Tìm hiểu sợi carbon

Các bộ phận hoàn chỉnh mà chúng ta tình cờ gọi là " sợi carbon " phức tạp hơn những gì chúng ta biết. Chúng là vật liệu tổng hợp làm bằng sợi carbon tinh thể siêu bền, được kết hợp với nhau bằng nhựa epoxy.

Ý tưởng nhúng các sợi có độ bền cao, vào ma trận nhựa quay trở lại năm 1920, khi AA Griffith, làm việc tại Nhà máy bay Hoàng gia Anh, cho thấy độ bền thấp của vật liệu thực tế là do khuyết tật bề mặt hoặc bên trong. Không có những khiếm khuyết này, các cân nhắc về liên kết nguyên tử sẽ có những điểm mạnh lớn hơn.

Sợi carbon có thể xem là siêu vật liệu trong ngành chế tạo máy móc. Vật liệu này chủ yếu ứng dụng trong hàng không vũ trụ, xây dựng, dầu khí và đặc biệt sản xuất ôtô hoặc một số ngành đặc thù khác.

Sợi carbon trở thành vật liệu trên những mẫu xe hiệu năng cao nhờ vào đặc tính nhẹ, siêu bền, chịu lực và nhiệt vượt trội. Chi phí sản xuất sợi carbon không nhỏ và trải qua nhiều công đoạn phức tạp.

Sợi carbon thành phẩm cấu thành từ nhiều sợi carbon nhỏ hợp thành. Mỗi sợi có kích thước tính bằng đơn vị micro mét và nhỏ hơn cả một sợi tơ nhện trong tự nhiên. Nhưng dù kích thước nhỏ và nhẹ, sợi carbon có độ cứng gấp hai lần và khả năng chịu tải gấp 5 lần thép.

Khoảng 90% sợi carbon trên thế giới sản xuất bằng quy trình tổng hợp nguyên liệu ban đầu PAN (polyacrylonitrile), một chuỗi phân tử liên kết với nhau bằng nguyên tử carbon.

Có 5 công đoạn chính trong sản xuất sợi carbon:

Hoà trộn PAN với các thành phần khác và kéo thành sợi, sau đó làm sạch và tiếp tục kéo dài.

Biến đổi các thành phần hóa học để ổn định liên kết trong sợi carbon.

Các sợi carbon sau khi ổn định được nung ở nhiệt độ rất cao tạo thành các tinh thể carbon liên kết chặt chẽ. Quá trình này gọi là carbon hóa.

Xử lý bề mặt bằng cách oxy hóa nhằm tăng thêm tính liên kết của sợi carbon.

Sợi carbon bện với nhau thành những cuộn lớn. Các máy quay sợi xoắn có nhiệm vụ tạo ra những sợi carbon với kích thước khác nhau. Sau đó, sợi carbon tiếp tục được xử lý trong môi trường chân không, nhiệt độ, áp suất thích hợp để tạo thành dạng vật liệu tổng hợp.

Sợi carbon thường ứng dụng trên các siêu xe hoặc xe hiệu năng cao trong chế tác khung sườn.

Hiện nay trên thế giới, sợi carbon sản xuất chủ yếu tại Nhật Bản và Mỹ là thị trường tiêu thụ lớn nhất. Theo tính toán vào 2005, quy mô thị trường sợi carbon là 90 triệu USD, tăng lên 2 tỷ USD trong 2015 và tiếp tục mở rộng.

Nhờ những ưu điểm về trọng lượng và độ bền, sợi carbon ngày càng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Trong đó có chế tạo ôtô, đặc biệt các siêu xe nhờ đặc tính nhẹ, giúp giảm trọng lượng xe, đạt đến những vận tốc lớn hơn.Sợi carbon còn ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ, máy bay thương mại, máy bay không người lái. Hoặc trong việc khoan thăm dò ở những vùng nước sâu nhờ các mũi và ống khoan đặc biệt.

Tham khảo thêm

Cắt tấm PE

Cắt tấm KEVLAR

Cắt tấm xốp KT