Sợi carbon là gì?

Sợi carbon là một loại sợi công nghiệp, được kết cấu từ nguyên tử carbon (chứa 90% là carbon ký hiệu C trong bảng yếu tố hóa học). Sợi carbon có tính chất vật lý đặc trưng là : nhẹ, nhỏ, khả năng chịu lực và chịu nhiệt tốt, độ cứng gấp gấp hai và chịu tải gấp 5 lần thép. Các sợi carbon có thể được xoắn lại với nhau tạo thành dạng sợi, hoặc các sợi có thể được dệt lại với nhau tạo thành dạng vải (dùng để làm may găng tay tĩnh điện phủ PU).

Bạn Đang Xem: Sợi carbon là gì? Quy trình sản xuất, phân loại sợi carbon

Do có kết cấu từ 90% là nguyên tử carbon (khối lượng nguyên tử là 12g/mol) nhẹ hơn gấp 5 lần so với nguyên tử kim loại sắt (khối lượng nguyên tử 56g/mol).

Mỗi sợi carbon có kích thước tính bằng đơn vị micro mét (bằng một trong những phần 1 triệu mét), nhỏ hơn hết sợi tơ nhện trong tự nhiên. Vào năm 1960, sợi carbon lần trước tiên được sử dụng trong tên lửa xe tăng, và trở thành loại vật liệu của tương lai.

Tuy nhiên sau hơn 50 năm trôi qua, sợi carbon vẫn là một loại vật liệu khôn xiết lạ lẫm với đời sống con người bởi giá thành của nó quá đắt.

Có thể bạn quan tâm:

Cao su thiên nhiên Nitrile là gì? Tính chất của cao su đặc Nitrile

Quy trình sinh sản sợi carbon

Để khởi tạo ra loại carbon sử dụng để sinh sản sợi carbon, cần phải tiêu hao một nửa lượng vật liệu ban sơ do nhiệt dẫn đến sản phẩm cuối cùng. Do này mà giá thành sản phẩm sẽ gấp đôi so với vật liệu.

Ngoài ra ngân sách sinh sản, khấu hao máy móc, nhân lực cũng góp phần vào làm cho giá thành của sợi carbon không thấp chút nào. Chính vì vậy mà việc ứng dụng đại trà sợi carbon này cũng cần được phải một khoảng tầm thời kì rất dài nữa.

Trong các ngành công nghiệp chế tạo máy như xe hơi, tàu bay,…khi động cơ không thể cải tiến hơn được nữa, thì đó là lúc ứng dụng các loại vật liệu như sợi carbon vào trong sinh sản nhằm nâng cao hiệu suất của động cơ, giảm nhiên liệu tiêu hao, tăng độ bền.

Xem Thêm : Ý nghĩa của câu nói “Beauty is in the eye of the beholder” và một số cụm từ khác về tình yêu

Để tách carbon thoát ra khỏi vật liệu ban sơ có nhu cầu các khối hệ thống lớn và nhiệt độ cao, một trong những bước quan trọng của quá trình này đấy là oxy hóa ổn định. Những sợi carbon khi đó phải được đưa qua những lò dài từ 15 mét đến 30 mét trong nhiệt độ lên tới hàng trăm độ C, và quá trình này kéo dãn dài hàng giờ đồng hồ đeo tay.

Sau thời điểm trải qua tác dụng nhiệt độ cao, vật liệu này phải trải qua quá trình carbon hóa, những lò được sử dụng trong quá trình này sẽ không lớn, và thời kì cũng không dài, tuy nhiên nhiệt độ yêu cầu phải rất cao (khoảng tầm 1000 độ C) cho bước đầu, và tăng dần ở các bước sau. Do này mà các nhà máy sản xuất sinh sản sợi carbon cần phải có một khối hệ thống xử lý khí thải nhằm tránh tác động đến môi trường xung quanh xung quanh (số tiền để thực hiện kiên cố là một số lượng khổng lồ), nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ra ra ô nhiễm môi trường xung quanh nặng.

Tuy nhiên, những gì thu được mới chỉ tạm ngừng ở những sợi đơn lẻ, chưa phải là vật liệu sáng bóng, nhẹ và bền như các bạn biết. Xí nghiệp sản xuất cần phải sắp xếp lại những sợi này thành một mạng tinh thể để tận dụng độ bền và liên kết chúng lại với nhau. Quá trình này yên cầu sự cẩn thận và xác thực tuyệt đối, các sợi carbon phải được mang ra đồng đều và đủ căng. Chỉ có một sợi bị chùng, sẽ làm tác động tới những sợi khác và làm hư hỏng toàn bộ mạng tinh thể đó. Để bù đắp lại rủi ro trong quá trình sinh sản, các nhà sinh sản phải thêm vào đó 10% rủi ro sinh sản vào mức giá gốc (1 nguyên nhân làm mà giá sợi carbon cao).

Nhưng sợi carbon vẫn chưa phải là thứ các nhà sinh sản cần, những sợi carbon phải kết phù hợp với một loại nhựa được làm rắn lại bằng nhiệt hóa để tạo ra một loại hỗn hợp có thể gia công được để chế tạo ra những sản phẩm có hình dạng nhất định. Sau thời điểm được định hình và lưu hóa trong lò hấp, hình dạng của sản phẩm không thể thay đổi được nữa, một lỗi nhỏ xẩy ra cũng sẽ làm lãng phí rất nhiều nguyên vật liệu.

Phân biệt sợi thủy tinh và sợi carbon

Sợi Carbon Sợi thủy tinh Về cơ bản, sợi carbon bền, chắc hơn sợi thủy tinh và có thể thay thế kim loại trong một số ứng dụng, tuy nhiên sợi thủy tinh có mô đun đàn hồi thấp hơn sợi carbon nên những khi bị uốn cong và căng sẽ không còn bị vỡ Đặc tính

• Độ cứng cao
• Khả năng chịu kéo cao
• Nhẹ
• Kháng hóa chất
• Chịu được nhiệt, giãn nở nhiệt thấp

• Không cháy
• Không mục nát
• Không thấm nước
• Bền với những axit
• It đàn hồi hay giãn nở
• Không dẫn nhiệt, không dẫn điện, không hút ẩm

Cường độ chịu kéo

• 700 MPa

• 1000 MPa

Mô đun đàn hồi

• 72.5 GPa

• 651.5 GPa

Ứng dụng

• Làm gậy bóng chày
• Làm gậy chơi golf
• Làm thân tàu bay
• Gia cường kết cấu bê tông
• Làm lazang xe xe hơi
• Sinh sản thảm cao su đặc chống tĩnh điện

• Làm bảng tinh chỉnh xe xe hơi
• Làm thân máy may, tàu thuyền
• Làm đường ống
• Làm bể chứa
• Làm mũ bảo hiểm
• Làm vật liệu cách điện, cách nhiệt
• Gia cường kết cấu

Doanh nghiệp sinh sản sợi carbon

Hexcel

Thành lập vào năm 1948, Hexcel sinh sản sợi carbon ở Mỹ và Châu Âu. Sản phẩm sợi carbon Hexcel rất thành công trong thị trường hàng không vũ trụ dưới tên thương nghiệp Hextow.

Tập đoàn Mitsubishi đơn vị Trách Nhiệm Hữu Hạn Rayon

Tập đoàn Mitsubishi Rayon Co. (MRC) là một Trụ sở của Tập đoàn Mitsubishi Chemical Holdings, chuyên sinh sản carbon PAN sợi sử dụng trong các ứng dụng tổng hợp, ứng dụng yêu cầu trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Trụ sở US, Grafil sinh sản sợi carbon dưới tên thương nghiệp Pyrofil.

Sản phẩm của MRC có thể dùng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ, tuy nhiên thường được sử dụng trong các thiết bị thương nghiệp và vui chơi tiêu khiển như áo khoác moto, găng tay, thiết bị thể thao (gậy bóng chày, gậy đánh golf).

Nippon Graphite Corp

Xem Thêm : Oán gia

Trụ sở chính tại Nhật Bản, Nippon đã mở màn sinh sản sợi carbon từ thời điểm năm 1995 và được thị trường đón nhận nhờ giá thành hợp lý. Sợi carbon Nippon thường được tìm thấy trong các loại cần câu, gậy khúc côn cầu, vợt tennis, gậy đánh golf, sườn xe đạp điện.

Có thể bạn quan tâm:

Cao su thiên nhiên Latex là gì? Phân loại cao su đặc Latex

Phân loại vải sợi carbon

Vải carbon có đặc tính như độ bền cao, độ đàn hồi cao, nhiệt độ ổn định cao, khả năng chịu nhiệt tốt, chống axit, chống ăn mòn vượt trội, ngoài ra còn tồn tại tác dụng chong tinh dien.

Vải carbon được sinh sản bằng công nghệ prepreg (công nghệ sinh sản những vật liệu composite bán thành phẩm) có đặc điểm cứng hơn thép, nhẹ hơn sợi nhựa thủy tinh, tính chất vượt trội hơn rất nhiều soi với những loại vải sợi thủy tinh, vải sợi tráng silicon và các loại vải sợi công nghiệp khác.

Vải sợi carbon được phân ra thành loại khác nhau như: 1k (1000 filaments), 3K, 6K, 12K, 24K, 40K.

Vải sợi carbon 3K

Được ứng dụng phổ quát nhất hiện nay trong các ngành công nghiệp, thiết bị gia dụng, robot, ngành công nghiệp kỹ thuật cao khác gồm cả hàng không vũ trụ.

Vải sợi carbon 6K

Được sử dụng trong kết cấu yêu cầu sự dai sức, nhưng vẫn đảm bảo tính gọn nhẹ và có thể tạo đường nét có hình dạng và góc phức tạp.

Vải sợi carbon 12K

Thường dùng trong các ngành nghề yêu cầu cấu trúc kiên cố như xây dựng, hàng hải, gia cố cho những vật liệu có trọng lượng nhẹ hơn.

Vải sợi carbon 24K

Có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, độ cứng cao, chắc chắn thêm. Loại vải sợi carbon 24K này thường sử dụng cho những loại mô hình, xe thể thao, chế tạo tàu bay, đóng tàu thuyền, thiết bị thể thao, sinh sản xe hơi.

Giá bán vải sợi carbon từ 300.000/mét trở lên, tùy theo nhà cung cấp và loại vải, kiểu vải