ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับท่ออ่อน

ท่ออ่อน

(HOSE)

ส่วนประกอบของท่ออ่อน โดยส่วนใหญ่โครงสร้างของท่ออ่อน จะประกอบด้วย สามส่วนหลักๆคือ ไส้ใน (Tube), ชั้นเสริมแรง (Reinforcement) และเปลือกนอก (Cover)

ไส้ใน (Tube) จะเป็นส่วนประกอบที่อยู่ชั้นในสุดของท่ออ่อนเปรียบเสมือนเส้นเลือด จะเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดเพราะว่า จะต้องสัมผัสกับวัตถุดิบที่จะส่งผ่านหรือลำเลียง รวมทั้งแรงดันที่อยู่ภายในท่ออีกด้วย

ชั้นเสริมแรง (Reinforcement) เป็นส่วนประกอบที่เปรียบเสมือนกล้ามเนื้อของท่ออ่อน จะเป็นส่วนประกอบที่คั่นอยู่ระหว่างเปลือกนอกและไส้ใน ทำหน้าที่ช่วยให้ไส้ใน สามารถรับแรงดันใช้งาน (Working Pressure) ได้มากขึ้น จะมีคุณสมบัติแข็งแต่ยืดหยุ่นได้เล็กน้อย

เปลือกนอก (Cover) เป็นส่วนประกอบที่อยู่ชั้นนอกสุดเปรียบเสมือนผิวหนังจะเป็นส่วนประกอบที่สัมผัสกับสภาพต่างๆภายนอกท่อ เช่น สภาพดินฟ้าอากาศ ความชื้น การขูดขีด เสียดสี ความร้อน เป็นต้น โดยที่เปลือกนอกจะมีหน้าที่ช่วยปกป้องชั้นเสริมแรงจากองค์ประกอบต่างๆ จากภายนอกที่จะมากระทำต่อท่อและนอกจากนี้ยังใข้ทำเครื่องหมายหรือสัญลักษณ์ต่างๆ ซึ่งบ่งบอกถึงการใช้งาน เครื่องหมายการค้า ฯลฯ แล้วแต่ความต้องการ

แต่อย่างไรก็ตาม ท่ออ่อนบางประเภท อาจจะมีส่วนประกอบไม่ครบสามส่วนก็ได้ เช่น มีแค่ไส้ในกับเปลือกนอก มีไส้ในกับชั้นเสริม หรือ อาจจะมีแค่ไส้ในส่วนเดียว ก็ถือว่าเป็นท่ออ่อนเช่นกัน

คุณสมบัติของไส้ใน ต้องสามารถทนต่อสารเคมี หรือวัตถุดิบที่ไหลผ่านท่อได้ ซึ่งต้องรวมถึงทนต่อการสึกกร่อน ปฏิกิริยาจากสารเคมีที่ทำให้เกิดสนิม อุณหภูมิที่สูง-ต่ำ การแทรกซึมจองก๊าซและของเหลวบางชนิด ตัวอย่างเช่น น้ำมัน สารละลาย เป็นต้น

ตัวอย่าง

ท่อยิงทราย จะต้องมีไส้หนาและทนต่อการเสียดสีกว่าท่อลำเลียงอากาศ
ท่อที่ใช้ในการลำเลียงสารประเภทกรด จะต้องสามารถทนต่อปฏิกิริยาที่เกิดจากกรด
ท่อที่ใช้ลำเลียงอาหาร จะต้องไม่ทำปฏิกิริยาหรือส่งผลเสียใดๆกับวัตถุดิบที่ส่งผ่าน เช่น ท่อส่งนม จะต้องไม่ทำให้เกิดกลิ่นหรือรสชาติเปลี่ยนไป ต่อนมที่ส่งผ่านท่อ

ไส้ในของท่ออ่อนนั้นจะต้องมีคุณสมบัติที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น มิฉะนั้นท่ออ่อนก็จะไม่ให้ผลของการใช้งานที่มีประสิทธิภาพได้

วัสดุที่นำมาผลิตไส้ใน

ทุกวันนี้ยางพาราในตลาดโลกมีมากมาย สามารถนำมาทำไส้ในได้ โดยที่จะมีทั้งยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ ซึ่งยางสังเคราะห์เรียกอีกอย่างได้ว่า โพลิเมอร์ (Polymer) หรือ อีลาสโตเมอร์ (Elastomer) รวมถึงวัสดุสังเคราะห์ด้วย

ตัวอย่าง

พาราคริว (Paracril) เป็นชื่อทางการค้า ชื่อย่อทางเคมีคือ NBR เป็นวัตถุดิบที่นำมาเป็นส่วนผสมที่สำคัญมากของไส้ใน เพราะคุณสมบัติที่สามารถทนต่อน้ำมัน ก๊าซ และสารละลายบางชนิดได้
นีโอพริน (Neoprene) เป็นวัตถุดิบอีกชนิดที่มีความสำคัญในการผลิตท่ออ่อน โดยที่ถูกปรับปรุง โดยบริษัทดูปองส์ (Dupont) ใช้มากในอุตสาหกรรมยาง เพราะสามารถทนต่อแสงแดด โอโซน และความร้อน
บิวทิว (Butyl) คุณสมบัติยอมให้อากาศซึมผ่านได้น้อย ทนสภาพอากาศได้ดี
โพลีเอทิลีน (PE) คุณสมบัติทนต่อสารละลายได้ดี
SBR คุณสมบัติทนต่อการสึกกร่อนได้ดี อายุการใช้งานนาน แต่ไม่ค่อยทนน้ำมัน
โรยัลลีน (Royalene) เป็นยางที่มีประสิทธิภาพการใช้งานสูง ทนต่อแอลกอฮอล์ ทนต่อโอโซน ความร้อน-เย็น นอกจากนี้ยังสามารถทนต่อไอน้ำและการสึกกร่อนได้ดีอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม วัตถุดิบที่จะนำมาทำไส้ในนั้นต้องสามารถผสมเข้ากันได้ดี เพื่อที่จะผสมผสานตามอัตราส่วนที่ถูกต้อง ให้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไปตามความต้องการ การเติมสารบางตัวลงไปในวัตถุดิบ จะทำให้เพิ่มคุณสมบัติบางประการขึ้นมาได้ เช่น ทนต่อความร้อนได้มากขึ้น หรือทนต่อความเย็นได้มากขึ้น เรียกกระบวนการนี้ว่าพลาสติไซเซอร์ (Plasticizers) ซึ่งส่วนประกอบที่นำมาทำวัตถุดิบนั้นสามารถทำได้โดยไม่จำกัดจำนวนและชนิดตามที่ต้องการ

ชั้นเสริมแรง (Reinforcement) เปรียบเสมือนเนื้อเยื่อหรือกล้ามเนื้อของท่ออ่อน สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบหลายชนิด เมื่อประมาณ 50 ปีที่แล้ว ใยผ้ายเป็นวัตถุดิบเดียวที่นำมาใช้ทำ แต่ในปัจจุบันมีวัตถุดิบให้เลือกใช้มากมาย แต่ใยฝ้ายก็ยังคงมีใช้อยู่ แต่มีใยสังเคราะห์เป็นที่นิยมมากกว่า เพราะมีอัตราส่วน ความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงกว่าและต้นทุนต่ำ

ตัวอย่าง

ไนล่อน คุณสมบัติคือ มีความแข็งสูง ลักษณะโมเลกุลเรียวยาว ทนต่อการสึกกร่อน
ไฟเบอร์กลาส คุณสมบัติคือ น้ำหนักเบา เมื่อมีงานที่ต้องการอัตราส่วนของความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง มีความทนทานและใช้ได้ดีในที่ที่มีอุณหภูมิสูงๆ แต่ข้อเสียคือ ไม่สามารถทนต่อแรงกระชาก (Shock Load) ได้
ลวด เป็นวัตถุดิบที่ปัจจุบันนิยมนำมาทำชั้นเสริมแรงมากที่สุด แข็งแรง หาวัตถุดิบได้ง่าย
สแตนเลส เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในงานเฉพาะทาง งานที่สัมผัสกับความร้อน สำหรับแรงดันสูง สแตนเลสจะถูกใช้ในงานที่อยู่ในสภาวะที่อาจจะเกิดสนิมได้ง่าย เพราะคุณสมบัติที่ไม่เป็นสนิม

แรงดันภายในท่อ (Internal Force)

ชั้นเสริมแรง ช่วยเสริมให้ท่ออ่อนสามารถรับแรงดันที่เกิดขึ้นในท่อ ซึ่งแรงดันดังกล่าวที่เกิดขึ้นในระบบจะประกอบด้วยแรงพื้นฐาน 2 แรง คือ

Hoop Force คือแรงดันที่กระทำต่อแนวขวางของท่อ
End Force คือ แรงดันที่กระทำต่อแนวยาวของท่อ

ถ้าแรงดันพื้นฐาน 2 ลักษณะ อยู่ในท่อเดียวกันตามหลักทฤษฎี ผลที่เกิดขึ้นก็คือจะมีการรวมของแรงดันทั้งสอง ทำให้เหลือแรงดันเพียงแรงเดียว (Single Force) อาจเรียกได้ว่าแรงลัพธ์ (Resultant Force) ซึ่งแรงดันทั้งสองจะมีผลลัพธ์คือแรงดันที่ทำมุม 54 องศากับแรงที่กระทำต่อแนวยาวของท่อ (End Force)

ถ้าจะกล่าวถึง ผลที่เกิดจากแรงดันภายในท่ออ่อน ถ้าแรงดันในท่ออ่อนทำมุม 54 องศาแล้วนั้น จะไม่มีผลกระทบทำให้ท่อยืดออกหรือหดตัว นอกเหนือจากนั้นแล้ว ยังส่งผลให้ท่ออ่อนสามารถรับแรงดันหรือแรงอัดได้ดีที่สุดอีกด้วย

ดังนั้นถ้าแรงดันภายในท่อต่างออกไปจาก 54 องศาแล้วนั้น จะเกิดผลที่ต่างกันไป คือ ถ้าแรงดันภายในท่อทำมุมมากกว่า 54 องศา จะทำให้ขนาดของท่อยืดออก ขนาดวงนอกหดเล็กลง และในทางกลับกันแรงดันภายในท่อทำมุมน้อยกว่า 54 องศา จะทำให้ท่อนั้นหดสั้นลงและทำให้ขนาดวงนอกของท่อขยายใหญ่ขึ้น

การสร้างชั้นเสริมแรง มีหลายแบบขึ้นอยู่กับการใช้งาน ซึ่งจะต้องขึ้นอยู่กับ ความถูกต้องและเหมาะสมกับการใช้งาน วิธีต่างๆของการสร้างชั้นเสริมมีดังต่อไปนี้

แบบสานหรือถัก (Braided) วัสดุที่นำมาใช้ทำ ได้แก่ใยฝ้าย ลวดเหล็ก ไนล่อน เป็นต้น นำมาถักไขว้รอบไส้ใน
แบบขดเป็นวง (Spiraled) วัสดุที่นำมาใช้ทำ ได้แก่เหล็ก ใยสังเคราะห์ ใยธรรมชาติ เป็นต้น มาขดพันเป็นเกลียวรอบๆไส้ใน
แบบถักและเสริมลวด (Braided and wire) เป็นโครงสร้างแบบถักหนึ่งชั้น แล้วมีลวดพันทับไปอีกชั้นหนึ่ง
แบบถักตะข่าย (Knitted) วัสดุที่นำมาใช้ทำ ได้แก่ใยฝ้ายหรือใยสังเคราะห์ นำมาถักเป็นตะข่ายรอบไส้ใน

โครงสร้างแบบถัก (Braided)

เป็นแบบที่ใช้กันมากที่สุด เพราะประสิทธิภาพดี อาจจะเป็นการถักแบบเดี่ยวหรือแบบหลายเส้นก็ได้ การถักแบบนี้อาจจะใช้ โพลีเอสเตอร์ เรยอน ไนลอน หรือลวด ก็ได้ ซึ่งการถักนี้จะยึดเกาะกับยางของชั้นผิวยาง ชั้นเสริมแบบถักนี้จะให้ความแข็งแรงแต่ก็ยืดหยุ่นได้ เหมาะกับการใช้งานที่ไม่หนักมาก

โครงสร้างแบบขดเป็นวง (Spiraled)

ใช้กับการทำงานภายใต้แรงดันสูงๆ เส้นลวดหรือเส้นใยจะถูกนำมาพันรอบๆไส้ใน โดยแต่ละชั้นของชั้นเสริมจะถูกพันในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อความสมดุลย์ โดยที่โครงสร้างแบบนี้ จะไม่ทำให้ไส้ในและเส้นใยของชั้นเสริม ไม่หักงอหรือย่น

โครงสร้างแบบพันด้วยผ้า (Wrapped Fabric)

จะใช้ผ้าชุบอาบด้วยน้ำยางพารา แล้วพันรอบๆไส้ในหลายๆชั้น เพื่อความแข็งแรง ไส้ใน ชั้นเสริม และเปลือกนอกจะทำให้ยึดติดกันโดยการอบกำมะถัน ซึ่งการอบกำมะถันนี้ จะทำให้ไส้ท่ออ่อนแข็งแรง และยังมีคุณสมบัติป้องกันกระแสไฟฟ้าได้ดีขึ้น ท่ออ่อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ๆนั้น ส่วนใหญ่จะใช้วิธีการนี้ ถึงแม้ว่าขณะนี้มีโครงสร้างแบบถักเกิดขึ้น แต่โครงสร้างแบบนี้ก็ยังเป็นที่นิยมกันมากในการใช้งานประเภทส่งวัตถุดิบ ชลประทานส่งน้ำ เป็นต้น โครงสร้างแบบนี้มีโอกาสที่จะบิดเบี้ยวได้สูง เมื่อใช้งานสัมผัสกับแรงดัน เพราะว่าท่ออ่อนชนิดนี้มีประสิทธิภาพน้อยกว่าแบบถักหรือขดเป็นวง

โครงสร้างแบบถักและใช้ลวด (Braided and wire)

ปัจจุบันได้รับความนิยมมาก โดยเส้นลวดจะถูกวางคั่นระหว่างชั้นเสริมทั้งสองชั้น เหมาะกับงานที่ใช้ท่อดูด - ส่งวัตถุดิบ เนื่องจากการพันทับด้วยลวดสปริง (Helical Wound Wire) จะทำหน้าที่เป็นแกนเสริมโครงสร้างไว้ เพื่อไม่ให้ท่อยุบตัวลงมา เมื่ออยู่ภายใต้แรงดูดหรือสูญญากาศจากการใช้งาน

โครงสร้างแบบถักตะข่าย (Knitted)

จะใช้ใยสังเคราะห์หรือคอตตอนมาถักลงบน ยางที่มีผิวเรียบๆของไส้ใน แล้วหุ้มด้วยยาง ท่อชนิดนี้เป็นท่อที่มีต้นทุนต่ำ ใช้รองรับแรงดันที่ไม่หนักมากนัก สามารถผลิตได้รวดเร็วและง่าย แต่ไม่เหมาะกับงานอุตสาหกรรมหนักหรืองานแรงดันสูง

เปลือกนอก (Cover)

ทำจากวัตถุดิบต่างๆมากมาย ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

ตัวอย่างเช่น

นีโอพริน เหมาะกับงานทุกชนิด
EPDM ทนต่อการแตกร้าวและทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ดี แต่จะไม่ทนน้ำมัน
ยางพารา ทนต่อการสึกกร่อน แต่จะไม่ทนน้ำมัน
ซีพีอี (CPE) และไฮพาลอน (Hypalon) จะทนน้ำมัน อากาศ และอุณหภูมิสูงๆได้ดี
โรยัลลีน (Royalene) ทนต่อโอโซนแสงอัลตร้าไวโอเล็ต ความร้อนและไอน้ำ คงความยืดหยุ่นไว้ทั้งในอุณหภูมิสูง-ต่ำ มีสารเคมีสำหรับนำมาเป็นส่วนประกอบ คือ Ethylene Propylene Diene Methyl (EPDM) ตัวอย่างการใช้งาน เช่น เป็นส่วนประกอบสำหรับท่ออ่อนที่ใช้งาน ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 300 องศาฟาเรนไฮน์ หรืองานที่มีอุณหภูมิติดลบมากๆ แต่อย่างไรก็ตาม ไม่ควรที่จะสัมผัสกับน้ำมันไฮโดรคาร์บอน น้ำมันเชื้อเพลิง เพราะว่าจะทำให้เปลือกนอกบวมพองและเสียรูปทรงได้