักเป็นผ้าใบเสริมแรง (carcess) ตัวอย่างลักษณะการถักทอผ้าใบเสริมแรง ดังภาพที่ 2 ผ้าใบที่ได้จากการถักทอแต่ละรูปแบบจะมีความแข็งแรงที่แตกต่างกัน เรียงลำดับความแข็งแรงจากมากไปน้อยดังนี้ 4 HARNESS BALANCED CROWFOOT, 2/1 45⁰  RH TWILL, 2 x 2 BASKET, 2-1 FILLING RIB OXFORD  และ PLAIN ตามลำดับ
 

4.  เทคนิคการใช้เส้นใยเสริมแรงในสายพานลำเลียง

การใช้เส้นใยเสริมแรงในอุตสาหกรรมสายพานลำเลียง ทั้งชนิดและเทคนิคการถักทอเส้นใยมีผลต่อความแข็งแรงของสายพานที่ต้องการ ซึ่งจะแตกต่างกันตามลักษณะการใช้งานสายพานแต่ละชนิด ความแข็งแรงของสายพานที่ได้จากการใช้เส้นใยต่างๆ (บุญธรรม, 2545)  เช่น

                1.  PP 500/3   หมายถึง  เส้นใยที่ใช้ polyamide  เป็นเส้นตามยาว  (warp)  และตามขวาง (weft)   มีจำนวน  3  ชั้น  ให้ความแข็งแรง  500 kN/mm

                2.  EP 800/4   หมายถึง  เส้นใยที่ใช้ polyester  เป็นเส้นตามยาว  และใช้ polyamide เป็นเส้นตามขวาง  มีจำนวน  4  ชั้น  ให้ความแข็งแรง  800 kN/mm

                3.  ST 2250   หมายถึง  steel  cord   belt   ให้ความแข็งแรง  2250  kN/mm

โดยสายพานอาจมีการออกแบบโครงสร้างเส้นใยเสริมแรงตามลักษณะการใช้งานที่แตกต่างกัน Lachmann (1984) รายงานว่ารูปแบบโครงสร้างเส้นใยที่มักจะพบในสายพานลำเลียงส่วนใหญ่ เช่น

4.1  Solid-Woven One-Ply Belts  สายพานชนิดนี้ประกอบด้วยชั้นของเส้นใยและผ้าใบ 3 ชั้น โดยที่ชั้นที่ 1 และชั้นกลาง เป็นชั้นของเส้นใยโพลีเอสเตอร์ (Polyester) ที่มีความต้านทานต่อแรงดึงสูง หรือเส้นใยโพลีเอไมด์ (Polyamide) โดยที่ชั้นของเส้นใยจะถูกห้อหุ้มด้วยยาง ที่มีความหนาน้อยกว่า 1 mm. สายพานชนิดนี้จะมีความต้านทานต่อการสึกหรอที่ดี  มีความสามารถในการยืดตัว และหดตัวที่ดี สายพานชนิดนี้จะใช้ในงานสายพานลำเลียงใต้ดิน

4.2  Twin-Ply One-Ply Belts  สายพานชนิดนี้มีโครงสร้างคล้ายกับแบบ  Solid-woven one-ply belts แต่สายพานชนิดนี้จะประกอบด้วยชั้นของเส้นใย 2 ชั้น คือ ชั้นของโพลีเอสเตอร์ และชั้นของโพลีเอไมด์ (EP)โดยที่ชั้นของเส้นใยทั้ง 2 ชั้น จะถูกยึดติดกันโดยการใช้ PVC หรือยาง เป็นตัวเชื่อม

4.3  Single-Ply One-Ply Belts  เป็นสายพานชนิดพิเศษ ประกอบด้วยชั้นของผ้าใบ 1 ชั้น เหมาะสำหรับงานที่มีการลำเลียงวัสดุขนาดเล็ก มีน้ำหนักเบามากเมื่อเทียบกับสายพานชนิดอื่น ๆ ชั้นนอกจะถูกห่อหุ้มด้วยชั้นของยาง

4.4  Light Two-Ply Belts  สายพานชนิดนี้ใช้ในงานสำหรับสายพานลำเลียงใต้ดินทั่ว ๆไป มีความแข็งแรงปานกลาง (400-1,000 N/mm.) สายพานลำเลียงมีความกว้าง 630-1,400 mm. มีความต้านทานต่อการสึกหรอที่ดี โครงสร้างภายในมีส่วนผสมระหว่างเส้นใยโพลีเอไมด์กับยาง

4.5  Heavy Two-Ply Belts  สายพานชนิดนี้มีความต้านทานต่อการสึกหรอที่ดี และสามารถใช้งานได้ดีในการลำเลียงวัสดุทั่ว ๆไป มีความแข็งแรงปานกลาง (400-1,000 N/mm.) สายพานลำเลียงชนิดนี้มีความกว้าง 630-1,000 mm. ลักษณะโครงสร้างภายในจะประกอบด้วยชั้นของ Solid-Woven One-Ply Belts ซ้อนกัน 2 ชั้น

4.6  Poly-Ply Belts  สายพานชนิดนี้เหมาะสำหรับงานหนัก เป็นสายพานลำเลียงที่มีความแข็งแรงสูง (630-2,000 N/mm.) มีขนาดความกว้าง 800-2,200 mm. โครงสร้างภายในจะประกอบด้วยชั้นของเส้นใยโพลีเอสเตอร์-โพลีเอไมด์ (Polyester-Polyamide , EP) หลาย ๆชั้นซ้อนกัน ทำให้สายพานลำเลียงชนิดนี้มีความแข็งแรงสูง

4.7  สายพานลำเลียงเสริมเส้นใยเหล็ก (Steel Cord Belts) สายพานลำเลียงที่เสริมเส้นใยเหล็ก จะมีความแข็งแรงสูง ภายในสายพานลำเลียงจะเสริมด้วยมัดของเส้นใยเหล็กหลาย ๆ มัดทำให้สายพานลำเลียงมีความหนามาก มัดของเส้นใยเหล็กจะถูกห่อหุ้มด้วยชั้นของยาง ทำให้สายพานมีความยืดหยุ่นที่ดี และมีความต้านทานต่อความชื้นได้ดีอีกด้วย

5.  ประโยชน์ของการใช้เส้นใยเสริมแรงในสายพานลำเลียง

                การใช้เส้นใยเสริมแรงในสายพานลำเลียง ส่งผลให้สายพานลำเลียงมีความต้านทานต่อแรงกระทำของวัสดุที่ดีขึ้น ทำให้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น สามารถรองรับน้ำหนักได้มากขึ้น มีความสามารถในการยืดตัวและหดตัวดีขึ้น และทำให้มีความต้านทานต่อการสึกหรอดีขึ้น เป็นต้น

สรุป

                ในปัจจุบันมีการพัฒนาทางด้านเทคโนโลยีทำให้การใช้เส้นใยในสายพานลำเลียงเป็นเรื่องง่ายในการปฏิบัติ และสามารถพัฒนาเส้นใยชนิดใหม่ ๆ และออกแบบการถักทอ รวมทั้งเทคนิคการวางตัวของโครงสร้างเส้นใยในสายพาน เพื่อให้ได้เส้นใยที่มีสมบัติที่ดีขึ้นกว่าเดิม และได้สมบัติของสายพานตามที่ต้องการ ซึ่งในการใช้งานควรมีการเลือกใช้สายพานลำเลียงให้มีความเหมาะสม โดยที่สายพานลำเลียงจะต้องมีลักษณะผิวหน้าและความกว้างมากพอต่อการขนส่งวัสดุ ในปริมาณที่ต้องการของผู้ใช้งานได้

เอกสารอ้างอิง

ชัยวัฒน์  เจนวาณิชย์.  2545.  กระบวนการผลิตเส้นใย.  ภาควิชาเคมี  คณะวิทยาศาสตร์

และเทคโนโลยี  มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์

บุญธรรม  นิธิอุทัย.  2545.  สารเคมีและผลิตภัณฑ์ยาง.  คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 

                มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ : ปัตตานี

วีรศักดิ์  อุดมกิจเดชา.  2542.  วิทยาศาสตร์เส้นใย.  ภาควิชาวัสดุศาสตร์ คณะคณะวิทยาศาสตร์

                จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย : กรุงเทพ ฯ

อรอุษา  สรวารี.  2546.  สารเติมแต่งพอลิเมอร์.  คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. 

                กรุงเทพฯ.

Lachmann H.P. 1984. Conveyor Belt Technology : A Suwey on Present-Day Conveyor Belt Technology. Bulk Solids Handling.  Volume 4, Number 4. December, 1984 : 15-21.

Lewis R.K. 1985. Conveyor Belt Technology : The Impact of Technology on Conveyor Belt. Bulk Solids Handling. Volume 5, Number 2. April, 1985 : 25-29.

Union belt industries Co.LTD. 1998.

www.mining-technology.com (September , 2007)

www.tdrgroup.com  (September , 2007)

www.v-belt.com  (September , 2007)